不同葉背補光模式對戈壁溫室番茄品質的影響

宋 羽，蔣程瑤，李玉姍

(1.新疆農業科學院農作物品種資源研究所，烏魯木齊 830091；2.四川農業大學園藝學院，成都 611130)

0 引 言

【研究意義】我國設施蔬菜生產在保障“高產”的同時，對“優質”的要求也越來越高[1]。近年來，新疆設施蔬菜產業發展迅速，目前面積在6.67×104hm2(100萬畝)以上，其中設施番茄的生產約占1/3[2]。新疆南疆地區春季多沙塵，在該地區的設施番茄春提前生產中，經常出現弱光寡照、低溫高濕逆境，導致番茄產量與品質下降，病害頻發。利用人工光源改善溫室光照環境，對提高設施番茄的產量和品質都有實際意義。【前人研究進展】目前，已有研究從光源選擇[3-5]、光質配比[6-8]、光強設置[9-11]、光周期調控[12-14]等多個角度進行設施番茄的補光研究，同時研究光環境因子耦合作用[13,15]的報道近年來也成為熱點。另一方面，以功能葉片受光光面選擇為切入點[6,10,11,16,17]的有效補光位置的研究也逐漸增多。也表明葉背補光能夠顯著提高葉片光合效能，提升番茄果實產量與品質，獲得更高的經濟效益。也有番茄果實的主要特征香氣組分為16種物質[20]，與番茄果實甜味相關的己烯醛含量，與番茄風味相關的6-甲基-5-庚烯-2-酮含量，與番茄酸味相關的β-紫羅蘭酮[19]含量的研究。【本研究切入點】現有關于葉背補光的研究更多關注的是設施番茄的產量，果實品質方面的研究僅僅只涉及可溶性固形物、抗壞血酸等少數指標的測定，系統的番茄品質研究還相對較少。研究葉背補光模式對戈壁溫室番茄品質的影響。【擬解決的關鍵問題】以市售植物用LED燈管為光源，以戈壁溫室生產番茄為供試材料，研究不同光強和補光時間耦合的葉背補光處理下，番茄果實外觀品質、營養品質、風味品質，及芳香類物質的響應，為新疆南疆設施蔬菜的高產優質生產提供技術支持。

1 材料與方法

1.1 材 料

材料準備[17]，采用“NS3389”番茄以基質栽培(培蕾2號，培蕾有機肥料有限公司)，含紅色(R，635 nm)：藍色(B，480 nm)：白色(W，全波長)比例為1∶2∶3的LED植物用燈(宸華照明有限公司)。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

試驗于2019年1～7月在新疆阿圖什市上阿圖什市鎮日光溫室產業園中進行。試驗處理參照[10,17]進行。坐果后-果實轉色期內設置葉背補光燈位于距果下3片葉10 cm處，每日補光周期為08:00～22:00 (14 h)，以無補光處理為空白對照(CK)，并設置T1、T2、T33種補光處理，并經由時間及保溫被控制模塊共同實現自動控制。表1

表 1 不同補光處理設置Table 1 Arrangement of different supplemental lightning treatments

種植區密度為12株/m2，各處理包含20棵植株，各處理間設置邊界行以防組間干擾，共設3次重復試驗。試驗期間，溫度變化為10～15℃(夜間)/25～30℃(晝日間)，濕度變化為70%～90%，CO2變化基本與外界一致。

1.2.2 測定指標

1.2.2.1 外觀品質

番茄共留5穗果，每個處理隨機選每穗果中5個成熟度一致的果實，測定橫徑、縱徑(游標卡尺，605A-05，哈爾濱量具刃具集團有限責任公司)，并用公式(1)計算其果形指數。測定包括果皮亮度L*、果皮的紅色飽和度a*，以及果皮的黃色飽和度b*在內的番茄果皮色度(顏色測定儀器，YQ-Z-48A)；并利用公式(2)和公式(3)分別計算色飽和度C及色度角H。

果形指數=縱徑/橫徑。

(1)

(2)

色度角H=arctan(b/a).

(3)

1.2.2.2 風味品質

各處理隨機取5個成熟度一致的果實，測定番茄果實的可溶性固形物含量、酸度以及糖酸比(糖酸一體機，PAL-BXIACID3, ATAGO)；另隨機選5個成熟度一致的果實，采用蒽酮比色法測定可溶性糖含量[18]。

1.2.2.3 營養品質

各處理隨機取5個成熟度一致的果實，以考馬斯亮藍法測番茄果實中可溶性蛋白含量；鉬藍比色法測定抗壞血酸含量[18]；以國標GD/T 14215-2008測定番茄紅素含量；以水楊酸比色法測定硝態氮含量。

1.2.2.4 芳香類物質

各處理隨機取5個成熟度一致的果實，鑒定番茄果實中的揮發性物質(氣相色譜—質譜聯用儀，Thermo Fisher Scientific.In. Co. USA)[19]，以內標法計算果實中揮發性物質的含量。

揮發性物質含量=(物質單峰面積/內標峰面積×內標物質量)/樣品總質量。

(4)

1.3 數據處理

所有數據采用SPSS 11.0軟件(SPSS Inc.，Chicago，IL，USA)進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同光處理對番茄果實外觀品質的影響

研究表明，果實橫徑受補光處理影響較大，其中T2處理的果實橫徑最大，CK處理下果實橫徑最小；而各處理間果實縱徑卻無顯著差異。T2處理下的數值最小，該處理下的番茄果實較其他處理呈明顯的橢圓形。表2

不同補光處理對番茄果實顏色的影響。增加補光處理可以使番茄果實亮度、果皮紅色與黃色的飽和度顯著提升，補光使番茄果實著色程度加深。T2和T3處理下的C值顯著高于其他處理，說明這2種處理的果實最容易著色，而H值在各補光處理組之間無顯著差別，且顯著高于CK組數據，補光處理組間果實著色較無補光組偏深、偏紅。表3

表 2 不同光處理下番茄果形變化Table 2 Effects of different lightning treatments on fruit shape of tomato

表 3 不同光處理下番茄果實顏色變化Table 3 Effects of differentlightning treatments on fruit color of tomato

2.2 不同光處理對番茄果實風味品質的影響

研究表明，CK與T1處理下的番茄果實中可溶性糖含量顯著低于T2和T3處理。補光處理下的番茄果實可溶性固形物含量有顯著提升。與CK處理相比，T1、T2、T3處理的數值分別提高了30.0%、21.7%、22.0%。除T3外，另2組補光處理組果實中總酸含量顯著高于CK。而T1處理下果實糖酸比最大，T2與T3處理的果實數值緊隨其后，而CK處理值最低。圖1

2.3 不同光處理對番茄果實營養品質的影響

研究表明，番茄果實中可溶性蛋白的含量在間歇性補光處理下有顯著提升，且在T2處理下值最高，分別較CK、T1和T3處理提高20.0%、17.1%、4.3%。番茄果實中抗壞血酸含量值在補光處理組中顯著高于CK處理，而3個補光處理間T2處理下果實值最高，T1處理次之，T3處理下的值最低。果實中番茄紅素含量也顯示了同樣的趨勢，不僅顯著高于CK處理，且3個補光處理間數據呈顯著差異，T2處理下的數值最高，較T1和T3處理分別提高了9.4%和16.7%。果實內硝態氮含量隨著補光措施的設置而顯著降低，與CK相比，T1、T2和T3處理下的果實硝態氮含量分別降低了55.4%、57.3%、46.1%。圖2

2.4 不同光處理對番茄果實芳香性物質的影響

研究表明，共檢測出45種芳香類物質，各處理揮發性物質的種類與含量都有較大差異，與CK相比，3個補光處理下番茄果實中的芳香類物質種類及含量都有所增加；其中，T3處理下番茄果實的芳香類物質種類最多，有33種，較CK處理增多了4種；T2處理下番茄果實的芳香類物質總含量最大，為6 291.13 μg/kg，較CK處理增加了51.4%。番茄果實主要特征香氣組分，檢測出包含己醛、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-紫羅蘭酮、2-苯基乙醇、甲基水楊酸在內的9種，其中T2處理檢測出了8種，CK、T1、T23個處理只有7種。與番茄果實甜味相關的己烯醛，T2處理下數值最高，較CK、T1、T3處理分別提高了75.4%、28.8%、24.7%；與番茄風味相關的6-甲基-5-庚烯-2-酮含量，T3處理下數值最高，較CK、T1、T2處理分別提高了8.8%、9.9%、5.7%；與番茄酸味相關的β-紫羅蘭酮含量，T2處理最高，較CK、T1、T3處理分別提高了53.3%、6.8%、82.9%。各處理下番茄果實中醛類物質最多，酮類次之，2種物質在總揮發性物質的占比高達80%以上，醇類、酯類和烴類較少。表4，圖3

表 4 不同光處理下番茄果實芳香物質成分變化Table 4 Comparison of tomato’s aroma components under different lightning treatments

續表 4 不同光處理下番茄果實芳香物質成分Table 4 Comparison of tomato’s aroma components under different lightning treatments

3 討 論

番茄果實的外觀品質，即果實的形狀、大小、顏色等直接影響消費者的購買意向，因此，很大程度上決定了其商品性。試驗結果表明，葉背補光可以明顯提高番茄果實的單果重、橫縱徑，這與前人研究結果一致[7,10,17]。蔣程瑤等[17]研究表明，葉背補光處理下，番茄果實的轉色時間短，果實亮度、色澤都有一定的改善，果實單果重顯著提升，這與試驗研究結果基本一致。

番茄果實風味品質的衡量的指標主要包括可溶性糖、可溶性固形物、總酸、糖酸比等[19]。雖然葉背補光處理下番茄果實的各指標的變化并不具有一致性，但T1處理下的可溶性固形物含量和糖酸比最大，表明這種補光模式有利于番茄果實中甜味物質的合成，適合偏好甜口的市場需求。這與Jiang等研究結果一致。

番茄果實的營養品質主要通過可溶性蛋白含量、抗壞血酸含量、番茄紅素含量等指標來衡量[19]。有研究表明，番茄可溶性蛋白和抗壞血酸含量可以隨補光葉片深度[14]、果穗[10]增加而顯著增加，且隨著補光光強增加這種效果更加明顯[10]。試驗中T2處理的補光光強較高，其結果與前人研究有一致性。番茄紅素是一種強抗氧化劑，在清除體內自由基，延緩衰老，預防癌癥及心血管疾病等方面有顯著功效[21]，是衡量番茄作為功能性食品銷售的重要指標。岳釘伊[19]試驗結果表明，補光可顯著增加番茄果實中番茄紅素的含量，而試驗中補光處理T2和T1的數據也較高，這2種補光模式對番茄保健功效的促進作用。但對于葉背補光方式下番茄紅素的變化情況的研究結果還比較匱乏，還需要進行更多深入研究。

番茄的香氣由多種揮發性物質組成，可直接影響番茄的風味。目前已報道的芳香類物質中，番茄含有400余種，主要包括醛類、酮類、酯類、醇類、烴類等[22]。試驗中只檢測出9種主要特征香氣成分，可能原因是栽培條件、番茄品種不同。其中T2處理中檢測出的種類最多，共8種。芳香類揮發性物質中有的氣味濃厚，有的氣味清淡，必須把所有物質看作一個整體來體現果實的芳香特征[22]。試驗研究結果顯示，葉背補光均可提高番茄果實中揮發性物質的種類和總量，T3更有利于提高芳香類物質的種類，而T2處理更有利于提高芳香類物質的總量。

4 結 論

在果實外觀品質中T2處理下的果形指數最小，果實較其他處理呈明顯的橢圓形；在果實著色方面，T2和T3處理的色飽和度顯著高于其他處理，這2種處理最容易著色。在果實的營養品質中，T2和T3處理的可溶性糖含量顯著高于CK和T1處理，T1和T2處理的總酸含量也顯著高于CK，這3種處理下果實的糖酸比都高于CK，T2處理下番茄果實的可落性蛋白和抗壞血酸含量最大，果實的硝態氮含量3種處理下都有所下降，T2下降的最多。在果實風味品質中，共檢測出45種芳香類物質，各處理揮發性物質的種類與含量都有較大差異，3種處理下番茄果實中的芳香類物質種類及含量都有所增加；其中，T3處理下番茄果實的芳香類物質種類最多，有33種，較CK處理增多了4種；T2處理下番茄果實的芳香類物質總含量最大，在番茄果實的主要特征香氣組分的16種物質中，其中T2處理檢測出了8種，CK、T1、T23個處理只有7種；在與番茄果實甜味相關的己烯醛含量方面，T2處理下數值最高，較CK、T1、T3處理分別提高了75.49%、28.8%、24.7%；與番茄酸味相關的β-紫羅蘭酮含量則是T2處理最高，較CK、T1、T3處理分別提高了53.3%、 6.8%、 82.9%。 揭簾前后的適度高光強補光模式(T2處理)較適合新疆南疆地區戈壁溫室高品質番茄生產。