冬春季節(jié)溫室補光光強對番茄植株生長及果實品質的影響*

閆征南，王 龍，譚能智，陳京良，陳裕嘉，楊延杰**

（1.青島農業(yè)大學園藝學院，山東青島 266109；2.深圳市格林世界科技開發(fā)有限公司，廣東深圳 518057）

在溫室番茄（Solanum lycopersicum）生產中，其光合作用會受到云層覆蓋、遮陽系統(tǒng)、太陽輻射以及植物之間相互遮擋的影響[1]。考慮到太陽輻射在溫室的不均勻分布，尤其在中國北方地區(qū)，秋冬和早春季節(jié)不良氣候環(huán)境條件通常會造成光照強度和光照時間不足。此外，由于日光溫室圍護結構、太陽入射角以及溫室外覆蓋材料透過率等多因素的影響，到達溫室內的光照強度只占外界光照強度的60%左右[2]。弱光條件下，植株葉色變淺，葉片變薄變大，以便截獲更多光能。若喜強光照的果菜類作物長期生長在不適宜的環(huán)境中，植株光合產物的合成和運轉受到影響，進而導致植株生長不健壯，甚至會出現落花落果、果實發(fā)育緩慢、品質和產量下降等現象[3-4]。

人工補光可以在光環(huán)境條件不足的季節(jié)或地區(qū)進行，不僅對植物的形態(tài)和生理特性產生影響，還可以提高溫室蔬菜產量并保證植物穩(wěn)定生產。植物對光照環(huán)境的響應主要受光感受器的調節(jié)，光感受器通過感應特定波長、光照強度或光周期可以觸發(fā)改變植物代謝的信號[5]。研究表明隨著補光強度增加，日光溫室內茄子果實縱徑與橫徑的生長速度均顯著增加[6]；隨著補光時長增加，番茄果實產量及品質有所改善[7]。與其它光質相比，因植物對紅光和藍光的吸收更有效，因此補光光源多為紅藍LED，但研究表明葉片對綠光的吸收率大約在70%[8-9]。此外，由于日光溫室果菜種植密度較高，植株上層葉片會對下層葉片造成遮擋，進而影響中下層葉片的光合速率。研究表明補充綠光后，植株底層葉片可以利用透射過的綠光進行光合作用，并且可以減緩底層植株葉片的衰老[10-11]。因此，相比于窄光譜人工光源，廣譜人工光源對于植物生長有一定促進作用。為此，本試驗采用廣譜人工光源，以未補光番茄植株為對照，研究不同補光強度對冬春季節(jié)番茄植株生長和番茄產量的影響，旨在摸索出適宜膠東地區(qū)日光溫室冬春茬番茄生長的補光策略，為番茄實際生產提供參考。

材料與方法

試驗材料

供試番茄品種為‘釜山88’，是山東青島地區(qū)設施生產主栽品種之一。試驗在青島市平度市永盛路裝配式日光溫室內進行，溫室長度60 m，跨度20 m。試驗地南北向起壟，種植番茄39行，每行80株，栽培密度約2.6株/m2。番茄幼苗于2020年10月中旬定植，定植后按照常規(guī)栽培技術進行生產管理。

試驗處理

番茄植株補光試驗于2021年2～3月進行。試驗期間，日光溫室內部溫度日變化和光照強度變化趨勢如圖1所示。試驗用補光光源為格林小太陽植物補光燈（GLL，深圳市格林世界科技開發(fā)有限公司，中國），人工光源光譜如圖2所示，燈具數量為16只，其布置方式按照溫室照明設計計算進行安裝。根據補光強度由強到弱，分別設置為T1、T2和T3試驗區(qū)，補光燈具數量分別為6（400 W/只）、4（400 W/只）和6（250 W/只），其補光強度分別為2200、1650、1100 lx。以未補光番茄植株作為對照（CK），試驗區(qū)布置如圖3所示。根據溫室內光照強度日變化及溫度情況，補光時長為每天4 h（晴天補光時間為8:00～9:00和15:00～18:00，陰天補光時間為9:30～11:30和14:00～16:00）。

圖1 溫室內光照強度和溫度日變化

圖2 植物補光燈光譜圖

圖3 溫室補光試驗區(qū)布置圖

試驗指標測定

使用直尺測量番茄植株莖基部到頂端生長點的高度作為株高，使用電子數顯游標卡尺（上海工具有限公司，中國）測量自上而下第4和第5葉片之間的中部莖稈作為莖粗。使用葉綠素儀（SPAD-502 Plus，東京柯尼卡美能達公司，日本）測定番茄葉片的相對葉綠素含量；葉片光合特性使用便攜式光合儀（Li-6400XT，LI-COR公司，美國）測定，光合測量選在晴天9:00～11:00，參數設置為光強為400 μmol/（m2·s）、葉溫為24℃、樣本室氣體流量為500 μmol/s、參比氣CO2濃度為400 μmol/mol。番茄果實大小和品質選取第7穗進行測定。番茄果實可溶性糖、可溶性蛋白和可滴定酸含量分別采用蒽酮-硫酸比色法[12]、考馬斯亮藍G-250法[12]和氫氧化鈉溶液滴定法[13]；采用石油醚浸提，分光光度計比色法測定番茄紅素含量[14]。

數據統(tǒng)計與分析

統(tǒng)計處理和圖表繪制分別使用SPSS 18.0(IBM,Inc.,Chicago,IL,USA)和Microsoft Excel 2016軟件完成。數據的方差分析是基于LSD（Least-Significant Difference）法進行的多重比較（P＜ 0.05）。

結果與分析

溫室補光對番茄植株生長影響

溫室補光對番茄株高、莖粗和葉綠素含量有顯著性影響，但對番茄葉片數無顯著性影響（表1）。整體而言，補光促進了番茄株高和莖粗的生長，但在植株生長后期，CK與T3處理之間無顯著性差異。在3月31日，與CK相比，T1試驗區(qū)的番茄植株株高、莖粗和葉綠素含量分別增加了14.4%、12.7%和9.0%。隨著補光強度的增加，番茄植株的株高、莖粗和葉綠素含量出現增加的趨勢。在3月31日，與T3相比，T1試驗區(qū)的番茄植株株高、莖粗和葉綠素含量分別增加了11.4%和13.7%和8.1%。

表1 溫室補光對番茄形態(tài)及結果的影響

溫室補光對番茄植株光合特性影響

溫室補光對番茄葉片Pn和Tr具有顯著性差異（表2）。在3月23日，與CK相比，T1試驗區(qū)的番茄植株的Pn和Tr分別增加了13.5%和22.9%，但在3月31日，CK與T1試驗區(qū)的番茄植株的Pn、Gs、Ci和Tr之間無顯著性差異。隨著補光強度的增加，番茄葉片的Pn和Tr有增加趨勢，且與T3相比，T1試驗區(qū)番茄植株的Pn和Tr在3月23日分別提高了11.6%和16.7%，在3月31日分別提高了10.5%和29.2%。在3月23日，溫室補光提高了番茄葉片的Gs和Ci，但在3月31日未出現顯著性差異。

表2 溫室補光對番茄葉片光合速率的影響

溫室補光對番茄果實大小和單株產量影響

溫室補光影響番茄果實大小，且作用效果在不同補光時期存在差異（表3）。T2試驗區(qū)的縱莖和單果重均顯著高于未補光試驗區(qū)，且T1和T2試驗區(qū)的番茄果實單果重和橫莖無顯著性差異。在3月23日，T2試驗區(qū)番茄果實的縱莖和單果重與CK相比增加了18.5%和24.6%，在3月31日，則分別增加了21.1%和16.7%。在3月23日取樣的番茄果實中，T2試驗區(qū)縱莖顯著高于T1試驗區(qū)，但這種差異在3月31日時未出現。

表3 溫室補光對番茄果實大小和單株產量的影響

番茄植株果穗數和花穗數在不同生長期對溫室補光響應不同，補光增加了番茄果穗數。3月31日，T1處理果穗數和花穗數分別比CK高28.2%和26.0%。各處理間的花穗數在3月23日無顯著性差異，而且3月31日，增加補光強度顯著提高了番茄植株的花穗數。補光38天，T1和T2處理番茄的單株產量較CK相比有顯著提高。

溫室補光對番茄果實品質影響

溫室補光顯著影響番茄可溶性糖含量和可滴定酸含量，但對番茄果實的可溶性蛋白和番茄紅素含量無顯著性影響（圖4）。補光38天，與CK相比，T1試驗區(qū)的番茄果實的可溶性糖含量提高了16.3%，可滴定酸含量降低了9.0%。

圖4 溫室補光對番茄果實品質的影響

討論

光是植物進行能量代謝和物質代謝的基礎，影響植物生長發(fā)育和產量形成。與露地栽培相比，溫室內光照強度較低，尤其是在連陰雨雪天氣或早春季節(jié)，光照強度不足的環(huán)境條件成為限制蔬菜產量的重要因素。因此，在冬季溫室低溫弱光情況下，人工光源補光為植物正常生理代謝提供有力條件。而作為喜光作物，番茄生長發(fā)育過程所處的光環(huán)境影響其果實產量和品質。植物器官發(fā)育對不同光照條件具有形態(tài)可塑性，在結果上表現為植株形態(tài)上的差異。光照不足時，植株徒長，莖節(jié)纖弱，進而影響植物后期的產量和品質。本試驗表明，與CK相比，T1和T2試驗區(qū)培育的番茄植株的株高增加7%以上，這與前人研究的補光顯著增加番茄植株株高，對植株形態(tài)有顯著影響的結果一致[15]。王舒亞[7]等在日光溫室中對番茄植株進行補光，莖粗顯著增加3.5%，這與本試驗中T1和T2補光區(qū)的番茄植株莖粗與CK相比顯著增加結果一致。

作為綠色植物體內的重要色素，葉綠素能夠吸收光能，并將其轉化為化學能。Feng[16]等研究表明大豆幼苗葉片的葉綠素a含量、葉綠素b含量和總葉綠素含量隨著光照強度的增加而增加，這可能與植物本身的葉綠體超微結構有關。適當的人工補光可提高植物葉片的葉綠素含量，有利于植株光合效率的提高并促進碳水化合物積累。本研究結果表明番茄葉片凈光合速率隨著光照強度的增加而增加，而較高的光照強度導致葉片的光合機構接受到的光能增加，促進植物葉片的光合作用，進而提高番茄葉片凈光合速率。Gajc-Wolska[17]使用光強為100 μmol/（m2·s）的補光燈對番茄進行處理，結果表明番茄植株葉片葉綠素含量和凈光合速率分別增加了24.4%和57.7%，這也與本試驗結果一致。

適當的人工補光可提高果實產量并改善果實品質。李海達[18]等研究表明，與對照相比，LED補光處理分別提高了櫻桃番茄掛果數、總產量和單果重48.9%、94.9%和30.9%。本研究表明，人工光源補光后，番茄的單果重和單株產量有增加的趨勢。可溶性糖、可滴定酸、可溶性蛋白和番茄紅素是衡量番茄果實品質和口感風味的重要指標。良好的風味建立在高糖量，有合適的糖酸比，補光能夠增加果實中可溶性固形物含量、可溶性糖含量、糖酸比。本研究表明人工補光提高了番茄果實的可溶性糖含量，同時降低了可滴定酸含量。劉景霞[19]研究表明在相同溫度條件下，隨光照強度的增加（2000、4000、6000 lx），辣椒幼苗的可溶性糖含量增加且成苗時間縮短。番茄紅素作為水果中一些特有的香氣揮發(fā)物的前體，其質量分數多少對消費者的選擇具有重要的視覺和嗅覺影響。柳帆紅等[20]研究表明每天補光5 h后番茄果實番茄紅素含量增加22.63%，而本試驗中番茄植株每天補光4 h，補光38天，番茄紅素含量未增加，可能與補光總時長或其它環(huán)境條件有關。

結論

冬春季節(jié)溫室補光促進了番茄植株生長，增加了番茄的花穗數、果穗數、單果重和單株產量。此外，溫室補光提高了番茄果實的可溶性糖含量，降低了可滴定酸含量。隨著補光強度的增加，單個葉片的凈光合速率增加，且花穗數有增加的趨勢，但未改變番茄果實品質。本試驗通過人工光源補光處理，為人工光源在冬春季節(jié)設施果菜栽培領域的研究提供了一定的理論和技術支持。