CO2加富與LED補光對櫻桃番茄產量、品質及揮發性物質含量的影響

汪曉宇， 郭 寧， 劉長梅， 張達林， 安 磊， 張海軍， 王翰霖， 葉 林

(1.寧夏大學農學院，寧夏銀川 750021； 2.寧夏農墾集團有限公司，寧夏銀川 750021； 3.寧夏職業技術學院，寧夏銀川 750021；4.寧夏建成農林開發有限公司，寧夏銀川 750021； 5.寧夏銀川市農業技術推廣服務中心，寧夏銀川 750021)

櫻桃番茄(SolanumlycopersicumMill.)風味獨特，富含維生素、番茄紅素和礦物質等多種營養物質，較番茄營養物質含量更高，被聯合國糧農組織列入“四大果蔬”[1]。光是植物進行光合作用和形態建成的重要調控因素之一，不同光周期對植株造成的影響也均不相同[2-3]。植物生長除了受光照限制以外，CO2濃度也是主要的影響因素之一，作為植物光合作用的原料，直接影響植物光合產物的合成[4-5]。北方日光溫室櫻桃番茄秋冬茬或越冬茬生產時常為多云氣候，光照強度低且光照時數短，加上設施老化，日光溫室的覆蓋材料差，透光、抗化、防塵等性能較弱，從而導致植物對光能的吸收不足，利用率低；同時由于日光溫室密閉性強，空氣流通差，導致室內CO2濃度低下，進而嚴重降低櫻桃番茄的果實品質[6]。針對如何改善北方冬季日光溫室中弱光寡照與低濃度CO2環境，從而促進設施作物品質提高，前人進行了大量的研究。Fu等認為，LED補光可以在增加葉類蔬菜維生素C含量的同時顯著減少硝酸鹽的含量[7]。余婷等認為，適當進行補光有利于豌豆芽苗菜可溶性糖、可溶性蛋白及碳水化合物的積累[8]。Hong等對西瓜進行CO2加富試驗，發現CO2加富會顯著提升西瓜的維生素C含量和總糖含量[9]。目前對CO2加富和LED補光對溫室作物的研究多集中于生長和產量等方面[10-11]。對品質及揮發性物質的研究較少。本研究在冬季日光溫室內進行CO2加富和LED補光，分析二者共同作用對櫻桃番茄品質、揮發性物質的影響，以期為今后提高設施櫻桃番茄品質提供理論支持與技術指導。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗選用櫻桃番茄品種為香妃3號，種子由寧夏回族自治區西北農資城提供。CO2施用采用液化鋼瓶補充，由寧夏回族自治區銀川市金鳳區寧豐制氧廠提供。采用歐普全光譜的LED燈進行補光。

1.2 試驗地點

試驗于2021年8月12日在寧夏回族自治區吳忠市孫家灘農業綜合開發區內溫室進行。

1.3 試驗設計

試驗所選溫室長72 m，跨度12 m、1.4 m起1壟，由西向東分為2個隔間，采用聚鋁鍍脂膜隔開，形成相對密閉的空間，每個隔間前后2壟作為保護行，每個處理進行3次重復。試驗采取土壤栽培，行距1.4 m，株距17 cm，每個隔間面積252 m2，各種植675株櫻桃番茄。利用水肥一體化施肥機進行統一的水肥管理，其他管理措施同常規栽培。定植緩苗20 d后進行補光和CO2加富處理。試驗共設置2個處理，分別為LC[CO2加富800 μL/L+光照度100 μmol/(m2·s)]和CK(常規環境)。緩苗結束后，采用定時開關設置每天08：00—11：00控制CO2傳感器和電子閥對LC隔間進行CO2加富，使CO2濃度保持在800 μL/L；補光處理通過調節補光燈的垂直位置，使其始終在距植株30 cm處，且使用定時開關設置每天06：00—8：00和17：00—19：00控制LED燈帶的開閉進行補光，使光照度保持在 100 μmol/(m2·s)。

1.4 測定指標及方法

1.4.1 外形品質測定 從植株進入結果期開始，對2個處理綠熟期、轉色期、成熟期及完熟期分別采摘10枚果實，使用游標卡尺測定果實縱、橫徑，使用天平測定果實的單果質量，硬度采用TA-XT2i質構儀分別在果實的赤道位置進行測定。

1.4.2 果實色澤測定 使用CHROMA METER CR-400 在4個時期果實的赤道處進行測定，分別對L、a、b進行讀數記錄。并根據以下公式計算色度值。

1.4.3 營養品質測定 每個處理不同成熟時期分別采摘3枚果實進行營養品質的測定。維生素C含量采用鉬藍比色法測定[12]，可溶性糖含量測定采用蒽酮比色法[13]，可滴定酸含量采用NaOH滴定法[13]測定，可溶性固形物含量采用手持糖度計測定。

1.4.4 果實揮發性物質組分測定 SPME取樣：每個處理采取成熟期的果實3枚，稱取5 g樣品置于20 mL萃取瓶中，加入50 μL癸酸甲酯(0.25 mg/mL)作為內標物，密封，置于45 ℃水浴中，磁力攪拌速度500 r/min，平衡20 min后，插入萃取針萃取30 min。萃取針使用前，在氣質進樣口活化20 min(250 ℃)。GC條件：進樣口溫度250 ℃，氣質接口溫度280 ℃，載氣流速1.5 mL/min，分流比4 ∶1。升溫程序：初始50 ℃，保持1 min，以 5 ℃/min 升溫到100 ℃保持2 min；4 ℃/min升溫到180 ℃保持3 min；5 ℃/min升溫到250 ℃保持 5 min。MS條件：離子源溫度230 ℃，四級桿溫度 150 ℃，EI電離70 eV，全掃描35～550m/z。櫻桃番茄揮發性物質利用GC-MS進行分析，采用內標法進行定量，公式如下：

1.4.5 單株產量及總產量測定 選擇2個處理每行長勢一致的6株櫻桃番茄進行掛牌標記，每次采收時對單株產量進行統計，拉秧后對2個處理的總產量進行統計。

1.5 數據分析

采用 Microsoft Excel 2016進行數據處理，Origin 2019b進行圖繪制，并采用SPSS Statistics 25.0軟件進行多因素差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 CO2加富和LED補光對日光溫室櫻桃番茄果實外形及品質的影響

由圖1可知，果實成熟4個階段縱、橫徑及單果質量LC處理均顯著高于CK，在成熟期時單果質量的差異達到最大，比CK高71.94%。硬度隨果實成熟度的加快呈下降趨勢，在綠熟期和轉色期，LC處理顯著高于CK，而在成熟期和完熟期則無顯著差異，說明CO2加富和LED補光共同處理可以促進果實的生長，提高外形品質。

2.2 CO2加富和LED補光對日光溫室櫻桃番茄果實色澤的影響

由圖2可知，在LC處理下，果實的亮度在4個時期均顯著高于對照，說明CO2加富和光照度處理可以提高果實的亮度，果實的紅色飽和度在綠熟期和轉色期沒有顯著差異，在成熟期和完熟期LC處理則顯著高于CK，隨果實成熟，黃色飽和度呈下降趨勢，LC處理每個成熟階段均顯著低于CK；由色度可看出LC處理在綠熟期和轉色期均低于CK，成熟期無顯著差異，完熟期高于CK，說明CO2加富和LED補光共同處理對番茄果實的著色無顯著影響。

2.3 CO2加富和LED補光對日光溫室櫻桃番茄果實營養品質影響

由圖3可知，果實中可溶性糖、可滴定酸、可溶性固形物及維生素C含量隨果實成熟呈上升趨勢，LC處理下各指標在4個成熟階段均顯著高于CK，在成熟期，可溶性糖、可滴定酸和維生素C含量達到最高，說明CO2加富和LED補光共同處理可以顯著提高番茄果實的營養品質。

2.4 CO2加富和LED補光對日光溫室櫻桃番茄果實揮發性物質的影響

由GC-MS檢測可知，2個處理成熟期果實揮發性物質的種類和含量均有所不同。由表1、表2可知，CK處理揮發性物質共計36種，總含量為 2 756.65 μg/g，其中醛類含量最高，占42.7%，酯類含量最低，占1.5%；LC處理的揮發性物質共計55種，總含量為4 048 μg/g，其中醛類含量最高，占42.88%，酯類含量最低，為1.21%。其中β-紫羅蘭酮與櫻桃番茄的酸味有關，LC處理含量是CK的2.99倍，而與果實甜度相關的己醛含量LC處理是CK的1.33倍，說明CO2加富和LED補光共同處理可以提高番茄果實的揮發性物質種類和含量，豐富風味。

2.5 CO2加富和LED補光對日光溫室櫻桃番茄產量的影響

由圖4-A可知，CO2加富和LED補光對櫻桃番茄的單株產量有顯著促進作用；由圖4-B可知，2個處理產量差異顯著，相比CK處理，LC處理產量提高了18.18%。

表1 CO2加富和LED補光對櫻桃番茄果實揮發性物質的影響

表1(續)

表2 CO2加富和LED補光對櫻桃番茄果實各揮發性物質含量的影響

3 討論與結論

本研究分析CO2加富和LED補光對北方冬季日光溫室櫻桃番茄品質和揮發性物質的影響。CO2濃度和光照都是影響植物生長發育的重要因子之一[14]。CO2濃度在一定范圍內增大可以促進溫室作物的生長，提高果實的品質[15]。本研究發現櫻桃番茄在CO2加富和LED補光共同處理下，其果實縱徑、橫徑和單果質量均顯著提高，這與張志明等的研究結果[16]一致。果實的硬度高有利于采摘后的貯藏，可以延長保險時間而不會使風味流失[17]。本研究發現CO2加富和LED補光處理下在果實成熟的4個階段其硬度均顯著提高。

果實的色澤是消費者選購時參考的重要指標[18]。本研究發現CO2加富和LED補光共同處理下對櫻桃番茄果實的色度沒有顯著影響，這與陳珊珊等的研究結果[19]不一致，可能是由于CO2濃度和光照度交互所造成的結果。但果實的亮度、紅色飽和度均顯著提高，黃色飽和度顯著降低，說明CO2加富和LED補光可以促進果實成熟，但對果實的著色沒有顯著影響。

可溶性固形物是衡量果實營養物質含量的重要指標之一[20]。適當提高CO2濃度會促進光合作用的進行，降低呼吸強度，從而增加光合產物的積累[19-21]。本研究CO2加富和LED補光處理下可溶性固形物、可溶性糖、可滴定酸及維生素C含量在番茄果實成熟的4個階段均顯著提高，這與Kanski等的研究結果[22]一致。

櫻桃番茄的香氣由多種不同的揮發性物質所構成。在番茄香氣組成中，已超過400種芳香物質被鑒定出來，其中16種物質對番茄的香氣有較大影響[23]。本研究共檢測出5種，分別為β-紫羅蘭酮、己醛、1-戊烯-3-酮、反式-2-己烯醛、6-甲基-5-庚烯-2-酮。這可能與大小番茄的品種差異性及栽培條件有關[24-26]。CO2加富和LED補光處理下，可以增加櫻桃番茄的揮發物質種類和含量，提高果實的風味，豐富果實的香味。

產量是衡量作物經濟效益的重要指標之一[27]。目前，已有大量研究結果表明CO2加富和LED補光均可以提高作物的產量[28-29]。本研究發現CO2加富和LED補光處理下櫻桃番茄的單株產量和總產量均顯著提高，這與岳釘伊等的研究結果[30]一致。

綜上，CO2加富和LED補光處理會顯著提高櫻桃番茄果實的縱、橫徑，促進果實的生長，使單果質量和硬度增大，對果實的著色影響不顯著。同時，會顯著提高果實的營養品質及揮發性物質的種類與含量，使其營養豐富、香味濃郁，且兩者共同處理會進一步提高冬季日光溫室櫻桃番茄的產量。