伊娜·阿尔西娜 1, 伊娃·埃尔德贝加 1*,马拉杜马 2, 雷尼斯·阿尔克斯尼斯3 和莱拉·杜波娃 1
1 拉脱维亚生命科学与技术大学农业学院土壤和植物科学研究所,叶尔加瓦,拉脱维亚,
2 拉脱维亚生命科学与技术大学食品技术学院化学系,叶尔加瓦,拉脱维亚,
3 拉脱维亚生命科学与技术大学信息技术学院数学系,叶尔加瓦,拉脱维亚
引言
随着人们对饮食对确保人类生活质量和可持续性的重要性的认识不断加深,作为确保食品质量基本要素的农业部门面临的压力越来越大。 西红柿作为种植面积第二大的蔬菜 [根据联合国粮食及农业组织 (FAO) 2019 年的统计数据],几乎是每个国家美食的重要组成部分。
有限的热量供应、相对较高的纤维含量以及矿物质元素、维生素和酚类(如黄酮类化合物)的存在,使番茄果实成为一种极好的“功能性食品”,可提供许多生理益处和基本营养需求 (1). 西红柿中发现的生化活性物质,主要是由于它们的高抗氧化能力,不仅被认为可以改善健康,而且可以作为治疗糖尿病、心脏病和毒性等各种疾病的选择 (2-4). 成熟的番茄果实平均含有 3.0-8.88% 的干物质,其中包括 25% 的果糖、22% 的葡萄糖、1% 的蔗糖、9% 的柠檬酸、4% 的苹果酸、8% 的矿物质元素、8% 的蛋白质、7% 的果胶, 6% 纤维素, 4% 半纤维素, 2% 脂质, 剩下的 4% 是氨基酸、维生素、酚类化合物和色素 (5, 6). 这些化合物的组成因基因型、生长条件和果实发育阶段而异。 番茄植株对环境因素高度敏感,如光照条件、温度、基质中的水分含量等,会导致植物代谢发生变化,进而影响果实的品质和化学成分。 (7). 环境条件影响番茄生理和次生代谢物的合成。 在压力条件下生长的植物通过增加其抗氧化特性来做出反应 (8).
西红柿作为一个物种的起源与中美洲地区有关 (9) 和技术,例如为西红柿提供必要的温度和光照的温室,通常需要提供必要的农业气候条件,特别是在温带气候区和冬季。 在这样的条件下,光照往往是番茄发育的限制因素。 冬季和早春季节的补充照明允许在低太阳辐照度期间生产高质量的西红柿
(10) . 使用不同波长的灯不仅可以保证番茄的充足产量,而且可以改变番茄果实的生化成分。 在过去的 60 年中,高压钠灯 (HPSL) 因其使用寿命长且购置成本低而被用于温室行业
(11) . 然而,在过去几年中,发光二极管 (LED) 作为一种更节能的替代品越来越受欢迎 (12). 补充 LED 已被用作满足番茄生产需求的高效光源。 当暴露于补充 LED 照明时,西红柿中的番茄红素和叶黄素含量分别高出 18% 和 142%。 然而, в-胡萝卜素含量在光照处理之间没有差异 (12). LED蓝光和红光增加了番茄红素和 в-胡萝卜素含量 (13),导致番茄果实早熟 (14). 成熟番茄果实的可溶性糖含量因远红(FR)光持续时间较长而降低 (15). 谢在研究中得出了类似的结论:红光诱导番茄红素积累,但FR光逆转了这种作用 (13). 关于蓝光对番茄果实发育影响的信息较少,但研究表明蓝光对番茄果实中生化化合物含量的影响较小,但对工艺稳定性的影响更大。 例如,Kong 等人发现蓝光更适合用来延长西红柿的保质期,因为蓝光显着增加了水果的硬度 (16),这基本上意味着蓝光会减慢成熟过程,从而导致糖和色素的数量增加。 使用温室覆盖物作为调节光成分的手段证明了类似的模式。 使用具有更高红光和更低蓝光透射率的涂层可使番茄红素含量增加约 25%。 结合光周期从 11 小时增加到 12 小时,番茄红素的量增加了约 70% (17). 在研究中,准确区分因素对番茄果实化学成分变化的影响并不总是可能的。 特别是,在温室条件下,果实的成分可以通过升高温度或降低水位来增加。 此外,这些因素可能与特定于品种和发育阶段的基因型相关 (1, 18). 由于总可溶性固体(糖、氨基酸和有机酸)的含量增加,水分不足可能有利于番茄果实的质量,而这些固体是果实中积累的主要化合物。 可溶性固体的增加提高了水果的质量,因为它会影响风味和口感 (8).
尽管报道了光谱对植物代谢物积累的影响,但需要更广泛地了解不同光谱效应以提高西红柿的质量。 因此,本研究的目的是评估温室中使用的额外照明对不同番茄品种初级和次级代谢物积累的影响。 照明系统光谱含量的变化可以改变番茄果实中初级和次级代谢物的组成。 获得的知识将提高对光对产量与其质量之间关系影响的理解。
材料和方法
植物材料和生长条件 实验在拉脱维亚生命科学与技术大学土壤和植物科学研究所的温室(4 毫米细胞聚碳酸酯)中进行 56°39'N 23°43'E 在 2018/2019、2019/2020 和 2020/2021 晚秋至早春季节。
商业嫁接番茄 (Solanum lycopersicum L.) 品种“Bolzano F1”(果实颜色-橙色)、“Chocomate F1”(果实颜色-红棕色)和红色果实品种“Diamont F1”、“Encore F1”和“使用了 Strabena F1”。 每株植物都有两个领先的头部,在生长过程中,它被架在一个高线系统上。 首先,将获得的植物移植到装有“Laflora”泥炭基质 KKS-5,pH 值的黑色 2 L 塑料容器中氯化钾 5.2-6.0,分数大小 0-20 mm,PG 混合物 (NPK 15-1020) 1.2 kg m–3, 钙 1.78%, 镁 0.21%。 当植物开花时,将它们移植到 15 L 黑色塑料容器中,容器中装有相同的“Laflora”泥炭基质 KKS-2。 植物在植物生长的营养阶段用 1% 的含有 Mg、S 和微量元素的 Kristalon Green (NPK 18-18-18) 溶液和含有微量元素或 12 的 Kristalon Red (NPK 12-36-1) 溶液施肥一次。 % Ca(NO3)2 在生殖阶段,按每升培养基 300 毫升的比例。
植被容器中的含水量保持在全部持水量的 50-80%。 平均昼夜温度为 20-22°C/17-18°C.
白天(32月)最高气温不超过XNUMX°C 和夜间最低温度(XNUMX 月)不 <12°C. 还在距离灯具 50、100 和 150 厘米处测量了灯下的温度。 检测到HPSL下距离灯具50厘米,温度为1.5°C高于其他人。 未检测到果实水平的温度差异。
照明条件
通过使用具有 16 小时光周期的额外照明,在秋春季节种植西红柿。 使用了三种不同的光源:Led cob Helle top LED 280 (LED)、感应 (IND) 灯和 HPSL Helle Magna (HPSL)。 在顶端高度,植物接受 200 ± 30 ^摩尔米–2 s–1 在 LED 和 HPSL 和 170 ± 30 ^摩尔米–2 s–1 在 IND 灯下。 光辐射分布如图所示数字1,2. 通过手持式光谱光度计 MSC15(Gigahertz Optik GmbH,Turkenfeld,Germany,UK)检测光强度和光谱分布。
使用的灯的光谱分布不同。 在光谱的红色部分(625-700 nm)中与太阳光最相似的是 HPSL。 在这部分光谱中,IND 灯的光量减少了 23.5%,但 LED 灯的光量增加了近 2 倍。 橙色光(590-625 nm)主要由HPSL发出,绿色光(500-565 nm)主要由IND发出,蓝色光(450-485 nm)主要由LED发出,而紫色光(380450 nm)主要由主要由IND灯发出。 在比较整个可见光光谱时,LED光源应该被认为是最接近太阳光的,而IND应该被认为是光谱上最不合适的。
植物化学物质的提取和测定
在完全成熟阶段收获番茄果实。 从 5 月中旬开始,到 8 月结束,每个月收获一次水果。 对所有水果进行计数和称重。 至少从每个变体中抽取 10 种水果(对于 cv “Strabena”-XNUMX-XNUMX 水果)进行分析。 使用手动搅拌机将番茄果实磨成泥。 对于每个评估的参数,分析了三个重复。
番茄红素的测定和 в-胡萝卜素
测定番茄红素的浓度和 в-胡萝卜素,从番茄泥中取 0.5 ± 0.001 g 样品称重到试管中,加入 10 mL 四氢呋喃 (THF) (19). 将试管密封并在室温下保持 15 分钟,偶尔摇晃,最后以 10 rpm 的转速离心 5,000 分钟。 通过分光光度法测定获得的上清液的吸光度,方法是在 663、645、505 和 453 nm 处测量吸光度,然后测量番茄红素和 в-胡萝卜素含量(毫克 100 毫升–1) 根据以下等式计算。
Clyc = -0.0458 x А关注 + 0.204 x Аb45 + 0.372×A505– 0.0806×A453 (1)
C汽车 = 0.216 x A663 – 1.22×A645 – 0.304×A505+ 0.452×A453 (2)
其中 A663、A645、A505 和 A453——相应波长的吸收 (20).
番茄红素和 в-胡萝卜素浓度表示为mg gF–M1 .
总酚的测定
将取自番茄泥的 1 ± 0.001 g 样品称重到刻度管中,并加入 10 ml 溶剂(甲醇/蒸馏水/盐酸 79:20:1)。 将刻度管密封并在 60 ℃下摇动 20 分钟°C 在黑暗中,然后在 10 rpm 下离心 5,000 分钟。 总酚浓度采用 Folin-Ciocalteu 分光光度法测定 (21) 进行一些修改:将 Folin-Ciocalteu 试剂(在蒸馏水中稀释 10 倍)添加到 0.5 ml 提取物中,3 分钟后添加 2 mL 碳酸钠(Na2CO3) (75 克升–1)。 将样品混合,在室温下避光孵育 2 小时后,测量 760 nm 处的吸光度。 使用校准曲线计算总酚类化合物的浓度,得到方程 3,并表示为每 100 g 新鲜番茄质量的没食子酸当量 (GAE)。
0.556点¯x (A760 + 0.09) 点¯x100
Phe = 0.556 × (A760 + 0.09) × 100/m (3)
其中一个760- 相应波长的吸收和 m- 样品的质量。
黄酮类化合物的测定
将取自番茄泥的 1 ± 0.001 g 样品称重到刻度管中,并加入 10 mL 乙醇。 将刻度管密封并在 60 ℃下摇动 20 分钟oC 在黑暗中,然后在 10 rpm 下离心 5,000 分钟。 比色法 (22) 用于测定具有微小变化的黄酮类化合物:2 mL 蒸馏水和 0.15 mL 5% 亚硝酸钠(NaNO2) 溶液加入到 0.5 mL 提取物中。 5 分钟后,加入 0.15 mL 的 10% 氯化铝溶液(AlCl3) 加入。 让混合物再静置5分钟并加入1mL 1M氢氧化钠(NaOH)溶液。 将样品混合,在室温下放置 15 分钟后,测量 415 nm 处的吸光度。 通过使用校准曲线和公式 4 计算总黄酮浓度,并表示为每 100 g 新鲜番茄重量的儿茶素当量 (CE) 量。
Fla = 0.444 × A415 × 100/m (4)
其中一个415-在相应波长的吸收和m-样品的质量。
干物质和可溶性固体的测定 干物质通过在恒温器中干燥样品在 60oC.
总可溶性固形物含量(表示为 •白利糖度)用校准在 301oC用蒸馏水。
可滴定酸度 (TA) 的测定
从番茄泥中称取 2 ± 0.01 g 样品,放入刻度管中,加入蒸馏水至 20 mL。 将刻度管密封并在室温下摇动 60 分钟,然后以 10 rpm 的速度离心 5,000 分钟。 在酚酞存在下,用 5 M NaOH 滴定 0.1 mL 等分试样。
TA = VNaOH × Vt/Vs × m (5)
其中 VNaoH- 使用的 0.1 M NaOH 的体积,Vt - 总体积 (20 mL),和 Vs - 采样体积 (5 mL)。
结果以每 100 克新鲜番茄重量的柠檬酸毫克数表示。 1 mL 0.1 M NaOH 对应于 6.4 mg 柠檬酸。
味觉指数 (TI) 的测定
A TI 通过使用等式 6 计算 (23).
TI = ◦Brix/(20 × TA)+ TA (6)
统计分析
对 354 个观测值进行了描述性统计的正态性和同质性检验。 夏皮罗-威尔克检验用于评估品种和光照处理的每种组合内的正常性。 为了估计方差的同质性,进行了 Levene 的检验。 Kruskal-Wallis 测试用于检查照明条件之间的差异。 当发现统计学上的显着差异时,使用带有 Bonferroni 校正的 Wilcoxon 事后检验进行成对比较。 文本、表格和图表中使用的显着性水平为 a = 5%,除非另有说明。
成果
番茄果实大小和果实生化参数是遗传决定的参数,但栽培条件对这些特征有显着影响。 最大的果实采自“Diamont”(88.3 ± 22.9 g),最小的果实采自“Strabena”(13.0 ± 3.8g),这是一种樱桃番茄。 品种内果实的大小也因收获时间而异。 最大的果实在生产开始时收获,番茄的大小随着植物的生长而减小。 但需要注意的是,随着XNUMX月底自然光比例的增加,番茄大小略有增加。
在所有三年中,使用 HPSL 作为额外照明的番茄产量最高。 LED 下的良率下降了 16.0%,与 HPSL 相比,IND 下的良率下降了 17.7%。 不同品种的西红柿对补充照明的反应不同。 在 LED 下观察到 cv“Strabena”、“Chocomate”和“Diamont”的产量增加,尽管在统计上不显着。 对于 cv “Bolzano”,无论是 LED 还是 IND 附加照明都不合适,观察到总产量降低了 25-31%。
平均而言,较大的番茄果实含有较少的干物质和可溶性固体,它们不太好吃,并且含有较少的类胡萝卜素和酚类物质。 受果实大小影响最小的因素是酸含量。 在干物质和可溶性固体含量与 TI (rn=195 > 0.9)。 干物质或可溶性固形物含量与类胡萝卜素(番茄红素和胡萝卜素)和苯酚含量的相关系数在0.7到0.8之间 (图3).
实验表明,虽然所用光源之间的研究参数差异有时很大,但在整个生长季节所用光源的影响下并考虑到品种和三个因素,很少有这样的参数会发生显着变化生长季节 (表1). 可以说,在 HPSL 下种植的所有品种的西红柿干物质都更多 (表1和图5).
鲜重、干物质和可溶性固体
果实的重量和大小很大程度上取决于植物的生长条件。 尽管品种之间存在差异,但在感应灯下生长的西红柿的平均果实比在 HPSL 或 LED 下小 12%。 不同品种似乎对补充 LED 灯的反应不同。 “Chocomate”和“Diamont”在 LED 下形成较大的果实,但“Bolzano”的鲜重平均仅为 HPSL 下番茄重量的 72%。 在 LED 和 IND 辅助照明下生长的“Encore”和“Strabena”果实重量相似,比 HPSL 下生长的西红柿分别小 10% 和 7% (图4).
干物质含量是水果品质的指标之一。 它与可溶性固形物含量相关并影响西红柿的味道。 在我们的实验中,西红柿的干物质含量在 46 到 113 mg g–1. 最高干物质含量(平均 95 mg g–1) 被发现用于樱桃品种“Strabena”。 在其他番茄品种中,干物质含量最高(平均 66 mg g–1) 出现在“巧克力”中 (图5).
在实验过程中,有机酸含量,以番茄中的柠檬酸(CA)当量表示,平均为 365 至 640 毫克 100 克–1 . 在樱桃番茄品种“Strabena”中发现有机酸含量最高,平均为 596 ± 201 mg CA 100 g–1,但在黄色水果 cv“Bolzano”中发现有机酸含量最低,平均为 545 ± 145 mg CA 100 g–1. 有机酸含量不仅在品种间差异很大,而且在采样时间之间也有很大差异; 然而,平均而言,在 IND 灯下生长的西红柿中发现了更高的有机酸含量(比 HPSL 和 LED 高 10.2%)。
平均而言,在 HPSL 下生长的水果中发现了最高的干物质含量。 在IND灯下,番茄果实的干物质含量降低了4.7-16.1%,低于LED的9.9-18.2%。 实验中使用的品种对光的敏感度不同。 在不同光照条件下,cv“Strabena”的干物质减少最小(IND 和 LED 分别为 5.8% 和 11.1%),而在不同光照条件下,cv“Diamont”的干物质减少最大(16.1% 和 18.2 XNUMX%)。
平均而言,可溶性固体含量在 3.8 和 10.2 之间变化 •白利糖度。 同样,对于干物质,樱桃番茄品种“Strabena”中检测到的可溶性固形物含量最高(平均为 8.1 ± 1.0 •白利糖度)。 番茄品种“Diamont”的甜度最低(平均为 4.9 ± 0.4 •白利糖度)。
补充光照显着影响番茄品种“Bolzano”、“Diamont”和“Encore”的可溶性固形物含量。 在 LED 灯下,这些品种的可溶性固形物含量较 HPSL 显着降低。 IND灯的影响较小。 在这种光照条件下,种植 cv “Bolzano”和“Strabena”的西红柿比在 HPSL 种植的西红柿中平均多 4.7% 和 4.3% 的糖分。 不幸的是,这种增加在统计上并不显着 (图6).
西红柿的 TI 从 0.97 到 1.38 不等。 最美味的是 cv“Strabena”的西红柿,平均 TI 为 1.32 ± 0.1,最不好吃的是 cv“Diamont”的西红柿,平均 TI 仅为 1.01 ± 0.06。 高 TI 有番茄品种“Bolzano”,平均 TI (1.12 ± 0.06),其次是“Chocomate”,平均 TI (1.08 ± 0.06)。
平均而言,TI 受光源影响不大,除了 cv “Strabena”,IND 灯下的果实
表 1 | P-不同补充照明对番茄果实品质影响的值(Kruskal-Wallis 检验)(n = 118)。
产品型号 |
“博尔扎诺” |
“巧克力” |
“安可” |
“钻石” |
“斯特拉贝纳 |
单果重 |
0.013 * |
0.008 ** |
0.110 |
0.400 |
0.560 |
干物质 |
0.022 * |
0.013 * |
0.011 * |
0.001 ** |
0.015 * |
可溶性固体 |
0.027 * |
0.030 |
0.030 * |
0.001 ** |
0.270 |
酸度 |
0.078 |
0.022 |
0.160 |
0.001 ** |
0.230 |
味觉指数 |
0.370 |
0.140 |
0.600 |
0.001 ** |
0.023 * |
番茄红素 |
0.052 |
0.290 |
0.860 |
0.160 |
0.920 |
Ⅴ-胡萝卜素 |
<0.001 *** |
0.007 ** |
0.940 |
0.110 |
0.700 |
酚类 |
0.097 |
0.750 |
0.450 |
0.800 |
0.420 |
类黄酮 |
0.430 |
0.035 * |
0.720 |
0.440 |
0.170 |
显着性水平“* **” 0.001 年,“**” 0.01 和 “*“0.05。 |
|
与 HPSL 相比,与 HPSL 相比,TI 增加了 7.4%(LED 增加了 4.2%),在前面提到的两种照明条件下,检测到分别降低了 5.3% 和 8.4%。
类胡萝卜素含量
番茄中的番茄红素浓度从 0.07 (cv “Bolzano”) 到 7 mg 100 g–1 调频(“斯特拉贝纳”)。 与“Diamont”相比,番茄红素含量略高(4.40 ± 1.35 mg 100 g–1 FM)和“安可”(4.23 ± 1.33 毫克 100 克–1 FM) 存在于“巧克力”的棕红色果实中 (4.74 ± 1.48 mg 100 g–1 调频)。
与 HPSL 相比,在 IND 灯下种植的植物果实中的番茄红素含量平均高出 17.9%。 LED 照明也促进了番茄红素的合成,但程度较低,平均为 6.5%。 光源的效果因品种而异。 对于“巧克力”,观察到番茄红素生物合成的最大差异。 与 HPSL 相比,IND 下的番茄红素含量增加了 27.2%,低于 LED 则增加了 13.5%。 “Strabena”最不敏感,与 HPSL 相比,变化分别为 3.2% 和 -1.6% (图7). 尽管结果相对令人信服,但数据的数学处理并不能证实其可靠性 (表1).
在实验过程中, в-番茄中的胡萝卜素含量平均为 4.69 至 9.0 毫克 100 克–1 调频。 最高的 в-胡萝卜素含量在樱桃番茄品种“Strabena”中发现,平均为 8.88 ± 1.58 mg 100 g–1 调频,但最低 в-胡萝卜素含量在黄色水果 cv “Bolzano”中发现,平均为 5.45 ± 1.45 mg 100 g–1 FM。
在不同补充光照下生长的品种之间发现了胡萝卜素含量的显着差异。 在 LED 下生长的 Cv“Bolzano”的胡萝卜素含量显着降低(与 HPSL 相比降低 18.5%),而“Chocomate”的胡萝卜素含量最低,仅低于番茄果实中的 HPSL(5.32 ± 1.08 mg 100 g FM)–1),在 LED 灯下增加 34.3%,在 IND 灯下增加 46.4% (图8).
总酚类和类黄酮含量
番茄果实的酚含量平均从 27.64 到 56.26 毫克 GAE 100 克–1 FM (表2). 观察到品种“Strabena”的苯酚含量最高,而品种“Diamont”的苯酚含量最低。 番茄的酚含量随果实成熟季节的不同而不同,因此不同采样时间之间存在较大的波动。 这导致在不同灯下生长的西红柿之间的差异并不显着。
虽然补充光变体之间的显着差异仅出现在 cv “Chocomate”的情况下,但在灯下生长的水果的平均类黄酮含量为 33.3%,但在 LED 下则高出 13.3%。 在IND灯下,品种间差异较大,而在LED灯下,变异性在10.3-15.6%的范围内。
实验表明,不同的番茄品种对使用的补充照明有不同的反应。
不建议在 LED 或 IND 灯下生长 cv“Bolzano”,因为在这种照明下,参数与 HPSL 下获得的参数相似或明显更低。 LED灯下单果重量、干物质、可溶性固形物、胡萝卜素显着降低 ( 图9 ).
表 2 | 总酚含量 [mg 没食子酸当量 (GAE) 100 g-1 FM] 和类黄酮 [mg 柠檬酸 (CA) 100 g-1 FM]在不同补充光照下生长的番茄果实中。
产品型号 |
“博尔扎诺” |
“巧克力” |
“安可” |
“钻石” |
“斯特拉贝纳” |
酚类 |
|||||
高压钠灯 |
36.33 ± 5.34 |
31.23 ± 5.67 |
27.64 ± 7.12 |
30.26 ± 5.71 |
48.70 ± 11.24 |
IND |
33.21 ± 4.05 |
34.77 ± 6.39 |
31.00 ± 6.02 |
30.63 ± 5.11 |
56.26 ± 13.59 |
搭载了LED |
36.16 ± 6.41 |
31.70 ± 6.80 |
30.44 ± 3.01 |
30.98 ± 6.52 |
52.57 ± 10.41 |
类黄酮 |
|||||
高压钠灯 |
4.50 ± 1.32 |
3.78 ± 0.65a |
2.65 ± 1.04 |
2.57 ± 1.15 |
5.17 ± 2.33 |
IND |
4.57 ± 0.75 |
5.24 ± 0.79b |
4.96 ± 1.46 |
2.84 ± 0.67 |
6.65 ± 1.64 |
搭载了LED |
4.96 ± 1.08 |
4.37 ± 1.18ab |
3.02 ± 1.04 |
2.88 ± 1.08 |
5.91 ± 1.20 |
显着不同的手段用不同的字母标记。 |
与“Bolzano”不同,LED 灯下的“Chocomate”增加了一种水果的重量,增加了胡萝卜素的含量。 排除干物质和可溶性固体含量的其他参数也高于在 HPSL 下获得的水果。 在这个品种的情况下,无极灯也显示出不错的效果 (图9).
对于 cv “Diamont”,决定味道特性的指标在 LED 灯下显着降低,但色素和类黄酮的含量增加 (图9).
栽培品种“Encore”和“Strabena”对补充光照处理最不敏感。 对于“Encore”,受 LED 光谱显着影响的唯一参数是可溶性固体含量。 “Strabena”对光的光谱成分的变化也比较宽容。 这可能是由于该品种的遗传特征,因为这是实验中唯一的樱桃番茄品种。 它的特点是所有研究的参数都显着提高。 因此,在光的影响下无法检测到研究参数的变化 (图9).
讨论
番茄果实的平均重量与品种的预期重量相关; 但是,它没有实现。 这可能是由于栽培方法而不是照明的质量,因为泥炭基质中可以使用更少的水,这可能会减轻水果的重量,但会增加活性物质的浓度并提高味道的饱和度 (24). “Encore F1”平均单果重量因光源而出现的最小波动可能表明该品种对照明质量的耐受性。 这与对主题的审查相对应 (25). 西红柿的产量和质量不仅受所用补充光强度的影响,还受其质量的影响。 结果表明,在 IND 灯下形成的良率较低。 然而,尽管感应灯的主要特征是较宽的绿波段,但由于感应灯的强度较小,可能会显示较小的结果。 数据显示,红光量的增加有助于番茄鲜重的增加,但不影响干物质含量的增加。 似乎是红光刺激了番茄中水分含量的增加。 相比之下,蓝光的增加会降低所有番茄品种的干物质含量。 最不敏感的是黄色番茄品种“Balzano”。 多项研究表明,红蓝光组合下的光合作用往往高于HPS光照下,但果实产量相等 (12). Olle 和 Virsile (26) 发现红色 LED 可提高番茄产量,并强调了我们的研究结果,即通常添加更多的红波会增加产量。 类似的观点,张等人。 (14) 定义即使添加 FR 光与红色 LED 和 HPSL 组合也会增加总水果数。 补充蓝色和红色 LED 灯导致番茄果实提前成熟。 这可能表明“Chocomate F1”和“Diamont F1”品种在 LED 下果实质量较高的原因,因为早熟导致新果实较早结出。 就产量而言,我们的数据表明,并不是红光的增加对增加产量更重要,而是红光相对于蓝光的比例增加。
由于客户喜爱的番茄特性之一是甜味,因此了解增强此特性的可能方法非常重要。 然而,它通常会因各种环境因素而改变 (27). 有证据表明,光的质量成分也会影响番茄果实的生化含量。 成熟番茄果实的可溶性糖含量随着FR光照时间的延长而降低 (15). 孔等人。 (16) 结果表明,蓝光处理显着导致更多的总可溶性固体。 植物中的糖含量因绿光、蓝光和红光而增加 (28). 我们的实验并未证实这一点,因为在大多数情况下,蓝光和红光的增加分别降低了可溶性固体含量。 我们的结果表明,在 HPSL 下发现了最高水平的可溶性糖,它比其他灯带来了最大比例的红光,并且也提高了灯附近的温度。 这与 Erdberga 等人的早期研究一致。 (29) 表明可溶性糖、有机酸的含量随着红波剂量的增加而增加。 在其他研究中也获得了类似的结果。 与使用 LED 灯的植物相比,使用 HPS 灯补充照明的植物获得了更高的平均番茄果实重量(8.7-12.2%,取决于品种) (30).
然而,Dzakovich 等人的研究。 (31) 证明补充光质量(通过 LED 的 HPSL)不会显着影响温室种植番茄的物理化学(总可溶性固体、可滴定酸度、抗坏血酸含量、pH、总酚类物质以及显着的类黄酮和类胡萝卜素)或感官特性。 这表明水果中可溶性糖的含量不仅受个体因素影响,还受其组合影响。 同样在我们的实验中,不可能发现光对酸含量的影响之间的规律性。 尤其是未来的研究不仅要关注物种与光的关系,还要关注品种与光的关系。 “Chocomate F1”和“Strabena F1”的干物质含量较高。 这对应于 Kurina 等人。 (6),平均而言,红棕色种质积累了更多的干物质(6.46%)。 杜马等人的研究。 (32) 表明,在比较水果质量和 TI 时,观察到较高的 TI 用于较小或较大的西红柿。 Rodica 等人的实验。 (23) 表明樱桃和棕红色的西红柿含有更多的可溶性固体。 在这项研究中,强调决定水果味道的有机化合物的数量取决于品种的产量。
暴露于补充的红色和蓝色 LED 照明会增加番茄红素和 в-胡萝卜素含量 (13, 34). 丹内尔等人。 (12) 研究表明,当番茄暴露在 LED 灯具下时,番茄中的番茄红素和叶黄素含量分别高出 18% 和 142%。 然而, в-胡萝卜素含量在光照处理之间没有差异。 Ntagkas 等人。 (35) 表明玉米黄质是 в-胡萝卜素转化,在蓝光和白光下番茄果实增加。 在这项研究中,这些陈述仅在“Bolzano F1”的情况下部分正确,其中在 LED 处理下发现显着大量的番茄红素,但 в-胡萝卜素确实对这种治疗有负面反应。 这可能是由于遗传特征,因为“Bolzano F1”在本研究中只是橙色果实的品种。 在其他研究中,红色果实和棕色品种的番茄红素含量最高, в- 在无极灯下发现胡萝卜素,与往年趋势不符 (29). 我们的实验表明,所有红果番茄品种的番茄红素含量都随着蓝光的增加而增加。 相比之下,不同品种中胡萝卜素含量的变化未能建立实验中使用的所有番茄品种共有的规律。 这种差异表明未来需要对受试者进行额外的测试。 用一定量的酚类和黄酮类化合物观察到由于品种特征对光的相同反应模式。 在IND灯下,所有红果品种和褐果品种均表现出较好的效果,而“Bolzano F1”对HPSL和LED灯的反应较好,但无显着差异。 这项研究与 Kong 的发现一致:蓝光处理显着导致单个酚类化合物(绿原酸、咖啡酸和芦丁)浓度更高 (16). 连续红光显着增加番茄红素, в-胡萝卜素、总酚含量、总黄酮浓度和番茄中的抗氧化活性 (36). 在我们早期的研究中,黄酮类化合物的变化是波动的; 因此,不应将光波长的影响视为显着。
酚类物质的含量随着LED灯提供的蓝光比例的增加而增加 (29),这也符合我们的研究。 在其他研究人员的工作中提到,暴露于紫外线或 LED 光对总酚类化合物没有影响,尽管已知这两种光处理都可以调节参与酚类化合物和类胡萝卜素生物合成的一系列基因的表达 (36). 值得一提的是,与果实重量相似,“Encore F1”中的化学成分因光照处理没有显着差异。 这允许宣布品种“Encore F1”可以耐受光的成分。 我们的实验证实了文献数据,即通过蓝光的定量量和整个照明系统中蓝光比例的增加,次生代谢物的合成得到增强。
所得结果表明,构成该品种特有味道的化学成分,包括酸溶性糖及其比例,主要取决于该品种的遗传。 番茄的好味道不仅在于特定物种的色素和生物活性物质的结合,还在于它们的数量。 特别是酸和糖的比例和数量表征了饱和和优质的味道。 本研究中可溶性糖与可滴定酸的正相关为~0.4,这与Hernandez Suarez的研究相关,发现这两个指标的正相关为0.39 (37). 在 Dzakovich 等人的研究中。 (31), 西红柿的总可溶性固体、可滴定酸度、抗坏血酸含量、pH、总酚类物质以及主要的类黄酮和类胡萝卜素。 他们的研究表明,温室番茄果实质量仅受补充光照处理的轻微影响。 此外,消费者感官面板数据表明,在不同光照处理下生长的西红柿在所测试的光照处理中具有可比性。 研究表明,温室生产系统固有的动态光环境可能会抵消他们研究中使用的光波长对水果次生代谢特定方面的影响 (31). 这部分符合这项研究,因为获得的数据并未显示出清晰明确的趋势,这使我们可以说其中一种照明对西红柿比其他照明更有用。 但是,某些灯可能用于某些品种,例如 HPSL 灯更适合“Bolzano F1”,而“Chocomate F1”则建议使用 LED 照明。 这与研究不同地理纬度对番茄化学性质的影响相吻合。 班达里等人。 (38) 阐明了虽然太阳朝向天空的位置的组合以及可见光波的组合,但它在改变西红柿的化学成分方面起着重要作用; 有些品种对这些过程免疫。 所有这些结论都可以强调番茄的化学成分主要取决于基因型,因为品种与生长因素的关系,特别是与光照的关系,在遗传上是易感的。
结论
不同的番茄品种对使用的补充照明有不同的反应。 品种“Encore”和“Strabena”对补充光反应最迟钝。 对于“Encore”,受 LED 光谱显着影响的唯一参数是可溶性固体含量。 “Strabena”对光的光谱成分的变化也比较宽容。 这可能是由于该品种的遗传特征,因为这是实验中唯一的樱桃番茄品种。 不建议在 LED 或 IND 灯下种植橙色水果 cv “Bolzano”,因为在这种照明下,参数处于 HPSL 水平或更差的水平。 LED灯下,单果重量、干物质、可溶性固形物含量、 в-胡萝卜素显着降低。 单果重量及用量 в- LED 照明下红棕色水果 cv “Chocomate”的胡萝卜素显着增加。 排除干物质和可溶性固体含量的其他参数也高于在 HPSL 下获得的水果。
实验表明,HPSL 可刺激番茄果实中初级代谢物的积累。 在所有情况下,与其他光源相比,可溶性固体含量高出 4.7-18.2%。
由于 LED 和 IND 灯发出约 20% 的蓝紫色光,结果表明,与 HPSL 相比,这部分光谱刺激了水果中酚类化合物的积累 1.6-47.4%。 作为次级代谢产物的类胡萝卜素的含量取决于品种和光源。 红色水果品种倾向于合成更多 в-补充 LED 和 IND 灯下的胡萝卜素。
光谱的蓝色部分在确保作物质量方面发挥着更大的作用。 增加或量化其在总光谱中的比例会促进次生代谢物(番茄红素、酚类和黄酮类化合物)的合成,从而导致干物质和可溶性固体含量的降低。
鉴于番茄基因型变异和光照关系的巨大影响,进一步的研究应继续关注栽培品种和不同补充光谱的组合,以增加生物活性化合物的含量。
数据可用性声明
支持本文结论的原始数据将由作者提供,无不当保留。
作者的贡献
IE 负责番茄的种植和取样、实验室工作、化合物定量,并参与了手稿的撰写。 IA 提出了这个想法,为研究构思和设计做出了贡献,负责西红柿取样、实验室工作、化合物量化,并参与了手稿的撰写。 MD为研究构想和设计、分析方法的优化、实验室样品分析、提出建议和建议做出了贡献。 RA 为统计分析、数据解释做出了贡献,并就手稿提出了建议和建议。 LD 对研究构想和设计做出了贡献,负责西红柿取样、实验室工作、化合物量化,并对手稿提出建议和建议。 所有作者都对文章做出了贡献并批准了稿件的提交版本。
资金
这项研究由拉脱维亚农村发展计划 2014-2020 合作资助,称为 16.1 项目 Nr。 19-00-A01612-000010 研究拉脱维亚温室部门 (IRIS) 提高效率和质量的创新解决方案和新方法开发。
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