摘要：采用新型半導體光源發光二極管（LED）精量調制光質（紅光、藍光和紅藍組合光），以普通日光燈（白光）為對照，研究不同光質對番茄果實轉色期品質的影響。結果表明，紅光處理下番茄果實番茄紅素含量最高，顯著高于對照和其他處理，但Vc 含量最低。藍光處理下番茄果實維生素C（Vc）含量、可溶性蛋白含量均顯著提高。紅藍組合光處理番茄果實Vc 含量與對照差異不明顯，但可溶性蛋白的含量顯著提高。紅光和紅藍組合光處理能夠顯著提高番茄果實糖、酸含量；各處理糖酸比均顯著高于對照，且紅藍組合光處理番茄果實的糖/酸值最高。紅光和藍光是影響番茄果實轉色期品質變化的主要光質。
關鍵詞：發光二極管，番茄果實品質，控制，光質
0 引言?
光質是植物生長發育重要的環境因子，對植物的形態建成、生理代謝、光周期反應、生長發育及果實品質有廣泛的調節作用，而且還與糖信號和激素信號共同調節植物某些生長發育過程[1,2]。對植物而言，光生物學主要關心的是波長200～800 nm 的輻射波，其中的可見光是一種具有特殊波長特性的、可傳播的、互不相關的電磁輻射波的可見部分。可見光光譜在380 nm 到760 nm之間，這種波長被植物機體分子吸收后，能夠引起化學變化[1-3]。
近年來，國內外對光質的研究已成為熱點，但多局限在植物組織培養和對植物幼苗的影響上[1,2]，光質對果實品質影響的報道很少。另外，目前人工得到的光質大多采用普通電光源或濾光膜等措施獲得光質，無法定量精確調制光譜能量分布，影響到結論的可靠性和可比性[2]。半導體光源LED（light emitting diode）具有光質純、光效高、波長類型豐富、光譜能量調制便捷、以及環保節能等突出優勢，是替代熒光燈，用于作物栽培的新型光源，解決了光質不純的問題，增加了試驗結果的可靠性[4]。
番茄（Lycopersicon esculentum Mill.）是栽培面積大，經濟效益高，營養豐富，深受人們歡迎的重要蔬菜[3]，特別在中國北方地區的設施栽培中，番茄已成為主栽作物之一。設施內光環境的變化對番茄品質有很大影響。低溫弱光成為番茄生產的制約因子，造成植株長勢差、營養生長不良、落花落果，果實品質差，且普遍著色不好。前人有不同光質對番茄幼苗生長影響和不同光質對離體番茄果實轉色期品質影響的研究[5,6]，而本研究在番茄果實轉色期采用不同光質進行處理，旨在探明不同光質對番茄果實轉色期果實中番茄紅素、可溶性糖、可滴定酸、可溶性蛋白、Vc 含量等品質指標的影響，以期找出適于番茄果實成熟過程的最佳光譜成分，為提高番茄品質提供依據。
1 材料和方法
1.1 光質選擇及處理條件
光源為紅（650±5 nm）、藍（440±5 nm）、紅藍組合（紅光︰藍光=3︰1，燈的數量比）色制成的LED 均勻分布的寬60 cm、長150 cm 的平面光源，發白光的普通日光燈，由淄博曙光科技有限公司提供。不同光的光譜采用美國產UnispecTM 光譜分析系統測定，各光源發射光譜見圖1 。距離光源50 cm 處的光照度為100 ～105 μmol/(m2·s)，由南京英格瑪儀器技術有限公司提供的HD2302.0 照度計測定。光照培養架為鋼架結構，光源設于頂部，高度可調，培養架內層用鍍鋁反光膜，外層為黑色遮光材料。各光質隨機排列。
本試驗于2008 年在山東農業大學教學試驗站進行。選用壽光新世紀種苗育種公司提供的982 和菜都5 號作為試驗材料。2008 年2 月28 定植于直徑25 cm 的塑料盆中，基質為草炭︰蛭石︰珍珠巖（4︰1︰1），并摻入4 g復合肥和少量多菌靈。花后20 d 將各處理轉入山東農業大學園藝學院光質培養室，置于不同波長光照下培養，每個處理10 盆， 60 個果實。控制白天溫度22～25℃，夜間12～15℃，光照13 h/d。每隔5 d 補施復合肥溶液（2×10-2 g/mL），生長過程精細管理。照光20 d 后，開始隨機取樣進行相關指標的測定。
1.2 測定方法
果實分別于花后40、45、50、60、65 d，測量品質指標，每次測量設3 次重復。每個處理隨機取6 個果實，取1 g 混合果肉，以苯酚-硫酸法測定可溶性糖[7]，可滴定酸用酸堿滴定法測定[7]，Vc 用2，6-二氯靛酚滴定法測定[7]。取1 g 混合果肉經冰浴研磨，提取液以12000 r/min離心20 min，取上清液按文獻[7]的方法測定可溶性蛋白的含量。番茄紅素按改進國標法測定[8]。
應用DPS（2000）軟件進行數據分析。
2 結果與分析
2.1 不同光質下番茄果實番茄紅素含量的變化
番茄紅素是影響番茄著色的重要色素。圖2 表明，982 各處理下番茄紅素含量隨時間呈現升高的趨勢。花后40 d 果實番茄紅素含量極少，紅光、藍光處理均顯著低于對照。40 d 之后，各處理番茄紅素含量增加迅速，紅光處理增加較其他處理更為明顯。花后60 d，紅光處理的果實番茄紅素含量最高，顯著高于其他處理，藍光處理和對照顯著高于紅藍組合光處理。
花后40 d，菜都5 號各處理下果實番茄紅素含量為對照＞紅光＞藍光＞紅藍組合光，相互之間差異顯著。隨后番茄紅素含量迅速增加，藍光處理增加較慢。花后45 d 果實番茄紅素含量為紅光＞對照＞紅藍組合光＞藍光，相互之間差異均顯著。花后45 d 后紅光處理番茄紅素含量一直高于對照和其他處理，花后60 d，紅光處理番茄紅素含量最高，顯著高于對照和其他處理，藍光處理和紅藍組合光處理低于對照，且差異顯著。
本文研究結果表明紅光處理可提高果實番茄紅素含量。
2.2 不同光質下番茄果實Vc 含量的變化
Vc 是番茄果實生理品質的重要指標。圖3 表明，982各處理間Vc 含量的變化趨勢均呈現先升高后降低的趨勢。花后40 d 各處理間果實Vc 含量差異明顯，藍光處理于花后60 d 達到最大值，顯著高于對照和其他處理，之后含量迅速下降。紅光處理Vc含量于花后50 d 達到最大，然后含量緩慢下降，至花后60 d 后迅速下降。紅藍組合光處理和對照變化趨勢基本一致，Vc 含量均在花后55 d達到峰值，其后含量降低。花后65 d，對照Vc 含量最高，明顯高于紅光和紅藍組合光處理，但與藍光處理差異不顯著。
菜都5 號Vc 含量的整體變化也呈現先升高后降低的趨勢。花后40 d，藍光處理果實Vc 含量顯著低于對照和其他處理，花后40 d 后各處理Vc 含量均顯著增加，對照Vc 含量于花后60 d 達到最大值，其后含量迅速降低，其他處理Vc 含量均在花后55 d 達到最大值，之后Vc 含量迅速下降。花后65 d，藍光處理果實Vc 含量高于對照且差異極顯著，其他處理則明顯低于對照。這表明藍光能夠促進菜都5 號番茄果實中Vc 含量的提高。
2.3 不同光質下番茄果實可溶性蛋白含量的變化
由圖4 可以看出不同光質處理的番茄果實轉色期可溶性蛋白的變化規律不同。花后40 d，紅藍組合光處理的982 果實可溶性蛋白含量最高，且與對照差異明顯，其他處理顯著低于對照。之后各處理果實中可溶性蛋白含量均迅速增加，紅藍組合光處理可溶性蛋白于花后50 d達到最大值，且與對照和其他處理差異顯著，之后含量減少。花后40 d，藍光處理可溶性蛋白含量增加較其他處理迅速，且高于對照，于花后50～60 d 維持較高含量，之后含量迅速減少。紅光處理與對照中可溶性蛋白含量變化趨勢基本一致，含量先增加后減少，于花后60 d 達到最大值。花后65 d，對照中可溶性蛋白含量顯著低于其他處理。
菜都5 號各處理間變化趨勢相似，均先增加后減少。花后40 d 紅藍組合光處理可溶性蛋白含量高于其他處理，且差異顯著，之后含量快速增加；藍光處理于花后55 d 含量最高，高于對照且差異顯著。紅光和紅藍組合光處理可溶性蛋白含量均在花后60 d 最高。各處理可溶性蛋白含量達到峰值后，均迅速下降。花后65 d，紅藍組合光和藍光處理可溶性蛋白含量均高于對照，且差異明顯，而紅光處理則顯著低于對照。
本試驗結果表明藍光和紅藍組合光處理能促進番茄果實可溶性蛋白含量的增加。
2.4 不同光質下番茄果實可溶性糖含量的變化
不同光質處理可溶性糖的變化趨勢相似。由圖5 可以看出982 可溶性糖的含量總體呈先增加后減少的趨勢。花后40 d，各處理之間可溶性糖含量差異并不明顯。紅光處理可溶性糖含量在花后50 d 后始終高于對照。紅光和紅藍組合光處理可溶性糖含量在花后55 d 達最大值。紅藍組合光處理可溶性糖含量在花后55 d 之前高于對照，之后迅速下降。藍光處理和對照有相似的變化規律，于花后60 d 達最大值，之后其含量有所下降。
菜都5 號各處理間可溶性糖含量變化趨勢相似，均于花后60 d 達到最大值，之后含量有所下降，都呈現先增加后降低的趨勢。紅光處理可溶性糖含量花后50 d 后增加明顯，高于其他處理，且差異明顯。其他處理和對照變化規律相似，差異不明顯。
本研究結果表明紅光處理能顯著提高番茄果實可溶性糖的含量。
2.5 不同光質下番茄果實可滴定酸含量的變化
圖6 表明982 可滴定酸含量與可溶性糖的變化規律大致相同，總體都呈現先增加后減少的趨勢。在花后40 d各處理間差異不明顯。花后60 d，各處理可滴定酸的含量均達到最大值。花后40 d 以后紅光處理可滴定酸的含量增加迅速，花后60 d 含量達到最大為0.838%，顯著高于其他理，之后含量迅速下降。花后40 d，紅藍組合光處理的可滴定酸增長緩慢，低于對照，花后50 d 后含量增加迅速，其含量在花后55 d 和花后60 d 均高于對照。藍光處理可滴定酸含量則始終低于對照。
菜都5 號不同光質處理間的可滴定酸含量變化趨勢不同。花后40 d 可滴定酸含量紅光處理高于對照，差異不顯著，其他處理則低于對照，且差異顯著。紅光處理呈現先增加后減少的趨勢，于花后60 d 達最大值0.845%。紅藍組合光處理變化趨勢和對照相同，轉色前期增加較快，花后60 d 后增加變緩。藍光處理則始終低于對照。
2.6 不同光質下番茄果實糖/酸的變化
由表1 可以看出，不同光質對982 果實糖酸比影響顯著，花后40 d 紅藍組合光處理糖酸比最高，比對照高28.2%，差異顯著；紅光、藍光處理間差異不顯著。花后55 d 紅藍組合光處理糖酸比含量最高，與對照差異不明顯，但與紅光和藍光處理差異顯著。花后65 d 各處理的果實糖酸比值降低，但都高于對照，且差異顯著。
表2 表明，不同光質對菜都5 號果實糖酸比影響和982 不同，體現了品種間的差異。花后40 d 紅藍組合光處理糖酸比最高，且與對照差異顯著；紅光、藍光處理糖酸比值均低于對照，且藍光處理與對照差異顯著。花后55 d 各處理糖酸比值均高于對照，且差異顯著；紅藍組合光處理糖酸比最高。花后65 d 各處理果實糖酸比均顯著高于對照。
本文研究結果表明紅藍組合光處理下番茄果實糖酸比最高。
3 討論
番茄紅素是一種重要的生理功能性色素，它的抗癌作用正逐漸受到人們的重視，用紅光照射番茄果實后，番茄紅素積累增加，可為遠紅光逆轉。本試驗結果表明紅光處理能夠顯著提高果實番茄紅素含量。Northern 分析表明果實中光敏色素A 的mRNA 在果實成熟時增加了11.4 倍[9]。果皮組織的光譜測定表明果實從綠熟期到紅色成熟期階段紅光/遠紅光的光譜比值增加了4 倍，表明番茄果實中番茄紅素積累是由位于果實中的光敏色素通過光誘導調節的。
Vc 是一種很強的抗氧化劑，能夠清除活性氧自由基對膜與酶分子結構的損害從而具有抗衰老的保護功能[10]。有研究認為紅光膜能夠提高光溫效應，可提高果實Vc 含量[11]。而本試驗結果表明藍光能夠顯著提高番茄果實Vc 含量，與徐凱[12] 、蒲高斌等[13]等研究結果一致。這體現了作物之間的差異性。不同光質可能通過調節不同光受體間的平衡影響果實Vc 合成酶的活性而引起Vc代謝。
已有研究證明藍光利于蛋白質合成[14]。本文研究結果表明藍光和紅藍組合光處理均能促進番茄果實中可溶性蛋白含量的增加，與前人研究結果相吻合。研究發現可溶性蛋白和總蛋白氮含量變化與硝酸還原酶活性呈正相關[15]，藍光對蛋白質合成的促進作用可能與藍光提高硝酸還原酶的活性有關。另外，可溶性蛋白是大分子物質，較其他光合產物的合成需要更多能量，藍光區光量子能量較高，且藍紫光可促進葉綠體運動，番茄葉綠體在藍紫光區有較大截獲光能的能力，推測藍光促進蛋白質的合成與光質能量有關[16]。
光質對植物可溶性糖的含量有重要影響，紅光下生長的植物碳水化合物含量較高[17,18]。本試驗結果為紅光處理能顯著提高番茄果實中可溶性糖的含量，與蒲高斌[13]，林小蘋等[19]研究結果一致。光質影響可溶性糖含量的原因是多方面的，可能是由于光質的改變誘導了光敏色素對蔗糖代謝酶的調控，促進蔗糖代謝相關酶活性的提高，使光合產物更多的分配到番茄果實中[20,21]，也可能不同光質影響著對碳水化合物的吸收從而改變了可溶性糖的含量[19]，其具體原因和機理有待于進一步探究。
本研究結果表明紅光處理番茄果實可滴定酸含量高于其他處理，藍光處理低于對照，與前人研究結果相似。酸的轉化和降解是有機酸減少的主要原因[22,23]。有研究表明在整個發育期內，果實內都含有利用有機酸作為能量和轉變為糖類所必需的酶[24-26]。光質影響可滴定酸是由于不同光質影響了植物體內酸轉化酶和降解酶的活性，導致了含酸量的差別。糖酸比值隨著果實成熟度的增大越來越高，花后65 d，各處理的果實糖/酸均顯著高于對照，且以紅藍組合光處理最高。在果實成熟過程中紅光和藍光通過光受體調節，提高了番茄果實蘋果酸酶等酶的活性，降低了果實酸含量，提高了糖酸比。