不同時段補光對日光溫室番茄營養與風味品質的影響

柳帆紅，肖雪梅，郁繼華，，呂 劍，胡琳莉，魏守輝，唐中祺，羅石磊，鐘 源

（1.甘肅農業大學 園藝學院，蘭州 730070；2.甘肅省干旱生境作物學重點實驗室，蘭州 730070）

番茄（Solanum lycopersicum）屬于茄科番茄屬，別稱西紅柿，源于南美洲熱帶地區，因營養豐富、經濟效益高而深受人們歡迎，是中國設施栽培面積最大的蔬菜之一。目前，在中國北方地區番茄已經成為設施栽培的主要蔬菜作物之一［1］。研究表明，光照對植物的光周期反應［2］、形態建成［3］、生理代謝、果實品質［4］有重要的調節作用，還與激素信號［5］、糖信號［6］一同調節植物的代謝過程。

近年來，消費者不僅追求果實外觀和風味等感官品質，對其內在營養價值要求也不斷提高，因此，番茄果實品質特性影響商品價值。影響果實風味和營養品質形成的物質主要包括：糖、酸、糖酸比和番茄紅素等［7］。有機酸、糖和番茄紅素是產生風味的重要組分，并且是決定番茄果實營養品質的重要組分［8］。番茄果實干物質中約50%為糖分，主要包括葡萄糖、果糖和少量蔗糖［9］，與有機酸共同決定了番茄可溶性固形物的高低。有機酸約占總干物質的12%［10］，占全酸質量分數的80%左右，其中檸檬酸和蘋果酸是決定果實酸味的關鍵有機酸［11］。實踐證明，因設施中光照不足，嚴重降低果實可溶性固形物、可溶性糖、有機酸、番茄紅素、維生素C 質量分數，從而影響果實的產量和品質［12-14］，而補光是緩解設施栽培番茄弱光脅迫的有效手段［14-15］。已有研究表明，紅藍光組合可以提高番茄幼苗潛在的光化學活性和最大光能轉化效率，該組合光處理能明顯提高光合特性、生物量、壯苗指數、根系活力，促進幼苗生長發育，且當組合光中紅光比例較高時，幼苗生長量明顯增加［16］。文蓮蓮等［17］研究也證實，冬季溫室番茄育苗補照4h紅藍白組合光能夠通過改善光系統Ⅱ性能，提高幼苗光合效率，進而促進植株生物量的積累，有利于培育壯苗。另有研究發現，冬季溫室番茄補光5h可顯著增加番茄果實中維生素C和番茄紅素質量分數，而補光6h能夠顯著增加可溶性糖、有機酸和可溶性固形物的質量分數［18］。李蔚等［19］研究表明，開花前每日補光7h、開花坐果后每日補光9h 可顯著增加番茄果實中可溶性固形物、可溶性糖質量分數、維生素C質量分數，顯著降低有機酸質量分數。前人研究多著重于番茄苗期的補光試驗或補光對番茄果實傳統營養品質的影響，而關于番茄果實中糖酸各組分和番茄紅素質量分數對補光的響應方面的研究較少。因此，本試驗以‘粉太郎’番茄為試驗材料，在日光溫室條件下，采用LED 燈作為光源，通過設置不同時段的補光處理，研究補光對番茄果實中糖酸組分和番茄紅素質量分數的影響，以期明確提高番茄果實營養與風味品質的最佳補光時段，為冬春季節日光溫室番茄高產優質栽培提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2018-12-19-2019-03-25在甘肅省蘭州市榆中縣李家（35°85′N，104°12′E）日光溫室中進行，供試番茄品種為‘粉太郎’（日本）。

1.2 試驗設計

試驗采用有機生態型地下槽式基質栽培（基質購買于甘肅綠能農業科技股份有限公司），基質槽寬70cm，基質槽間隔1m，基質組分為腐熟牛糞、草炭、椰糠，配比分別為2∶4∶4，基質EC 值為2.56，pH 為7.5，有機質（以干基質計）是62%。在番茄幼苗“三葉一心”時定植，株距和行距分別為45cm、30cm，每槽種植36 株。緩苗后，采用單因素隨機區組試驗設計，用LED（紅∶藍=7∶2）人工光源（深圳厚屹節能技術有限公司生產的HY-115CM-36×3W-RB 型）在植株生長點下側15cm 左右進行補光，雙排LED 燈呈45°夾角斜向下。共設4個處理，分別是揭簾前補光5h（T1）、蓋簾后補光5h（T2）、揭簾前和蓋簾后各補光2.5h（T3），以不補光為對照（CK），每個處理重復3次。各處理光源互不干擾，番茄7穗果打頂，均采用單桿整枝，膜下滴灌進行水肥管理，各處理日常管理一致。每個處理3個重復，總共108株，每個處理隨機選擇10 株植株掛上標簽，作為測量對象，測定糖酸組分及番茄紅素質量分數。在采收期總產量用電子天平測量，其中產量以累計采收量計。并在補光結束后取各處理成熟期果實，采摘后用周轉箱轉運至實驗室并貯藏于8 ℃冰箱中待測。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 糖的組成和質量分數的測定 糖的組成提取方法：參照魏鑫等［20］的方法，稍加改動。將番茄果實研磨成勻漿，準確稱取5g，轉移至25 mL的容量瓶中，用超純水沖洗殘渣數次，定容至25mL，在30 ℃水浴超聲60min后過濾，然后在1 ℃、10 000r·min-1離心10 min，最后用注射器抽取2mL上清液通過0.22μm 水膜過濾，進液相色譜（HPLC）測定。

測定方法及色譜條件為：美國安捷倫（Aglient series 1100），示差遮光檢測器，LC-NH2（460mm×250mm），柱溫為30 ℃，流動相比例為V （乙 腈）∶V （水）=75∶25，流 速1.0 mL·min-1，樣品進樣體積為20μL。

1.3.2 有機酸的組成和質量分數的測定 有機酸的組成提取方法：參照Emanuela等［21］方法，稍加改動，將番茄果實研磨成勻漿，準確稱取5g，轉移至25mL的容量瓶中，用超純水沖洗殘渣數次后定容至25mL，充分搖勻后轉入50mL 離心管中，在4℃、10 000r·min-1下離心10min，上清液用0.22μm 微孔濾膜過濾，將濾液進行色譜（HPLC）測定。

測定方法及色譜條件為：美國安捷倫（Aglient series 1100），紫外檢測器，檢測波長210 nm，色譜柱Hi-Piex H（300mm×7.7mm），流動相為10mmol·L-1H2SO4，柱溫為50 ℃，流速0.4mL·min-1，樣品進樣體積為20μL。

1.3.3 番茄紅素的測定 番茄紅素的提取參照T／CCCMHPIE1.28-2018的方法，稍加改動，將番茄果實研磨成勻漿，準確稱取1.0g，加入少量二氯甲烷研磨溶解后，置于25 mL 棕色容量瓶中，再加入2.5 mL 質量濃度為5 mg·mL-1BHT 二氯甲烷溶液，使用二氯甲烷定容，混合均勻后，取1mL的針管吸取1 mL 后，用0.45μm的有機濾膜過濾后，試驗全過程避光，將濾液進行色譜（HPLC）測定。

測定方法及色譜條件為：美國安捷倫（Aglient series 1100），紫外檢測器，檢測波長472 nm，十八烷基鍵合硅膠柱（250 mm×4.6 mm，5μm），流動相比例為V（甲醇）∶V（二氯甲烷）=92∶8，柱溫為40 ℃，流速為1.5mL·min-1，樣品進樣體積為20μL。

1.4 數據分析

運用Microsoft Excel 2010 軟件處理數據并作圖，用SPSS 17.0 軟件進行方差分析，并采用單因素方差分析（ANOVA）和進行不同處理間的兩兩比較，差異顯著水平為P＜0.05，數據表示為“平均值±標準誤”，重復3次。

2 結果與分析

2.1 不同時段補光對番茄產量的影響

由圖1可知，不同時段補光處理相比于不補光均能顯著增加番茄果實產量。與對照相比，揭簾前補光5h、蓋簾后補光5h、揭簾前和蓋簾后各補光2.5h處理的番茄果實產量分別顯著增加4.23%、12.91%和16.63%。可見，補光能夠顯著增加番茄果實總產量。不同時段補光處理之間也存在顯著差異，即揭簾前和蓋簾后各補光2.5h處理的番茄產量顯著高于揭簾前補光5h處理，增加10.62%，而與蓋簾后補光5h處理差異不顯著。

2.2 不同時段補光對番茄糖組分質量分數的影響

圖1 不同時段補光番茄果實總產量Fig.1 Total yield of tomato fruit in different periods of light supplementation

由圖2可知，與對照相比，揭簾前補光5h可顯著增加番茄果實中果糖、葡萄糖和蔗糖質量分數，分別為40.48%、53.33%和66.66%。與蓋簾后補光5h相比，揭簾前補光5h番茄果實中果糖、葡萄糖和蔗糖質量分數分別顯著增加55.26%、57.84%和100%。與揭簾前和蓋簾后各補光2.5h相比，揭簾前補光5h顯著提高了番茄果實中果糖、葡萄糖和蔗糖質量分數48.99%、53.33%和42.86%。處理蓋簾后補光5h 與不補光相比，蔗糖質量分數顯著降低21.58%，果糖和葡萄糖質量分數差異不顯著；處理揭簾前和蓋簾后各補光2.5h與不補光相比，顯著降低果糖質量分數，減少5.71%，葡萄糖和蔗糖質量分數差異不顯著。可見，揭簾前補光5h有利于糖組分的積累。

圖2 不同時段補光番茄果實中糖組分質量分數Fig.2 Soluble sugar mass fraction in tomato fruit of different light supplementation periods

2.3 不同時段補光對番茄有機酸組分質量分數的影響

由圖3 可知，揭簾前和蓋簾后各補光2.5h番茄果實中的檸檬酸質量分數顯著低于其他處理，而各處理間番茄果實中的蘋果酸和酒石酸質量分數沒有顯著性差異。處理蓋簾后補光5h番茄果實中檸檬酸質量分數最高，為0.78%，揭簾前和蓋簾后各補光2.5 h 最低，質量分數為0.61%，揭簾前和蓋簾后各補光2.5h與不補光、揭簾前補光5h和蓋簾后補光5h相比，檸檬酸的質量分數分別顯著降低19.86%、19.87%和21.01%，且不補光、揭簾前補光5h和蓋簾后補光5h之間沒有顯著性差異；揭簾前補光5h蘋果酸和酒石酸質量分數最高，分別為0.20%和0.04%，但處理之間無顯著性差異。因此，綜上可知，揭簾前補光5h和蓋簾后補光5h對番茄果實檸檬酸、蘋果酸和酒石酸無顯著影響，而揭簾前和蓋簾后各補光2.5h能夠顯著降低番茄果實中檸檬酸質量分數。

圖3 不同時段補光番茄果實中有機酸組分質量分數Fig.3 Organic acid mass fraction in tomato fruit of different light supplementation periods

2.4 不同時段補光對番茄可溶性總糖和有機酸質量分數及糖酸比的影響

由表1可知，揭簾前補光5h處理番茄果實中總糖質量分數和糖酸比均顯著高于其他處理，揭簾前和蓋簾后各補光2.5h有機酸質量分數顯著低于其他處理。揭簾前補光5h與不補光、蓋簾后補光5h及揭簾前和蓋簾后各補光2.5h相比，總糖質量分數分別顯著增加47.25%、56.99%和51.38%，而揭簾前補光5h與處理不補光和蓋簾后補光5h相比，有機酸質量分數無顯著性差異，且揭簾前和蓋簾后各補光2.5h有機酸質量分數顯著低于其他處理。因此，揭簾前補光5h相比于不補光、蓋簾后補光5h和揭簾前和蓋簾后各補光2.5h，顯著增加糖酸比，增幅分別為40.27%、50.81%和25.4%。綜上可知，揭簾前補光5h能夠顯著提高糖酸比，從而提高番茄果實風味。

表1 不同時段補光番茄果實中總糖和有機酸質量分數及糖酸比Table 1 Soluble total sugar and organic acid mass fraction and sugar-acid ratio in tomato fruit of different light supplementation time

2.5 不同時段補光對番茄中番茄紅素質量分數的影響

番茄紅素是番茄重要的品質之一。由圖4可知，補光處理能夠提高番茄果實中番茄紅素質量分數，且揭簾前補光5h番茄果實中番茄紅素質量分數顯著高于不補光、蓋簾后補光5h和揭簾前和蓋簾后各補光2.5h，分別增加31.52%、29.50%和22.63%，其他處理之間無顯著差異。因此，揭簾前補光5h有利于番茄果實中番茄紅素積累。

圖4 不同時段補光番茄果實中番茄紅素質量分數Fig.4 Lycopene mass fraction in tomato fruit of different light supplementation periods

2.6 不同補光時段下番茄糖酸各組分及番茄紅素相關性分析

由表2可知，在番茄果實中，糖和酸組分及番茄紅素質量分數積累存在一定的相關關系。在番茄果實糖組分中果糖、葡萄糖和總糖質量分數兩兩之間呈極顯著正相關，果糖與葡萄糖、果糖與總糖、葡萄糖與總糖之間的相關系數分別為0.991、0.997和0.998；檸檬酸和有機酸質量分數呈顯著正相關，相關系數為0.966；蘋果酸與果糖、葡萄糖和總糖質量分數均呈極顯著正相關，相關系數分別為0.992、0.995、0.996，與蔗糖質量分數呈顯著正相關，相關系數為0.962；番茄紅素質量分數與果糖、葡萄糖、蔗糖、總糖、蘋果酸質量分數呈顯著正相關，相關系數分別為0.952、0.978、0.953、0.969、0.981。

表2 不同補光時段下番茄果實中糖酸各組分及番茄紅素相關性分析Table 2 Correlation analysis of sugar，acid components and lycopene in tomato fruit under different light supplementation periods

3 結論與討論

可溶性固形物主要包括可溶性糖和有機酸，是目前衡量番茄風味的重要指標之一。果實甜度主要取決于蔗糖、葡萄糖和果糖的質量分數，其中果糖最甜，蔗糖次之，但是葡萄糖風味最好［22］。本研究發現，揭簾前補光5h番茄果實中果糖、葡萄糖、蔗糖和總糖質量分數均顯著高于其他處理。已有研究表明，補光程度達到某一閾值后，才會對甜瓜果實糖分積累和蔗糖酶活性的變化有較大影響［23］。本試驗中，蓋簾后補光5h與CK 相比，番茄果實中總糖質量分數無顯著差異，可能是由于此時溫室內溫度和CO2濃度較低而引起光合效率不如早上補光，從而糖分積累少。研究表明，檸檬酸的酸味比蘋果酸更濃郁［10］，蘋果酸則能夠增強人體口腔對甜度的感受。在本試驗中，除揭簾前和蓋簾后各補光2.5h處理顯著降低番茄果實檸檬酸質量分數，其他各補光時段處理與不補光相比，各有機酸組分均未達到顯著水平。良好的風味建立在高糖量有合適的糖酸比，LED 補光能夠增加果實中可溶性固形物含量、可溶性糖含量、糖酸比［24-26］。本試驗表明，與對照相比，揭簾前補光5h番茄果實糖酸比顯著升高，與前人研究結果一致。文獻［27］、［28］通過綜合分析不同品種番茄風味品質，確定了33種影響消費者番茄喜好的主要風味物質，其中包含果糖、葡萄糖、檸檬酸和蘋果酸，本試驗表明，補光能夠顯著增加番茄果實的總產量，揭簾前和蓋簾后各補光2.5h和蓋簾后補光5h總產量均顯著高于其他補光處理，番茄本身的風味物質被稀釋，從而番茄果實的糖組分、總糖、有機酸、糖酸比顯著低于揭簾前補光5h。因此，從本試驗可得出，早上補光5h 顯著增加番茄果實總產量的同時有助于提高番茄果實的風味品質。

番茄中番茄紅素作為其主要成熟水果類胡蘿卜素，其完全成熟時呈紅色。番茄不僅是人們獲取番茄紅素的重要來源，也是其他有益健康的生物活性物質的重要來源。番茄紅素作為水果中一些特有的香氣揮發物的前體［8，29］，其質量分數多少對消費者的選擇具有重要的視覺和嗅覺影響。本試驗表明，揭簾前補光5h番茄果實中番茄紅素質量分數高于其他處理，與Xie等［30］的研究結果一致，這是由于補充藍光／紅光誘導番茄紅素合成途徑中的關鍵基因的表達而實現的。此外，還有研究表明，藍光和紅光通過誘導光受體調節HY5 和PIFs 的激活來調節植物烯合成酶1（PSY1）基因的表達，從而增加番茄紅素的質量分數［31-34］。綜上所述，補光均能提高番茄果實品質，尤其是揭簾前補光5h能顯著提高番茄果實中糖酸各組分質量分數，顯著增加番茄紅素的質量分數，從而提高了番茄果實的營養及風味品質。

研究表明，可溶性固形物和檸檬酸質量分數高的樣品總體風味和甜度可接受性較高，果糖、葡萄糖和總糖質量分數僅與甜度可接受性呈正相關，總酸與總體番茄風味的可接受性呈正相關，與甜度的可接受性不相關［29］。本試驗表明，在不同補光時段下，在番茄果實糖組分中果糖與葡萄糖和總糖質量分數之間呈極顯著正相關，在酸組分中，檸檬酸和有機酸質量分數呈顯著正相關，果實中的糖分不僅決定著果實的甜度，而且還是番茄果實其他重要品質成分如維生素、芳香物質和色素等合成的上游產物［35-37］，本試驗表明，番茄紅素質量分數與果糖、葡萄糖、蔗糖、總糖和酒石酸質量分數呈顯著正相關。

綜上所述，揭簾前補光5h顯著增加番茄果實總產量的同時，有利于番茄果實各糖酸組分質量分數的積累，從而提高了番茄果實中總糖、有機酸質量分數和糖酸比，且增加番茄果實中番茄紅素的質量分數，進而提高番茄營養與風味品質。