红蓝LED光全生育期照射对樱桃番茄果实品质的影响

刘晓英 常涛涛 郭世荣 徐志刚 陈文昊

（南京农业大学，农业部南方蔬菜遗传改良重点开放实验室，江苏南京 210095）

樱桃番茄（Lycopersicon esculentuMMill.var.cerasiformeAlef）属茄科番茄属的一个变种，为一年生草本喜光植物，果实以其娇艳的外形、可口的食味而深受消费者的青睐。改革开放以来，中国大、中城市郊区以及高新技术农业示范园区已进行了广泛的引种栽培，种植面积逐年增加。

光对植物的形态建成、生理代谢、生长发育及产品品质有着广泛的调节作用（Taiz & Zeiger，1991；Anderson，1999；Ward et al.，2005）。现阶段针对光质的研究大部分集中在光形态建成及生长发育上，对果实品质的研究较少。已有研究表明，光质对转色期番茄果实（蒲高斌 等，2007）和收获期番茄果实（Liu et al.，2009）、草莓果实（徐凯 等，2007）、萝卜和芽苗菜（张欢 等，2009）、菠菜（齐连东 等，2007）、豌豆苗（Wu et al.，2007）等蔬菜的产品品质有显著的影响，不同品种作物的品质对不同波段光的响应因品种的差异而变化。此外，大部分国内外学者研究认为红蓝光对植物生长发育有利，尤其蓝光是植物生长发育必不可少的光源（Hoenecke et al.，1992；Brown et al.，1995；Goins et al.，1997），而且蓝光在光源中所占的比例对植物生长有显著影响（Hogewoning et al.，2010），但全生育期蓝光在光源中所占比例对樱桃番茄果实品质的研究很少报道。生育前期人工光源如何通过幼苗生长而在果实形成等后续生长发育中体现具有重要的实际生产意义。

LED因其为冷光源，具有寿命长、光谱纯、耗能低等优点而广泛应用于植物生长的研究，并具有广阔的应用前景。本试验采用5种红蓝组合LED光全生育期照射樱桃番茄植株，旨在探明不同光质对樱桃番茄果实外观品质、风味品质和营养品质的影响，以期为设施栽培樱桃番茄提高果实品质的光调控提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试材与处理

以樱桃番茄品种千禧（由台湾农友公司提供）为试验材料，于2009年8月15日塑料营养钵基质育苗，当植株二叶一心时开始光照处理，并在光照30 d后定植于口径为25 cm的花盆，每个处理4盆，每盆1株，2次重复，各处理光源相互不干扰，1/2Hoagland营养液定期定量灌溉。分别设置以下 5个光照处理:蓝光 LED（B）、蓝红 LED/3∶1（BR31）、蓝红 LED/3∶2（BR32）、蓝红LED/1∶1（BR11）、蓝红LED/1∶3（BR13），其中红蓝组合中蓝光和红光比为光谱能量分布配比，其中红光的峰值波长为640 nm，蓝光的峰值波长为450 nm，波谱宽度均为±20 nm。光周期为12 h，昼/夜温度设置为28 ℃/18 ℃，相对湿度60 %～80 %。植物光照生长培育系统为南京农业大学自行设计，采用高功率LED光源并置于植株的顶部，光源光通量密度均设为300 μmol· m-2·s-1，测定仪器为照度仪（LI-250，LI-COR，美国），根据植株生长高度调整光源的位置。

1.2 测定方法

果实成熟后每个处理随机采摘8个果实进行单果质量、单株果数、果形指数（果实纵径/横径）、单株产量及果实品质的测定。番茄红素含量采用余让才（1979）的方法，以含2 %二氯甲烷的石油醚为溶剂，以502 nm吸收峰为检测波长测定；可溶性固形物含量参照GB 12295—90折射仪法测定；可溶性糖含量采用蒽酮比色法（李合生，2000）测定，蔗糖含量采用李合生（2000）的方法，游离氨基酸含量采用茚三酮显色法（李合生，2000）测定，可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝染色法（李合生，2000）测定，可滴定酸含量采用NaOH滴定法测定，花青素、类黄酮和多酚参照曹建康和姜微波（2007）的方法测定。糖酸比为可溶性糖和可滴定酸的比值。

2 结果与分析

2.1 红蓝组合LED光对樱桃番茄果形和单果质量的影响

如表1所示，在不同光质的红蓝组合LED光作用下，单果质量、单株果数和果形指数差异显著。BR32处理的单果质量显著大于其他处理，B和BR11处理间无显著差异，BR31和BR13处理间也无显著差异；B、BR32和BR11处理的单株果数均显著高于 BR13处理。B处理的果实更接近高圆形，其他各处理果实基本上都接近于圆形。

表1 红蓝组合LED光对樱桃番茄果形和单果质量的影响

2.2 红蓝组合LED光对樱桃番茄果实品质及风味物质的影响

2.2.1 对番茄红素含量的影响 如图1-A所示，不同光质处理下，果实中番茄红素的含量差异显著，B处理番茄红素含量显著大于其他处理，BR31、BR32和BR11处理间无显著差异，而BR13处理显著小于其他处理。说明蓝光和红光的比例影响果实番茄红素的含量，蓝光有利于番茄红素的累积，而红光正好相反，当红蓝光的蓝光所占比例为50 %、60 %和75 %时，对果实中番茄红素含量无显著影响。

2.2.2 对可溶性固形物含量的影响 高品质的番茄要求果实有良好的风味、较高的营养价值和较好的商品性状，风味首先取决于果实的可溶性固形物含量。如图1-B所示，不同光质条件下，可溶性固形物含量差异显著，其中 B处理果实中可溶性固形物含量显著高于其他处理，其次是BR11、BR32和BR31处理，BR13处理显著小于其他处理。蓝光比例高时，可溶性固形物含量较高，而蓝光的比例超过一定的阈值时可溶性固形物含量大大降低。

2.2.3 对可溶性糖含量的影响 可溶性糖含量是影响果实品质的重要因素。如图1-C所示，不同处理间可溶性糖含量差异显著，其中BR32处理果实中可溶性糖含量最大，是BR31处理的4倍，可溶性糖含量从大到小依次为:BR32>BR11>B>BR13>BR31。BR32、BR11和BR13处理的果实中可溶性糖含量随红光比例的增多而下降。

2.2.4 对蔗糖含量的影响 如图2-A所示，光质对果实蔗糖含量的影响显著，其中BR32处理果实中蔗糖含量最高，各处理间差异显著，BR31处理蔗糖含量显著低于BR32、BR13和B处理，而与BR11处理无显著差异。

2.2.5 对游离氨基酸含量的影响 如图2-B所示，B、BR32和BR11处理果实中游离氨基酸含量显著大于其他处理，且这3个处理间差异不显著，而BR31处理最小，与BR31处理相比，B、BR32、BR11和BR13处理游离氨基酸含量分别提高了98 %、111 %、104 %和24 %。

2.2.6 对可溶性蛋白含量的影响 如图2-C所示，BR11处理果实中可溶性蛋白含量显著高于其他处理，而B、BR32、BR31及BR13处理果实中可溶性蛋白含量无显著差异，与BR11处理相比，B、BR32、BR31及BR13处理可溶性蛋白含量分别降低了56 %、53 %、56 %和56 %。

2.2.7 对可滴定酸含量的影响 植物可滴定酸是影响果实风味品质的重要因素。如图3-A所示，BR11处理果实中可滴定酸含量显著大于其他处理，BR32、BR31和BR13处理间差异不显著，B处理果实中可滴定酸含量最低。除 BR13处理外，其他处理随蓝光比例的减小，可滴定酸含量有增大的趋势，但蓝光比例从75 %减至60 %，果实中可滴定酸含量没有显著变化。

图1 红蓝组合LED光对樱桃番茄番茄红素可溶性固性物和可溶性糖含量的影响

2.2.8 对糖酸比的影响 糖酸比是番茄果实口味好坏的衡量标准。如图3-B所示，BR32处理果实的糖酸比值大于其他处理，其比值从大到小依次是:BR32>B>BR11>BR13>BR31。除 BR31和BR32处理外，其他处理糖酸比值随蓝光比例的减少呈下降的趋势。

2.2.9 对类黄酮含量的影响 如图3-C所示，不同光质条件下，类黄酮含量有显著差异，其中B和BR31处理果实中类黄酮含量较高，其次是BR11处理，然后是BR13处理，含量最低的是BR32处理。除BR32处理外，樱桃番茄果实中类黄酮含量随蓝光比例减少而呈降低的趋势。

2.2.10 对花青素含量的影响 如图4-A所示，不同光质条件下，果实中花青素含量由大到小依次是:BR11>BR31>BR32>B>BR13。除BR32、BR13处理外，其他处理随红光在光源中比例的增加，花青素的含量增大。

2.2.11 对多酚含量的影响 如图 4-B所示，蓝光的多少对多酚含量的影响差异显著，BR31、BR11和BR13处理多酚含量较高，且这3个处理之间无显著差异，含量最低的为BR32处理。在蓝光基础上，改变光源红蓝光的比例对果实中多酚含量无显著影响。

2.2.12 对VC含量的影响 VC是一种很强的抗氧化剂，能够清除活性氧自由基对膜与酶分子结构的损害，从而具有抗衰老的保护功能（李合生，2000）。如图4-C所示，BR32处理果实VC含量显著大于其他处理，BR31、BR11、BR13处理间VC含量无显著差异。

图3 红蓝组合LED光对樱桃番茄可滴定酸、糖酸比和类黄酮含量的影响

图4 红蓝组合LED光对樱桃番茄花青素、 多酚和VC含量的影响

3 结论与讨论

樱桃番茄的营养品质主要体现在糖、酸、VC和番茄红素的含量上。蒲高斌等（2007）采用彩色荧光灯研究指出，红光处理番茄红素和可滴定酸含量显著大于蓝光处理，而蓝光处理VC含量却显著大于红光处理。陈强等（2009）认为番茄开花后60 d，红光处理番茄红素、可溶性糖、可滴定酸含量最高，蓝光处理和红蓝组合光处理较低，而蓝光处理 VC含量显著高于红光处理。本研究发现樱桃番茄果实中营养品质含量与蒲高斌等（2007）、陈强等（2009）的结果不同，这可能源于处理方法、处理时期、光源类型及品种间的差异。本研究发现蓝光的比例不同显著影响番茄红素含量，而番茄果实中的番茄红素含量变化是受果实中的光敏色素通过光诱导调节的（罗安才 等，2001）。VC含量的不同是因为光质可能通过调节不同光受体间的平衡影响果实VC合成酶的活性而引起 VC代谢。有研究指出，蓝光有利于蛋白质的合成（周长吉 等，2003），但本研究发现，除 BR11处理外，可溶性蛋白含量无显著差异，蛋白质含量并没有随着蓝光比例的增大而增大，这说明蓝光对于蛋白质的积累可能存在一个阈值，在这个阈值范围内蛋白质含量变化很小。在果实的整个发育期内糖与酸含量的变化，是因为果实都含有利用有机酸作为能量和转变为糖类所必需的酶（Roes et al.，1984；刘林 等，2008）。光质影响可滴定酸含量是由于其影响了植物体内酸转化酶和降解酶的活性，导致了酸含量的差别。光质影响可溶性糖含量的原因是多方面的，一种可能是光质的改变诱导了光敏色素对蔗糖代谢酶的调控，促进蔗糖代谢相关酶活性的提高，使光合产物更多地分配到番茄果实中（Kasperbauerm，2000；林小苹和赖钟熊，2008），也可能是光质影响着碳水化合物的吸收从而改变了可溶性糖含量（谭其猛，1984），其具体原因和机理有待于进一步探究。

风味品质首先取决于可溶性固形物、糖度、酸度、合适的糖酸比以及挥发性芳香物质（霍建勇 等，2005；Patrick et al.，2008）。Patrick等（2008）认为番茄的品质更多的依靠温度而非光合有效辐射，并指出积温与果实硬度、电导率、可溶性固形物和总酚含量有很强的相关性，与 pH值、干质量、可滴定酸和VC含量有弱的相关性，而光合有效辐射仅仅与果实硬度、干质量、可溶性固形物和总酚含量有弱的相关性。本研究发现光质显著地调控风味物质的含量，可溶性固形物在单色蓝光下其含量最高，而在红蓝光组合下随着红光比例增大至50 %时，可溶性固形物含量增大，而红光比例超过50 %至75 %其含量开始下降，其他参数也随着红蓝光比例变化而变化，这种变化主要由果实中光敏色素收集光能量和光合酶的活性决定。

樱桃番茄果实的外观品质是指果实的外观特性，主要是指果实颜色、大小（单果质量）、形状等。番茄果实的颜色与番茄红素的含量呈正相关（Kasperbauerm，2000；吕鑫 等，2009），此外还与花青素、叶绿素和胡萝卜素以及黄酮素有关，本试验综合红蓝光组合对番茄红素和花青素含量的影响，可以看出红光在光源中比例占75 %时果实着色较其他光质差，与蒲高斌等（2007）研究指出在果实转色期增加红光照射改善果实着色、提早成熟的结论存在差异，这也许是单色光作用机理和复合光作用机理不同而导致。

总之，全生育期对樱桃番茄进行不同光质的处理，不同比例的蓝光和红光显著地调控樱桃番茄果实的品质。本试验结果表明，蓝光比例增大可促进樱桃番茄果实番茄红素、游离氨基酸和类黄酮的形成，提升糖酸比值；红光比例增大促进可滴定酸的形成，蓝光占60 %的光处理番茄果实中 VC含量最高。樱桃番茄果实营养品质的累积并非因蓝光比例上升或下降而增多，而是存在一个或者两个拐点，这说明对樱桃番茄果实营养品质的累积最佳光源红蓝光比例存在一个阈值；此外，红光在红蓝组合光中占75 %比例时果实品质最差，而蓝光占60 %的红蓝组合光源可能是樱桃番茄果实品质相对较好的光源。

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