冬春季节温室补光光强对番茄植株生长及果实品质的影响*

闫征南，王 龙，谭能智，陈京良，陈裕嘉，杨延杰**

（1.青岛农业大学园艺学院，山东青岛 266109；2.深圳市格林世界科技开发有限公司，广东深圳 518057）

在温室番茄（Solanum lycopersicum）生产中，其光合作用会受到云层覆盖、遮阳系统、太阳辐射以及植物之间相互遮挡的影响[1]。考虑到太阳辐射在温室的不均匀分布，尤其在中国北方地区，秋冬和早春季节不良气候环境条件通常会造成光照强度和光照时间不足。此外，由于日光温室围护结构、太阳入射角以及温室外覆盖材料透过率等多因素的影响，到达温室内的光照强度只占外界光照强度的60%左右[2]。弱光条件下，植株叶色变浅，叶片变薄变大，以便截获更多光能。若喜强光照的果菜类作物长期生长在不适宜的环境中，植株光合产物的合成和运转受到影响，进而导致植株生长不健壮，甚至会出现落花落果、果实发育缓慢、品质和产量下降等现象[3-4]。

人工补光可以在光环境条件不足的季节或地区进行，不仅对植物的形态和生理特性产生影响，还可以提高温室蔬菜产量并保证植物稳定生产。植物对光照环境的响应主要受光感受器的调节，光感受器通过感应特定波长、光照强度或光周期可以触发改变植物代谢的信号[5]。研究表明随着补光强度增加，日光温室内茄子果实纵径与横径的生长速度均显著增加[6]；随着补光时长增加，番茄果实产量及品质有所改善[7]。与其它光质相比，因植物对红光和蓝光的吸收更有效，因此补光光源多为红蓝LED，但研究表明叶片对绿光的吸收率大约在70%[8-9]。此外，由于日光温室果菜种植密度较高，植株上层叶片会对下层叶片造成遮挡，进而影响中下层叶片的光合速率。研究表明补充绿光后，植株底层叶片可以利用透射过的绿光进行光合作用，并且可以减缓底层植株叶片的衰老[10-11]。因此，相比于窄光谱人工光源，广谱人工光源对于植物生长有一定促进作用。为此，本试验采用广谱人工光源，以未补光番茄植株为对照，研究不同补光强度对冬春季节番茄植株生长和番茄产量的影响，旨在摸索出适宜胶东地区日光温室冬春茬番茄生长的补光策略，为番茄实际生产提供参考。

材料与方法

试验材料

供试番茄品种为‘釜山88’，是山东青岛地区设施生产主栽品种之一。试验在青岛市平度市永盛路装配式日光温室内进行，温室长度60 m，跨度20 m。试验地南北向起垄，种植番茄39行，每行80株，栽培密度约2.6株/m2。番茄幼苗于2020年10月中旬定植，定植后按照常规栽培技术进行生产管理。

试验处理

番茄植株补光试验于2021年2～3月进行。试验期间，日光温室内部温度日变化和光照强度变化趋势如图1所示。试验用补光光源为格林小太阳植物补光灯（GLL，深圳市格林世界科技开发有限公司，中国），人工光源光谱如图2所示，灯具数量为16只，其布置方式按照温室照明设计计算进行安装。根据补光强度由强到弱，分别设置为T1、T2和T3试验区，补光灯具数量分别为6（400 W/只）、4（400 W/只）和6（250 W/只），其补光强度分别为2200、1650、1100 lx。以未补光番茄植株作为对照（CK），试验区布置如图3所示。根据温室内光照强度日变化及温度情况，补光时长为每天4 h（晴天补光时间为8:00～9:00和15:00～18:00，阴天补光时间为9:30～11:30和14:00～16:00）。

图1 温室内光照强度和温度日变化

图2 植物补光灯光谱图

图3 温室补光试验区布置图

试验指标测定

使用直尺测量番茄植株茎基部到顶端生长点的高度作为株高，使用电子数显游标卡尺（上海工具有限公司，中国）测量自上而下第4和第5叶片之间的中部茎秆作为茎粗。使用叶绿素仪（SPAD-502 Plus，东京柯尼卡美能达公司，日本）测定番茄叶片的相对叶绿素含量；叶片光合特性使用便携式光合仪（Li-6400XT，LI-COR公司，美国）测定，光合测量选在晴天9:00～11:00，参数设置为光强为400 μmol/（m2·s）、叶温为24℃、样本室气体流量为500 μmol/s、参比气CO2浓度为400 μmol/mol。番茄果实大小和品质选取第7穗进行测定。番茄果实可溶性糖、可溶性蛋白和可滴定酸含量分别采用蒽酮-硫酸比色法[12]、考马斯亮蓝G-250法[12]和氢氧化钠溶液滴定法[13]；采用石油醚浸提，分光光度计比色法测定番茄红素含量[14]。

数据统计与分析

统计处理和图表绘制分别使用SPSS 18.0(IBM,Inc.,Chicago,IL,USA)和Microsoft Excel 2016软件完成。数据的方差分析是基于LSD（Least-Significant Difference）法进行的多重比较（P＜ 0.05）。

结果与分析

温室补光对番茄植株生长影响

温室补光对番茄株高、茎粗和叶绿素含量有显著性影响，但对番茄叶片数无显著性影响（表1）。整体而言，补光促进了番茄株高和茎粗的生长，但在植株生长后期，CK与T3处理之间无显著性差异。在3月31日，与CK相比，T1试验区的番茄植株株高、茎粗和叶绿素含量分别增加了14.4%、12.7%和9.0%。随着补光强度的增加，番茄植株的株高、茎粗和叶绿素含量出现增加的趋势。在3月31日，与T3相比，T1试验区的番茄植株株高、茎粗和叶绿素含量分别增加了11.4%和13.7%和8.1%。

表1 温室补光对番茄形态及结果的影响

温室补光对番茄植株光合特性影响

温室补光对番茄叶片Pn和Tr具有显著性差异（表2）。在3月23日，与CK相比，T1试验区的番茄植株的Pn和Tr分别增加了13.5%和22.9%，但在3月31日，CK与T1试验区的番茄植株的Pn、Gs、Ci和Tr之间无显著性差异。随着补光强度的增加，番茄叶片的Pn和Tr有增加趋势，且与T3相比，T1试验区番茄植株的Pn和Tr在3月23日分别提高了11.6%和16.7%，在3月31日分别提高了10.5%和29.2%。在3月23日，温室补光提高了番茄叶片的Gs和Ci，但在3月31日未出现显著性差异。

表2 温室补光对番茄叶片光合速率的影响

温室补光对番茄果实大小和单株产量影响

温室补光影响番茄果实大小，且作用效果在不同补光时期存在差异（表3）。T2试验区的纵茎和单果重均显著高于未补光试验区，且T1和T2试验区的番茄果实单果重和横茎无显著性差异。在3月23日，T2试验区番茄果实的纵茎和单果重与CK相比增加了18.5%和24.6%，在3月31日，则分别增加了21.1%和16.7%。在3月23日取样的番茄果实中，T2试验区纵茎显著高于T1试验区，但这种差异在3月31日时未出现。

表3 温室补光对番茄果实大小和单株产量的影响

番茄植株果穗数和花穗数在不同生长期对温室补光响应不同，补光增加了番茄果穗数。3月31日，T1处理果穗数和花穗数分别比CK高28.2%和26.0%。各处理间的花穗数在3月23日无显著性差异，而且3月31日，增加补光强度显著提高了番茄植株的花穗数。补光38天，T1和T2处理番茄的单株产量较CK相比有显著提高。

温室补光对番茄果实品质影响

温室补光显著影响番茄可溶性糖含量和可滴定酸含量，但对番茄果实的可溶性蛋白和番茄红素含量无显著性影响（图4）。补光38天，与CK相比，T1试验区的番茄果实的可溶性糖含量提高了16.3%，可滴定酸含量降低了9.0%。

图4 温室补光对番茄果实品质的影响

讨论

光是植物进行能量代谢和物质代谢的基础，影响植物生长发育和产量形成。与露地栽培相比，温室内光照强度较低，尤其是在连阴雨雪天气或早春季节，光照强度不足的环境条件成为限制蔬菜产量的重要因素。因此，在冬季温室低温弱光情况下，人工光源补光为植物正常生理代谢提供有力条件。而作为喜光作物，番茄生长发育过程所处的光环境影响其果实产量和品质。植物器官发育对不同光照条件具有形态可塑性，在结果上表现为植株形态上的差异。光照不足时，植株徒长，茎节纤弱，进而影响植物后期的产量和品质。本试验表明，与CK相比，T1和T2试验区培育的番茄植株的株高增加7%以上，这与前人研究的补光显著增加番茄植株株高，对植株形态有显著影响的结果一致[15]。王舒亚[7]等在日光温室中对番茄植株进行补光，茎粗显著增加3.5%，这与本试验中T1和T2补光区的番茄植株茎粗与CK相比显著增加结果一致。

作为绿色植物体内的重要色素，叶绿素能够吸收光能，并将其转化为化学能。Feng[16]等研究表明大豆幼苗叶片的叶绿素a含量、叶绿素b含量和总叶绿素含量随着光照强度的增加而增加，这可能与植物本身的叶绿体超微结构有关。适当的人工补光可提高植物叶片的叶绿素含量，有利于植株光合效率的提高并促进碳水化合物积累。本研究结果表明番茄叶片净光合速率随着光照强度的增加而增加，而较高的光照强度导致叶片的光合机构接受到的光能增加，促进植物叶片的光合作用，进而提高番茄叶片净光合速率。Gajc-Wolska[17]使用光强为100 μmol/（m2·s）的补光灯对番茄进行处理，结果表明番茄植株叶片叶绿素含量和净光合速率分别增加了24.4%和57.7%，这也与本试验结果一致。

适当的人工补光可提高果实产量并改善果实品质。李海达[18]等研究表明，与对照相比，LED补光处理分别提高了樱桃番茄挂果数、总产量和单果重48.9%、94.9%和30.9%。本研究表明，人工光源补光后，番茄的单果重和单株产量有增加的趋势。可溶性糖、可滴定酸、可溶性蛋白和番茄红素是衡量番茄果实品质和口感风味的重要指标。良好的风味建立在高糖量，有合适的糖酸比，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。本研究表明人工补光提高了番茄果实的可溶性糖含量，同时降低了可滴定酸含量。刘景霞[19]研究表明在相同温度条件下，随光照强度的增加（2000、4000、6000 lx），辣椒幼苗的可溶性糖含量增加且成苗时间缩短。番茄红素作为水果中一些特有的香气挥发物的前体，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。柳帆红等[20]研究表明每天补光5 h后番茄果实番茄红素含量增加22.63%，而本试验中番茄植株每天补光4 h，补光38天，番茄红素含量未增加，可能与补光总时长或其它环境条件有关。

结论

冬春季节温室补光促进了番茄植株生长，增加了番茄的花穗数、果穗数、单果重和单株产量。此外，温室补光提高了番茄果实的可溶性糖含量，降低了可滴定酸含量。随着补光强度的增加，单个叶片的净光合速率增加，且花穗数有增加的趋势，但未改变番茄果实品质。本试验通过人工光源补光处理，为人工光源在冬春季节设施果菜栽培领域的研究提供了一定的理论和技术支持。