LED株間補(bǔ)光對(duì)番茄生長(zhǎng)和果實(shí)品質(zhì)的影響

丁小濤，姜玉萍，王 虹，周 強(qiáng)，何立中，余紀(jì)柱**

（1上海市設(shè)施園藝技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝研究所，上海 201403；2上海都市綠色工程有限公司，上海 202180）

LED株間補(bǔ)光對(duì)番茄生長(zhǎng)和果實(shí)品質(zhì)的影響

丁小濤1，2，姜玉萍1*，王 虹1，周 強(qiáng)1，2，何立中1，2，余紀(jì)柱1，2**

（1上海市設(shè)施園藝技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝研究所，上海 201403；2上海都市綠色工程有限公司，上海 202180）

研究了LED株間補(bǔ)光對(duì)番茄葉片質(zhì)量、光合作用和果實(shí)品質(zhì)的影響。結(jié)果表明：LED補(bǔ)光使番茄上部、中部和下部葉片單位葉面積鮮重明顯增加，光合作用增強(qiáng)；同時(shí)，LED補(bǔ)光增加了果實(shí)中可溶性固形物含量、可溶性糖含量、糖酸比、VC含量和VE含量，并且果實(shí)品質(zhì)有了明顯提高，果實(shí)采收期提前5 d。

番茄；LED補(bǔ)光；光合作用；采收期；果實(shí)品質(zhì)

番茄是我國(guó)設(shè)施栽培面積最大的蔬菜之一，因營(yíng)養(yǎng)豐富、經(jīng)濟(jì)效益高而深受人們歡迎。光是蔬菜進(jìn)行物質(zhì)代謝和能量代謝的基礎(chǔ)，影響著光合產(chǎn)物積累及產(chǎn)量形成。在設(shè)施栽培中，尤其在冬春季節(jié)，弱光天氣較多，同時(shí)番茄植株間、葉片間的相互遮掩也使中部和下部葉片處于相對(duì)的弱光環(huán)境中，影響了番茄的生長(zhǎng)及產(chǎn)量和品質(zhì)［1-2］，而補(bǔ)光是緩解設(shè)施栽培番茄弱光脅迫的有效手段。

近年來(lái)，LED在植物設(shè)施栽培領(lǐng)域的研究和發(fā)展已經(jīng)引起了全球的重視，采用LED為主要光源的植物工廠可以使番茄栽培空間的利用率和環(huán)境控制性大幅提高［3］。關(guān)于番茄LED不同光質(zhì)補(bǔ)光對(duì)其生長(zhǎng)和產(chǎn)量品質(zhì)的影響［4-5］，以及LED補(bǔ)光提高番茄抗逆性等方面［6-7］的研究已有報(bào)道，但目前國(guó)內(nèi)關(guān)于LED株間補(bǔ)光的研究卻很少。本試驗(yàn)擬通過(guò)對(duì)番茄LED株間補(bǔ)光的研究，了解補(bǔ)光后番茄不同部位葉片光合作用等方面的變化，以及其對(duì)果實(shí)成熟和品質(zhì)的影響，以期提高番茄的產(chǎn)量和品質(zhì)，豐富番茄的栽培實(shí)踐和栽培理論。

1 材料與方法

1．1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2013—2014年在上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院國(guó)家設(shè)施農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心崇明基地智能溫室中進(jìn)行，所用番茄為歐洲雞尾酒串番茄品種‘Brioso RZ’，由荷蘭瑞克斯旺公司提供。2013年11月6日用巖棉作基質(zhì)播種育大苗，12月20日待現(xiàn)大蕾時(shí)定植于栽培溫室中，定植密度為2.8株/m2，采用吊掛栽培，以巖棉作為栽培基質(zhì)。整個(gè)溫室頂部為鈉燈補(bǔ)光，鈉燈由鄭州格維特照明科技有限公司生產(chǎn)，功率為780 W，安裝在溫室約6 m高處，每5.3 m2安裝一只鈉燈。L

圖1 溫室LED株間補(bǔ)光的番茄（下部葉片去掉一部分）Fig．1 LED supplementary lighting among plants of tomato in greenhouse

ED株間補(bǔ)光燈為飛利浦公司生產(chǎn)，分別在生長(zhǎng)架的0.6 m和1.7 m處放置兩條（圖1）。單根補(bǔ)光燈長(zhǎng)度為2.5 m，功率115 W，共有200個(gè)LED燈，其中紅光和藍(lán)光LED燈設(shè)置比例為4∶1。單個(gè)種植行上、下各安裝12只補(bǔ)光燈，總長(zhǎng)度為30 m。

1．2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)處理 試驗(yàn)設(shè)2個(gè)處理：（1）正常生長(zhǎng)番茄（對(duì)照）；（2）LED株間補(bǔ)光番茄。每個(gè)處理定植144株，重復(fù)4次。兩個(gè)處理設(shè)置在同一個(gè)溫室中，處理間設(shè)置2行保護(hù)行隔開(kāi)。于定植5周后再開(kāi)始LED株間補(bǔ)光，設(shè)置每天00：00—07：00為定時(shí)補(bǔ)光時(shí)間，白天當(dāng)外界光照強(qiáng)度低于100 μmol·m－2·s－1時(shí)，設(shè)置為L(zhǎng)ED燈打開(kāi)，約補(bǔ)光3周后開(kāi)始采收果實(shí)。

1.2.2 LED株間補(bǔ)光對(duì)番茄單位葉面積質(zhì)量和光響應(yīng)曲線、二氧化碳響應(yīng)曲線的影響 于LED補(bǔ)光1個(gè)月后對(duì)植株上部、中部、下部展開(kāi)的最大功能葉片進(jìn)行取樣（其中下部、中部葉片選擇補(bǔ)光燈附近的最大功能葉），用電子天平測(cè)量葉片鮮重。利用LI-6400型光合儀（LI-COR，Inc.，Lin-coin，NE，美國(guó)）測(cè)量上部、中部、下部展開(kāi)的最大功能葉片凈光合速率，測(cè)量二氧化碳響應(yīng)曲線時(shí)設(shè)置光強(qiáng)為1 200 μmol·m－2·s－1，二氧化碳濃度分別設(shè)置為50 μmol·mol－1、100 μmol·mol－1、200 μmol·mol－1、300 μmol·mol－1、400 μmol·mol－1、600 μmol·mol－1、800 μmol·mol－1、1 000 μmol·mol－1、1 200 μmol·mol－1、1 500 μmol·mol－1、2 000 μmol·mol－1；測(cè)量光響應(yīng)曲線時(shí)設(shè)置二氧化碳濃度為400 μmol·mol－1，光照強(qiáng)度分別設(shè)置為0 μmol·m－2·s－1、10 μmol·m－2·s－1、20 μmol·m－2·s－1、50 μmol·m－2·s－1、80 μmol·m－2·s－1、100 μmol·m－2·s－1、120 μmol·m－2·s－1、150 μmol·m－2·s－1、200 μmol·m－2·s－1、400 μmol·m－2·s－1、600 μmol·m－2·s－1、800 μmol·m－2·s－1、1 000 μmol·m－2·s－1、1 200 μmol·m－2·s－1、1 500 μmol·m－2·s－1、1 800 μmol·m－2·s－1，每個(gè)處理重復(fù)3次。

1.2.3 LED株間補(bǔ)光對(duì)番茄成熟情況的影響 每個(gè)果穗留果9個(gè)，分別于2014年2月14日、18日、20日對(duì)LED補(bǔ)光和對(duì)照番茄進(jìn)行成熟情況的調(diào)查。果實(shí)完全轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色，達(dá)到成熟定為“全紅果”，果實(shí)部分轉(zhuǎn)色，定為“半紅果”；果實(shí)達(dá)到最大但沒(méi)有轉(zhuǎn)色，完全為綠色定為“綠果”。每個(gè)處理每種類型調(diào)查果穗20個(gè)，重復(fù)3次，取平均值。

1.2.4 LED株間補(bǔ)光對(duì)番茄果實(shí)品質(zhì)的影響 采用蒽酮比色法測(cè)定可溶性糖含量［8］，酸堿滴定法測(cè)定可滴定酸含量，并計(jì)算糖酸比［9］；用手持糖度計(jì)（PAL-1）測(cè)定番茄中的可溶性固形物含量；高效液相色譜法測(cè)定維生素E含量；用2%草酸提取，2，6-二氯酚靛酚滴定法測(cè)定維生素C含量［8］，2月20日對(duì)每個(gè)處理取全紅果20個(gè)（混合取樣），重復(fù)3次，于實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行各個(gè)項(xiàng)目的檢測(cè)。數(shù)據(jù)采用Origin 7.5軟件和SAS統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2．1 LED株間補(bǔ)光對(duì)番茄單位葉面積質(zhì)量的影響

從表1可以看出，LED株間補(bǔ)光使番茄上部、中部、下部葉片的單位面積質(zhì)量均顯著增加，比對(duì)照分別增加6.9%、8.5%、14.3%，以下部葉片增加較為明顯。同時(shí)，各個(gè)處理下部葉片質(zhì)量顯著高于中部葉片，中部葉片質(zhì)量又顯著高于上部葉片。

表1 LED株間補(bǔ)光對(duì)番茄上、中、下部葉片單位葉面積質(zhì)量的影響Table 1 Effects of LED supplementary lighting among plants on leaf fresh mass per unit of the upper，middle and lower parts

2．2 LED株間補(bǔ)光對(duì)番茄二氧化碳響應(yīng)曲線和光響應(yīng)曲線的影響

從圖2可以看出，LED株間補(bǔ)光條件下，番茄上部、中部、下部葉片的二氧化碳響應(yīng)曲線明顯在其CK葉片的上方，說(shuō)明補(bǔ)光條件下，番茄葉片有更高的凈光合速率，其中，補(bǔ)光對(duì)中部葉片和下部葉片的效果更明顯。從圖3可以看出，番茄光響應(yīng)曲線在較低光強(qiáng)下各個(gè)處理差異不太明顯，但是當(dāng)光照強(qiáng)度超過(guò)200 μmol·m－2·s－1時(shí)，上部葉片、中部葉片凈光合速率增加更快，其中以上部葉片增加最快、下部葉片最慢，同時(shí)下部葉片較早出現(xiàn)光合作用的飽和點(diǎn)。LED株間補(bǔ)光對(duì)中部和下部葉片的光響應(yīng)曲線影響更為明顯，CK中部和下部葉片分別在1 000 μmol·m－2·s－1和400 μmol·m－2·s－1光照強(qiáng)度下出現(xiàn)了光合作用的飽和點(diǎn)，而LED株間補(bǔ)光植株分別在1 500 μmol·m－2·s－1和600 μmol·m－2·s－1才出現(xiàn)光合作用的飽和點(diǎn)，說(shuō)明LED補(bǔ)光明顯增加了中部和下部葉片的光合能力。

圖2 LED株間補(bǔ)光對(duì)番茄二氧化碳響應(yīng)曲線的影響Fig．2 Effects of LED supplementary lighting among plants on CO2response curve of tomato

圖3 LED株間補(bǔ)光對(duì)番茄光響應(yīng)曲線的影響Fig．3 Effects of LED supplementary lighting among plants on light response curve of tomato

2．3 LED株間補(bǔ)光對(duì)番茄品質(zhì)和采收期的影響

從3次番茄果實(shí)成熟情況的調(diào)查（表2）可以看出，LED株間補(bǔ)光處理的番茄全紅果數(shù)量在不同日期均明顯多于沒(méi)有補(bǔ)光的番茄，2月14日、18日、20日分別為對(duì)照的2.01倍、1.65倍和1.43倍；同時(shí)綠果數(shù)明顯少于對(duì)照，2月14日、18日、20日分別為對(duì)照的59.2%、36.8%和9.3%；而半紅果數(shù)二者無(wú)明顯規(guī)律。說(shuō)明LED株間補(bǔ)光可以明顯加快番茄果實(shí)的成熟速度，LED補(bǔ)光的番茄在2月20日很多果實(shí)已經(jīng)整串成熟，即開(kāi)始第一批次的采收（采收標(biāo)準(zhǔn)為最后兩個(gè)果實(shí)已轉(zhuǎn)為半紅果）；而對(duì)照處理番茄到2月25日才開(kāi)始采收，LED補(bǔ)光番茄較對(duì)照提前5 d采收。

表2 LED株間補(bǔ)光對(duì)番茄果實(shí)成熟情況的影響Table 2 Effects of LED supplementary lighting among plants on tomato fruit maturity

從表3可以看出，LED株間補(bǔ)光可以使番茄的可溶性固形物含量、可溶性糖含量、糖酸比、VC含量、VE含量均顯著提高，分別比對(duì)照提高16.3%、16.5%、23.2%、29.8%、66.7%，其中VE含量提高最為明顯；果實(shí)的可滴定酸度略有降低，但和對(duì)照差異不顯著。

表3 LED補(bǔ)光對(duì)番茄果實(shí)品質(zhì)的影響Table 3 Effects of LED supplementary lighting among plants on tomato fruit quality

3 結(jié)論與討論

光合作用為植物的生長(zhǎng)和繁衍提供了必要的同化物質(zhì)［10］，保持正常的光合作用是植物生長(zhǎng)發(fā)育的必要條件。WARREN［11］認(rèn)為設(shè)施內(nèi)作物生長(zhǎng)和產(chǎn)量對(duì)光照有很強(qiáng)的依賴性，LED紅色光源補(bǔ)光能夠促進(jìn)番茄植株生長(zhǎng)［12］。本研究發(fā)現(xiàn)LED紅光和藍(lán)光組合株間補(bǔ)光明顯增加了上、中、下部葉片的單位葉面積質(zhì)量，同時(shí)也使葉片的光合作用有了明顯的提高，使葉片的光合能力更強(qiáng)，尤其對(duì)處于遮光較多的中部和下部葉片，作用更為明顯。GOINS等［13］研究發(fā)現(xiàn)，與白光比較，適當(dāng)?shù)乃{(lán)光LED和紅光LED配比是小麥獲得良好光合作用、地上部干重和產(chǎn)量的重要保證。這也是本試驗(yàn)測(cè)量葉片二氧化碳響應(yīng)曲線和光響應(yīng)曲線時(shí)，LED株間補(bǔ)光使葉片保持較強(qiáng)光合能力的原因。

孫娜等［12］對(duì)日光溫室番茄補(bǔ)照紅光和紅藍(lán)混合光之后，番茄產(chǎn)量得到明顯的提高。蒲高斌等［14］研究發(fā)現(xiàn)，紅光可以明顯加快番茄的成熟。本試驗(yàn)對(duì)番茄進(jìn)行LED株間補(bǔ)光后，番茄中部和下部葉片光合作用明顯加強(qiáng)，葉片制造的光合同化產(chǎn)物也隨之增加，不僅使葉片本身獲得更多的同化物質(zhì)，而且果實(shí)也汲取到更多的同化產(chǎn)物用于果實(shí)的構(gòu)建，同時(shí)下部果實(shí)得到更多的光照而易于著色和盡快成熟，這可能是由于LED紅藍(lán)光誘導(dǎo)了光敏色素對(duì)蔗糖代謝酶的調(diào)控，促進(jìn)蔗糖代謝相關(guān)酶活性的提高，使光合產(chǎn)物更多地分配到番茄果實(shí)中［15-16］。

紅光和藍(lán)光是影響番茄果實(shí)轉(zhuǎn)色期品質(zhì)變化的主要光質(zhì)［4］。很多研究發(fā)現(xiàn)，紅光和紅藍(lán)組合光處理能夠顯著提高番茄果實(shí)的糖含量和糖酸比［4，12］，紅光、藍(lán)光均可促進(jìn)番茄果實(shí)維生素C與糖分的積累［4-5］。本試驗(yàn)對(duì)與番茄品質(zhì)相關(guān)的一些指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)量，發(fā)現(xiàn)株間LED紅藍(lán)光組合補(bǔ)光可以使番茄的可溶性固形物含量、可溶性糖含量、糖酸比、VC含量、VE含量均顯著提高。VC和VE都是重要的抗氧化劑，本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)番茄LED株間補(bǔ)光后，果實(shí)中VE含量大幅增加，說(shuō)明補(bǔ)光番茄中含有大量的抗氧化劑，食用后可以提高人體的抵抗力，這些都充分說(shuō)明LED補(bǔ)光對(duì)改善番茄果實(shí)品質(zhì)確實(shí)有重要的作用。

總之，LED株間補(bǔ)光可以明顯增加上、中、下部葉片的光合作用，使葉片制造更多的同化產(chǎn)物，用于番茄葉片和果實(shí)的構(gòu)建，使番茄成熟期提前，且果實(shí)品質(zhì)提高。

［1］謝景，劉厚誠(chéng)，宋世威，等.光源及光質(zhì)調(diào)控在溫室蔬菜生產(chǎn)中的應(yīng)用研究進(jìn)展［J］.中國(guó)蔬菜，2012（2）：1-7.

［2］孫治強(qiáng)，張強(qiáng)，張惠梅.低溫弱光對(duì)番茄葉綠素含量變化的影響［J］.華北農(nóng)學(xué)報(bào)，2005，20（1）：82-85.

［3］金宇章，張善端.LED在溫室番茄生產(chǎn)中的應(yīng)用及前景［J］.照明工程學(xué)報(bào)，2013，24（增刊1）：150-154.

［4］陳強(qiáng)，劉世琦，張自坤，等.不同LED光源對(duì)番茄果實(shí)轉(zhuǎn)色期品質(zhì)的影響［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2009，25（5）：156-161.

［5］李軍，劉鳳軍，徐君.不同發(fā)光二極管（LED）光源補(bǔ)光對(duì)大棚秋番茄植株生長(zhǎng)及果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)的影響［J］.江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2011，27（6）：1339-1343.

［6］KIM E Y，PARK S A，PARK B J，et al.Growth and antioxidant phenolic compounds in cherry tomato seedlings grown under monochromatic lightemitting diodes［J］.Horticulture，Environment，and Biotechnology，2014，55（6）：506-513.

［7］XU H L，XU Q C，Li F L，et al.Applications of xerophytophysiology in plant production-LED blue light as a stimulus improved the tomato crop［J］.Scientia Horticulturae，2012，148：190-196.

［8］李合生.植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理與技術(shù)［M］.北京：高等教育出版社，2006：195-197.

［9］侯曼玲.食品分析［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004：39-41.

［10］LAWLOR D W.Musings about the effects of environment on photosynthesis［J］.Annals Botany，2009，103：543-549.

［11］WARREN W.Light interception and photosynthesis efficiency in some glasshouse crops［J］.Journal of Experimental Botany，1992，43：363-373.

［12］孫娜，李巖，魏珉，等.補(bǔ)光對(duì)日光溫室越冬番茄生長(zhǎng)及產(chǎn)量品質(zhì)的影響［J］.天津農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，20（3）：91-93，96.

［13］GOINS G D，YORIO N C，SANWO M M，et al.Photomorphogenesis，photosynthesis，and seed yield of wheat plants grown under red lightemitting diodes（LEDs）with and without supplemental blue lighting［J］.Journal of Experimental Botany，1997，48（7）：1407-1413.

［14］蒲高斌，劉世琦，杜洪濤，等.光質(zhì)對(duì)番茄果實(shí)轉(zhuǎn)色期品質(zhì)變化的影響［J］.中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2005，21（4）：176-178，187.

［15］劉林，許雪峰，王憶，等.不同反光膜對(duì)設(shè)施葡萄果實(shí)糖分代謝與品質(zhì)的影響［J］.果樹(shù)學(xué)報(bào)，2008，25（2）：178-181.

［16］KASPERBAUER M J.Strawberry yield over red versus black plastic mulch［J］.Crop Science，2000，40：171-174.

（責(zé)任編輯：閆其濤）

Effects of LED supplementary lighting among plants on tomato growth and fruit quality

DING Xiao-tao1，2，JIANG Yu-ping1*，WANG Hong1，ZHOU Qiang1，2，HE Li-zhong1，2，YU Ji-zhu1，2**
（1Shanghai Key Lab of Protected Horticultural Technology；Horticultural Research Institute，Shanghai Academy of Agricultural Sciences，Shanghai 201403，China；2Shanghai Dushi Green Engineering Co.，Ltd.，Shanghai 202180，China）

The effects of LED supplementary lighting among plants on leaf quality，photosynthesis and fruit quality of tomato were studied in greenhouse.The results showed that tomato leaf fresh mass per unit of the upper，middle and lower parts increased obviously，and the photosynthesis enhanced after the treatment of LED supplementary lighting；Soluble solids content，soluble sugar content，sugar acid ratio，VC content and VE content increased also.Compared with the control，the fruit quality was obviously improved，and the fruit harvest time was 5 days in advance.

Tomato；LED supplementary lighting；Photosynthesis；Harvesting time；Fruit quality

S641.2

A

1000-3924（2016）06-048-04

2015-08-13

低碳環(huán)控型溫室結(jié)構(gòu)及配套裝備研制與產(chǎn)業(yè)化示范［國(guó)家科技支撐計(jì)劃2014BAD08B01］；國(guó)家自然基金青年項(xiàng)目（31301818）；上海市農(nóng)委青年人才成長(zhǎng)計(jì)劃［滬農(nóng)青字（2014）第1-8號(hào)］；現(xiàn)代園藝溫室綜合技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用［上海市科技興農(nóng)重大項(xiàng)目滬農(nóng)科重字（2010）第4-1號(hào)］

丁小濤（1981—），男，碩士，助理研究員，主要從事栽培生理及設(shè)施黃瓜育種研究。Tel：021-52235451，E-mail：xiaotao198108＠163.com

*共同第一作者

**通信作者，Tel：021-52235451，E-mail：yy2＠saas.sh.cn