关键词：发光二极管，番茄果实品质，控制，光质

0 引言?
      光质是植物生长发育重要的环境因子，对植物的形态建成、生理代谢、光周期反应、生长发育及果实品质有广泛的调节作用，而且还与糖信号和激素信号共同调节植物某些生长发育过程[1,2]。对植物而言，光生物学主要关心的是波长200～800 nm 的辐射波，其中的可见光是一种具有特殊波长特性的、可传播的、互不相关的电磁辐射波的可见部分。可见光光谱在380 nm 到760 nm之间，这种波长被植物机体分子吸收后，能够引起化学变化[1-3]。
      近年来，国内外对光质的研究已成为热点，但多局限在植物组织培养和对植物幼苗的影响上[1,2]，光质对果实品质影响的报道很少。另外，目前人工得到的光质大多采用普通电光源或滤光膜等措施获得光质，无法定量精确调制光谱能量分布，影响到结论的可靠性和可比性[2]。半导体光源LED（light emitting diode）具有光质纯、光效高、波长类型丰富、光谱能量调制便捷、以及环保节能等突出优势，是替代荧光灯，用于作物栽培的新型光源，解决了光质不纯的问题，增加了试验结果的可靠性[4]。
      番茄（Lycopersicon esculentum Mill.）是栽培面积大，经济效益高，营养丰富，深受人们欢迎的重要蔬菜[3]，特别在中国北方地区的设施栽培中，番茄已成为主栽作物之一。设施内光环境的变化对番茄品质有很大影响。低温弱光成为番茄生产的制约因子，造成植株长势差、营养生长不良、落花落果，果实品质差，且普遍着色不好。前人有不同光质对番茄幼苗生长影响和不同光质对离体番茄果实转色期品质影响的研究[5,6]，而本研究在番茄果实转色期采用不同光质进行处理，旨在探明不同光质对番茄果实转色期果实中番茄红素、可溶性糖、可滴定酸、可溶性蛋白、Vc 含量等品质指标的影响，以期找出适于番茄果实成熟过程的最佳光谱成分，为提高番茄品质提供依据。
1 材料和方法
1.1 光质选择及处理条件
      光源为红（650±5 nm）、蓝（440±5 nm）、红蓝组合（红光︰蓝光=3︰1，灯的数量比）色制成的LED 均匀分布的宽60 cm、长150 cm 的平面光源，发白光的普通日光灯，由淄博曙光科技有限公司提供。不同光的光谱采用美国产UnispecTM 光谱分析系统测定，各光源发射光谱见图1 。距离光源50 cm 处的光照度为100 ～105 μmol/(m2·s)，由南京英格玛仪器技术有限公司提供的HD2302.0 照度计测定。光照培养架为钢架结构，光源设于顶部，高度可调，培养架内层用镀铝反光膜，外层为黑色遮光材料。各光质随机排列。
      本试验于2008 年在山东农业大学教学试验站进行。选用寿光新世纪种苗育种公司提供的982 和菜都5 号作为试验材料。2008 年2 月28 定植于直径25 cm 的塑料盆中，基质为草炭︰蛭石︰珍珠岩（4︰1︰1），并掺入4 g复合肥和少量多菌灵。花后20 d 将各处理转入山东农业大学园艺学院光质培养室，置于不同波长光照下培养，每个处理10 盆， 60 个果实。控制白天温度22～25℃，夜间12～15℃，光照13 h/d。每隔5 d 补施复合肥溶液（2×10-2 g/mL），生长过程精细管理。照光20 d 后，开始随机取样进行相关指标的测定。

1.2 测定方法
      果实分别于花后40、45、50、60、65 d，测量品质指标，每次测量设3 次重复。每个处理随机取6 个果实，取1 g 混合果肉，以苯酚-硫酸法测定可溶性糖[7]，可滴定酸用酸碱滴定法测定[7]，Vc 用2，6-二氯靛酚滴定法测定[7]。取1 g 混合果肉经冰浴研磨，提取液以12000 r/min离心20 min，取上清液按文献[7]的方法测定可溶性蛋白的含量。番茄红素按改进国标法测定[8]。
      应用DPS（2000）软件进行数据分析。
2 结果与分析
2.1 不同光质下番茄果实番茄红素含量的变化
      番茄红素是影响番茄着色的重要色素。图2 表明，982 各处理下番茄红素含量随时间呈现升高的趋势。花后40 d 果实番茄红素含量极少，红光、蓝光处理均显著低于对照。40 d 之后，各处理番茄红素含量增加迅速，红光处理增加较其他处理更为明显。花后60 d，红光处理的果实番茄红素含量最高，显著高于其他处理，蓝光处理和对照显著高于红蓝组合光处理。
      花后40 d，菜都5 号各处理下果实番茄红素含量为对照＞红光＞蓝光＞红蓝组合光，相互之间差异显著。随后番茄红素含量迅速增加，蓝光处理增加较慢。花后45 d 果实番茄红素含量为红光＞对照＞红蓝组合光＞蓝光，相互之间差异均显著。花后45 d 后红光处理番茄红素含量一直高于对照和其他处理，花后60 d，红光处理番茄红素含量最高，显著高于对照和其他处理，蓝光处理和红蓝组合光处理低于对照，且差异显著。
      本文研究结果表明红光处理可提高果实番茄红素含量。
2.2 不同光质下番茄果实Vc 含量的变化
      Vc 是番茄果实生理品质的重要指标。图3 表明，982各处理间Vc 含量的变化趋势均呈现先升高后降低的趋势。花后40 d 各处理间果实Vc 含量差异明显，蓝光处理于花后60 d 达到最大值，显著高于对照和其他处理，之后含量迅速下降。红光处理Vc含量于花后50 d 达到最大，然后含量缓慢下降，至花后60 d 后迅速下降。红蓝组合光处理和对照变化趋势基本一致，Vc 含量均在花后55 d达到峰值，其后含量降低。花后65 d，对照Vc 含量最高，明显高于红光和红蓝组合光处理，但与蓝光处理差异不显著。
       菜都5 号Vc 含量的整体变化也呈现先升高后降低的趋势。花后40 d，蓝光处理果实Vc 含量显著低于对照和其他处理，花后40 d 后各处理Vc 含量均显著增加，对照Vc 含量于花后60 d 达到最大值，其后含量迅速降低，其他处理Vc 含量均在花后55 d 达到最大值，之后Vc 含量迅速下降。花后65 d，蓝光处理果实Vc 含量高于对照且差异极显著，其他处理则明显低于对照。这表明蓝光能够促进菜都5 号番茄果实中Vc 含量的提高。
2.3 不同光质下番茄果实可溶性蛋白含量的变化
       由图4 可以看出不同光质处理的番茄果实转色期可溶性蛋白的变化规律不同。花后40 d，红蓝组合光处理的982 果实可溶性蛋白含量最高，且与对照差异明显，其他处理显著低于对照。之后各处理果实中可溶性蛋白含量均迅速增加，红蓝组合光处理可溶性蛋白于花后50 d达到最大值，且与对照和其他处理差异显著，之后含量减少。花后40 d，蓝光处理可溶性蛋白含量增加较其他处理迅速，且高于对照，于花后50～60 d 维持较高含量，之后含量迅速减少。红光处理与对照中可溶性蛋白含量变化趋势基本一致，含量先增加后减少，于花后60 d 达到最大值。花后65 d，对照中可溶性蛋白含量显著低于其他处理。
      菜都5 号各处理间变化趋势相似，均先增加后减少。花后40 d 红蓝组合光处理可溶性蛋白含量高于其他处理，且差异显著，之后含量快速增加；蓝光处理于花后55 d 含量最高，高于对照且差异显著。红光和红蓝组合光处理可溶性蛋白含量均在花后60 d 最高。各处理可溶性蛋白含量达到峰值后，均迅速下降。花后65 d，红蓝组合光和蓝光处理可溶性蛋白含量均高于对照，且差异明显，而红光处理则显著低于对照。
     本试验结果表明蓝光和红蓝组合光处理能促进番茄果实可溶性蛋白含量的增加。
2.4 不同光质下番茄果实可溶性糖含量的变化
      不同光质处理可溶性糖的变化趋势相似。由图5 可以看出982 可溶性糖的含量总体呈先增加后减少的趋势。花后40 d，各处理之间可溶性糖含量差异并不明显。红光处理可溶性糖含量在花后50 d 后始终高于对照。红光和红蓝组合光处理可溶性糖含量在花后55 d 达最大值。红蓝组合光处理可溶性糖含量在花后55 d 之前高于对照，之后迅速下降。蓝光处理和对照有相似的变化规律，于花后60 d 达最大值，之后其含量有所下降。
      菜都5 号各处理间可溶性糖含量变化趋势相似，均于花后60 d 达到最大值，之后含量有所下降，都呈现先增加后降低的趋势。红光处理可溶性糖含量花后50 d 后增加明显，高于其他处理，且差异明显。其他处理和对照变化规律相似，差异不明显。
      本研究结果表明红光处理能显著提高番茄果实可溶性糖的含量。
2.5 不同光质下番茄果实可滴定酸含量的变化
      图6 表明982 可滴定酸含量与可溶性糖的变化规律大致相同，总体都呈现先增加后减少的趋势。在花后40 d各处理间差异不明显。花后60 d，各处理可滴定酸的含量均达到最大值。花后40 d 以后红光处理可滴定酸的含量增加迅速，花后60 d 含量达到最大为0.838%，显著高于其他理，之后含量迅速下降。花后40 d，红蓝组合光处理的可滴定酸增长缓慢，低于对照，花后50 d 后含量增加迅速，其含量在花后55 d 和花后60 d 均高于对照。蓝光处理可滴定酸含量则始终低于对照。
      菜都5 号不同光质处理间的可滴定酸含量变化趋势不同。花后40 d 可滴定酸含量红光处理高于对照，差异不显著，其他处理则低于对照，且差异显著。红光处理呈现先增加后减少的趋势，于花后60 d 达最大值0.845%。红蓝组合光处理变化趋势和对照相同，转色前期增加较快，花后60 d 后增加变缓。蓝光处理则始终低于对照。

2.6 不同光质下番茄果实糖/酸的变化
      由表1 可以看出，不同光质对982 果实糖酸比影响显著，花后40 d 红蓝组合光处理糖酸比最高，比对照高28.2%，差异显著；红光、蓝光处理间差异不显著。花后55 d 红蓝组合光处理糖酸比含量最高，与对照差异不明显，但与红光和蓝光处理差异显著。花后65 d 各处理的果实糖酸比值降低，但都高于对照，且差异显著。

      表2 表明，不同光质对菜都5 号果实糖酸比影响和982 不同，体现了品种间的差异。花后40 d 红蓝组合光处理糖酸比最高，且与对照差异显著；红光、蓝光处理糖酸比值均低于对照，且蓝光处理与对照差异显著。花后55 d 各处理糖酸比值均高于对照，且差异显著；红蓝组合光处理糖酸比最高。花后65 d 各处理果实糖酸比均显著高于对照。

      本文研究结果表明红蓝组合光处理下番茄果实糖酸比最高。

3 讨论
      番茄红素是一种重要的生理功能性色素，它的抗癌作用正逐渐受到人们的重视，用红光照射番茄果实后，番茄红素积累增加，可为远红光逆转。本试验结果表明红光处理能够显著提高果实番茄红素含量。Northern 分析表明果实中光敏色素A 的mRNA 在果实成熟时增加了11.4 倍[9]。果皮组织的光谱测定表明果实从绿熟期到红色成熟期阶段红光/远红光的光谱比值增加了4 倍，表明番茄果实中番茄红素积累是由位于果实中的光敏色素通过光诱导调节的。
       Vc 是一种很强的抗氧化剂，能够清除活性氧自由基对膜与酶分子结构的损害从而具有抗衰老的保护功能[10]。有研究认为红光膜能够提高光温效应，可提高果实Vc 含量[11]。而本试验结果表明蓝光能够显著提高番茄果实Vc 含量，与徐凯[12] 、蒲高斌等[13]等研究结果一致。这体现了作物之间的差异性。不同光质可能通过调节不同光受体间的平衡影响果实Vc 合成酶的活性而引起Vc代谢。
       已有研究证明蓝光利于蛋白质合成[14]。本文研究结果表明蓝光和红蓝组合光处理均能促进番茄果实中可溶性蛋白含量的增加，与前人研究结果相吻合。研究发现可溶性蛋白和总蛋白氮含量变化与硝酸还原酶活性呈正相关[15]，蓝光对蛋白质合成的促进作用可能与蓝光提高硝酸还原酶的活性有关。另外，可溶性蛋白是大分子物质，较其他光合产物的合成需要更多能量，蓝光区光量子能量较高，且蓝紫光可促进叶绿体运动，番茄叶绿体在蓝紫光区有较大截获光能的能力，推测蓝光促进蛋白质的合成与光质能量有关[16]。
       光质对植物可溶性糖的含量有重要影响，红光下生长的植物碳水化合物含量较高[17,18]。本试验结果为红光处理能显著提高番茄果实中可溶性糖的含量，与蒲高斌[13]，林小苹等[19]研究结果一致。光质影响可溶性糖含量的原因是多方面的，可能是由于光质的改变诱导了光敏色素对蔗糖代谢酶的调控，促进蔗糖代谢相关酶活性的提高，使光合产物更多的分配到番茄果实中[20,21]，也可能不同光质影响着对碳水化合物的吸收从而改变了可溶性糖的含量[19]，其具体原因和机理有待于进一步探究。
      本研究结果表明红光处理番茄果实可滴定酸含量高于其他处理，蓝光处理低于对照，与前人研究结果相似。酸的转化和降解是有机酸减少的主要原因[22,23]。有研究表明在整个发育期内，果实内都含有利用有机酸作为能量和转变为糖类所必需的酶[24-26]。光质影响可滴定酸是由于不同光质影响了植物体内酸转化酶和降解酶的活性，导致了含酸量的差别。糖酸比值随着果实成熟度的增大越来越高，花后65 d，各处理的果实糖/酸均显著高于对照，且以红蓝组合光处理最高。在果实成熟过程中红光和蓝光通过光受体调节，提高了番茄果实苹果酸酶等酶的活性，降低了果实酸含量，提高了糖酸比。