日光溫室不同時(shí)段補(bǔ)光對番茄果實(shí)品質(zhì)及揮發(fā)性物質(zhì)影響

魏守輝，肖雪梅，鐘 源，郁繼華,，呂 劍，胡琳莉，唐中祺，柳帆紅，王舒亞，堅(jiān)乃丹

日光溫室不同時(shí)段補(bǔ)光對番茄果實(shí)品質(zhì)及揮發(fā)性物質(zhì)影響

魏守輝1，肖雪梅1※，鐘 源2，郁繼華1,2，呂 劍1，胡琳莉1，唐中祺1，柳帆紅1，王舒亞1，堅(jiān)乃丹2

（1. 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，蘭州 730070； 2. 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)干旱生境作物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州 730070）

為探明日光溫室中提高番茄產(chǎn)量和品質(zhì)的最佳補(bǔ)光時(shí)段，以“粉太郎”番茄為試材，從植株定植后第25天到第一穗果完全成熟時(shí)進(jìn)行補(bǔ)光，利用LED燈設(shè)置3種補(bǔ)光時(shí)段：揭簾前補(bǔ)光5 h（T1）、蓋簾后補(bǔ)光5 h（T2）、揭簾前蓋簾后分別補(bǔ)光2.5 h（T3），以不補(bǔ)光作為對照（CK），研究其對番茄產(chǎn)量、果實(shí)品質(zhì)以及揮發(fā)性物質(zhì)成分和含量的影響。結(jié)果表明：補(bǔ)光處理可提高番茄平均單株產(chǎn)量、果實(shí)可溶性糖含量、可溶性固形物含量、糖酸比、揮發(fā)性物質(zhì)總數(shù)量和總質(zhì)量分?jǐn)?shù)，但會(huì)降低有機(jī)酸含量，T1處理效果最顯著（<0.05）。4個(gè)處理共檢測出83種揮發(fā)性物質(zhì)，包括12種酮類、22種醛類、22種醇類、6種酯類、6種烴類和15種其他類物質(zhì)。各處理揮發(fā)性物質(zhì)總數(shù)量和總質(zhì)量分?jǐn)?shù)由大到小為：T1（68種，3 107.98g/kg）、T3（65種，2 610.74g/kg）、T2（63種，2 438.96g/kg）、CK（59種，2 086.03g/kg）。每個(gè)處理醇類含量最多，烴類含量最低，并且含量最高的物質(zhì)均是順-3-己烯-1-醇。3種補(bǔ)光處理均可提高酮類、醛類、醇類和其他類物質(zhì)含量，但顯著降低烴類物質(zhì)含量（<0.05），酯類物質(zhì)含量只在T1處理時(shí)有所提高。所有被檢測出的揮發(fā)性物質(zhì)包含11種番茄特征香氣成分，主要分為花香、果香與青香3種類型，其中青香味物質(zhì)含量最多。綜上，對番茄進(jìn)行補(bǔ)光尤其是揭簾前補(bǔ)光5 h可有效提高番茄產(chǎn)量、果實(shí)品質(zhì)和風(fēng)味，是當(dāng)?shù)厝展鉁厥以蕉绶言耘嗟妮^優(yōu)補(bǔ)光時(shí)段。研究結(jié)果可為設(shè)施番茄種植的光環(huán)境調(diào)控技術(shù)提供科學(xué)依據(jù)。

溫室；光質(zhì)；番茄；補(bǔ)光時(shí)段；產(chǎn)量；果實(shí)品質(zhì)；揮發(fā)性物質(zhì)；頂空固相微萃取；氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用

0 引 言

番茄（）又稱西紅柿，含有豐富的蛋白質(zhì)和礦質(zhì)元素，同時(shí)還含有番茄紅素、維生素C以及糖酸類等營養(yǎng)物質(zhì)[1]，具有抗衰老和健胃消食等作用[2]。番茄作為中國種植規(guī)模較大的蔬菜作物之一，以其獨(dú)特的風(fēng)味深受廣大消費(fèi)者的喜愛，被人們稱為“蔬菜中的水果”。隨著人們對番茄需求的大量增加以及日光溫室的加速發(fā)展，番茄的周年種植與供應(yīng)得以實(shí)現(xiàn)，但由于溫室蔬菜生產(chǎn)過程存在復(fù)種指數(shù)高[3]、弱光[4]以及環(huán)境封閉[5]等原因，番茄品質(zhì)和風(fēng)味出現(xiàn)了明顯的季節(jié)性差異[6]，加之種植者過分追求番茄產(chǎn)量和外觀商品品質(zhì)，使得番茄果實(shí)可溶性固形物含量少、特征香氣成分不足等品質(zhì)和風(fēng)味問題出現(xiàn)[7]。

研究表明，番茄品質(zhì)和風(fēng)味形成受多方面影響。從栽培條件看，主要有茬口選擇[8]、水肥用量[9]和氣體環(huán)境[10]等因素，也有研究表明光照會(huì)影響番茄果實(shí)品質(zhì)和風(fēng)味的形成[11]。董飛等[11]研究表明，與白光相比，利用不同紅藍(lán)光比例LED燈對番茄進(jìn)行補(bǔ)光，在番茄果實(shí)綠熟期、轉(zhuǎn)色期、成熟期，均可顯著提高番茄果實(shí)揮發(fā)性物質(zhì)數(shù)量和脂氧合酶、脂氫過氧化物裂解酶等關(guān)鍵合成酶含量。李蔚等[12]研究表明，日光溫室秋冬茬番茄在開花前每日補(bǔ)光7 h、開花坐果后每日補(bǔ)光9 h較好。LED燈作為一種新型光源以其節(jié)能環(huán)保、使用壽命長、安全穩(wěn)定等諸多優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)照明領(lǐng)域，尤其是日光溫室蔬菜栽培[13]。崔曉輝等[14]發(fā)現(xiàn)，LED補(bǔ)光能有效促進(jìn)甜瓜植株生長，同時(shí)提高果實(shí)產(chǎn)量和特征香氣物質(zhì)含量。人工補(bǔ)光可改善植物光照條件促進(jìn)植物生長，有利于植物光合產(chǎn)物積累，從而實(shí)現(xiàn)番茄果實(shí)的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)[15]。

近年來，有關(guān)番茄揮發(fā)性物質(zhì)影響因素的研究主要集中在基因型[16]、采收成熟度[17]和采后貯藏[18]等方面，而光照影響番茄揮發(fā)性物質(zhì)的研究很少，不同時(shí)段補(bǔ)光對番茄果實(shí)品質(zhì)和揮發(fā)性物質(zhì)的影響更是鮮有報(bào)道。本研究以“粉太郎”番茄為試材，從植株定植后第25天到第一穗果完全成熟時(shí)進(jìn)行不同時(shí)段補(bǔ)光處理，探討其對番茄產(chǎn)量、果實(shí)品質(zhì)和揮發(fā)性物質(zhì)的影響，為進(jìn)一步改善中國西北日光溫室番茄果實(shí)品質(zhì)和風(fēng)味提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與處理

本試驗(yàn)番茄種植于甘肅省蘭州市榆中縣李家莊（35°85'N，104°12'E）日光溫室，采用有機(jī)基質(zhì)地下槽式栽培，栽培槽規(guī)格9 m×0.4 m×0.25 m（長×寬×高），栽培槽間距0.8 m。栽培基質(zhì)購買于甘肅綠能農(nóng)業(yè)科技股份有限公司，基質(zhì)體積比為牛糞∶草炭∶椰糠=1∶2∶2，電導(dǎo)率（Electrical Conductivity，EC）為2.56 mS/cm，pH值7.5。試驗(yàn)選用品種為“粉太郎”，播于72孔穴盤中育苗，幼苗長至四葉一心時(shí)定植，采用單壟雙行栽培模式，大行距100 cm，小行距70 cm，株距45 cm，留7穗果打頂。利用膜下滴灌進(jìn)行水肥一體化管理，施肥罐安裝在滴灌系統(tǒng)首部，每壟鋪設(shè)2條滴灌帶，滴頭間距35 cm，施肥時(shí)將肥料準(zhǔn)確稱量后溶于水中，通過滴灌管路隨水滴施到番茄根系附近，自第一穗果開花坐果時(shí)開始追肥，每隔5 d追施一次，植株拉秧前一周停止追肥。每次每株平均灌水量為1.5 L，平均施肥量為3.23 g（1.37 g硝酸鉀、0.34 g磷酸二氫銨、0.38 g硫酸鎂、0.90 g四水硝酸鈣和0.24 g尿素）。

采用LED燈在雙行植株中間進(jìn)行補(bǔ)光，補(bǔ)光強(qiáng)度為100mol/(m2·s)，補(bǔ)光燈高度距植株生長點(diǎn)下側(cè)15 cm，并根據(jù)植株生長高度進(jìn)行調(diào)整。從植株定植后第25天（2018年12月19日）開始補(bǔ)光，第一穗果完全成熟時(shí)（2019年3月25日）結(jié)束補(bǔ)光。試驗(yàn)共設(shè)置4個(gè)處理，分別是揭簾前補(bǔ)光5 h（T1）、蓋簾后補(bǔ)光5 h（T2）、揭簾前蓋簾后分別補(bǔ)光2.5 h（T3），以不補(bǔ)光作為對照（CK）。該日光溫室共種植番茄27槽，每個(gè)小區(qū)為一個(gè)處理，每處理種植3槽，每槽為一個(gè)重復(fù)，各處理間均設(shè)置3槽保護(hù)行，避免不同補(bǔ)光處理的干擾。各處理在補(bǔ)光結(jié)束后第2天取樣，取樣標(biāo)準(zhǔn)為果實(shí)完全紅熟、色澤一致且著紅面100%的第一穗果實(shí)，采摘后用周轉(zhuǎn)箱轉(zhuǎn)運(yùn)至實(shí)驗(yàn)室并貯藏于8 ℃冰箱中待測。

1.2 儀器與設(shè)備

HY-115CM-36×3W-RB型LED光源（紅藍(lán)光R∶B= 7∶2，深圳厚屹節(jié)能技術(shù)有限公司）；UV-1800紫外可見分光光度計(jì)（日本島津公司）；DF-101S集熱式磁力攪拌器（鄭州市亞榮儀器有限公司）；SPME進(jìn)樣手柄、75m CAR/PDMS SPME萃取頭（美國Supelco公司）；DB-WAX彈性石英毛細(xì)管柱（20 m×0.18 mm，0.18m，美國Agilent公司）；ISQ氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（美國Thermo Fisher Scientific公司）；勻漿機(jī)（荷蘭Philips公司）。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 番茄平均單株產(chǎn)量

自番茄第一穗果成熟開始至拉秧結(jié)束，每隔3 d采摘一次，采收標(biāo)準(zhǔn)為完全紅熟的番茄果實(shí)，所有番茄按不同處理分別測定產(chǎn)量，最后折算為平均單株產(chǎn)量。

1.3.2 番茄果實(shí)品質(zhì)

可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定，可溶性固形物含量采用手持折射儀法測定，有機(jī)酸含量采用堿液滴定法測定，糖酸比=可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%）/有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%）。

1.3.3 番茄果實(shí)揮發(fā)性物質(zhì)

參照常培培等[16]和蔡東升等[19]測定番茄果實(shí)揮發(fā)性物質(zhì)的方法，并略作修改。

頂空固相微萃取（Headspace Solid Phase Microextraction，HS-SPME）取樣：各處理分別選取成熟度一致、大小均勻、無病蟲害的5個(gè)番茄果實(shí)，將果蒂去除并洗凈晾干，用勻漿機(jī)打成勻漿，稱取（9±0.1）g勻漿置于20 mL頂空樣品瓶中，加入1.5 g無水Na2SO4，同時(shí)加入10L 8.82 mg/L的2-辛醇標(biāo)樣和磁力攪拌轉(zhuǎn)子，迅速旋緊瓶蓋，置于50 ℃恒溫磁力攪拌器，以500 r/min的速率攪拌均勻，平衡10 min。然后50 ℃條件下萃取吸附30 min，萃取完立即插入色譜氣化室，解析3 min，進(jìn)行氣相色譜-質(zhì)譜（Gas Chromatography-Mass Spectrometry，GC-MS）分析。每個(gè)處理進(jìn)行3次重復(fù)，取其平均值。

GC條件：選用DB-WAX彈性石英毛細(xì)管柱（20 m× 0.18 mm，0.18m）；進(jìn)樣口溫度250 ℃；載氣：純度≥99.999%的高純氦氣，流速1.0 mL/min；進(jìn)樣方式：不分流進(jìn)樣；程序升溫：初始溫度40 ℃，以3.5 ℃/min升至190 ℃，維持3 min。MS條件：電子電離（electro nionzation，EI）；電子能量70 eV；離子源溫度200 ℃；傳輸線溫度190 ℃；掃描方式：全掃描；掃描質(zhì)量范圍：35～500 u。

1.4 番茄果實(shí)揮發(fā)性物質(zhì)定性及定量分析

定性分析：番茄果實(shí)揮發(fā)性物質(zhì)經(jīng)GC-MS分析鑒定后，通過計(jì)算機(jī)檢索并與圖譜庫（NIST 2014）對照分析，參考質(zhì)譜的匹配度以及相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道的揮發(fā)性物質(zhì)成分，僅鑒定正反匹配度均大于800（不超過1 000）的物質(zhì)。

定量分析（內(nèi)標(biāo)法）：計(jì)算公式為：揮發(fā)性物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)（g/kg）=（1/2）·（1/2）·1 000，式中：1為待測物質(zhì)峰面積；2為內(nèi)標(biāo)物峰面積；1為內(nèi)標(biāo)物質(zhì)量，g；2為樣品質(zhì)量，g。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

使用Microsoft Excel 2010軟件分析數(shù)據(jù)和作圖；利用SPSS 20.0軟件Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行方差分析（<0.05）和顯著性檢驗(yàn)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同時(shí)段補(bǔ)光對番茄平均單株產(chǎn)量的影響

不同時(shí)段補(bǔ)光對番茄平均單株產(chǎn)量影響不同，所有補(bǔ)光處理均可提高番茄產(chǎn)量（圖1）。其中T1處理平均單株產(chǎn)量最高，為3.45 kg/株，顯著高于CK、T2和T3處理16.9%、15.4%和6.5%（<0.05）。T3處理顯著低于T1處理（<0.05），但顯著高于CK和T2處理（<0.05），而T2與CK處理的平均單株產(chǎn)量并無顯著性差異（0.05）。

2.2 不同時(shí)段補(bǔ)光對番茄果實(shí)品質(zhì)的影響

補(bǔ)光對番茄果實(shí)的品質(zhì)有顯著影響。由圖2a可知，T1處理的可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，為9.70%，顯著高于CK、T2和T3處理的19.3%、13.2%和11.5%（<0.05），而這3個(gè)處理無顯著性差異（>0.05）。各補(bǔ)光處理均使番茄果實(shí)有機(jī)酸含量下降（圖2b），其中T2和T3處理顯著低于CK處理（<0.05），說明補(bǔ)光會(huì)影響有機(jī)酸的合成。CK處理的糖酸比最低，為4.93，比T1、T2和T3處理顯著低31.8%、27.4%和24.5%（<0.05），而這3個(gè)補(bǔ)光處理的糖酸比無顯著性差異（>0.05）（圖2c）。T1處理的可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高（圖2d），為4.56%，顯著高于CK和T3處理（<0.05），但與T2處理差異不顯著（>0.05）。

注：圖中不同小寫字母表示各處理間在P=0.05的水平上差異顯著，下同。揭簾前補(bǔ)光5 h（T1）、蓋簾后補(bǔ)光5 h（T2）、揭簾前蓋簾后分別補(bǔ)光2.5 h（T3），以不補(bǔ)光作為對照（CK），

圖2 不同時(shí)段補(bǔ)光對番茄果實(shí)品質(zhì)的影響

2.3 不同時(shí)段補(bǔ)光對番茄果實(shí)揮發(fā)性物質(zhì)的影響

2.3.1 不同時(shí)段補(bǔ)光對番茄果實(shí)揮發(fā)性物質(zhì)成分和含量的影響

利用GC-MS技術(shù)在4個(gè)處理番茄果實(shí)中共檢測到83種揮發(fā)性物質(zhì)（表1只列出主要揮發(fā)性物質(zhì)），包括12種酮類、22種醛類、22種醇類、6種酯類、6種烴類和15種其他類物質(zhì)，其他類主要是數(shù)量較少的呋喃類、酚類、噻唑類、酸類和腈類等物質(zhì)。補(bǔ)光可使揮發(fā)性物質(zhì)的總數(shù)量和總質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著增加，其中總數(shù)量由多到少為：T1（68種）、T3（65種）、T2（63種）、CK（59種）。4個(gè)處理共有揮發(fā)性物質(zhì)為47種，占所有檢出物質(zhì)的56.6%，其余36種獨(dú)立存在于各處理番茄中，CK、T1、T2和T3獨(dú)有物質(zhì)分別為3種、9種、0種和5種。在總質(zhì)量分?jǐn)?shù)上，TI（3 107.98g/kg）、T2（2 438.96g/kg）和T3（2 610.74g/kg）均高于CK（2 086.03g/kg），分別是CK的1.49倍、1.17倍和1.25倍。4個(gè)處理含量最高的物質(zhì)均是順-3-己烯-1-醇，但含量最低的物質(zhì)卻不相同，分別是苯乙腈（CK）、-紫羅蘭酮（T1）、反-2-辛烯-1-醇（T2）和正十三烷（T3）。

2.3.2 不同時(shí)段補(bǔ)光對番茄果實(shí)各類揮發(fā)性物質(zhì)數(shù)量和含量的影響

由圖3a和3b可得，各處理番茄果實(shí)共檢測到六大類物質(zhì)，包括酮、醛、醇、酯、烴和其他類。從數(shù)量上來看，醛類（16～18種）和醇類（15～20種）較多，酯類（4～5種）和烴類（1～3種）較少。3種時(shí)段補(bǔ)光均可提高醛類和酯類數(shù)量，但效果并不顯著（>0.05），而酮類和醇類數(shù)量卻顯著提高（<0.05），其中醇類提高數(shù)量最多，T1、T2和T3處理分別較CK增加了5種、4種和4種。此外，補(bǔ)光會(huì)使烴類和其他類物質(zhì)數(shù)量減少，但降低幅度并不顯著（>0.05）。

在含量上，醇類質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，4個(gè)處理范圍為1 109.341 875.51g/kg，占各處理總量的52.99%～60.34%。酯類和烴類質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低，分別為20.8042.14g/kg和1.6880.31g/kg。補(bǔ)光可顯著提高番茄果實(shí)醛類、醇類和其他類物質(zhì)的含量（<0.05），總體上T1處理在3類物質(zhì)中含量均為最高。其中，醇類物質(zhì)含量增加最多，T1、T2和T3處理分別較CK顯著增加69.1%、26.1%和24.7%。3種補(bǔ)光處理下的酮類物質(zhì)含量雖比CK有所提高，但只有T1是顯著增加（<0.05），T2和T3處理效果不顯著（>0.05）。酯類物質(zhì)含量在T1處理下比CK顯著增加79.1%，而T2和T3處理會(huì)使其含量下降，但與CK相比差異不顯著（>0.05）。烴類是唯一一類在3種補(bǔ)光時(shí)段處理下含量均下降的物質(zhì)，T1、T2和T3處理分別較CK降低74.87、78.48和78.63g/kg。

2.3.3 不同時(shí)段補(bǔ)光對番茄果實(shí)特征香氣成分及含量的影響

本試驗(yàn)4個(gè)處理共檢測出11種番茄特征香氣成分（表2），CK、T1和T2處理均含有10種，T3處理比上述3個(gè)處理多含有1種，為順-3-己烯醛（表1）。從總含量看，各補(bǔ)光處理均高于不補(bǔ)光處理，T2處理和CK相比差異不顯著（>0.05），但T1和T3處理分別較CK顯著增加41.67%和16.70%（<0.05）。

番茄果實(shí)的特征香氣物質(zhì)分為刺激型、花香型、果香型和青香型4類，本試驗(yàn)分別檢測出1、2、3和5種（表2）。其中，刺激型物質(zhì)是指具有蒜香刺激性氣味的1-戊烯-3-酮，T1處理使該物質(zhì)含量略有上升，T2和T3處理時(shí)顯著下降（<0.05）。花香型物質(zhì)為-紫羅蘭酮和2-苯乙醇，主要呈現(xiàn)玫瑰香和桂花香氣味，是含量最低的一類特征香氣物質(zhì)，3種補(bǔ)光處理差異不顯著（>0.05），但比CK分別顯著增加1.86倍（T1）、1.45倍（T2）和1.63倍（T3）（<0.05）。果香型物質(zhì)為順-3-己烯醛、反-2-己烯醛和6-甲基-5-庚烯-2-酮，主要呈現(xiàn)蘋果香和柑橘香氣味，補(bǔ)光后含量也顯著提高，T1、T2和T3處理分別比CK顯著增加22.08%、16.40%和50.73%（<0.05）。青香型物質(zhì)為己醛、反-2-庚烯醛、順-3-己烯-1-醇、水楊酸甲酯和2-異丁基噻唑，主要呈現(xiàn)青草香和青葉香氣味，是含量最高的一類特征香氣物質(zhì)，T1處理比CK顯著增加57.84%（<0.05），而T2和T3處理相比CK卻略有下降，但差異不顯著（>0.05）。

表1 不同時(shí)段補(bǔ)光番茄果實(shí)主要揮發(fā)性物質(zhì)成分及含量分析

注： — 未檢出。

Note: — undetected.

表2 不同時(shí)段補(bǔ)光番茄果實(shí)特征香氣成分及含量分析

注：表中不同小寫字母表示各處理間在=0.05的水平上差異顯著。

Note: Different lowercase letters in the table indicate significant differences at the level of=0.05 between treatments.

3 討 論

番茄果實(shí)中與風(fēng)味品質(zhì)相關(guān)的最初前體物質(zhì)均是光合產(chǎn)物蔗糖，光照是影響光合作用的重要因素，然而冬春季自然光照時(shí)間較短，嚴(yán)重降低干物質(zhì)向果實(shí)的分配效率[20]，因此補(bǔ)光顯得尤為重要。本試驗(yàn)選擇補(bǔ)光5 h，是因?yàn)镈emers等[21]研究指出，光周期超過14 h番茄產(chǎn)量和果實(shí)品質(zhì)增加效果不明顯，所以將光周期最長延長至14 h。試驗(yàn)地日光溫室早上揭簾時(shí)間9:00，晚上蓋簾時(shí)間18:00，自然補(bǔ)光時(shí)間9 h，因此選定LED燈補(bǔ)光時(shí)間5 h。在延時(shí)補(bǔ)光方面, 適宜的補(bǔ)光時(shí)段存在爭議，程瑞鋒等[22]認(rèn)為早晨補(bǔ)光時(shí)黃瓜葉片的光合啟動(dòng)時(shí)間比晚上長，原因是早晨溫度較低延遲了光合作用進(jìn)程，但最終穩(wěn)定時(shí)的凈光合速率要比晚上大。馬艷等[23]研究發(fā)現(xiàn)，蓋簾后補(bǔ)光番茄葉片的光合速率、單株產(chǎn)量和果實(shí)番茄紅素較揭簾前補(bǔ)光略高。郭銳等[24]認(rèn)為17:00-20:00番茄光合作用的暗呼吸速率和光補(bǔ)償點(diǎn)較6:00-9:00低，從光合生理特性上說晚上補(bǔ)光較好，本試驗(yàn)與之得出的結(jié)果不一致可能是因?yàn)檠a(bǔ)光的時(shí)間點(diǎn)和時(shí)長不同。

研究表明，冬春季補(bǔ)光可有效提高番茄葉片光合性能和自身光保護(hù)能力，通過緩解氣孔限制因素，使番茄果實(shí)干物質(zhì)積累能更有效地進(jìn)行[25]。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)光可提高番茄果實(shí)產(chǎn)量，這與郝東川等[26]研究結(jié)果一致，揭簾前補(bǔ)光效果最顯著，推測可能是早上CO2濃度經(jīng)過一夜后比晚上高，更有利于提高表觀量子效率，增加光合產(chǎn)物輸出[27]。番茄果實(shí)的口感品質(zhì)主要用糖度和酸度評價(jià)，具體包括可溶性糖、可溶性固形物、有機(jī)酸和糖酸比[28]。本試驗(yàn)3個(gè)補(bǔ)光處理的可溶性糖、可溶性固形物和糖酸比均高于不補(bǔ)光處理，這與李蔚等[12]研究結(jié)果一致。揭簾前補(bǔ)光效果要好于蓋簾后補(bǔ)光，推測對番茄早上補(bǔ)光更有利于提高果實(shí)蔗糖合酶（Sucrose Synthase，SS）和蔗糖磷酸合酶（Sucrose Phosphate Synthase，SPS）活性[27]，進(jìn)而增加葡萄糖、蔗糖和果糖等可溶性物質(zhì)含量[29]。補(bǔ)光處理使有機(jī)酸含量下降，這與丁小濤等[30]研究結(jié)果一致，可能是補(bǔ)光后番茄果實(shí)中糖類與酸類（蘋果酸、檸檬酸和酒石酸）的共用底物競爭加劇。補(bǔ)光處理后果實(shí)中較高的可溶性固形物含量和較低的有機(jī)酸含量使糖酸比升高，果實(shí)口感更好[31]。

番茄風(fēng)味很大程度上取決于果實(shí)揮發(fā)性物質(zhì)含有情況[32]。研究表明，植物通過光合作用經(jīng)卡爾文循環(huán)生成蔗糖，然后經(jīng)過糖酵解、莽草酸途徑和甲羥戊酸途徑生成4類揮發(fā)性物質(zhì)合成底物，分別是脂肪酸、類胡蘿卜素、苯丙氨酸和支鏈氨基酸[33]，進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為酮類、醛類、醇類、酯類和烴類等物質(zhì)。不同番茄果實(shí)中共檢測出400多種揮發(fā)性物質(zhì)[34]，本試驗(yàn)共檢測出83種揮發(fā)性物質(zhì)，而楊俊偉等[35]在不同光質(zhì)處理下只檢測出53種，董飛等[11]在不同光質(zhì)處理下只檢測到40種，這進(jìn)一步證明了補(bǔ)光時(shí)段比光質(zhì)對番茄果實(shí)揮發(fā)性物質(zhì)的影響更大。補(bǔ)光處理后揮發(fā)性物質(zhì)的總數(shù)量和總含量較不補(bǔ)光處理有所增加，這與岳釘伊等[36]研究結(jié)果一致。一方面，補(bǔ)光使合成揮發(fā)性物質(zhì)的前體物質(zhì)迅速增加[37]；另一方面，補(bǔ)光后成熟期番茄的脂氧合酶（Lipoxygenase，LOX）、乙醇脫氫酶（Alcohol Dehydrogenase，ADH）、酰基轉(zhuǎn)移酶（Acyltransferase，AAT）和脂氫過氧化物裂解酶（Hydroperoxide Lyase，HPL）活性顯著提高并促進(jìn)前體物質(zhì)向揮發(fā)性物質(zhì)轉(zhuǎn)化[11]。

有研究表明，自然光照下番茄果實(shí)各類揮發(fā)性物質(zhì)中醛類含量最高，約占75%，烴類和醇類最低，約占3%[36]。而楊俊偉等[35]得出醛類相對含量最高為47.34%，其次為酮類，未檢測到烴類物質(zhì)。本試驗(yàn)的測定結(jié)果為醇類含量最高，醛類次之，酯類和烴類最低，與徐煒南等[38]測定結(jié)果基本一致。補(bǔ)光處理后醛類和醇類的含量顯著升高，可能是得益于補(bǔ)光后苯丙氨酸脫羧酶（Phenylalanine Decarboxylase，AADC）促進(jìn)苯丙氨酸代謝、-葡萄糖苷酶（-glucosidase，bglB）促進(jìn)苯丙烷合成、脂氧合酶（Linoleate 9s-lipoxygenase，LOX1-5）催化多元不飽和脂肪酸降解等一系列生化反應(yīng)[11]，最終提高己醛、反-2-己烯醛、反-2-辛烯醛、壬醛、辛醛、順-3-己烯醛、正己醇、順-3-己烯-1-醇和戊醇等物質(zhì)含量。然而揭簾前補(bǔ)光這些物質(zhì)含量增加更顯著，推測可能是番茄果實(shí)在揭簾前比蓋簾后補(bǔ)光積累了更多與之相關(guān)的催化酶。烴類物質(zhì)含量在補(bǔ)光后出現(xiàn)下降，主要由于補(bǔ)光處理中4-甲基-1,3-戊二烯、順，順-2,4-己二烯和2,3,3-三甲基-1-己烯3種烴類物質(zhì)含量較低。

番茄果實(shí)香味主要取決于特征香氣的成分和含量，已被鑒定的400多種揮發(fā)性物質(zhì)對番茄風(fēng)味起主要作用的不超過30種[39]，對數(shù)閾值單位大于0的16種是番茄的主要特征香氣物質(zhì)[40]。本試驗(yàn)共鑒定出11種番茄特征香氣物質(zhì)，未檢測到-大馬酮、2-甲基丁醛、1-硝基-2-乙基苯、2-苯乙醛和3-甲基丁醇，這可能與品種及栽培條件有關(guān)[41]。本試驗(yàn)補(bǔ)光與不補(bǔ)光處理特征香氣成分的數(shù)量差異不大，說明補(bǔ)光對番茄果實(shí)特征香氣成分無明顯影響。各處理特征香氣物質(zhì)總含量與揮發(fā)性物質(zhì)總含量高低順序一致，這與蔡東升等[19]研究結(jié)果一致。本試驗(yàn)檢測出的11種番茄特征香氣物質(zhì)構(gòu)成新鮮番茄的芳香味道，以花香、果香和青香型氣味為主，且青香型物質(zhì)含量最高，與徐煒南等[42]報(bào)道的果香型物質(zhì)含量最高略有差別，這主要是番茄品種和試驗(yàn)處理不同所致。

己醛作為亞油酸代謝途徑的中間產(chǎn)物[43]，被認(rèn)為是與番茄香氣最相關(guān)的特征物質(zhì)[44]，揭簾前補(bǔ)光處理最高推測是脂氧合酶（LOX）和脂氫過氧化物裂解酶（HPL）活性提高。順-3-己烯醛是亞麻酸代謝途徑中與苦味相關(guān)的中間產(chǎn)物[30]，只在揭簾前和蓋簾后都補(bǔ)光時(shí)才會(huì)少量積累，其他處理下可能在乙醇脫氫酶（ADH）和異構(gòu)酶的作用下分別生成順-3-己烯-1-醇和反-2-己烯醛，且兩者之間存在底物競爭現(xiàn)象[43]。類胡蘿卜素代謝途徑中，主要前體物質(zhì)為番茄紅素、-胡蘿卜素和-胡蘿卜素。其中，6-甲基-5-庚烯-2-酮來源于番茄紅素，-紫羅蘭酮來源于-胡蘿卜素[39]，本試驗(yàn)補(bǔ)光處理后6-甲基-5-庚烯-2-酮和-紫羅蘭酮含量較高，主要是因?yàn)檠a(bǔ)光可以誘導(dǎo)番茄果實(shí)中的光敏色素積累[45]，同時(shí)加劇了類胡蘿卜素裂解雙加氧酶（Carotenoid Cleavage Dioxygenases，LeCCDs）對類胡蘿卜素化學(xué)鍵的斷裂作用[46]。苯丙氨酸代謝通路中，一方面可經(jīng)氨基酸脫羧酶（Amino Acid Decarboxylases，LeAADCs）催化途徑最終生成2-苯乙醇；另一方面又可通過苯丙氨酸解氨酶（Phenylalanine Ammonia Lyase，PAL）代謝支路形成水楊酸甲酯[47]。2-苯乙醇在3種補(bǔ)光后均有顯著上升，而水楊酸甲酯除揭簾前補(bǔ)光含量上升外其余補(bǔ)光處理均下降，推測可能是只有揭簾前補(bǔ)光有利于PAL的積累。水楊酸甲酯除具有冬青葉香外，還可作為信號分子參與番茄果實(shí)的成熟和抗逆過程[48]，本試驗(yàn)揭簾前補(bǔ)光的含量是其余補(bǔ)光處理的3倍，由此也能間接說明揭簾前補(bǔ)光的番茄果實(shí)抗逆性強(qiáng)、產(chǎn)量高、品質(zhì)優(yōu)。2-異丁基噻唑以其獨(dú)特的番茄青香味深受人們的喜歡，在番茄特征香氣中占主導(dǎo)地位[49]，其含量也是揭簾前補(bǔ)光處理最高。2-異丁基噻唑是本試驗(yàn)唯一鑒定出的以支鏈氨基酸（異亮氨酸和亮氨酸）為前體的特征香味物質(zhì)，其主要在支鏈氨基酸氨基轉(zhuǎn)移酶（Branched-chain Amino Acid Aminotransferases，SlBCATs）參與下，經(jīng)過脫氨、脫羧和還原等反應(yīng)形成[50]。此外，本試驗(yàn)檢測到的檸檬醛、香葉基丙酮和愈創(chuàng)木酚等對數(shù)閾值單位為負(fù)值的揮發(fā)性物質(zhì)也會(huì)作為背景信息影響番茄特征香氣[51]。接下來有必要對4種代謝途徑上的揮發(fā)性物質(zhì)分別進(jìn)行研究，進(jìn)一步挖掘?qū)Ψ压麑?shí)風(fēng)味貢獻(xiàn)率較大的特征香氣成分，探究補(bǔ)光改善番茄果實(shí)整體風(fēng)味的機(jī)理，從而建立起不同時(shí)段補(bǔ)光對番茄果實(shí)產(chǎn)量、品質(zhì)和主要揮發(fā)性物質(zhì)之間的關(guān)系，使日光溫室番茄種植真正達(dá)到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的目的。

4 結(jié) 論

本文探討了日光溫室紅藍(lán)光（R∶B=7：2）LED補(bǔ)光燈對越冬茬“粉太郎”番茄進(jìn)行不同時(shí)段補(bǔ)光（揭簾前補(bǔ)光5 h、蓋簾后補(bǔ)光5 h、揭簾前蓋簾后分別補(bǔ)光2.5 h）處理的影響，主要結(jié)論如下：

1）3種時(shí)段補(bǔ)光相比不補(bǔ)光均可提高番茄平均單株產(chǎn)量、可溶性糖含量、可溶性固形物含量、糖酸比，但會(huì)降低有機(jī)酸含量，其中揭簾前補(bǔ)光效果最顯著（<0.05）。

2）4個(gè)處理的番茄果實(shí)共檢測出83種揮發(fā)性物質(zhì)，包括12種酮類、22種醛類、22種醇類、6種酯類、6種烴類和15種其他類物質(zhì)，并且含量最高的物質(zhì)均是順-3-己烯-1-醇。

3）3種時(shí)段補(bǔ)光均可提高番茄果實(shí)酮類、醛類、醇類和酯類數(shù)量，降低烴類和其他類物質(zhì)數(shù)量；3種時(shí)段補(bǔ)光均可提高酮類、醛類、醇類和其他類物質(zhì)含量，降低烴類含量，酯類物質(zhì)含量在揭簾前補(bǔ)光增加，其余補(bǔ)光下降。每個(gè)處理在數(shù)量上，醛類和醇類較多，酯類和烴類較少；在含量上，醇類含量最多，酯類和烴類最少。

4）83種揮發(fā)性物質(zhì)包含了11種番茄特征香氣物質(zhì)，分別是：1-戊烯-3-酮、-紫羅蘭酮、2-苯乙醇、順-3-己烯醛、反-2-己烯醛、6-甲基-5-庚烯-2-酮、己醛、反-2-庚烯醛、順-3-己烯-1-醇、水楊酸甲酯和2-異丁基噻唑，這些物質(zhì)主要分為花香、果香與青香3種類型，其中青香味物質(zhì)含量最多。

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Effects of supplemental illumination in different periods on the quality and volatile compounds of tomato fruit in solar greenhouse

Wei Shouhui1, Xiao Xuemei1※, Zhong Yuan2, Yu Jihua1,2, Lyu Jian1, Hu Linli1, Tang Zhongqi1, Liu Fanhong1, Wang Shuya1, Jian Naidan2

(1.730070;2.730070)

The objective of this paper is to find the optimal periods of supplemental illumination that improves the yield and quality of tomato in solar greenhouse. The tomato cultivar of ‘Fentailan’ was selected as the target material, and LED was set as the light source. The tomato plants began to be supplemented with illumination 25 d after planting, and the supplement of illumination was completed when the first spike fruits were fully ripe. Three supplemental light periods in this study: 5 h before the curtain is opened (T1), 5 h after the curtain is covered (T2), 2.5 h before the curtain is opened and 2.5 h after the curtain is covered (T3); without supplemental light served as the control (CK). The flavor quality, volatile components and contents of the tomato were measured in each treatment. The results showed that the three supplemental illumination treatments can effectively increase tomato average yield per plant, soluble sugar, soluble solids, ratio of sugar to acid, and amount and content of volatile compounds, compared to that in the CK, but it would reduce the content of organic acid, all of which have the most significant effect under the T1 treatment (<0.05). A total of 83 volatile compounds were detected in the four treatments, including 12 ketones, 22 aldehydes, 22 alcohols, 6 esters, 6 hydrocarbons, and 15 other compounds. The total amount and content of volatile compounds in each treatment are as follows in order: T1 (68 types, 3 107.98g/kg) > T3 (65 types, 2 610.74g/kg) > T2 (63 types, 2 438.96g/kg) > CK (59 types, 2 086.03g/kg). In every treatment, the content of alcohols is the highest, whereas the content of hydrocarbons is the lowest, and the substance with the greatest concentration is-3-hexen-1-ol. Compared to those under the CK, the three supplemental illumination treatments can increase the concentration of ketones, aldehydes, alcohols and other compounds in tomato fruits, but significantly decrease the concentration of hydrocarbons (<0.05). The content of esters increased only under the T1 treatment, compared with that in CK. All the detected volatile compounds contain 11 kinds of characteristic aroma substances of tomato, which can be mainly divided into three categories: floral, fruity and green. Among them, the green aroma was the most abundant. Therefore, the T1 treatment (5 h before the curtain is opened) can effectively increase tomato yield, and improve the flavor quality of fruits, indicating the optimum supplemental illumination period for tomato cultivation in the local solar greenhouse. The finding can provide a sound scientific potential on supplementary lighting technology for tomato planting environment in protected cultivation.

greenhouse; light quality; tomato; periods of supplemental illumination; yield; fruit quality; volatile compounds; Headspace Solid Phase Microextraction (HS-SPME); Gas Chromatography-Mass Spectrometry (GC-MS)

魏守輝，肖雪梅，鐘源，等. 日光溫室不同時(shí)段補(bǔ)光對番茄果實(shí)品質(zhì)及揮發(fā)性物質(zhì)影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2020，36(8)：188-196.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.08.023 http://www.tcsae.org

Wei Shouhui, Xiao Xuemei, Zhong Yuan, et al. Effects of supplemental illumination in different periods on the quality and volatile compounds of tomato fruit in solar greenhouse[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(8): 188-196. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.08.023 http://www.tcsae.org

2019-12-21

2020-03-21

人才專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)（GAU-KYQD-2018-12）；甘肅省科技重大專項(xiàng)計(jì)劃（17ZD2NA015）；國家大宗蔬菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS-23-C-073）；國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2018YFD0201205）；甘肅省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（17JR5RA139）；高等學(xué)校創(chuàng)新能力提升項(xiàng)目（2019A-054）

魏守輝，主要從事蔬菜栽培生理及品質(zhì)調(diào)控方面的研究。Email：1653043091@qq.com

肖雪梅，講師，博士，主要從事設(shè)施環(huán)境調(diào)控及蔬菜栽培生理方面的研究。Email：617649594@qq.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2020.08.023

S641.2

A

1002-6819(2020)-08-0188-09