不同叶背补光模式对戈壁温室番茄品质的影响

宋 羽，蒋程瑶，李玉姗

(1.新疆农业科学院农作物品种资源研究所，乌鲁木齐 830091；2.四川农业大学园艺学院，成都 611130)

0 引 言

【研究意义】我国设施蔬菜生产在保障“高产”的同时，对“优质”的要求也越来越高[1]。近年来，新疆设施蔬菜产业发展迅速，目前面积在6.67×104hm2(100万亩)以上，其中设施番茄的生产约占1/3[2]。新疆南疆地区春季多沙尘，在该地区的设施番茄春提前生产中，经常出现弱光寡照、低温高湿逆境，导致番茄产量与品质下降，病害频发。利用人工光源改善温室光照环境，对提高设施番茄的产量和品质都有实际意义。【前人研究进展】目前，已有研究从光源选择[3-5]、光质配比[6-8]、光强设置[9-11]、光周期调控[12-14]等多个角度进行设施番茄的补光研究，同时研究光环境因子耦合作用[13,15]的报道近年来也成为热点。另一方面，以功能叶片受光光面选择为切入点[6,10,11,16,17]的有效补光位置的研究也逐渐增多。也表明叶背补光能够显著提高叶片光合效能，提升番茄果实产量与品质，获得更高的经济效益。也有番茄果实的主要特征香气组分为16种物质[20]，与番茄果实甜味相关的己烯醛含量，与番茄风味相关的6-甲基-5-庚烯-2-酮含量，与番茄酸味相关的β-紫罗兰酮[19]含量的研究。【本研究切入点】现有关于叶背补光的研究更多关注的是设施番茄的产量，果实品质方面的研究仅仅只涉及可溶性固形物、抗坏血酸等少数指标的测定，系统的番茄品质研究还相对较少。研究叶背补光模式对戈壁温室番茄品质的影响。【拟解决的关键问题】以市售植物用LED灯管为光源，以戈壁温室生产番茄为供试材料，研究不同光强和补光时间耦合的叶背补光处理下，番茄果实外观品质、营养品质、风味品质，及芳香类物质的响应，为新疆南疆设施蔬菜的高产优质生产提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 材 料

材料准备[17]，采用“NS3389”番茄以基质栽培(培蕾2号，培蕾有机肥料有限公司)，含红色(R，635 nm)：蓝色(B，480 nm)：白色(W，全波长)比例为1∶2∶3的LED植物用灯(宸华照明有限公司)。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

试验于2019年1～7月在新疆阿图什市上阿图什市镇日光温室产业园中进行。试验处理参照[10,17]进行。坐果后-果实转色期内设置叶背补光灯位于距果下3片叶10 cm处，每日补光周期为08:00～22:00 (14 h)，以无补光处理为空白对照(CK)，并设置T1、T2、T33种补光处理，并经由时间及保温被控制模块共同实现自动控制。表1

表 1 不同补光处理设置Table 1 Arrangement of different supplemental lightning treatments

种植区密度为12株/m2，各处理包含20棵植株，各处理间设置边界行以防组间干扰，共设3次重复试验。试验期间，温度变化为10～15℃(夜间)/25～30℃(昼日间)，湿度变化为70%～90%，CO2变化基本与外界一致。

1.2.2 测定指标

1.2.2.1 外观品质

番茄共留5穗果，每个处理随机选每穗果中5个成熟度一致的果实，测定横径、纵径(游标卡尺，605A-05，哈尔滨量具刃具集团有限责任公司)，并用公式(1)计算其果形指数。测定包括果皮亮度L*、果皮的红色饱和度a*，以及果皮的黄色饱和度b*在内的番茄果皮色度(颜色测定仪器，YQ-Z-48A)；并利用公式(2)和公式(3)分别计算色饱和度C及色度角H。

果形指数=纵径/横径。

(1)

(2)

色度角H=arctan(b/a).

(3)

1.2.2.2 风味品质

各处理随机取5个成熟度一致的果实，测定番茄果实的可溶性固形物含量、酸度以及糖酸比(糖酸一体机，PAL-BXIACID3, ATAGO)；另随机选5个成熟度一致的果实，采用蒽酮比色法测定可溶性糖含量[18]。

1.2.2.3 营养品质

各处理随机取5个成熟度一致的果实，以考马斯亮蓝法测番茄果实中可溶性蛋白含量；钼蓝比色法测定抗坏血酸含量[18]；以国标GD/T 14215-2008测定番茄红素含量；以水杨酸比色法测定硝态氮含量。

1.2.2.4 芳香类物质

各处理随机取5个成熟度一致的果实，鉴定番茄果实中的挥发性物质(气相色谱—质谱联用仪，Thermo Fisher Scientific.In. Co. USA)[19]，以内标法计算果实中挥发性物质的含量。

挥发性物质含量=(物质单峰面积/内标峰面积×内标物质量)/样品总质量。

(4)

1.3 数据处理

所有数据采用SPSS 11.0软件(SPSS Inc.，Chicago，IL，USA)进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同光处理对番茄果实外观品质的影响

研究表明，果实横径受补光处理影响较大，其中T2处理的果实横径最大，CK处理下果实横径最小；而各处理间果实纵径却无显著差异。T2处理下的数值最小，该处理下的番茄果实较其他处理呈明显的椭圆形。表2

不同补光处理对番茄果实颜色的影响。增加补光处理可以使番茄果实亮度、果皮红色与黄色的饱和度显著提升，补光使番茄果实着色程度加深。T2和T3处理下的C值显著高于其他处理，说明这2种处理的果实最容易着色，而H值在各补光处理组之间无显著差别，且显著高于CK组数据，补光处理组间果实着色较无补光组偏深、偏红。表3

表 2 不同光处理下番茄果形变化Table 2 Effects of different lightning treatments on fruit shape of tomato

表 3 不同光处理下番茄果实颜色变化Table 3 Effects of differentlightning treatments on fruit color of tomato

2.2 不同光处理对番茄果实风味品质的影响

研究表明，CK与T1处理下的番茄果实中可溶性糖含量显著低于T2和T3处理。补光处理下的番茄果实可溶性固形物含量有显著提升。与CK处理相比，T1、T2、T3处理的数值分别提高了30.0%、21.7%、22.0%。除T3外，另2组补光处理组果实中总酸含量显著高于CK。而T1处理下果实糖酸比最大，T2与T3处理的果实数值紧随其后，而CK处理值最低。图1

2.3 不同光处理对番茄果实营养品质的影响

研究表明，番茄果实中可溶性蛋白的含量在间歇性补光处理下有显著提升，且在T2处理下值最高，分别较CK、T1和T3处理提高20.0%、17.1%、4.3%。番茄果实中抗坏血酸含量值在补光处理组中显著高于CK处理，而3个补光处理间T2处理下果实值最高，T1处理次之，T3处理下的值最低。果实中番茄红素含量也显示了同样的趋势，不仅显著高于CK处理，且3个补光处理间数据呈显著差异，T2处理下的数值最高，较T1和T3处理分别提高了9.4%和16.7%。果实内硝态氮含量随着补光措施的设置而显著降低，与CK相比，T1、T2和T3处理下的果实硝态氮含量分别降低了55.4%、57.3%、46.1%。图2

2.4 不同光处理对番茄果实芳香性物质的影响

研究表明，共检测出45种芳香类物质，各处理挥发性物质的种类与含量都有较大差异，与CK相比，3个补光处理下番茄果实中的芳香类物质种类及含量都有所增加；其中，T3处理下番茄果实的芳香类物质种类最多，有33种，较CK处理增多了4种；T2处理下番茄果实的芳香类物质总含量最大，为6 291.13 μg/kg，较CK处理增加了51.4%。番茄果实主要特征香气组分，检测出包含己醛、反-2-庚烯醛、反-2-己烯醛、反-2-庚烯醛、1-戊烯-3-酮、6-甲基-5-庚烯-2-酮、β-紫罗兰酮、2-苯基乙醇、甲基水杨酸在内的9种，其中T2处理检测出了8种，CK、T1、T23个处理只有7种。与番茄果实甜味相关的己烯醛，T2处理下数值最高，较CK、T1、T3处理分别提高了75.4%、28.8%、24.7%；与番茄风味相关的6-甲基-5-庚烯-2-酮含量，T3处理下数值最高，较CK、T1、T2处理分别提高了8.8%、9.9%、5.7%；与番茄酸味相关的β-紫罗兰酮含量，T2处理最高，较CK、T1、T3处理分别提高了53.3%、6.8%、82.9%。各处理下番茄果实中醛类物质最多，酮类次之，2种物质在总挥发性物质的占比高达80%以上，醇类、酯类和烃类较少。表4，图3

表 4 不同光处理下番茄果实芳香物质成分变化Table 4 Comparison of tomato’s aroma components under different lightning treatments

续表 4 不同光处理下番茄果实芳香物质成分Table 4 Comparison of tomato’s aroma components under different lightning treatments

3 讨 论

番茄果实的外观品质，即果实的形状、大小、颜色等直接影响消费者的购买意向，因此，很大程度上决定了其商品性。试验结果表明，叶背补光可以明显提高番茄果实的单果重、横纵径，这与前人研究结果一致[7,10,17]。蒋程瑶等[17]研究表明，叶背补光处理下，番茄果实的转色时间短，果实亮度、色泽都有一定的改善，果实单果重显著提升，这与试验研究结果基本一致。

番茄果实风味品质的衡量的指标主要包括可溶性糖、可溶性固形物、总酸、糖酸比等[19]。虽然叶背补光处理下番茄果实的各指标的变化并不具有一致性，但T1处理下的可溶性固形物含量和糖酸比最大，表明这种补光模式有利于番茄果实中甜味物质的合成，适合偏好甜口的市场需求。这与Jiang等研究结果一致。

番茄果实的营养品质主要通过可溶性蛋白含量、抗坏血酸含量、番茄红素含量等指标来衡量[19]。有研究表明，番茄可溶性蛋白和抗坏血酸含量可以随补光叶片深度[14]、果穗[10]增加而显著增加，且随着补光光强增加这种效果更加明显[10]。试验中T2处理的补光光强较高，其结果与前人研究有一致性。番茄红素是一种强抗氧化剂，在清除体内自由基，延缓衰老，预防癌症及心血管疾病等方面有显著功效[21]，是衡量番茄作为功能性食品销售的重要指标。岳钉伊[19]试验结果表明，补光可显著增加番茄果实中番茄红素的含量，而试验中补光处理T2和T1的数据也较高，这2种补光模式对番茄保健功效的促进作用。但对于叶背补光方式下番茄红素的变化情况的研究结果还比较匮乏，还需要进行更多深入研究。

番茄的香气由多种挥发性物质组成，可直接影响番茄的风味。目前已报道的芳香类物质中，番茄含有400余种，主要包括醛类、酮类、酯类、醇类、烃类等[22]。试验中只检测出9种主要特征香气成分，可能原因是栽培条件、番茄品种不同。其中T2处理中检测出的种类最多，共8种。芳香类挥发性物质中有的气味浓厚，有的气味清淡，必须把所有物质看作一个整体来体现果实的芳香特征[22]。试验研究结果显示，叶背补光均可提高番茄果实中挥发性物质的种类和总量，T3更有利于提高芳香类物质的种类，而T2处理更有利于提高芳香类物质的总量。

4 结 论

在果实外观品质中T2处理下的果形指数最小，果实较其他处理呈明显的椭圆形；在果实着色方面，T2和T3处理的色饱和度显著高于其他处理，这2种处理最容易着色。在果实的营养品质中，T2和T3处理的可溶性糖含量显著高于CK和T1处理，T1和T2处理的总酸含量也显著高于CK，这3种处理下果实的糖酸比都高于CK，T2处理下番茄果实的可落性蛋白和抗坏血酸含量最大，果实的硝态氮含量3种处理下都有所下降，T2下降的最多。在果实风味品质中，共检测出45种芳香类物质，各处理挥发性物质的种类与含量都有较大差异，3种处理下番茄果实中的芳香类物质种类及含量都有所增加；其中，T3处理下番茄果实的芳香类物质种类最多，有33种，较CK处理增多了4种；T2处理下番茄果实的芳香类物质总含量最大，在番茄果实的主要特征香气组分的16种物质中，其中T2处理检测出了8种，CK、T1、T23个处理只有7种；在与番茄果实甜味相关的己烯醛含量方面，T2处理下数值最高，较CK、T1、T3处理分别提高了75.49%、28.8%、24.7%；与番茄酸味相关的β-紫罗兰酮含量则是T2处理最高，较CK、T1、T3处理分别提高了53.3%、 6.8%、 82.9%。 揭帘前后的适度高光强补光模式(T2处理)较适合新疆南疆地区戈壁温室高品质番茄生产。