LED红蓝光模式对番茄果实光谱特性及着色的影响.pdf

第 null nullnull 卷 第 null期 nullnullnullnullnullnullnull 光 谱 学 与 光 谱 分 析 nullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull年 null月 nullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnull null nullnullnull 红蓝光模式对番茄果实光谱特性及着色的影响 陈晓丽 null 李友丽 null 李 null 伟 null 王利春 null 郭文忠 null nullnull nullnull北京市农林科学院智能装备技术研究中心 北京 nullnullnullnullnullnullnull nullnull农业部都市农业 北方 重点实验室 北京 nullnullnullnullnullnullnull nullnull贵州大学农学院 贵州 贵阳 nullnullnullnullnullnullnull 摘 null 要 null 为了探究红 蓝光在番茄果实着色过程中的作用关系 在人工光型植物工厂中采用岩棉种植微型 番茄 以各发育阶段番茄果实在不同 nullnullnull红蓝光模式下的反射光谱为切入点 通过对纯红光 红蓝组合光 以及不同间隔的交替光照射下番茄果实色相指标和反射光谱的分析 研究了不同的红蓝光照射模式对番茄 果实光谱特性及着色的影响 结果表明 null null nullnull nullnullnullnull 纯红光 红蓝组合光 nullnull nullnull 交替供光模式最有利于 番茄果实中呈红色素 如 null null 胡萝卜素和番茄红素 的积累和叶绿素的分解 最终促成番茄果实更早地转色 null 纯红光 供光模式作用效果仅次于 nullnullnull nullnullnullnull 相比之下 nullnull 红蓝组合光 供光模式不利于番茄果实呈红色 素的积累和果实着色进程 null 在促进番茄果实着色方面 红光和蓝光之间既存在协同增强效应 也存在信 号串扰引发的削弱效应 红光与红蓝组合光以一定的间隔进行交替辐射 能最大化地发挥单一红光与红蓝 混合光在番茄果实色素代谢及果实着色方面的积极作用 null 转色期番茄果实红绿区域反射比 nullnullnull nullnullnullnullnull 修正叶绿素吸收比指数 nullnullnullnullnull 光化学反射指数绝对值 nullnullnullnullnull 等光谱参量所反映出的色素含量 变化动态与 nullnullnull值所反映的番茄果实色相一致 该时期番茄果实反射光谱特性与果皮着色有较高的统一 性 转色期番茄果实的反射光谱能够更好地反映番茄果实着色程度和着色进程 关键词 null 反射光谱 植物工厂 nullnullnull供光模式 番茄 果实转色 中图分类号 nullnullnullnullnullnull nullnull 文献标识码 null nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull null 收稿日期 nullnullnullnull nullnullnullnullnullnull 修订日期 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull null 基金项目 北京市农林科学院青年科研基金项目 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 国家重点研发计划项目 nullnullnullnullnullnullnullnullnull 资助 null 作者简介 陈晓丽 女 nullnullnullnull年生 北京市农林科学院智能装备技术研究中心助理研究员 nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull null 通讯作者 nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 引 null 言 nullnull 光是影响蔬菜和水果色素代谢的重要环境因素之一 植 物通过至少多种类型的光感受器来感知光及探测光谱的特定 区域 如光敏色素 nullnullnullnull 是吸收红光 null 远红光可逆转换的光 受体蛋白 隐花色素 nullnullnullnull 和光促蛋白 nullnullnullnullnull 则是吸收 波长为 nullnullnull nullnullnullnullnullnull 的蓝光受体色素蛋白 这些光感受器收 集光子信息并将其转导为基因表达的变化 从而调节植物的 发育和分化 null 色素是影响植物在可见光区域光谱特征的决 定性因素 番茄果实的颜色主要由叶绿素 番茄红素和 null null 胡 萝卜素等色素的含量所决定 类胡萝卜素 如 null null 胡萝卜素和 番茄红素 及其分解代谢物对人类健康非常重要 番茄及其 衍生产品是类胡萝卜素的主要食物来源之一 人类饮食中番 茄红素摄入量的 nullnullnull以上均来自于番茄 null 在番茄果实成熟过程中叶绿体转化为质体 导致叶绿素 分解和类胡萝卜素色素的合成 促成番茄果实从绿色到红色 的典型颜色变化 据报道 番茄果实转色期或果实采后增加 红光光照能够促进番茄红素的生物合成 如采后番茄果实经 过红光的连续照射 其果实内番茄红素和 null null 胡萝卜素含量均 显著增加 有研究发现红光处理的离体番茄果实比黑暗处理 的对照果实内番茄红素增加了 nullnullnull倍 红光激活 nullnullnull以抑 制光敏色素相互作用因子 nullnullnull 蛋白质的积累 从而增加植 物烯合酶 nullnullnull 的表达 由此诱导番茄红素的积累 null nullnull 然 而 有研究表明 在番茄转色期间蓝光也可以提高番茄果实 中番茄红素的含量 认为蓝光受体 nullnullnullnullnull的高度表达能够 导致番茄中番茄红素含量的升高 另有研究认为 红蓝组合 光 nullnullnullnull 更有利于番茄果实番茄红素的积累 null nullnull 目前虽然 大部分研究认为纯红光最有利于促进番茄红素的积累 但是 也有研究表明纯蓝光 红蓝组合光可能更有利于番茄红素的 积累 因此红光和蓝光在番茄果实色素积累过程中的作用目 前并无定论 植物的反射光谱特性主要取决于色素分子对光 的吸收特性 番茄果皮着色反映了多种色素积累和分解的综 合结果 虽然目前用高光谱遥感技术精确估计植物色素已成 为多个学科的科学家研究热点 然而 关于番茄果皮反射光 谱特性与果皮着色的关系却鲜有报道 研究表明 基于近红 外波段和叶绿素吸收波段 红波段 或叶绿素反射波段 绿波 段 构建的多个光谱参量中 在以反射率为基础计算时 与 叶片叶绿素 null 叶绿素 null和类胡萝卜素含量间存在极显著相 关性 而以吸收率为基础计算时 与色素含量间不存在相关 性 null nullnullnull 本研究在人工光型植物工厂中采用不同模式的 nullnullnull 红 蓝光照射番茄 通过对各发育阶段番茄果实在不同供光 模式下的果实色相指标和反射光谱的分析 研究了不同红蓝 光照射模式对番茄果实光谱特性及着色的影响 为揭示红 蓝光在番茄果实着色过程中的作用关系以及采用光控手段提 升番茄果实商品价值提供一定的理论基础 nullnull 实验部分 nullnullnullnull材料 本试验在北京市农林科学院智能装备技术研究中心的全 人工光型植物工厂中进行 试验光源采用本中心研制的 nullnullnull 植物光配方调控系统 该系统可以设置不同光谱 光量配比 以及供光模式等 植物工厂内昼 夜温度为 nullnullnull nullnullnull 空 气湿度 nullnullnull nullnull null 浓度 nullnullnull null nullnullnull nullnullnull nullnull 试验材料为微型 番茄 nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 将番茄幼 苗用山崎营养液在岩棉块上培养 营养液 nullnull nullnull分别保持 在 nullnullnull和 nullnullnullnullnull nullnull nullnull 左右 每 null天更新一次营养液 光照 条件为 nullnullnull白光 植株顶端光强度为 nullnullnull null nullnullnull null nullnull null nullnull 光合光量子通量密度 nullnullnullnull 光期为 nullnullnull 花后 nullnullnull nullnullnull 将植株置于以下五种不同的红蓝供光模式进行培养 光期均 为 nullnullnull 红 蓝光峰值波长分别为 nullnullnull和 nullnullnullnullnull 试验处理 见表 null null 纯红光模式 null 光强度为 nullnullnull null nullnullnull null nullnull null nullnull null 红蓝混合光模式 nullnull 红 光强度分别为 nullnullnull和 nullnull null nullnullnull null nullnull null nullnull null 纯红光与红蓝混合光交替模式 nullnullnull nullnullnullnull 即纯红 光照射 nullnull后红蓝混合光照射 nullnull 一个光期 nullnullnull 内 null次循 环 纯红光时光强度为 nullnullnull null nullnullnull null nullnull null nullnull 红蓝混合光时 红 蓝光强度分别为 nullnullnull和 nullnull null nullnullnull null nullnull null nullnull 下同 null 纯红光与红蓝混合光交替模式 nullnullnull nullnullnullnull 即纯红 光照射 nullnull后红蓝混合光照射 nullnull 一个光期内 null次循环 null 纯红光与红蓝混合光交替模式 nullnullnull nullnullnullnull 即纯红 光照射 nullnull后红蓝混合光照射 nullnull 一个光期内 null次循环 表 null null 不同红蓝光供光模式 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 处理 红蓝供光模式 日累积光量子数 nullnullnull null nullnull 红光 蓝光 总光量子数 nullnull nullnullnullnullnull 暗期 nullnull nullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnull 暗期 nullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull 暗期 nullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull 暗期 nullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull 暗期 nullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnull取样与测试 在番茄植株开花后 nullnull nullnull和 nullnullnull分别取样 取样时期 代表的果实发育阶段分别为果实绿熟期 nullnullnullnullnull 果实转色 期 nullnullnullnullnull 以及果实完熟期 nullnullnullnullnull 每处理选取 null颗番 茄植株进行果实摘取 共取 null个果实 重复三次 每个果实 赤道线上选取三个不同的点进行测量 以平均值计算 番茄 果实着色及在 nullnullnull nullnullnullnullnullnull 光谱范围的反射率用分光测色仪 nullnullnullnullnullnull 进行测定 对 null null null null null null 空间和数据进行处理以 获得色调 色相角 nullnullnull 单位 度 用以反映番茄果实着色 数值越大 果实越绿 反之 数值越小 果实越红 光化学反 射指数 nullnullnull 用以反映类胡萝卜素与叶绿素的比率 光谱中 红色和绿色区域的反射比 nullnullnull nullnullnullnullnull 用以反映花青素与叶 绿素的比率 修正叶绿素吸收比指数 nullnullnullnullnull 用以反映 叶绿素的变动 计算公式如式 null 式 null nullnullnullnull nullnullnull nullnull null null nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnull null null nullnullnullnullnull null null nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull null nullnullnull nullnullnullnullnull null null nullnullnull nullnullnullnullnull nullnull null nullnullnull nullnullnullnullnull nullnull null nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnull null nullnullnullnull数据处理 数据采用 nullnullnullnullnull null nullnullnull 软件进行统计分析 nullnull 结果与讨论 nullnullnullnull不同红蓝供光模式下番茄果实色相值及模拟色 如表 null 番茄果实从绿熟期到转色期再到完熟期 null null 值 逐渐变大 null null 值逐渐变小 null null 值先变大后变小 而 nullnullnull逐渐 变小 nullnull nullnullnull 绿熟期 不同红蓝光模式下番茄果实 nullnullnull值 差异不大 最大值仅比最小值高 nullnullnullnull nullnull nullnullnull 转色期 不同红蓝光处理下番茄果实 nullnullnull值差异较大 表现为 null nullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull 其中 nullnullnull nullnullnullnull处理 下 nullnullnull值最小为 nullnullnullnullnull 比 nullnull处理下的最大值 nullnullnullnullnull 降低 nullnullnullnull 光谱学与光谱分析 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 第 nullnull卷 了 nullnullnullnullnull 而 null 次 之 比 nullnull 处 理 下 的 nullnullnull值 降 低 了 nullnullnullnullnull 由模拟色可见 nullnull nullnullnull 转色期 nullnullnull nullnullnullnull和 null处理 下番茄果实果皮颜色最红 而 nullnull处理下番茄果实颜色最偏 绿 结果表明 null nullnull nullnullnullnull和 null两种供光模式有利于番茄果实 中红色素 如 null null 胡萝卜素和番茄红素 的积累和叶绿素的分 解 最终促成番茄果实更早转色 相比之下 nullnull处理不利于 番茄果实红色素的积累或叶绿素的分解 nullnull nullnullnull 完熟期 番茄果实 nullnullnull值以 null处理下最低 null nullnull nullnullnullnull和 nullnullnull nullnullnullnull处 理下次之 同时这三个处理下番茄果实颜色最红 表 null null 不同红蓝供光模式下番茄果实色相值及模拟色 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 果实发育期 处理 null null null null null null nullnullnull 模拟色 nullnull nullnullnull 绿熟期 nullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnull 转色期 nullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnull nullnullnull 完熟期 nullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnull不同红蓝供光模式下番茄果实光谱参量 表 null为不同处理下各发育阶段番茄果实在蓝光 绿光 红 光光谱区域的平均反射率以及三个光谱参量值 结果显示 伴随果实转色发育 果实在蓝 绿光区域的反射率逐渐下 降 而在红光区域的反射率总体上升 nullnullnull nullnullnullnullnull和 nullnullnullnullnull 均逐渐上升 表明果实中花青素和类胡萝卜素的积累量逐渐 增多 而 nullnullnullnullnull值下降 表明果实中叶绿素逐渐分解 积 累量下降 nullnull nullnullnull 转色期 不同红蓝光处理下番茄果实 nullnullnull nullnullnullnullnull值表现为 nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnull 与 nullnullnull值的变化相反 nullnullnullnullnull值表现为 nullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull 与 nullnullnull值的变化相同 nullnullnullnullnull 表现为 null nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull 接近于 nullnullnull值的变化 总体上 转色期 nullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull 值所反映出的色素含量变化动态与 nullnullnull值所反映的番茄果 实色相一致 nullnullnullnull不同红蓝光照射模式下番茄果实的反射光谱 图 null为不同红蓝光处理下各发育时期番茄果实的反射光 谱曲 线 由 图 null可 见 nullnull处 理 下 nullnull nullnullnull 转 色 期 和 nullnull nullnullnull 完熟期的反射光谱曲线交点为 nullnullnullnullnull 在小于 nullnullnull nullnull的光谱区域 nullnull nullnullnull 果实反射率均高于 nullnull nullnullnull 果实 在大于 nullnullnullnullnull的光谱区域相反 null null nullnull nullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnull处 理下 nullnull nullnullnull 转色期和 nullnull nullnullnull 完熟期的反射光谱曲线交 点为 nullnullnullnullnull 在小于 nullnullnullnullnull的光谱区域 nullnull nullnullnull 果实反射 率均高于 nullnull nullnullnull 果实 在大于 nullnullnullnullnull的光谱区域相反 反射光谱曲线在红光区域的交点和走向反映出果实转色期到 完熟期的颜色变化幅度 交点出现越晚说明转色期和完熟期 果实颜色差异越小 即转色进度越快 与 nullnull处理相比 null nullnullnull nullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnull处理下 nullnull nullnullnull 和 nullnull nullnullnull 果实反射 光谱曲线在红光区域的交点后移 反映出这三个处理更有利 于番茄果实的着色进程 null nullnull nullnullnullnull处理下 nullnull nullnullnull 转色期 和 nullnull nullnullnull 完熟期的反射光谱曲线交点为 nullnullnullnull 在小于 nullnullnullnullnull的光谱区域 nullnull nullnullnull 果实反射率均高于 nullnull nullnullnull 果实 而在大于 nullnullnullnullnull的光谱区域二者反射率基本一致 说明该处理下转色期的番茄果实着色水平与成熟期差异最 小 即 null nullnull nullnullnullnull处理最有利于果实着色 图 null关于果实反射 光谱曲线的分析结果与前述 nullnullnull值所反映的番茄果实色相 基本一致 即 null nullnull nullnullnullnull处理最有利于加快番茄果实着色进 程 而 nullnull处理在所有光处理中最不利于果实着色 这说明 在促进番茄果实着色方面 红光和蓝光之间既存在协同增强 效应 也存在信号串扰削弱效应 红光与红蓝混合光以一定的 间隔进行交替照射番茄能最大化地发挥单一红光与红蓝混合 光在番茄果实色素代谢及果实着色方面的积极作用 nullnullnullnull 第 null期 nullnullnullnullnullnull 陈晓丽等 nullnullnull红蓝光模式对番茄果实光谱特性及着色的影响 表 null null 不同红蓝供光模式下番茄果实光谱参量 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 果实发育期 处理 平均反射率 null null null nullnullnullnullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnull 花青素 nullnullnullnullnull 类胡萝卜 叶绿素 nullnullnullnullnull 叶绿素 nullnull nullnullnull 绿熟期 nullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnull nullnullnull 转色期 nullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnul