CO2加富與LED補(bǔ)光對櫻桃番茄產(chǎn)量、品質(zhì)及揮發(fā)性物質(zhì)含量的影響

汪曉宇， 郭 寧， 劉長梅， 張達(dá)林， 安 磊， 張海軍， 王翰霖， 葉 林

(1.寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院，寧夏銀川 750021； 2.寧夏農(nóng)墾集團(tuán)有限公司，寧夏銀川 750021； 3.寧夏職業(yè)技術(shù)學(xué)院，寧夏銀川 750021；4.寧夏建成農(nóng)林開發(fā)有限公司，寧夏銀川 750021； 5.寧夏銀川市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心，寧夏銀川 750021)

櫻桃番茄(SolanumlycopersicumMill.)風(fēng)味獨(dú)特，富含維生素、番茄紅素和礦物質(zhì)等多種營養(yǎng)物質(zhì)，較番茄營養(yǎng)物質(zhì)含量更高，被聯(lián)合國糧農(nóng)組織列入“四大果蔬”[1]。光是植物進(jìn)行光合作用和形態(tài)建成的重要調(diào)控因素之一，不同光周期對植株造成的影響也均不相同[2-3]。植物生長除了受光照限制以外，CO2濃度也是主要的影響因素之一，作為植物光合作用的原料，直接影響植物光合產(chǎn)物的合成[4-5]。北方日光溫室櫻桃番茄秋冬茬或越冬茬生產(chǎn)時常為多云氣候，光照強(qiáng)度低且光照時數(shù)短，加上設(shè)施老化，日光溫室的覆蓋材料差，透光、抗化、防塵等性能較弱，從而導(dǎo)致植物對光能的吸收不足，利用率低；同時由于日光溫室密閉性強(qiáng)，空氣流通差，導(dǎo)致室內(nèi)CO2濃度低下，進(jìn)而嚴(yán)重降低櫻桃番茄的果實(shí)品質(zhì)[6]。針對如何改善北方冬季日光溫室中弱光寡照與低濃度CO2環(huán)境，從而促進(jìn)設(shè)施作物品質(zhì)提高，前人進(jìn)行了大量的研究。Fu等認(rèn)為，LED補(bǔ)光可以在增加葉類蔬菜維生素C含量的同時顯著減少硝酸鹽的含量[7]。余婷等認(rèn)為，適當(dāng)進(jìn)行補(bǔ)光有利于豌豆芽苗菜可溶性糖、可溶性蛋白及碳水化合物的積累[8]。Hong等對西瓜進(jìn)行CO2加富試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)CO2加富會顯著提升西瓜的維生素C含量和總糖含量[9]。目前對CO2加富和LED補(bǔ)光對溫室作物的研究多集中于生長和產(chǎn)量等方面[10-11]。對品質(zhì)及揮發(fā)性物質(zhì)的研究較少。本研究在冬季日光溫室內(nèi)進(jìn)行CO2加富和LED補(bǔ)光，分析二者共同作用對櫻桃番茄品質(zhì)、揮發(fā)性物質(zhì)的影響，以期為今后提高設(shè)施櫻桃番茄品質(zhì)提供理論支持與技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)選用櫻桃番茄品種為香妃3號，種子由寧夏回族自治區(qū)西北農(nóng)資城提供。CO2施用采用液化鋼瓶補(bǔ)充，由寧夏回族自治區(qū)銀川市金鳳區(qū)寧豐制氧廠提供。采用歐普全光譜的LED燈進(jìn)行補(bǔ)光。

1.2 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)于2021年8月12日在寧夏回族自治區(qū)吳忠市孫家灘農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)區(qū)內(nèi)溫室進(jìn)行。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)所選溫室長72 m，跨度12 m、1.4 m起1壟，由西向東分為2個隔間，采用聚鋁鍍脂膜隔開，形成相對密閉的空間，每個隔間前后2壟作為保護(hù)行，每個處理進(jìn)行3次重復(fù)。試驗(yàn)采取土壤栽培，行距1.4 m，株距17 cm，每個隔間面積252 m2，各種植675株櫻桃番茄。利用水肥一體化施肥機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一的水肥管理，其他管理措施同常規(guī)栽培。定植緩苗20 d后進(jìn)行補(bǔ)光和CO2加富處理。試驗(yàn)共設(shè)置2個處理，分別為LC[CO2加富800 μL/L+光照度100 μmol/(m2·s)]和CK(常規(guī)環(huán)境)。緩苗結(jié)束后，采用定時開關(guān)設(shè)置每天08：00—11：00控制CO2傳感器和電子閥對LC隔間進(jìn)行CO2加富，使CO2濃度保持在800 μL/L；補(bǔ)光處理通過調(diào)節(jié)補(bǔ)光燈的垂直位置，使其始終在距植株30 cm處，且使用定時開關(guān)設(shè)置每天06：00—8：00和17：00—19：00控制LED燈帶的開閉進(jìn)行補(bǔ)光，使光照度保持在 100 μmol/(m2·s)。

1.4 測定指標(biāo)及方法

1.4.1 外形品質(zhì)測定 從植株進(jìn)入結(jié)果期開始，對2個處理綠熟期、轉(zhuǎn)色期、成熟期及完熟期分別采摘10枚果實(shí)，使用游標(biāo)卡尺測定果實(shí)縱、橫徑，使用天平測定果實(shí)的單果質(zhì)量，硬度采用TA-XT2i質(zhì)構(gòu)儀分別在果實(shí)的赤道位置進(jìn)行測定。

1.4.2 果實(shí)色澤測定 使用CHROMA METER CR-400 在4個時期果實(shí)的赤道處進(jìn)行測定，分別對L、a、b進(jìn)行讀數(shù)記錄。并根據(jù)以下公式計(jì)算色度值。

1.4.3 營養(yǎng)品質(zhì)測定 每個處理不同成熟時期分別采摘3枚果實(shí)進(jìn)行營養(yǎng)品質(zhì)的測定。維生素C含量采用鉬藍(lán)比色法測定[12]，可溶性糖含量測定采用蒽酮比色法[13]，可滴定酸含量采用NaOH滴定法[13]測定，可溶性固形物含量采用手持糖度計(jì)測定。

1.4.4 果實(shí)揮發(fā)性物質(zhì)組分測定 SPME取樣：每個處理采取成熟期的果實(shí)3枚，稱取5 g樣品置于20 mL萃取瓶中，加入50 μL癸酸甲酯(0.25 mg/mL)作為內(nèi)標(biāo)物，密封，置于45 ℃水浴中，磁力攪拌速度500 r/min，平衡20 min后，插入萃取針萃取30 min。萃取針使用前，在氣質(zhì)進(jìn)樣口活化20 min(250 ℃)。GC條件：進(jìn)樣口溫度250 ℃，氣質(zhì)接口溫度280 ℃，載氣流速1.5 mL/min，分流比4 ∶1。升溫程序：初始50 ℃，保持1 min，以 5 ℃/min 升溫到100 ℃保持2 min；4 ℃/min升溫到180 ℃保持3 min；5 ℃/min升溫到250 ℃保持 5 min。MS條件：離子源溫度230 ℃，四級桿溫度 150 ℃，EI電離70 eV，全掃描35～550m/z。櫻桃番茄揮發(fā)性物質(zhì)利用GC-MS進(jìn)行分析，采用內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行定量，公式如下：

1.4.5 單株產(chǎn)量及總產(chǎn)量測定 選擇2個處理每行長勢一致的6株櫻桃番茄進(jìn)行掛牌標(biāo)記，每次采收時對單株產(chǎn)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，拉秧后對2個處理的總產(chǎn)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用 Microsoft Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，Origin 2019b進(jìn)行圖繪制，并采用SPSS Statistics 25.0軟件進(jìn)行多因素差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 CO2加富和LED補(bǔ)光對日光溫室櫻桃番茄果實(shí)外形及品質(zhì)的影響

由圖1可知，果實(shí)成熟4個階段縱、橫徑及單果質(zhì)量LC處理均顯著高于CK，在成熟期時單果質(zhì)量的差異達(dá)到最大，比CK高71.94%。硬度隨果實(shí)成熟度的加快呈下降趨勢，在綠熟期和轉(zhuǎn)色期，LC處理顯著高于CK，而在成熟期和完熟期則無顯著差異，說明CO2加富和LED補(bǔ)光共同處理可以促進(jìn)果實(shí)的生長，提高外形品質(zhì)。

2.2 CO2加富和LED補(bǔ)光對日光溫室櫻桃番茄果實(shí)色澤的影響

由圖2可知，在LC處理下，果實(shí)的亮度在4個時期均顯著高于對照，說明CO2加富和光照度處理可以提高果實(shí)的亮度，果實(shí)的紅色飽和度在綠熟期和轉(zhuǎn)色期沒有顯著差異，在成熟期和完熟期LC處理則顯著高于CK，隨果實(shí)成熟，黃色飽和度呈下降趨勢，LC處理每個成熟階段均顯著低于CK；由色度可看出LC處理在綠熟期和轉(zhuǎn)色期均低于CK，成熟期無顯著差異，完熟期高于CK，說明CO2加富和LED補(bǔ)光共同處理對番茄果實(shí)的著色無顯著影響。

2.3 CO2加富和LED補(bǔ)光對日光溫室櫻桃番茄果實(shí)營養(yǎng)品質(zhì)影響

由圖3可知，果實(shí)中可溶性糖、可滴定酸、可溶性固形物及維生素C含量隨果實(shí)成熟呈上升趨勢，LC處理下各指標(biāo)在4個成熟階段均顯著高于CK，在成熟期，可溶性糖、可滴定酸和維生素C含量達(dá)到最高，說明CO2加富和LED補(bǔ)光共同處理可以顯著提高番茄果實(shí)的營養(yǎng)品質(zhì)。

2.4 CO2加富和LED補(bǔ)光對日光溫室櫻桃番茄果實(shí)揮發(fā)性物質(zhì)的影響

由GC-MS檢測可知，2個處理成熟期果實(shí)揮發(fā)性物質(zhì)的種類和含量均有所不同。由表1、表2可知，CK處理揮發(fā)性物質(zhì)共計(jì)36種，總含量為 2 756.65 μg/g，其中醛類含量最高，占42.7%，酯類含量最低，占1.5%；LC處理的揮發(fā)性物質(zhì)共計(jì)55種，總含量為4 048 μg/g，其中醛類含量最高，占42.88%，酯類含量最低，為1.21%。其中β-紫羅蘭酮與櫻桃番茄的酸味有關(guān)，LC處理含量是CK的2.99倍，而與果實(shí)甜度相關(guān)的己醛含量LC處理是CK的1.33倍，說明CO2加富和LED補(bǔ)光共同處理可以提高番茄果實(shí)的揮發(fā)性物質(zhì)種類和含量，豐富風(fēng)味。

2.5 CO2加富和LED補(bǔ)光對日光溫室櫻桃番茄產(chǎn)量的影響

由圖4-A可知，CO2加富和LED補(bǔ)光對櫻桃番茄的單株產(chǎn)量有顯著促進(jìn)作用；由圖4-B可知，2個處理產(chǎn)量差異顯著，相比CK處理，LC處理產(chǎn)量提高了18.18%。

表1 CO2加富和LED補(bǔ)光對櫻桃番茄果實(shí)揮發(fā)性物質(zhì)的影響

表1(續(xù))

表2 CO2加富和LED補(bǔ)光對櫻桃番茄果實(shí)各揮發(fā)性物質(zhì)含量的影響

3 討論與結(jié)論

本研究分析CO2加富和LED補(bǔ)光對北方冬季日光溫室櫻桃番茄品質(zhì)和揮發(fā)性物質(zhì)的影響。CO2濃度和光照都是影響植物生長發(fā)育的重要因子之一[14]。CO2濃度在一定范圍內(nèi)增大可以促進(jìn)溫室作物的生長，提高果實(shí)的品質(zhì)[15]。本研究發(fā)現(xiàn)櫻桃番茄在CO2加富和LED補(bǔ)光共同處理下，其果實(shí)縱徑、橫徑和單果質(zhì)量均顯著提高，這與張志明等的研究結(jié)果[16]一致。果實(shí)的硬度高有利于采摘后的貯藏，可以延長保險時間而不會使風(fēng)味流失[17]。本研究發(fā)現(xiàn)CO2加富和LED補(bǔ)光處理下在果實(shí)成熟的4個階段其硬度均顯著提高。

果實(shí)的色澤是消費(fèi)者選購時參考的重要指標(biāo)[18]。本研究發(fā)現(xiàn)CO2加富和LED補(bǔ)光共同處理下對櫻桃番茄果實(shí)的色度沒有顯著影響，這與陳珊珊等的研究結(jié)果[19]不一致，可能是由于CO2濃度和光照度交互所造成的結(jié)果。但果實(shí)的亮度、紅色飽和度均顯著提高，黃色飽和度顯著降低，說明CO2加富和LED補(bǔ)光可以促進(jìn)果實(shí)成熟，但對果實(shí)的著色沒有顯著影響。

可溶性固形物是衡量果實(shí)營養(yǎng)物質(zhì)含量的重要指標(biāo)之一[20]。適當(dāng)提高CO2濃度會促進(jìn)光合作用的進(jìn)行，降低呼吸強(qiáng)度，從而增加光合產(chǎn)物的積累[19-21]。本研究CO2加富和LED補(bǔ)光處理下可溶性固形物、可溶性糖、可滴定酸及維生素C含量在番茄果實(shí)成熟的4個階段均顯著提高，這與Kanski等的研究結(jié)果[22]一致。

櫻桃番茄的香氣由多種不同的揮發(fā)性物質(zhì)所構(gòu)成。在番茄香氣組成中，已超過400種芳香物質(zhì)被鑒定出來，其中16種物質(zhì)對番茄的香氣有較大影響[23]。本研究共檢測出5種，分別為β-紫羅蘭酮、己醛、1-戊烯-3-酮、反式-2-己烯醛、6-甲基-5-庚烯-2-酮。這可能與大小番茄的品種差異性及栽培條件有關(guān)[24-26]。CO2加富和LED補(bǔ)光處理下，可以增加櫻桃番茄的揮發(fā)物質(zhì)種類和含量，提高果實(shí)的風(fēng)味，豐富果實(shí)的香味。

產(chǎn)量是衡量作物經(jīng)濟(jì)效益的重要指標(biāo)之一[27]。目前，已有大量研究結(jié)果表明CO2加富和LED補(bǔ)光均可以提高作物的產(chǎn)量[28-29]。本研究發(fā)現(xiàn)CO2加富和LED補(bǔ)光處理下櫻桃番茄的單株產(chǎn)量和總產(chǎn)量均顯著提高，這與岳釘伊等的研究結(jié)果[30]一致。

綜上，CO2加富和LED補(bǔ)光處理會顯著提高櫻桃番茄果實(shí)的縱、橫徑，促進(jìn)果實(shí)的生長，使單果質(zhì)量和硬度增大，對果實(shí)的著色影響不顯著。同時，會顯著提高果實(shí)的營養(yǎng)品質(zhì)及揮發(fā)性物質(zhì)的種類與含量，使其營養(yǎng)豐富、香味濃郁，且兩者共同處理會進(jìn)一步提高冬季日光溫室櫻桃番茄的產(chǎn)量。