伊娜·阿爾西娜 1, 伊娃·埃爾德貝加 1*,馬拉杜馬 2, 雷尼斯·阿爾克斯尼斯3 和萊拉·杜波娃 1
1 拉脫維亞生命科學與技術大學農業學院土壤和植物科學研究所,葉爾加瓦,拉脫維亞,
2 拉脫維亞生命科學與技術大學食品技術學院化學系,葉爾加瓦,拉脫維亞,
3 拉脫維亞生命科學與技術大學信息技術學院數學系,葉爾加瓦,拉脫維亞
簡介
隨著人們對飲食對確保人類生活質量和可持續性的重要性的認識不斷加深,作為確保食品質量基本要素的農業部門面臨的壓力越來越大。 西紅柿作為種植面積第二大的蔬菜 [根據聯合國糧食及農業組織 (FAO) 2019 年的統計數據],幾乎是每個國家美食的重要組成部分。
有限的熱量供應、相對較高的纖維含量以及礦物質元素、維生素和酚類(如黃酮類化合物)的存在,使番茄果實成為一種極好的“功能性食品”,可提供許多生理益處和基本營養需求 (1). 西紅柿中發現的生化活性物質,主要是由於它們的高抗氧化能力,不僅被認為可以改善健康,而且可以作為治療糖尿病、心髒病和毒性等各種疾病的選擇 (2-4). 成熟的番茄果實平均含有 3.0-8.88% 的干物質,其中包括 25% 的果糖、22% 的葡萄糖、1% 的蔗糖、9% 的檸檬酸、4% 的蘋果酸、8% 的礦物質元素、8% 的蛋白質、7% 的果膠, 6% 纖維素, 4% 半纖維素, 2% 脂質, 剩下的 4% 是氨基酸、維生素、酚類化合物和色素 (5, 6). 這些化合物的組成因基因型、生長條件和果實發育階段而異。 番茄植株對環境因素高度敏感,如光照條件、溫度、基質中的水分含量等,會導致植物代謝發生變化,進而影響果實的品質和化學成分。 (7). 環境條件影響番茄生理和次生代謝物的合成。 在壓力條件下生長的植物通過增加其抗氧化特性來做出反應 (8).
西紅柿作為一個物種的起源與中美洲地區有關 (9) 和技術,例如為西紅柿提供必要的溫度和光照的溫室,通常需要提供必要的農業氣候條件,特別是在溫帶氣候區和冬季。 在這樣的條件下,光照往往是番茄發育的限制因素。 冬季和早春季節的補充照明允許在低太陽輻照度期間生產高質量的西紅柿
(10) . 使用不同波長的燈不僅可以保證番茄的充足產量,而且可以改變番茄果實的生化成分。 在過去的 60 年中,高壓鈉燈 (HPSL) 因其使用壽命長且購置成本低而被用於溫室行業
(11) . 然而,在過去幾年中,發光二極管 (LED) 作為一種更節能的替代品越來越受歡迎 (12). 補充 LED 已被用作滿足番茄生產需求的高效光源。 當暴露於補充 LED 照明時,西紅柿中的番茄紅素和葉黃素含量分別高出 18% 和 142%。 然而, в-胡蘿蔔素含量在光照處理之間沒有差異 (12). LED藍光和紅光增加了番茄紅素和 в-胡蘿蔔素含量 (13),導致番茄果實早熟 (14). 成熟番茄果實的可溶性糖含量因遠紅(FR)光持續時間較長而降低 (15). 謝在研究中得出了類似的結論:紅光誘導番茄紅素積累,但FR光逆轉了這種作用 (13). 關於藍光對番茄果實發育影響的信息較少,但研究表明藍光對番茄果實中生化化合物含量的影響較小,但對工藝穩定性的影響更大。 例如,Kong 等人發現藍光更適合用來延長西紅柿的保質期,因為藍光顯著增加了水果的硬度 (16),這基本上意味著藍光會減慢成熟過程,從而導致糖和色素的數量增加。 使用溫室覆蓋物作為調節光成分的手段證明了類似的模式。 使用具有更高紅光和更低藍光透射率的塗層可使番茄紅素含量增加約 25%。 結合光週期從 11 小時增加到 12 小時,番茄紅素的量增加了約 70% (17). 在研究中,準確區分因素對番茄果實化學成分變化的影響並不總是可能的。 特別是,在溫室條件下,果實的成分可以通過升高溫度或降低水位來增加。 此外,這些因素可能與特定於品種和發育階段的基因型相關 (1, 18). 由於總可溶性固體(糖、氨基酸和有機酸)的含量增加,水分不足可能有利於番茄果實的質量,而這些固體是果實中積累的主要化合物。 可溶性固體的增加提高了水果的質量,因為它會影響風味和口感 (8).
儘管報導了光譜對植物代謝物積累的影響,但需要更廣泛地了解不同光譜效應以提高西紅柿的質量。 因此,本研究的目的是評估溫室中使用的額外照明對不同番茄品種初級和次級代謝物積累的影響。 照明系統光譜含量的變化可以改變番茄果實中初級和次級代謝物的組成。 獲得的知識將提高對光對產量與其質量之間關係影響的理解。
材料和方法
植物材料和生長條件 實驗在拉脫維亞生命科學與技術大學土壤和植物科學研究所的溫室(4 毫米細胞聚碳酸酯)中進行 56°39'N 23°43'E 在 2018/2019、2019/2020 和 2020/2021 晚秋至早春季節。
商業嫁接番茄 (Solanum lycopersicum L.) 品種“Bolzano F1”(果實顏色-橙色)、“Chocomate F1”(果實顏色-紅棕色)和紅色果實品種“Diamont F1”、“Encore F1”和“使用了 Strabena F1”。 每株植物都有兩個領先的頭部,在生長過程中,它被架在一個高線系統上。 首先,將獲得的植物移植到裝有“Laflora”泥炭基質 KKS-5,pH 值的黑色 2 L 塑料容器中KCI 5.2-6.0,分數大小 0-20 mm,PG 混合物 (NPK 15-1020) 1.2 kg m - 3, 鈣 1.78%, 鎂 0.21%。 當植物開花時,將它們移植到 15 L 黑色塑料容器中,容器中裝有相同的“Laflora”泥炭基質 KKS-2。 植物在植物生長的營養階段用 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 在生殖階段,按每升培養基 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%。 平均晝夜溫度為 20-22°C/17-18°C.
白天(32月)最高氣溫不超過XNUMX°C 和夜間最低溫度(XNUMX 月)不 <12°C. 還在距離燈具 50、100 和 150 厘米處測量了燈下的溫度。 檢測到HPSL下距離燈具50厘米,溫度為1.5°C高於其他人。 未檢測到果實水平的溫度差異。
照明條件
通過使用具有 16 小時光週期的額外照明,在秋春季節種植西紅柿。 使用了三種不同的光源:Led cob Helle top LED 280 (LED)、感應 (IND) 燈和 HPSL Helle Magna (HPSL)。 在頂端高度,植物接受 200 ± 30 ^摩爾米 - 2 s - 1 在 LED 和 HPSL 和 170 ± 30 ^摩爾米 - 2 s - 1 在 IND 燈下。 光輻射分佈如圖所示數字1,2. 通過手持式光譜光度計 MSC15(Gigahertz Optik GmbH,Turkenfeld,Germany,UK)檢測光強度和光譜分佈。
使用的燈的光譜分佈不同。 在光譜的紅色部分(625-700 nm)中與太陽光最相似的是 HPSL。 在這部分光譜中,IND 燈的光量減少了 23.5%,但 LED 燈的光量增加了近 2 倍。 橙色光(590-625 nm)主要由HPSL發出,綠色光(500-565 nm)主要由IND發出,藍色光(450-485 nm)主要由LED發出,而紫色光(380450 nm)主要由主要由IND燈發出。 在比較整個可見光光譜時,LED光源應該被認為是最接近太陽光的,而IND應該被認為是光譜上最不合適的。
植物化學物質的提取和測定
在完全成熟階段收穫番茄果實。 從 5 月中旬開始,到 8 月結束,每個月收穫一次水果。 對所有水果進行計數和稱重。 至少從每個變體中抽取 10 種水果(對於 cv “Strabena”-XNUMX-XNUMX 水果)進行分析。 使用手動攪拌機將番茄果實磨成泥。 對於每個評估的參數,分析了三個重複。
番茄紅素的測定和 в-胡蘿蔔素
測定番茄紅素的濃度和 в-胡蘿蔔素,從番茄泥中取 0.5 ± 0.001 g 樣品稱重到試管中,加入 10 mL 四氫呋喃 (THF) (19). 將試管密封並在室溫下保持 15 分鐘,偶爾搖晃,最後以 10 rpm 的轉速離心 5,000 分鐘。 通過分光光度法測定獲得的上清液的吸光度,方法是在 663、645、505 和 453 nm 處測量吸光度,然後測量番茄紅素和 в-胡蘿蔔素含量(毫克 100 毫升 - 1) 根據以下等式計算。
Clyc = -0.0458 x А關注 + 0.204 x Аб45 + 0.372×A505– 0.0806×A453 (1)
C汽車 = 0.216 x A663 – 1.22×A645 – 0.304×A505+ 0.452×A453 (2)
其中 A663、A645、A505 和 A453——相應波長的吸收 (20).
番茄紅素和 в-胡蘿蔔素濃度表示為mg gF - M1 .
總酚的測定
將取自番茄泥的 1 ± 0.001 g 樣品稱重到刻度管中,並加入 10 ml 溶劑(甲醇/蒸餾水/鹽酸 79:20:1)。 將刻度管密封並在 60 ℃下搖動 20 分鐘°C 在黑暗中,然後在 10 rpm 下離心 5,000 分鐘。 總酚濃度採用 Folin-Ciocalteu 分光光度法測定 (21) 進行一些修改:將 Folin-Ciocalteu 試劑(在蒸餾水中稀釋 10 倍)添加到 0.5 ml 提取物中,3 分鐘後添加 2 mL 碳酸鈉(Na2CO3) (75 克升 - 1)。 將樣品混合,在室溫下避光孵育 2 小時後,測量 760 nm 處的吸光度。 使用校準曲線計算總酚類化合物的濃度,得到方程 3,並表示為每 100 g 新鮮番茄質量的沒食子酸當量 (GAE)。
0.556點¯x (A760 + 0.09) x 100
Phe = 0.556 × (A760 + 0.09) × 100/m (3)
其中一個760- 相應波長的吸收和 m- 樣品的質量。
黃酮類化合物的測定
將取自番茄泥的 1 ± 0.001 g 樣品稱重到刻度管中,並加入 10 mL 乙醇。 將刻度管密封並在 60 ℃下搖動 20 分鐘oC 在黑暗中,然後在 10 rpm 下離心 5,000 分鐘。 比色法 (22) 用於測定具有微小變化的黃酮類化合物:2 mL 蒸餾水和 0.15 mL 5% 亞硝酸鈉(NaNO2) 溶液加入到 0.5 mL 提取物中。 5 分鐘後,加入 0.15 mL 的 10% 氯化鋁溶液(AlCl3) 加入。 讓混合物再靜置5分鐘並加入1mL 1M氫氧化鈉(NaOH)溶液。 將樣品混合,在室溫下放置 15 分鐘後,測量 415 nm 處的吸光度。 通過使用校準曲線和公式 4 計算總黃酮濃度,並表示為每 100 g 新鮮番茄重量的兒茶素當量 (CE) 量。
Fla = 0.444 × A415 × 100/m (4)
其中一個415-在相應波長的吸收和m-樣品的質量。
乾物質和可溶性固體的測定 乾物質通過在恆溫器中乾燥樣品在 60oC.
總可溶性固形物含量(表示為 ◦白利糖度)用校准在 301oC用蒸餾水。
可滴定酸度 (TA) 的測定
從番茄泥中稱取 2 ± 0.01 g 樣品,放入刻度管中,加入蒸餾水至 20 mL。 將刻度管密封並在室溫下搖動 60 分鐘,然後以 10 rpm 的速度離心 5,000 分鐘。 在酚酞存在下,用 5 M NaOH 滴定 0.1 mL 等分試樣。
TA = VNaOH × Vt/Vs × m (5)
其中 VNaoH- 使用的 0.1 M NaOH 的體積,Vt - 總體積 (20 mL),和 Vs - 採樣體積 (5 mL)。
結果以每 100 克新鮮番茄重量的檸檬酸毫克數表示。 1 mL 0.1 M NaOH 對應於 6.4 mg 檸檬酸。
味覺指數 (TI) 的測定
A TI 通過使用等式 6 計算 (23).
TI = ◦Brix/(20 × TA)+ TA (6)
統計分析
對 354 個觀測值進行了描述性統計的正態性和同質性檢驗。 夏皮羅-威爾克檢驗用於評估品種和光照處理的每種組合內的正常性。 為了估計方差的同質性,進行了 Levene 的檢驗。 Kruskal-Wallis 測試用於檢查照明條件之間的差異。 當發現統計學上的顯著差異時,使用帶有 Bonferroni 校正的 Wilcoxon 事後檢驗進行成對比較。 文本、表格和圖表中使用的顯著性水平為 a = 5%,除非另有說明。
結果
番茄果實大小和果實生化參數是遺傳決定的參數,但栽培條件對這些特徵有顯著影響。 最大的果實採自“Diamont”(88.3 ± 22.9 g),最小的果實採自“Strabena”(13.0 ± 3.8g),這是一種櫻桃番茄。 品種內果實的大小也因收穫時間而異。 最大的果實在生產開始時收穫,番茄的大小隨著植物的生長而減小。 但需要注意的是,隨著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 作為額外照明的番茄產量最高。 LED 下的良率下降了 16.0%,與 HPSL 相比,IND 下的良率下降了 17.7%。 不同品種的西紅柿對補充照明的反應不同。 在 LED 下觀察到 cv“Strabena”、“Chocomate”和“Diamont”的產量增加,儘管在統計上不顯著。 對於 cv “Bolzano”,無論是 LED 還是 IND 附加照明都不合適,觀察到總產量降低了 25-31%。
平均而言,較大的番茄果實含有較少的干物質和可溶性固體,它們不太好吃,並且含有較少的類胡蘿蔔素和酚類物質。 受果實大小影響最小的因素是酸含量。 在乾物質和可溶性固體含量與 TI (rn=195 > 0.9)。 乾物質或可溶性固形物含量與類胡蘿蔔素(番茄紅素和胡蘿蔔素)和苯酚含量的相關係數在0.7到0.8之間 (圖3).
實驗表明,雖然所用光源之間的研究參數差異有時很大,但在整個生長季節所用光源的影響下並考慮到品種和三個因素,很少有這樣的參數會發生顯著變化生長季節 (表1). 可以說,在 HPSL 下種植的所有品種的西紅柿干物質都更多 (表1和圖5).
鮮重、乾物質和可溶性固體
果實的重量和大小很大程度上取決於植物的生長條件。 儘管品種之間存在差異,但在感應燈下生長的西紅柿的平均果實比在 HPSL 或 LED 下小 12%。 不同品種似乎對補充 LED 燈的反應不同。 “Chocomate”和“Diamont”在 LED 下形成較大的果實,但“Bolzano”的鮮重平均僅為 HPSL 下番茄重量的 72%。 在 LED 和 IND 輔助照明下生長的“Encore”和“Strabena”果實重量相似,比 HPSL 下生長的西紅柿分別小 10% 和 7% (圖4).
乾物質含量是水果品質的指標之一。 它與可溶性固形物含量相關並影響西紅柿的味道。 在我們的實驗中,西紅柿的干物質含量在 46 到 113 mg g - 1. 最高乾物質含量(平均 95 mg g - 1) 被發現用於櫻桃品種“Strabena”。 在其他番茄品種中,乾物質含量最高(平均 66 mg g - 1) 出現在“巧克力”中 (圖5).
在實驗過程中,有機酸含量,以番茄中的檸檬酸(CA)當量表示,平均為 365 至 640 毫克 100 克 - 1 . 在櫻桃番茄品種“Strabena”中發現有機酸含量最高,平均為 596 ± 201 mg CA 100 g - 1,但在黃色水果 cv“Bolzano”中發現有機酸含量最低,平均為 545 ± 145 mg CA 100 g - 1. 有機酸含量不僅在品種間差異很大,而且在採樣時間之間也有很大差異; 然而,平均而言,在 IND 燈下生長的西紅柿中發現了更高的有機酸含量(比 HPSL 和 LED 高 10.2%)。
平均而言,在 HPSL 下生長的水果中發現了最高的干物質含量。 在IND燈下,番茄果實的干物質含量降低了4.7-16.1%,低於LED的9.9-18.2%。 實驗中使用的品種對光的敏感度不同。 在不同光照條件下,cv“Strabena”的干物質減少最小(IND 和 LED 分別為 5.8% 和 11.1%),而在不同光照條件下,cv“Diamont”的干物質減少最大(16.1% 和 18.2 XNUMX%)。
平均而言,可溶性固體含量在 3.8 和 10.2 之間變化 ◦白利糖度。 同樣,對於乾物質,櫻桃番茄品種“Strabena”中檢測到的可溶性固形物含量最高(平均為 8.1 ± 1.0 ◦白利糖度)。 番茄品種“Diamont”的甜度最低(平均為 4.9 ± 0.4 ◦白利糖度)。
補充光照顯著影響番茄品種“Bolzano”、“Diamont”和“Encore”的可溶性固形物含量。 在 LED 燈下,這些品種的可溶性固形物含量較 HPSL 顯著降低。 IND燈的影響較小。 在這種光照條件下,種植 cv “Bolzano”和“Strabena”的西紅柿比在 HPSL 種植的西紅柿中平均多 4.7% 和 4.3% 的糖分。 不幸的是,這種增加在統計上並不顯著 (圖6).
西紅柿的 TI 從 0.97 到 1.38 不等。 最美味的是 cv“Strabena”的西紅柿,平均 TI 為 1.32 ± 0.1,最不好吃的是 cv“Diamont”的西紅柿,平均 TI 僅為 1.01 ± 0.06。 高 TI 有番茄品種“Bolzano”,平均 TI (1.12 ± 0.06),其次是“Chocomate”,平均 TI (1.08 ± 0.06)。
平均而言,TI 受光源影響不大,除了 cv “Strabena”,IND 燈下的果實
表 1 | P-不同補充照明對番茄果實品質影響的值(Kruskal-Wallis 檢驗)(n = 118)。
參數 |
“博爾扎諾” |
“巧克力” |
“安可” |
“鑽石” |
“斯特拉貝納 |
單果重 |
0.013 * |
0.008 ** |
0.110 |
0.400 |
0.560 |
乾物質 |
0.022 * |
0.013 * |
0.011 * |
0.001 ** |
0.015 * |
可溶性固體 |
0.027 * |
0.030 |
0.030 * |
0.001 ** |
0.270 |
酸度 |
0.078 |
0.022 |
0.160 |
0.001 ** |
0.230 |
味覺指數 |
0.370 |
0.140 |
0.600 |
0.001 ** |
0.023 * |
番茄紅素 |
0.052 |
0.290 |
0.860 |
0.160 |
0.920 |
Ⅴ-胡蘿蔔素 |
<0.001 *** |
0.007 ** |
0.940 |
0.110 |
0.700 |
酚類 |
0.097 |
0.750 |
0.450 |
0.800 |
0.420 |
黃酮類化合物 |
0.430 |
0.035 * |
0.720 |
0.440 |
0.170 |
顯著性水平“* **” 0.001, “**” 0.01 和 “*“0.05。 |
|
與 HPSL 相比,與 HPSL 相比,TI 增加了 7.4%(LED 增加了 4.2%),在前面提到的兩種照明條件下,檢測到分別降低了 5.3% 和 8.4%。
類胡蘿蔔素含量
番茄中的番茄紅素濃度從 0.07 (cv “Bolzano”) 到 7 mg 100 g - 1 調頻(“斯特拉貝納”)。 與“Diamont”相比,番茄紅素含量略高(4.40 ± 1.35 mg 100 g - 1 FM)和“安可”(4.23 ± 1.33 毫克 100 克 - 1 FM) 存在於“巧克力”的棕紅色果實中 (4.74 ± 1.48 mg 100 g - 1 調頻)。
與 HPSL 相比,在 IND 燈下種植的植物果實中的番茄紅素含量平均高出 17.9%。 LED 照明也促進了番茄紅素的合成,但程度較低,平均為 6.5%。 光源的效果因品種而異。 對於“巧克力”,觀察到番茄紅素生物合成的最大差異。 與 HPSL 相比,IND 下的番茄紅素含量增加了 27.2%,低於 LED 則增加了 13.5%。 “Strabena”最不敏感,與 HPSL 相比,變化分別為 3.2% 和 -1.6% (圖7). 儘管結果相對令人信服,但數據的數學處理並不能證實其可靠性 (表1).
在實驗過程中, в-番茄中的胡蘿蔔素含量平均為 4.69 至 9.0 毫克 100 克 - 1 調頻。 最高的 в-胡蘿蔔素含量在櫻桃番茄品種“Strabena”中發現,平均為 8.88 ± 1.58 mg 100 g - 1 調頻,但最低 в-胡蘿蔔素含量在黃色水果 cv “Bolzano”中發現,平均為 5.45 ± 1.45 mg 100 g - 1 FM。
在不同補充光照下生長的品種之間發現了胡蘿蔔素含量的顯著差異。 在 LED 下生長的 Cv“Bolzano”的胡蘿蔔素含量顯著降低(與 HPSL 相比降低 18.5%),而“Chocomate”的胡蘿蔔素含量最低,僅低於番茄果實中的 HPSL(5.32 ± 1.08 mg 100 g FM) - 1),在 LED 燈下增加 34.3%,在 IND 燈下增加 46.4% (圖8).
總酚類和類黃酮含量
番茄果實的酚含量平均從 27.64 到 56.26 毫克 GAE 100 克 - 1 FM (表2). 觀察到品種“Strabena”的苯酚含量最高,而品種“Diamont”的苯酚含量最低。 番茄的酚含量隨果實成熟季節的不同而不同,因此不同採樣時間之間存在較大的波動。 這導致在不同燈下生長的西紅柿之間的差異並不顯著。
雖然補充光變體之間的顯著差異僅出現在 cv “Chocomate”的情況下,但在燈下生長的水果的平均類黃酮含量為 33.3%,但在 LED 下則高出 13.3%。 在IND燈下,品種間差異較大,而在LED燈下,變異性在10.3-15.6%的範圍內。
實驗表明,不同的番茄品種對使用的補充照明有不同的反應。
不建議在 LED 或 IND 燈下生長 cv“Bolzano”,因為在這種照明下,參數與 HPSL 下獲得的參數相似或明顯更低。 LED燈下單果重量、乾物質、可溶性固形物、胡蘿蔔素顯著降低 ( 圖9 ).
表 2 | 總酚含量 [mg 沒食子酸當量 (GAE) 100 g-1 FM] 和類黃酮 [mg 檸檬酸 (CA) 100 g-1 FM]在不同補充光照下生長的番茄果實中。
參數 |
“博爾扎諾” |
“巧克力” |
“安可” |
“鑽石” |
“斯特拉貝納” |
酚類 |
|||||
高壓鈉燈 |
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 |
指示燈 |
36.16 ± 6.41 |
31.70 ± 6.80 |
30.44 ± 3.01 |
30.98 ± 6.52 |
52.57 ± 10.41 |
黃酮類化合物 |
|||||
高壓鈉燈 |
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 |
指示燈 |
4.96 ± 1.08 |
4.37 ± 1.18ab |
3.02 ± 1.04 |
2.88 ± 1.08 |
5.91 ± 1.20 |
顯著不同的手段用不同的字母標記。 |
與“Bolzano”不同,LED 燈下的“Chocomate”增加了一種水果的重量,增加了胡蘿蔔素的含量。 排除乾物質和可溶性固體含量的其他參數也高於在 HPSL 下獲得的水果。 在這個品種的情況下,無極燈也顯示出不錯的效果 (圖9).
對於 cv “Diamont”,決定味道特性的指標在 LED 燈下顯著降低,但色素和類黃酮的含量增加 (圖9).
栽培品種“Encore”和“Strabena”對補充光照處理最不敏感。 對於“Encore”,受 LED 光譜顯著影響的唯一參數是可溶性固體含量。 “Strabena”對光的光譜成分的變化也比較寬容。 這可能是由於該品種的遺傳特徵,因為這是實驗中唯一的櫻桃番茄品種。 它的特點是所有研究的參數都顯著提高。 因此,在光的影響下無法檢測到研究參數的變化 (圖9).
討論
番茄果實的平均重量與品種的預期重量相關; 但是,它沒有實現。 這可能是由於栽培方法而不是照明的質量,因為泥炭基質中可以使用更少的水,這可能會減輕水果的重量,但會增加活性物質的濃度並提高味道的飽和度 (24). “Encore F1”的平均單果重量因光源而產生的最小波動可能表明該品種對照明質量的耐受性。 這與對主題的審查相對應 (25). 西紅柿的產量和質量不僅受所用補充光強度的影響,還受其質量的影響。 結果表明,在 IND 燈下形成的良率較低。 然而,儘管感應燈的主要特徵是較寬的綠波段,但由於感應燈的強度較小,可能會顯示較小的結果。 數據顯示,紅光量的增加有助於番茄鮮重的增加,但不影響乾物質含量的增加。 似乎是紅光刺激了番茄中水分含量的增加。 相比之下,藍光的增加會降低所有番茄品種的干物質含量。 最不敏感的是黃色番茄品種“Balzano”。 多項研究表明,紅藍光組合下的光合作用往往高於HPS光照下,但果實產量相等 (12). Olle 和 Virsile (26) 發現紅色 LED 可提高番茄產量,並強調了我們的研究結果,即通常添加更多的紅波會增加產量。 類似的觀點,張等人。 (14) 定義即使添加 FR 光與紅色 LED 和 HPSL 組合也會增加總水果數。 補充藍色和紅色 LED 燈導致番茄果實提前成熟。 這可能表明“Chocomate F1”和“Diamont F1”品種在 LED 下果實質量較高的原因,因為早熟導致新果實較早結出。 就產量而言,我們的數據表明,在增加產量方面更重要的不是紅光的增加,而是紅光相對於藍光的比例增加。
由於客戶喜愛的番茄特性之一是甜味,因此了解增強此特性的可能方法非常重要。 然而,它通常會因各種環境因素而改變 (27). 有證據表明,光的質量成分也會影響番茄果實的生化含量。 成熟番茄果實的可溶性糖含量隨著FR光照時間的延長而降低 (15). 孔等人。 (16) 結果表明,藍光處理顯著導致更多的總可溶性固體。 植物中的糖含量因綠光、藍光和紅光而增加 (28). 我們的實驗並未證實這一點,因為在大多數情況下,藍光和紅光的增加分別降低了可溶性固體含量。 我們的結果表明,在 HPSL 下發現了最高水平的可溶性糖,它比其他燈帶來了最大比例的紅光,並且也提高了燈附近的溫度。 這與 Erdberga 等人的早期研究一致。 (29) 表明可溶性糖、有機酸的含量隨著紅波劑量的增加而增加。 在其他研究中也獲得了類似的結果。 與使用 LED 燈的植物相比,使用 HPS 燈補充照明的植物獲得了更高的平均番茄果實重量(8.7-12.2%,取決於品種) (30).
然而,Dzakovich 等人的研究。 (31) 證明補充光質量(通過 LED 的 HPSL)不會顯著影響溫室種植番茄的物理化學(總可溶性固體、可滴定酸度、抗壞血酸含量、pH、總酚類物質以及顯著的類黃酮和類胡蘿蔔素)或感官特性。 這表明水果中可溶性糖的含量不僅受個體因素影響,還受其組合影響。 同樣在我們的實驗中,不可能發現光對酸含量的影響之間的規律性。 尤其是未來的研究不僅要關注物種與光的關係,還要關注品種與光的關係。 “Chocomate F1”和“Strabena F1”的干物質含量較高。 這對應於 Kurina 等人。 (6),平均而言,紅棕色種質積累了更多的干物質(6.46%)。 杜馬等人的研究。 (32) 表明,在比較水果質量和 TI 時,觀察到較高的 TI 用於較小或較大的西紅柿。 Rodica 等人的實驗。 (23) 表明櫻桃和棕紅色的西紅柿含有更多的可溶性固體。 在這項研究中,強調決定水果味道的有機化合物的數量取決於品種的產量。
暴露於補充的紅色和藍色 LED 照明會增加番茄紅素和 в-胡蘿蔔素含量 (13, 29, 33, 34). 丹內爾等人。 (12) 研究表明,當番茄暴露在 LED 燈具下時,番茄中的番茄紅素和葉黃素含量分別高出 18% 和 142%。 然而, в-胡蘿蔔素含量在光照處理之間沒有差異。 Ntagkas 等人。 (35) 表明玉米黃質是 в-胡蘿蔔素轉化,在藍光和白光下番茄果實增加。 在這項研究中,這些陳述僅在“Bolzano F1”的情況下部分正確,其中在 LED 處理下發現顯著大量的番茄紅素,但 в-胡蘿蔔素確實對這種治療有負面反應。 這可能是由於遺傳特徵,因為“Bolzano F1”在本研究中只是橙色果實的品種。 在其他研究中,紅色果實和棕色品種的番茄紅素含量最高, в- 在無極燈下發現胡蘿蔔素,與往年趨勢不符 (29). 我們的實驗表明,所有紅果番茄品種的番茄紅素含量都隨著藍光的增加而增加。 相比之下,不同品種中胡蘿蔔素含量的變化未能建立實驗中使用的所有番茄品種共有的規律。 這種差異表明未來需要對受試者進行額外的測試。 用一定量的酚類和黃酮類化合物觀察到由於品種特徵對光的相同反應模式。 在IND燈下,所有紅果品種和褐果品種均表現出較好的效果,而“Bolzano F1”對HPSL和LED燈的反應較好,但無顯著差異。 這項研究與 Kong 的發現一致:藍光處理顯著導致單個酚類化合物(綠原酸、咖啡酸和蘆丁)濃度更高 (16). 連續紅光顯著增加番茄紅素, в-胡蘿蔔素、總酚含量、總黃酮濃度和番茄中的抗氧化活性 (36). 在我們早期的研究中,黃酮類化合物的變化是波動的; 因此,不應將光波長的影響視為顯著。
酚類物質的含量隨著LED燈提供的藍光比例的增加而增加 (29),這也符合我們的研究。 在其他研究人員的工作中提到,暴露於紫外線或 LED 光對總酚類化合物沒有影響,儘管已知這兩種光處理都可以調節參與酚類化合物和類胡蘿蔔素生物合成的一系列基因的表達 (36). 值得一提的是,與果實重量相似,“Encore F1”中的化學成分因光照處理沒有顯著差異。 這允許宣布品種“Encore F1”可以耐受光的成分。 我們的實驗證實了文獻數據,即通過藍光的定量量和整個照明系統中藍光比例的增加,次生代謝物的合成得到增強。
所得結果表明,構成該品種特有味道的化學成分,包括酸溶性糖及其比例,主要取決於該品種的遺傳。 番茄的好味道不僅在於特定物種的色素和生物活性物質的結合,還在於它們的數量。 特別是酸和糖的比例和數量表徵了飽和和優質的味道。 本研究中可溶性糖與可滴定酸的正相關為~0.4,這與Hernandez Suarez的研究相關,發現這兩個指標的正相關為0.39 (37). 在 Dzakovich 等人的研究中。 (31), 西紅柿的總可溶性固體、可滴定酸度、抗壞血酸含量、pH、總酚類物質以及主要的類黃酮和類胡蘿蔔素。 他們的研究表明,溫室番茄果實質量僅受補充光照處理的輕微影響。 此外,消費者感官面板數據表明,在不同光照處理下生長的西紅柿在所測試的光照處理中具有可比性。 研究表明,溫室生產系統固有的動態光環境可能會抵消他們研究中使用的光波長對水果次生代謝特定方面的影響 (31). 這部分符合這項研究,因為獲得的數據並未顯示出清晰明確的趨勢,這使我們可以說其中一種照明對西紅柿比其他照明更有用。 但是,某些燈可能用於某些品種,例如 HPSL 燈更適合“Bolzano F1”,而“Chocomate F1”則建議使用 LED 照明。 這與研究不同地理緯度對番茄化學性質的影響相吻合。 班達里等人。 (38) 闡明了雖然太陽朝向天空的位置的組合以及可見光波的組合,但它在改變西紅柿的化學成分方面起著重要作用; 有些品種對這些過程免疫。 所有這些結論都可以強調番茄的化學成分主要取決於基因型,因為品種與生長因素的關係,特別是與光照的關係,在遺傳上是易感的。
結論
不同的番茄品種對使用的補充照明有不同的反應。 品種“Encore”和“Strabena”對補充光反應最遲鈍。 對於“Encore”,受 LED 光譜顯著影響的唯一參數是可溶性固體含量。 “Strabena”對光的光譜成分的變化也比較寬容。 這可能是由於該品種的遺傳特徵,因為這是實驗中唯一的櫻桃番茄品種。 不建議在 LED 或 IND 燈下種植橙色水果 cv “Bolzano”,因為在這種照明下,參數處於 HPSL 水平或更差的水平。 LED燈下,單果重量、乾物質、可溶性固形物含量、 в-胡蘿蔔素顯著降低。 單果重量及用量 в- LED 照明下紅棕色水果 cv “Chocomate”的胡蘿蔔素顯著增加。 排除乾物質和可溶性固體含量的其他參數也高於在 HPSL 下獲得的水果。
實驗表明,HPSL 可刺激番茄果實中初級代謝物的積累。 在所有情況下,與其他光源相比,可溶性固體含量高出 4.7-18.2%。
由於 LED 和 IND 燈發出約 20% 的藍紫色光,結果表明,與 HPSL 相比,這部分光譜刺激了水果中酚類化合物的積累 1.6-47.4%。 作為次級代謝產物的類胡蘿蔔素的含量取決於品種和光源。 紅色水果品種傾向於合成更多 в-補充 LED 和 IND 燈下的胡蘿蔔素。
光譜的藍色部分在確保作物質量方面發揮著更大的作用。 增加或量化其在總光譜中的比例會促進次生代謝物(番茄紅素、酚類和黃酮類化合物)的合成,從而導致乾物質和可溶性固體含量的降低。
鑑於番茄基因型變異和光照關係的巨大影響,進一步的研究應繼續關注栽培品種和不同補充光譜的組合,以增加生物活性化合物的含量。
數據可用性聲明
支持本文結論的原始數據將由作者提供,無不當保留。
作者的貢獻
IE 負責番茄的種植和取樣、實驗室工作、化合物定量,並參與了手稿的撰寫。 IA 提出了這個想法,為研究構思和設計做出了貢獻,負責西紅柿取樣、實驗室工作、化合物量化,並參與了手稿的撰寫。 MD為研究構想和設計、分析方法的優化、實驗室樣品分析、提出建議和建議做出了貢獻。 RA 為統計分析、數據解釋做出了貢獻,並就手稿提出了建議和建議。 LD 對研究構想和設計做出了貢獻,負責西紅柿取樣、實驗室工作、化合物量化,並對手稿提出建議和建議。 所有作者都對文章做出了貢獻並批准了稿件的提交版本。
資金
這項研究由拉脫維亞農村發展計劃 2014-2020 合作資助,稱為 16.1 項目 Nr。 19-00-A01612-000010 研究拉脫維亞溫室部門 (IRIS) 提高效率和質量的創新解決方案和新方法開發。
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