LED株間補光對番茄生長和果實品質的影響

丁小濤，姜玉萍，王 虹，周 強，何立中，余紀柱**

（1上海市設施園藝技術重點實驗室，上海市農業科學院園藝研究所，上海 201403；2上海都市綠色工程有限公司，上海 202180）

LED株間補光對番茄生長和果實品質的影響

丁小濤1，2，姜玉萍1*，王 虹1，周 強1，2，何立中1，2，余紀柱1，2**

（1上海市設施園藝技術重點實驗室，上海市農業科學院園藝研究所，上海 201403；2上海都市綠色工程有限公司，上海 202180）

研究了LED株間補光對番茄葉片質量、光合作用和果實品質的影響。結果表明：LED補光使番茄上部、中部和下部葉片單位葉面積鮮重明顯增加，光合作用增強；同時，LED補光增加了果實中可溶性固形物含量、可溶性糖含量、糖酸比、VC含量和VE含量，并且果實品質有了明顯提高，果實采收期提前5 d。

番茄；LED補光；光合作用；采收期；果實品質

番茄是我國設施栽培面積最大的蔬菜之一，因營養豐富、經濟效益高而深受人們歡迎。光是蔬菜進行物質代謝和能量代謝的基礎，影響著光合產物積累及產量形成。在設施栽培中，尤其在冬春季節，弱光天氣較多，同時番茄植株間、葉片間的相互遮掩也使中部和下部葉片處于相對的弱光環境中，影響了番茄的生長及產量和品質［1-2］，而補光是緩解設施栽培番茄弱光脅迫的有效手段。

近年來，LED在植物設施栽培領域的研究和發展已經引起了全球的重視，采用LED為主要光源的植物工廠可以使番茄栽培空間的利用率和環境控制性大幅提高［3］。關于番茄LED不同光質補光對其生長和產量品質的影響［4-5］，以及LED補光提高番茄抗逆性等方面［6-7］的研究已有報道，但目前國內關于LED株間補光的研究卻很少。本試驗擬通過對番茄LED株間補光的研究，了解補光后番茄不同部位葉片光合作用等方面的變化，以及其對果實成熟和品質的影響，以期提高番茄的產量和品質，豐富番茄的栽培實踐和栽培理論。

1 材料與方法

1．1 試驗材料

試驗于2013—2014年在上海市農業科學院國家設施農業工程技術研究中心崇明基地智能溫室中進行，所用番茄為歐洲雞尾酒串番茄品種‘Brioso RZ’，由荷蘭瑞克斯旺公司提供。2013年11月6日用巖棉作基質播種育大苗，12月20日待現大蕾時定植于栽培溫室中，定植密度為2.8株/m2，采用吊掛栽培，以巖棉作為栽培基質。整個溫室頂部為鈉燈補光，鈉燈由鄭州格維特照明科技有限公司生產，功率為780 W，安裝在溫室約6 m高處，每5.3 m2安裝一只鈉燈。L

圖1 溫室LED株間補光的番茄（下部葉片去掉一部分）Fig．1 LED supplementary lighting among plants of tomato in greenhouse

ED株間補光燈為飛利浦公司生產，分別在生長架的0.6 m和1.7 m處放置兩條（圖1）。單根補光燈長度為2.5 m，功率115 W，共有200個LED燈，其中紅光和藍光LED燈設置比例為4∶1。單個種植行上、下各安裝12只補光燈，總長度為30 m。

1．2 試驗方法

1.2.1 試驗處理 試驗設2個處理：（1）正常生長番茄（對照）；（2）LED株間補光番茄。每個處理定植144株，重復4次。兩個處理設置在同一個溫室中，處理間設置2行保護行隔開。于定植5周后再開始LED株間補光，設置每天00：00—07：00為定時補光時間，白天當外界光照強度低于100 μmol·m－2·s－1時，設置為LED燈打開，約補光3周后開始采收果實。

1.2.2 LED株間補光對番茄單位葉面積質量和光響應曲線、二氧化碳響應曲線的影響 于LED補光1個月后對植株上部、中部、下部展開的最大功能葉片進行取樣（其中下部、中部葉片選擇補光燈附近的最大功能葉），用電子天平測量葉片鮮重。利用LI-6400型光合儀（LI-COR，Inc.，Lin-coin，NE，美國）測量上部、中部、下部展開的最大功能葉片凈光合速率，測量二氧化碳響應曲線時設置光強為1 200 μmol·m－2·s－1，二氧化碳濃度分別設置為50 μmol·mol－1、100 μmol·mol－1、200 μmol·mol－1、300 μmol·mol－1、400 μmol·mol－1、600 μmol·mol－1、800 μmol·mol－1、1 000 μmol·mol－1、1 200 μmol·mol－1、1 500 μmol·mol－1、2 000 μmol·mol－1；測量光響應曲線時設置二氧化碳濃度為400 μmol·mol－1，光照強度分別設置為0 μmol·m－2·s－1、10 μmol·m－2·s－1、20 μmol·m－2·s－1、50 μmol·m－2·s－1、80 μmol·m－2·s－1、100 μmol·m－2·s－1、120 μmol·m－2·s－1、150 μmol·m－2·s－1、200 μmol·m－2·s－1、400 μmol·m－2·s－1、600 μmol·m－2·s－1、800 μmol·m－2·s－1、1 000 μmol·m－2·s－1、1 200 μmol·m－2·s－1、1 500 μmol·m－2·s－1、1 800 μmol·m－2·s－1，每個處理重復3次。

1.2.3 LED株間補光對番茄成熟情況的影響 每個果穗留果9個，分別于2014年2月14日、18日、20日對LED補光和對照番茄進行成熟情況的調查。果實完全轉變為紅色，達到成熟定為“全紅果”，果實部分轉色，定為“半紅果”；果實達到最大但沒有轉色，完全為綠色定為“綠果”。每個處理每種類型調查果穗20個，重復3次，取平均值。

1.2.4 LED株間補光對番茄果實品質的影響 采用蒽酮比色法測定可溶性糖含量［8］，酸堿滴定法測定可滴定酸含量，并計算糖酸比［9］；用手持糖度計（PAL-1）測定番茄中的可溶性固形物含量；高效液相色譜法測定維生素E含量；用2%草酸提取，2，6-二氯酚靛酚滴定法測定維生素C含量［8］，2月20日對每個處理取全紅果20個（混合取樣），重復3次，于實驗室進行各個項目的檢測。數據采用Origin 7.5軟件和SAS統計軟件進行分析。

2 結果與分析

2．1 LED株間補光對番茄單位葉面積質量的影響

從表1可以看出，LED株間補光使番茄上部、中部、下部葉片的單位面積質量均顯著增加，比對照分別增加6.9%、8.5%、14.3%，以下部葉片增加較為明顯。同時，各個處理下部葉片質量顯著高于中部葉片，中部葉片質量又顯著高于上部葉片。

表1 LED株間補光對番茄上、中、下部葉片單位葉面積質量的影響Table 1 Effects of LED supplementary lighting among plants on leaf fresh mass per unit of the upper，middle and lower parts

2．2 LED株間補光對番茄二氧化碳響應曲線和光響應曲線的影響

從圖2可以看出，LED株間補光條件下，番茄上部、中部、下部葉片的二氧化碳響應曲線明顯在其CK葉片的上方，說明補光條件下，番茄葉片有更高的凈光合速率，其中，補光對中部葉片和下部葉片的效果更明顯。從圖3可以看出，番茄光響應曲線在較低光強下各個處理差異不太明顯，但是當光照強度超過200 μmol·m－2·s－1時，上部葉片、中部葉片凈光合速率增加更快，其中以上部葉片增加最快、下部葉片最慢，同時下部葉片較早出現光合作用的飽和點。LED株間補光對中部和下部葉片的光響應曲線影響更為明顯，CK中部和下部葉片分別在1 000 μmol·m－2·s－1和400 μmol·m－2·s－1光照強度下出現了光合作用的飽和點，而LED株間補光植株分別在1 500 μmol·m－2·s－1和600 μmol·m－2·s－1才出現光合作用的飽和點，說明LED補光明顯增加了中部和下部葉片的光合能力。

圖2 LED株間補光對番茄二氧化碳響應曲線的影響Fig．2 Effects of LED supplementary lighting among plants on CO2response curve of tomato

圖3 LED株間補光對番茄光響應曲線的影響Fig．3 Effects of LED supplementary lighting among plants on light response curve of tomato

2．3 LED株間補光對番茄品質和采收期的影響

從3次番茄果實成熟情況的調查（表2）可以看出，LED株間補光處理的番茄全紅果數量在不同日期均明顯多于沒有補光的番茄，2月14日、18日、20日分別為對照的2.01倍、1.65倍和1.43倍；同時綠果數明顯少于對照，2月14日、18日、20日分別為對照的59.2%、36.8%和9.3%；而半紅果數二者無明顯規律。說明LED株間補光可以明顯加快番茄果實的成熟速度，LED補光的番茄在2月20日很多果實已經整串成熟，即開始第一批次的采收（采收標準為最后兩個果實已轉為半紅果）；而對照處理番茄到2月25日才開始采收，LED補光番茄較對照提前5 d采收。

表2 LED株間補光對番茄果實成熟情況的影響Table 2 Effects of LED supplementary lighting among plants on tomato fruit maturity

從表3可以看出，LED株間補光可以使番茄的可溶性固形物含量、可溶性糖含量、糖酸比、VC含量、VE含量均顯著提高，分別比對照提高16.3%、16.5%、23.2%、29.8%、66.7%，其中VE含量提高最為明顯；果實的可滴定酸度略有降低，但和對照差異不顯著。

表3 LED補光對番茄果實品質的影響Table 3 Effects of LED supplementary lighting among plants on tomato fruit quality

3 結論與討論

光合作用為植物的生長和繁衍提供了必要的同化物質［10］，保持正常的光合作用是植物生長發育的必要條件。WARREN［11］認為設施內作物生長和產量對光照有很強的依賴性，LED紅色光源補光能夠促進番茄植株生長［12］。本研究發現LED紅光和藍光組合株間補光明顯增加了上、中、下部葉片的單位葉面積質量，同時也使葉片的光合作用有了明顯的提高，使葉片的光合能力更強，尤其對處于遮光較多的中部和下部葉片，作用更為明顯。GOINS等［13］研究發現，與白光比較，適當的藍光LED和紅光LED配比是小麥獲得良好光合作用、地上部干重和產量的重要保證。這也是本試驗測量葉片二氧化碳響應曲線和光響應曲線時，LED株間補光使葉片保持較強光合能力的原因。

孫娜等［12］對日光溫室番茄補照紅光和紅藍混合光之后，番茄產量得到明顯的提高。蒲高斌等［14］研究發現，紅光可以明顯加快番茄的成熟。本試驗對番茄進行LED株間補光后，番茄中部和下部葉片光合作用明顯加強，葉片制造的光合同化產物也隨之增加，不僅使葉片本身獲得更多的同化物質，而且果實也汲取到更多的同化產物用于果實的構建，同時下部果實得到更多的光照而易于著色和盡快成熟，這可能是由于LED紅藍光誘導了光敏色素對蔗糖代謝酶的調控，促進蔗糖代謝相關酶活性的提高，使光合產物更多地分配到番茄果實中［15-16］。

紅光和藍光是影響番茄果實轉色期品質變化的主要光質［4］。很多研究發現，紅光和紅藍組合光處理能夠顯著提高番茄果實的糖含量和糖酸比［4，12］，紅光、藍光均可促進番茄果實維生素C與糖分的積累［4-5］。本試驗對與番茄品質相關的一些指標進行了測量，發現株間LED紅藍光組合補光可以使番茄的可溶性固形物含量、可溶性糖含量、糖酸比、VC含量、VE含量均顯著提高。VC和VE都是重要的抗氧化劑，本試驗發現番茄LED株間補光后，果實中VE含量大幅增加，說明補光番茄中含有大量的抗氧化劑，食用后可以提高人體的抵抗力，這些都充分說明LED補光對改善番茄果實品質確實有重要的作用。

總之，LED株間補光可以明顯增加上、中、下部葉片的光合作用，使葉片制造更多的同化產物，用于番茄葉片和果實的構建，使番茄成熟期提前，且果實品質提高。

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（責任編輯：閆其濤）

Effects of LED supplementary lighting among plants on tomato growth and fruit quality

DING Xiao-tao1，2，JIANG Yu-ping1*，WANG Hong1，ZHOU Qiang1，2，HE Li-zhong1，2，YU Ji-zhu1，2**
（1Shanghai Key Lab of Protected Horticultural Technology；Horticultural Research Institute，Shanghai Academy of Agricultural Sciences，Shanghai 201403，China；2Shanghai Dushi Green Engineering Co.，Ltd.，Shanghai 202180，China）

The effects of LED supplementary lighting among plants on leaf quality，photosynthesis and fruit quality of tomato were studied in greenhouse.The results showed that tomato leaf fresh mass per unit of the upper，middle and lower parts increased obviously，and the photosynthesis enhanced after the treatment of LED supplementary lighting；Soluble solids content，soluble sugar content，sugar acid ratio，VC content and VE content increased also.Compared with the control，the fruit quality was obviously improved，and the fruit harvest time was 5 days in advance.

Tomato；LED supplementary lighting；Photosynthesis；Harvesting time；Fruit quality

S641.2

A

1000-3924（2016）06-048-04

2015-08-13

低碳環控型溫室結構及配套裝備研制與產業化示范［國家科技支撐計劃2014BAD08B01］；國家自然基金青年項目（31301818）；上海市農委青年人才成長計劃［滬農青字（2014）第1-8號］；現代園藝溫室綜合技術的研發與應用［上海市科技興農重大項目滬農科重字（2010）第4-1號］

丁小濤（1981—），男，碩士，助理研究員，主要從事栽培生理及設施黃瓜育種研究。Tel：021-52235451，E-mail：xiaotao198108＠163.com

*共同第一作者

**通信作者，Tel：021-52235451，E-mail：yy2＠saas.sh.cn