不同时段补光对日光温室番茄营养与风味品质的影响

柳帆红，肖雪梅，郁继华，，吕 剑，胡琳莉，魏守辉，唐中祺，罗石磊，钟 源

（1.甘肃农业大学 园艺学院，兰州 730070；2.甘肃省干旱生境作物学重点实验室，兰州 730070）

番茄（Solanum lycopersicum）属于茄科番茄属，别称西红柿，源于南美洲热带地区，因营养丰富、经济效益高而深受人们欢迎，是中国设施栽培面积最大的蔬菜之一。目前，在中国北方地区番茄已经成为设施栽培的主要蔬菜作物之一［1］。研究表明，光照对植物的光周期反应［2］、形态建成［3］、生理代谢、果实品质［4］有重要的调节作用，还与激素信号［5］、糖信号［6］一同调节植物的代谢过程。

近年来，消费者不仅追求果实外观和风味等感官品质，对其内在营养价值要求也不断提高，因此，番茄果实品质特性影响商品价值。影响果实风味和营养品质形成的物质主要包括：糖、酸、糖酸比和番茄红素等［7］。有机酸、糖和番茄红素是产生风味的重要组分，并且是决定番茄果实营养品质的重要组分［8］。番茄果实干物质中约50%为糖分，主要包括葡萄糖、果糖和少量蔗糖［9］，与有机酸共同决定了番茄可溶性固形物的高低。有机酸约占总干物质的12%［10］，占全酸质量分数的80%左右，其中柠檬酸和苹果酸是决定果实酸味的关键有机酸［11］。实践证明，因设施中光照不足，严重降低果实可溶性固形物、可溶性糖、有机酸、番茄红素、维生素C 质量分数，从而影响果实的产量和品质［12-14］，而补光是缓解设施栽培番茄弱光胁迫的有效手段［14-15］。已有研究表明，红蓝光组合可以提高番茄幼苗潜在的光化学活性和最大光能转化效率，该组合光处理能明显提高光合特性、生物量、壮苗指数、根系活力，促进幼苗生长发育，且当组合光中红光比例较高时，幼苗生长量明显增加［16］。文莲莲等［17］研究也证实，冬季温室番茄育苗补照4h红蓝白组合光能够通过改善光系统Ⅱ性能，提高幼苗光合效率，进而促进植株生物量的积累，有利于培育壮苗。另有研究发现，冬季温室番茄补光5h可显著增加番茄果实中维生素C和番茄红素质量分数，而补光6h能够显著增加可溶性糖、有机酸和可溶性固形物的质量分数［18］。李蔚等［19］研究表明，开花前每日补光7h、开花坐果后每日补光9h 可显著增加番茄果实中可溶性固形物、可溶性糖质量分数、维生素C质量分数，显著降低有机酸质量分数。前人研究多着重于番茄苗期的补光试验或补光对番茄果实传统营养品质的影响，而关于番茄果实中糖酸各组分和番茄红素质量分数对补光的响应方面的研究较少。因此，本试验以‘粉太郎’番茄为试验材料，在日光温室条件下，采用LED 灯作为光源，通过设置不同时段的补光处理，研究补光对番茄果实中糖酸组分和番茄红素质量分数的影响，以期明确提高番茄果实营养与风味品质的最佳补光时段，为冬春季节日光温室番茄高产优质栽培提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2018-12-19-2019-03-25在甘肃省兰州市榆中县李家（35°85′N，104°12′E）日光温室中进行，供试番茄品种为‘粉太郎’（日本）。

1.2 试验设计

试验采用有机生态型地下槽式基质栽培（基质购买于甘肃绿能农业科技股份有限公司），基质槽宽70cm，基质槽间隔1m，基质组分为腐熟牛粪、草炭、椰糠，配比分别为2∶4∶4，基质EC 值为2.56，pH 为7.5，有机质（以干基质计）是62%。在番茄幼苗“三叶一心”时定植，株距和行距分别为45cm、30cm，每槽种植36 株。缓苗后，采用单因素随机区组试验设计，用LED（红∶蓝=7∶2）人工光源（深圳厚屹节能技术有限公司生产的HY-115CM-36×3W-RB 型）在植株生长点下侧15cm 左右进行补光，双排LED 灯呈45°夹角斜向下。共设4个处理，分别是揭帘前补光5h（T1）、盖帘后补光5h（T2）、揭帘前和盖帘后各补光2.5h（T3），以不补光为对照（CK），每个处理重复3次。各处理光源互不干扰，番茄7穗果打顶，均采用单杆整枝，膜下滴灌进行水肥管理，各处理日常管理一致。每个处理3个重复，总共108株，每个处理随机选择10 株植株挂上标签，作为测量对象，测定糖酸组分及番茄红素质量分数。在采收期总产量用电子天平测量，其中产量以累计采收量计。并在补光结束后取各处理成熟期果实，采摘后用周转箱转运至实验室并贮藏于8 ℃冰箱中待测。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 糖的组成和质量分数的测定 糖的组成提取方法：参照魏鑫等［20］的方法，稍加改动。将番茄果实研磨成匀浆，准确称取5g，转移至25 mL的容量瓶中，用超纯水冲洗残渣数次，定容至25mL，在30 ℃水浴超声60min后过滤，然后在1 ℃、10 000r·min-1离心10 min，最后用注射器抽取2mL上清液通过0.22μm 水膜过滤，进液相色谱（HPLC）测定。

测定方法及色谱条件为：美国安捷伦（Aglient series 1100），示差遮光检测器，LC-NH2（460mm×250mm），柱温为30 ℃，流动相比例为V （乙 腈）∶V （水）=75∶25，流 速1.0 mL·min-1，样品进样体积为20μL。

1.3.2 有机酸的组成和质量分数的测定 有机酸的组成提取方法：参照Emanuela等［21］方法，稍加改动，将番茄果实研磨成匀浆，准确称取5g，转移至25mL的容量瓶中，用超纯水冲洗残渣数次后定容至25mL，充分摇匀后转入50mL 离心管中，在4℃、10 000r·min-1下离心10min，上清液用0.22μm 微孔滤膜过滤，将滤液进行色谱（HPLC）测定。

测定方法及色谱条件为：美国安捷伦（Aglient series 1100），紫外检测器，检测波长210 nm，色谱柱Hi-Piex H（300mm×7.7mm），流动相为10mmol·L-1H2SO4，柱温为50 ℃，流速0.4mL·min-1，样品进样体积为20μL。

1.3.3 番茄红素的测定 番茄红素的提取参照T／CCCMHPIE1.28-2018的方法，稍加改动，将番茄果实研磨成匀浆，准确称取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 质量浓度为5 mg·mL-1BHT 二氯甲烷溶液，使用二氯甲烷定容，混合均匀后，取1mL的针管吸取1 mL 后，用0.45μm的有机滤膜过滤后，试验全过程避光，将滤液进行色谱（HPLC）测定。

测定方法及色谱条件为：美国安捷伦（Aglient series 1100），紫外检测器，检测波长472 nm，十八烷基键合硅胶柱（250 mm×4.6 mm，5μm），流动相比例为V（甲醇）∶V（二氯甲烷）=92∶8，柱温为40 ℃，流速为1.5mL·min-1，样品进样体积为20μL。

1.4 数据分析

运用Microsoft Excel 2010 软件处理数据并作图，用SPSS 17.0 软件进行方差分析，并采用单因素方差分析（ANOVA）和进行不同处理间的两两比较，差异显著水平为P＜0.05，数据表示为“平均值±标准误”，重复3次。

2 结果与分析

2.1 不同时段补光对番茄产量的影响

由图1可知，不同时段补光处理相比于不补光均能显著增加番茄果实产量。与对照相比，揭帘前补光5h、盖帘后补光5h、揭帘前和盖帘后各补光2.5h处理的番茄果实产量分别显著增加4.23%、12.91%和16.63%。可见，补光能够显著增加番茄果实总产量。不同时段补光处理之间也存在显著差异，即揭帘前和盖帘后各补光2.5h处理的番茄产量显著高于揭帘前补光5h处理，增加10.62%，而与盖帘后补光5h处理差异不显著。

2.2 不同时段补光对番茄糖组分质量分数的影响

图1 不同时段补光番茄果实总产量Fig.1 Total yield of tomato fruit in different periods of light supplementation

由图2可知，与对照相比，揭帘前补光5h可显著增加番茄果实中果糖、葡萄糖和蔗糖质量分数，分别为40.48%、53.33%和66.66%。与盖帘后补光5h相比，揭帘前补光5h番茄果实中果糖、葡萄糖和蔗糖质量分数分别显著增加55.26%、57.84%和100%。与揭帘前和盖帘后各补光2.5h相比，揭帘前补光5h显著提高了番茄果实中果糖、葡萄糖和蔗糖质量分数48.99%、53.33%和42.86%。处理盖帘后补光5h 与不补光相比，蔗糖质量分数显著降低21.58%，果糖和葡萄糖质量分数差异不显著；处理揭帘前和盖帘后各补光2.5h与不补光相比，显著降低果糖质量分数，减少5.71%，葡萄糖和蔗糖质量分数差异不显著。可见，揭帘前补光5h有利于糖组分的积累。

图2 不同时段补光番茄果实中糖组分质量分数Fig.2 Soluble sugar mass fraction in tomato fruit of different light supplementation periods

2.3 不同时段补光对番茄有机酸组分质量分数的影响

由图3 可知，揭帘前和盖帘后各补光2.5h番茄果实中的柠檬酸质量分数显著低于其他处理，而各处理间番茄果实中的苹果酸和酒石酸质量分数没有显著性差异。处理盖帘后补光5h番茄果实中柠檬酸质量分数最高，为0.78%，揭帘前和盖帘后各补光2.5 h 最低，质量分数为0.61%，揭帘前和盖帘后各补光2.5h与不补光、揭帘前补光5h和盖帘后补光5h相比，柠檬酸的质量分数分别显著降低19.86%、19.87%和21.01%，且不补光、揭帘前补光5h和盖帘后补光5h之间没有显著性差异；揭帘前补光5h苹果酸和酒石酸质量分数最高，分别为0.20%和0.04%，但处理之间无显著性差异。因此，综上可知，揭帘前补光5h和盖帘后补光5h对番茄果实柠檬酸、苹果酸和酒石酸无显著影响，而揭帘前和盖帘后各补光2.5h能够显著降低番茄果实中柠檬酸质量分数。

图3 不同时段补光番茄果实中有机酸组分质量分数Fig.3 Organic acid mass fraction in tomato fruit of different light supplementation periods

2.4 不同时段补光对番茄可溶性总糖和有机酸质量分数及糖酸比的影响

由表1可知，揭帘前补光5h处理番茄果实中总糖质量分数和糖酸比均显著高于其他处理，揭帘前和盖帘后各补光2.5h有机酸质量分数显著低于其他处理。揭帘前补光5h与不补光、盖帘后补光5h及揭帘前和盖帘后各补光2.5h相比，总糖质量分数分别显著增加47.25%、56.99%和51.38%，而揭帘前补光5h与处理不补光和盖帘后补光5h相比，有机酸质量分数无显著性差异，且揭帘前和盖帘后各补光2.5h有机酸质量分数显著低于其他处理。因此，揭帘前补光5h相比于不补光、盖帘后补光5h和揭帘前和盖帘后各补光2.5h，显著增加糖酸比，增幅分别为40.27%、50.81%和25.4%。综上可知，揭帘前补光5h能够显著提高糖酸比，从而提高番茄果实风味。

表1 不同时段补光番茄果实中总糖和有机酸质量分数及糖酸比Table 1 Soluble total sugar and organic acid mass fraction and sugar-acid ratio in tomato fruit of different light supplementation time

2.5 不同时段补光对番茄中番茄红素质量分数的影响

番茄红素是番茄重要的品质之一。由图4可知，补光处理能够提高番茄果实中番茄红素质量分数，且揭帘前补光5h番茄果实中番茄红素质量分数显著高于不补光、盖帘后补光5h和揭帘前和盖帘后各补光2.5h，分别增加31.52%、29.50%和22.63%，其他处理之间无显著差异。因此，揭帘前补光5h有利于番茄果实中番茄红素积累。

图4 不同时段补光番茄果实中番茄红素质量分数Fig.4 Lycopene mass fraction in tomato fruit of different light supplementation periods

2.6 不同补光时段下番茄糖酸各组分及番茄红素相关性分析

由表2可知，在番茄果实中，糖和酸组分及番茄红素质量分数积累存在一定的相关关系。在番茄果实糖组分中果糖、葡萄糖和总糖质量分数两两之间呈极显著正相关，果糖与葡萄糖、果糖与总糖、葡萄糖与总糖之间的相关系数分别为0.991、0.997和0.998；柠檬酸和有机酸质量分数呈显著正相关，相关系数为0.966；苹果酸与果糖、葡萄糖和总糖质量分数均呈极显著正相关，相关系数分别为0.992、0.995、0.996，与蔗糖质量分数呈显著正相关，相关系数为0.962；番茄红素质量分数与果糖、葡萄糖、蔗糖、总糖、苹果酸质量分数呈显著正相关，相关系数分别为0.952、0.978、0.953、0.969、0.981。

表2 不同补光时段下番茄果实中糖酸各组分及番茄红素相关性分析Table 2 Correlation analysis of sugar，acid components and lycopene in tomato fruit under different light supplementation periods

3 结论与讨论

可溶性固形物主要包括可溶性糖和有机酸，是目前衡量番茄风味的重要指标之一。果实甜度主要取决于蔗糖、葡萄糖和果糖的质量分数，其中果糖最甜，蔗糖次之，但是葡萄糖风味最好［22］。本研究发现，揭帘前补光5h番茄果实中果糖、葡萄糖、蔗糖和总糖质量分数均显著高于其他处理。已有研究表明，补光程度达到某一阈值后，才会对甜瓜果实糖分积累和蔗糖酶活性的变化有较大影响［23］。本试验中，盖帘后补光5h与CK 相比，番茄果实中总糖质量分数无显著差异，可能是由于此时温室内温度和CO2浓度较低而引起光合效率不如早上补光，从而糖分积累少。研究表明，柠檬酸的酸味比苹果酸更浓郁［10］，苹果酸则能够增强人体口腔对甜度的感受。在本试验中，除揭帘前和盖帘后各补光2.5h处理显著降低番茄果实柠檬酸质量分数，其他各补光时段处理与不补光相比，各有机酸组分均未达到显著水平。良好的风味建立在高糖量有合适的糖酸比，LED 补光能够增加果实中可溶性固形物含量、可溶性糖含量、糖酸比［24-26］。本试验表明，与对照相比，揭帘前补光5h番茄果实糖酸比显著升高，与前人研究结果一致。文献［27］、［28］通过综合分析不同品种番茄风味品质，确定了33种影响消费者番茄喜好的主要风味物质，其中包含果糖、葡萄糖、柠檬酸和苹果酸，本试验表明，补光能够显著增加番茄果实的总产量，揭帘前和盖帘后各补光2.5h和盖帘后补光5h总产量均显著高于其他补光处理，番茄本身的风味物质被稀释，从而番茄果实的糖组分、总糖、有机酸、糖酸比显著低于揭帘前补光5h。因此，从本试验可得出，早上补光5h 显著增加番茄果实总产量的同时有助于提高番茄果实的风味品质。

番茄中番茄红素作为其主要成熟水果类胡萝卜素，其完全成熟时呈红色。番茄不仅是人们获取番茄红素的重要来源，也是其他有益健康的生物活性物质的重要来源。番茄红素作为水果中一些特有的香气挥发物的前体［8，29］，其质量分数多少对消费者的选择具有重要的视觉和嗅觉影响。本试验表明，揭帘前补光5h番茄果实中番茄红素质量分数高于其他处理，与Xie等［30］的研究结果一致，这是由于补充蓝光／红光诱导番茄红素合成途径中的关键基因的表达而实现的。此外，还有研究表明，蓝光和红光通过诱导光受体调节HY5 和PIFs 的激活来调节植物烯合成酶1（PSY1）基因的表达，从而增加番茄红素的质量分数［31-34］。综上所述，补光均能提高番茄果实品质，尤其是揭帘前补光5h能显著提高番茄果实中糖酸各组分质量分数，显著增加番茄红素的质量分数，从而提高了番茄果实的营养及风味品质。

研究表明，可溶性固形物和柠檬酸质量分数高的样品总体风味和甜度可接受性较高，果糖、葡萄糖和总糖质量分数仅与甜度可接受性呈正相关，总酸与总体番茄风味的可接受性呈正相关，与甜度的可接受性不相关［29］。本试验表明，在不同补光时段下，在番茄果实糖组分中果糖与葡萄糖和总糖质量分数之间呈极显著正相关，在酸组分中，柠檬酸和有机酸质量分数呈显著正相关，果实中的糖分不仅决定着果实的甜度，而且还是番茄果实其他重要品质成分如维生素、芳香物质和色素等合成的上游产物［35-37］，本试验表明，番茄红素质量分数与果糖、葡萄糖、蔗糖、总糖和酒石酸质量分数呈显著正相关。

综上所述，揭帘前补光5h显著增加番茄果实总产量的同时，有利于番茄果实各糖酸组分质量分数的积累，从而提高了番茄果实中总糖、有机酸质量分数和糖酸比，且增加番茄果实中番茄红素的质量分数，进而提高番茄营养与风味品质。