イナ・アルシーナ 1、イエバ・エルドベルガ 1*、マラ・ドゥーマ 2、レイニス・アルクスニス3 ライラ・ドゥボヴァ 1
1 農学部、土壌植物科学研究所、ラトビア生命科学技術大学、イェルガヴァ、ラトビア、
2 ラトビア生命科学技術大学食品技術学部化学科、イェルガヴァ、ラトビア、
3 数学科、情報技術学部、ラトビア生命科学技術大学、イェルガヴァ、ラトビア
はじめに
人間の生活の質と持続可能性を確保する上での食事の重要性に対する理解が深まるにつれて、食品の品質を確保するための基本的な要素としての農業部門への圧力が高まっています。 [2019 年の食糧農業機関 (FAO) の統計によると] XNUMX 番目に多く栽培されている野菜であるトマトは、ほぼすべての国の料理の重要な部分です。
限られたカロリー供給、比較的高い繊維含有量、およびミネラル要素、ビタミン、フラボノイドなどのフェノールの存在により、トマト果実は多くの生理学的利点と基本的な栄養要件を提供する優れた「機能性食品」になります. (1). トマトに含まれる生化学的に活性な物質は、主にその高い抗酸化能により、健康全般の改善だけでなく、糖尿病、心臓病、毒性などのさまざまな病気に対する治療オプションとしても認められています。 (2-4). 熟したトマトの果実には平均 3.0 ~ 8.88% の乾物が含まれており、これは果糖 25%、ブドウ糖 22%、ショ糖 1%、クエン酸 9%、リンゴ酸 4%、ミネラル要素 8%、タンパク質 8%、ペクチン 7% で構成されています。 、セルロース 6%、ヘミセルロース 4%、脂質 2%、残りの 4% はアミノ酸、ビタミン、フェノール化合物、色素です。 (5、 6). これらの化合物の組成は、遺伝子型、生育条件、果実の発育段階によって異なります。 トマト植物は、光条件、温度、基質内の水分量などの環境要因に非常に敏感であり、植物の代謝の変化につながり、果物の品質と化学組成に影響を与えます (7). 環境条件は、トマトの生理学と二次代謝産物の合成の両方に影響を与えます。 ストレス条件下で成長した植物は、抗酸化特性を高めることで反応します (8).
種としてのトマトの起源は中央アメリカ地域に関連しています (9) トマトに必要な温度と光を供給するための温室の建設などの技術は、特に温帯気候帯と冬季に必要な農業気候条件を提供するためにしばしば必要とされます. このような条件下では、光がトマトの成長を制限する要因となることがよくあります。 冬季から春先にかけての補助照明により、日射量の少ない時期に高品質のトマトを生産できます
(10) . 異なる波長のランプを使用すると、十分なトマト収量を確保できるだけでなく、トマト果実の生化学的組成も変化します。 過去 60 年間、高圧ナトリウム ランプ (HPSL) は、動作寿命が長く購入コストが低いため、温室産業で使用されてきました。
(11) . しかし、ここ数年で、発光ダイオード (LED) がより省エネな代替手段としてますます普及してきました。 (12). 補助的な LED は、トマト生産の需要を満たす効率的な光源として使用されています。 トマトのリコピンとルテインの含有量は、補助的な LED 照明にさらされたときに 18% と 142% 高くなりました。 でも、 в-カロテン含有量は光治療間で差がなかった (12). 青と赤のLEDライトでリコピンを増やし、 в・カロテン含有量 (13), トマト果実の早熟をもたらす (14). 完熟トマト果実の可溶性糖含有量は、遠赤色 (FR) 光の持続時間が長くなると減少した (15). Xie の研究でも同様の結論が導き出されました。赤い光はリコピンの蓄積を誘発しますが、FR 光はこの効果を逆転させます。 (13). トマト果実の発育に対する青色光の影響に関する情報はあまりありませんが、研究によると、青色光はトマト果実の生化学的化合物の量にはあまり影響を与えませんが、プロセスの安定性にはより大きな影響を与えます. たとえば、コングらは、青色光が果物の硬さを大幅に増加させるため、トマトの貯蔵寿命を延ばすために青色光を使用する方が良いことを発見しました (16)、これは本質的に、青色光が熟成プロセスを遅くすることを意味し、糖と色素の量の増加につながります. 光の組成を調整する手段としての温室カバーの使用は、同様のパターンを証明しています。 赤色光の透過率が高く、青色光の透過率が低いコーティングを使用すると、リコピン含有量が約 25% 増加します。 光周期を 11 時間から 12 時間に延長すると、リコピンの量が約 70% 増加します。 (17). 研究では、トマト果実の化学組成の変化に対する要因の影響を正確に区別することは常に可能ではありません. 特に、温室条件では、果実の組成は、温度の上昇または水分レベルの低下によって増加する可能性があります。 さらに、これらの要因は、品種および発生段階に固有の遺伝子型と相関している可能性があります (1、 18). 水分不足は、果物に蓄積される主要な化合物である総可溶性固形物(糖、アミノ酸、および有機酸)のレベルが増加するため、トマト果実の品質に利益をもたらす可能性があります. 可溶性固形物の増加は、風味と味に影響を与えるため、果物の品質を向上させます (8).
植物代謝産物の蓄積に対する光スペクトルの影響が報告されているにもかかわらず、トマトの品質を改善するためのさまざまなスペクトル効果に関するより広い知識が必要です。 したがって、この研究の目的は、温室で使用される追加の照明が、さまざまなトマト品種の一次および二次代謝産物の蓄積に及ぼす影響を評価することです。 照明システムのスペクトル内容の変化は、トマト果実の一次および二次代謝産物の組成を変える可能性があります。 得られた知識は、収量とその品質の関係に対する光の影響の理解を深めます。
材料および方法
植物の材料と生育条件 実験は、ラトビア生命科学技術大学の土壌植物科学研究所の温室 (4 mm セルのポリカーボネート) で実施されました。°39'N 23°43/2018、2019/2019、および 2020/2020 の晩秋から初春にかけての 2021'E。
商用接ぎ木トマト(Solanum lycopersicum L.)品種「ボルツァーノ F1」(果色-オレンジ色)、「チョコメイト F1」(果色-赤褐色)、赤い実品種「ディアモント F1」、「アンコール F1」、「 Strabena F1」を使用。 各植物には5つの主要な頭があり、成長中はハイワイヤーシステムでトレリスされていました. 得られた植物は、最初に、「ラフローラ」泥炭基質 KKS-2、pH を含む黒い XNUMX L プラスチック容器に移植されました。KCl 5.2 ~ 6.0、分画サイズ 0 ~ 20 mm、PG 混合物 (NPK 15 ~ 1020) 1.2 kg m–3、Ca 1.78%、Mg 0.21%。 植物が開花期に達したら、同じ「ラフローラ」泥炭基質 KKS-15 を入れた 2 L の黒いプラスチック容器に移植しました。 植物は、植物成長の栄養期にMg、S、および微量元素を含むKristalon Green(NPK 1-18-18)の18%溶液で、および微量元素または12 %Ca(NO3)2 生殖期には、基層300LあたりXNUMXmlの割合で。
植生コンテナ内の水分含有量は、完全な保水容量の 50 ~ 80% に維持されました。 昼夜の平均気温は20~22度°C / 17-18°C.
日中(32 月)の最高気温は XNUMX 度を超えませんでした°Cと夜間の最低気温(XNUMX月)はありませんでした <12°C. 温度は、照明器具から 50、100、および 150 cm の距離にあるランプの下でも測定されています。 照明器具から 50 cm の HPSL の下で、温度が 1.5 であることが検出されました。°Cは他よりも高い。 果実レベルでの温度差は検出されませんでした。
照明条件
トマトは、16 時間の光周期で追加の照明を使用して、秋から春の季節に栽培されました。 280 つの異なる光源が使用されました: LED コブ ヘレ トップ LED 200 (LED)、誘導 (IND) ランプ、および HPSL ヘレ マグナ (HPSL)。 頂点の高さで、植物は 30 ± XNUMX を受け取りました ^モルm–2 s–1 LED および HPSL および 170 ± 30 の下で ^モルm–2 s–1 INDランプの下。 光放射輝度の分布は、図1,2. 光強度とスペクトル分布は、ハンドヘルド分光光度計 MSC15 (Gigahertz Optik GmbH、Turkenfeld、ドイツ、英国) によって検出されました。
使用されたランプは、光のスペクトル分布が異なっていました。 スペクトルの赤色部分 (625-700 nm) で太陽光に最も似ているのは HPSL でした。 スペクトルのこの部分の IND ランプは 23.5% 少ない光を与えましたが、LED は 2 倍近く多くなりました。 オレンジ色の光 (590 ~ 625 nm) は主に HPSL によって放出され、緑色の光 (500 ~ 565 nm) は主に IND によって放出され、青色の光 (450 ~ 485 nm) は主に LED によって放出されましたが、紫色の光 (380450 nm) は主に IND によって放出されました。主に IND ランプから放出されます。 可視光の全スペクトルを比較する場合、LED 光源は太陽光に最も近く、IND 光源はスペクトル的に最も不適切であると見なす必要があります。
ファイトケミカルの抽出と測定
完熟期のトマトを収穫しました。 果実の収穫は5月中旬から8月まで月10回。 すべての果物を数え、重さを量った。 各変種から少なくとも XNUMX つの果実 (栽培品種「Strabena」の場合、XNUMX ~ XNUMX 個の果実) を分析のためにサンプリングしました。 ハンドブレンダーを使用して、トマトの果実をピューレ状に粉砕しました。 評価されたパラメーターごとに、XNUMX つの複製が分析されました。
リコピンおよびリコピンの測定 в-カロチン
リコピンの濃度を決定するには в-カロチン、トマトピューレからの 0.5 ± 0.001 g のサンプルを秤量してチューブに入れ、10 mL のテトラヒドロフラン (THF) を加えました。 (19). チューブを密封し、室温で 15 分間、時々振とうしながら保持し、最後に 10 rpm で 5,000 分間遠心分離しました。 得られた上清の吸光度を、663、645、505、および 453 nm での吸光度を測定し、次にリコペンおよび в・カロテン含有量(mg 100mL–1) は、次の式に従って計算されました。
Cライク = -0.0458 × Аばか + 0.204 × Аb45 + 0.372 × A505– 0.0806×A453 (1)
C自動車 = 0.216 × A663 – 1.22×A645 – 0.304×A505+ 0.452 × A453 (2)
ここで、A663、A645、A505、および A453 - 対応する波長での吸収 (20).
リコピンと в-カロテン濃度は mg g で表されますF–M1 .
総フェノールの測定
トマトピューレからの 1 ± 0.001 g のサンプルを秤量して目盛付きチューブに入れ、10 ml の溶媒 (メタノール/蒸留水/塩酸 79:20:1) を加えました。 目盛付きチューブを密閉し、60℃で 20 分間振とうしました。°C、暗所で、10 rpm で 5,000 分間遠心分離します。 総フェノール濃度は、Folin-Ciocalteu 分光測光法を使用して決定されました。 (21) Folin-Ciocalteu 試薬 (蒸留水で 10 倍に希釈) を 0.5 ml の抽出物に加え、3 分後に 2 mL の炭酸ナトリウム (Na2CO3) (75gL–1)。 サンプルを混合し、暗所で室温で 2 時間インキュベートした後、760 nm での吸光度を測定しました。 総フェノール化合物の濃度は、検量線を使用して計算し、式 3 を得て、新鮮なトマトの質量 100 g あたりの没食子酸当量 (GAE) として表しました。
0.556 x (A760 + 0.09) X 100
Phe = 0.556 × (A760 + 0.09) × 100/m (3)
ここでA760- 対応する波長での吸収と m - サンプルの質量。
フラボノイドの測定
トマトピューレからの 1 ± 0.001 g のサンプルを秤量して目盛付きチューブに入れ、10 mL のエタノールを加えました。 目盛付きチューブを密閉し、60℃で 20 分間振とうしました。oC 暗所で、10 rpm で 5,000 分間遠心分離します。 比色法 (22) 2 mL の蒸留水と 0.15 mL の 5% 亜硝酸ナトリウム (NaNO2) 溶液を 0.5 mL の抽出物に加えました。 5 分後、0.15% 塩化アルミニウム溶液 (AlCl3)が追加されました。 混合物をさらに5分間放置し、1mLの1M水酸化ナトリウム(NaOH)溶液を添加した。 サンプルを混合し、室温で 5 分後、1 nm での吸光度を測定しました。 総フラボノイド濃度は、検量線と式 1 を使用して計算され、新鮮なトマト重量 15 g あたりのカテキン当量 (CE) の量として表されます。
フラ = 0.444 × A415 × 100/m (4)
ここでA415- 対応する波長での吸収と m - サンプルの質量。
乾物と可溶性固形物の測定 乾物は、60℃のサーモスタットでサンプルを乾燥させることによって決定されましたoC.
総可溶性固形分(次のように表されます ◦Brix) は、301 で校正された屈折計 (A.KRUSS Optronic Digital Handheld Refractometer Dr95-20) で測定されました。oC 蒸留水で。
滴定酸度(TA)の測定
トマトピューレからの 2 ± 0.01 g のサンプルを秤量して目盛付きチューブに入れ、20 mL になるまで蒸留水を加えました。 目盛付きチューブを密閉し、室温で 60 分間振とうした後、10 rpm で 5,000 分間遠心分離しました。 5 mL のアリコートを、フェノールフタレインの存在下で 0.1 M NaOH で滴定しました。
TA = VNaOH × Vt/Vs × m (5)
ここでVNaoH-使用された 0.1 M NaOH の量、Vt - 総量 (20 mL)、および Vs - サンプリングされた量 (5 mL)。
結果は、新鮮なトマト重量 100 g あたりのクエン酸の mg として表されます。 1 mL の 0.1 M NaOH は 6.4 mg のクエン酸に相当します。
味覚指数(TI)の測定
TI は、式 6 を使用して計算されました。 (23).
TI = ◦Brix/(20 × TA)+ TA (6)
統計分析
記述統計量の正規性と均一性は、354 の観測値についてテストされました。 Shapiro-Wilk テストは、品種と照明処理の各組み合わせ内での正常性の評価に使用されました。 分散の均一性を推定するために、Levene の検定が行われました。 Kruskal-Wallis 検定を使用して、照明条件の違いを調べました。 統計的に有意な差が特定された場合、ボンフェローニ補正を使用したウィルコクソン事後検定をペアワイズ比較に使用しました。 テキスト、表、グラフで使用されている有意水準は次のとおりです。 a = 特に明記しない限り、5%。
結果
トマトの果実の大きさと果実の生化学的パラメーターは遺伝的に決定されるパラメーターですが、栽培条件はこれらの機能に大きな影響を与えます。 一番大きい実は「ダイアモント」(88.3±22.9g)、一番小さい実は「ストラベナ」(13.0±3.8g)というミニトマトの品種です。 品種内の果実の大きさも収穫時期によって異なります。 生産の開始時に最大の果実が収穫され、植物が成長するにつれてトマトのサイズが小さくなりました. ただし、XNUMX 月末の自然光の割合の増加に伴い、トマトのサイズがわずかに大きくなったことに注意してください。
HPSL を追加照明として使用した場合、16.0 年すべてで最高のトマト収穫量が得られました。 HPSL と比較して、LED では 17.7%、IND では 25% の歩留まり低下が見られました。 さまざまな種類のトマトが、補助照明に対して異なる反応を示しました。 収量の増加は、統計的に有意ではありませんが、LED の下で品種「Strabena」、「Chocomate」、および「Diamont」で観察されました。 栽培品種「Bolzano」の場合、LED も IND 追加照明も適切ではなく、総収量の 31 ~ XNUMX% の減少が観察されました。
平均して、大きなトマト果実は乾物と可溶性固形物が少なく、美味しくなく、カロテノイドとフェノールが少ない. 果実の大きさの影響を最も受けにくいのは酸度です。 乾物および可溶性固形分と TI (rn=195 > 0.9)。 乾物または可溶性固形分とカロテノイド (リコピンおよびカロテン) との間の相関係数と、フェノール含有量の範囲は 0.7 ~ 0.8 です。 (図3).
実験は、使用された光の間で調査されたパラメーターの違いが大きい場合があるが、生育期全体で使用された光源の影響下で大きく変化するようなパラメーターはほとんどないことを示しています。成長期 (テーブル1). HPSL で栽培されたすべての品種のトマトは、乾物が多いと言えます。 (テーブル1&図5).
生体重、乾物、および可溶性固形物
果実の重さと大きさは、植物の生育条件に大きく左右されます。 品種間で違いはありましたが、誘導灯の下で成長したトマトの平均果実は、HPSL または LED の下よりも 12% 小さくなりました。 品種によって、補助 LED ライトに対する反応が異なるようです。 「Chocomate」と「Diamont」によって LED の下でより大きな果実が形成されますが、「Bolzano」の新鮮な重量は、HPSL の下のトマトの重量の平均でわずか 72% です。 LED および IND 補助照明で栽培された「アンコール」と「ストラベナ」の果実は、HPSL で栽培されたトマトよりも重量がほぼ同じで、それぞれ 10% と 7% 小さい (図4).
乾物含有量は、果実の品質の指標の 46 つです。 水溶性固形分と相関し、トマトの味に影響を与えます。 私たちの実験では、トマトの乾物含有量は113からXNUMX mg gの間で変化しました–1. 最高の乾物含有量 (平均 95 mg g–1) がサクランボ品種「ストラベナ」で発見されました。 他のトマト品種の中で、乾物含有量が最も高い (平均 66 mg g–1)が「チョコメイト」で見つかりました (図5).
実験中、トマトのクエン酸 (CA) に相当する有機酸含有量は、平均 365 ~ 640 mg 100 g でした。–1 . 有機酸の含有量が最も高いのはチェリー トマト品種「Strabena」で、平均 596 ± 201 mg CA 100 g でした。–1, しかし、有機酸含有量が最も低いのは黄色い果実の栽培品種「ボルツァーノ」で、平均545 ± 145 mg CA 100 gでした.–1. 有機酸含有量は、品種間だけでなく、サンプリング時間によっても大きく異なります。 ただし、平均して、IND ランプ (HPSL および LED を 10.2% 上回る) で栽培されたトマトでは、より高い有機酸含有量が見つかりました。
平均して、乾物含有量が最も高いのは HPSL で栽培された果実でした。 IND ランプの下では、トマト果実の乾物含有量は 4.7-16.1% 減少し、LED の 9.9-18.2% を下回ります。 実験に使用された品種は、光に対する感受性が異なります。 異なる光条件下での乾物量の最小の減少は品種「Strabena」で観察され(それぞれ IND で 5.8%、LED で 11.1%)、異なる光条件下での乾物量の最大の減少は品種「Diamont」で観察されました(16.1% と 18.2%)。それぞれ.XNUMX%)。
平均して、可溶性固形分は 3.8 から 10.2 の間で変動しました。 ◦ブリックス。 同様に、乾物については、チェリー トマト品種「Strabena」で最高の可溶性固形分が検出されました (平均 8.1 ± 1.0 ◦ブリックス)。 トマトの栽培品種「ディアモント」は、甘さが最も少なかった(平均4.9±0.4)。 ◦ブリックス)。
追加の照明は、トマト品種「ボルツァーノ」、「ディアモント」、および「アンコール」の可溶性固形分に大きな影響を与えました。 LED ライトの下では、これらの品種の可溶性固形分は、HPSL と比較して大幅に減少しました。 INDランプの影響は少なかった。 この照明条件下で栽培された栽培品種「ボルツァーノ」と「ストラベナ」のトマトは、HPSL で栽培されたものよりも平均して 4.7% と 4.3% 多い糖分を持っていました。 残念ながら、この増加は統計的に有意ではありません (図6).
トマト TI は 0.97 から 1.38 まで変化します。 最もおいしいのは栽培品種「ストラベナ」のトマトで、平均 TI は 1.32 ± 0.1 で、最も美味しくないのは栽培品種「ディアモント」のトマトで、平均 TI はわずか 1.01 ± 0.06 でした。 高 TI は、トマト品種「ボルツァーノ」の平均 TI (1.12 ± 0.06)、続いて「チョコメイト」の平均 TI (1.08 ± 0.06) です。
平均して、TI は光源の影響を大きく受けませんが、品種「Strabena」は IND ランプの下で果物を照らします。
表 1 | P- トマト果実の品質に対するさまざまな補助照明の影響の値 (Kruskal-Wallis 検定) (n = 118)。
|
「ボルツァーノ」 |
「チョコメイト」 |
"アンコール" |
「ダイヤモンド」 |
「ストラベナ |
果実の重さ |
0.013 * |
0.008 ** |
0.110 |
0.400 |
0.560 |
乾物 |
0.022 * |
0.013 * |
0.011 * |
0.001 ** |
0.015 * |
可溶性固形物 |
0.027 * |
0.030 |
0.030 * |
0.001 ** |
0.270 |
酸度 |
0.078 |
0.022 |
0.160 |
0.001 ** |
0.230 |
味覚指数 |
0.370 |
0.140 |
0.600 |
0.001 ** |
0.023 * |
リコピン |
0.052 |
0.290 |
0.860 |
0.160 |
0.920 |
v-カロテン |
<0.001 *** |
0.007 ** |
0.940 |
0.110 |
0.700 |
フェノール類 |
0.097 |
0.750 |
0.450 |
0.800 |
0.420 |
フラボノイド類 |
0.430 |
0.035 * |
0.720 |
0.440 |
0.170 |
有意水準」* **「0.001」**」 0.01、および「*"0.05。 |
|
HPSL と比較して TI が 7.4% (LED は 4.2%) 増加し、cv「Diamont」は前述の両方の照明条件下でそれぞれ 5.3% と 8.4% 減少することが検出されました。
カロテノイド含有量
トマトのリコピン濃度は、0.07 (品種「ボルツァーノ」) から 7 mg 100 g まで変化しました–1 FM(「ストラベナ」)。 「ダイヤモント」に比べリコピン含有量がやや多い(4.40±1.35mg 100g–1 FM) および「アンコール」 (4.23 ± 1.33 mg 100 g–1 FM) は、「チョコメイト」の赤褐色の果実から検出されました (4.74 ± 1.48 mg 100 g–1 FM)。
平均して、IND ランプの下で栽培された植物の果実には、HPSL と比較して 17.9% 多くのリコピンが含まれています。 LED 照明もリコピン合成を促進しましたが、平均 6.5% という程度ではありませんでした。 光源の影響は品種によって異なります。 リコピンの生合成に最も大きな違いが見られたのは「チョコメイト」です。 HPSL と比較した IND でのリコピン含有量の増加は 27.2% で、LED では 13.5% 未満でした。 「Strabena」は最も感度が低く、HPSL と比較して、それぞれ 3.2% と -1.6% の変化でした。 (図7). 比較的説得力のある結果にもかかわらず、データの数学的処理はその信頼性を確認していません (テーブル1).
実験中、 в-トマトのカロテン含有量は平均 4.69 ~ 9.0 mg 100 g–1 FM。 最高 в・ミニトマト品種「ストラベナ」のカロテン含有量は平均8.88±1.58mg 100g–1 FM、しかし最低 в-カロテン含有量は、黄色の果実品種「ボルツァーノ」に含まれており、平均 5.45 ± 1.45 mg 100 g–1 FM
カロテン含有量の有意差は、異なる補助光の下で栽培された品種間で見られました. LED下で栽培されたCv「ボルツァーノ」は、カロテン含有量の大幅な減少を示しています(HPSLと比較して18.5%)が、「チョコレート」はトマト果実のHPSLのすぐ下で最も低いカロチン含有量を示しています(5.32±1.08 mg 100 g FM–1)、LED では 34.3%、IND ランプでは 46.4% 増加しました。 (図8).
総フェノールとフラボノイドの含有量
トマト果実のフェノール含有量は、平均で 27.64 ~ 56.26 mg GAE 100 g です。–1 FM (テーブル2). フェノール含有量が最も高いのは品種「ストラベナ」で、フェノール含有量が最も低いのは品種「ダイアモント」です。 トマトのフェノール含有量は果実の成熟期によって異なるため、サンプリング時期によって大きな変動があります。 これは、異なるランプの下で栽培されたトマトの違いが重要ではないという事実につながります.
補助光バリアント間の有意差は品種「Chocomate」の場合にのみ現れますが、ランプの下で栽培された果物の平均フラボノイド含有量は 33.3% ですが、LED の下では 13.3% 高くなります。 IND ランプでは品種間で大きな差が見られますが、LED では 10.3 ~ 15.6% の範囲でばらつきがあります。
実験によると、トマトの品種が異なれば、使用する補助照明に対する反応も異なることが示されています。
LEDまたはINDランプの下でcv「ボルツァーノ」を育てることはお勧めできません。この照明では、パラメーターがHPSLで得られるパラメーターと類似しているか、大幅に低いためです。 LEDランプ下では、果実XNUMX個の重さ、乾物、水溶性固形分、カロテンが大幅に減少 ( 図9 ).
表 2 | 総フェノール類の含有量 [mg 没食子酸当量 (GAE) 100 g-1 FM]とフラボノイド[mgクエン酸(CA) 100g-1 FM] 異なる補助光の下で栽培されたトマトの果実。
|
「ボルツァーノ」 |
「チョコメイト」 |
"アンコール" |
「ダイヤモンド」 |
「ストラベナ」 |
フェノール類 |
|||||
HPSL |
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 |
LED製品 |
36.16 ± 6.41 |
31.70 ± 6.80 |
30.44 ± 3.01 |
30.98 ± 6.52 |
52.57 ± 10.41 |
フラボノイド類 |
|||||
HPSL |
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 |
LED製品 |
4.96 ± 1.08 |
4.37 ± 1.18ab |
3.02 ± 1.04 |
2.88 ± 1.08 |
5.91 ± 1.20 |
大幅に異なる手段には、異なる文字が付けられています。 |
「ボルツァーノ」とは異なり、LED照明下の「チョコメイト」は実XNUMX個あたりの重量が増し、カロチン量もアップ。 乾物および可溶性固形分を除外した他のパラメータも、HPSLで得られた果実よりも高くなっています。 この品種の場合、誘導灯も良い結果を示しています (図9).
品種「ダイアモント」の場合、味の特性を決定する指標は LED ライトの下で大幅に減少しますが、色素とフラボノイドの含有量は増加します (図9).
栽培品種「アンコール」と「ストラベナ」は、補助的な光治療に最も反応しません。 「アンコール」の場合、LED 光スペクトルの影響を大きく受ける唯一のパラメータは、可溶性固形分です。 「Strabena」は、光のスペクトル組成の変化にも比較的耐性があります。 これは、実験に含まれた唯一のチェリー トマト品種であったため、品種の遺伝的特徴による可能性があります。 それは、研究されたすべてのパラメータが有意に高いという特徴がありました。 したがって、光の影響下で研究されたパラメータの変化を検出することはできませんでした (図9).
考察
トマト果実の平均重量は、品種の意図した重量と相関しています。 しかし、それは達成されていません。 これは照明の質ではなく、栽培方法によるものである可能性があります。ピート基質に使用できる水が少なくて済むため、果実の重量が減る可能性がありますが、活性物質の濃度が高くなり、味の飽和度が向上する可能性があります。 (24). 光源の結果としての「アンコール F1」の平均果実重量の最小の変動は、この品種が照明の質に耐性があることを示している可能性があります。 これは、主題のレビューに対応しています (25). トマトの収量と品質は、使用する補助光の強さだけでなく、その品質にも影響されます。 結果は、IND ランプの下で生成される収量が少ないことを示しています。 しかし、誘導灯の主な特徴はより広い緑色波帯であるという事実にもかかわらず、誘導灯の強度が小さいために、より少ない結果が示された可能性があります。 このデータは、赤色光の量の増加がトマトの生重量の増加に寄与するが、乾物含有量の増加には影響しないことを示しています。 赤い光がトマトの水分量の増加を刺激したようです。 対照的に、青色光の増加は、すべてのトマト品種の乾物含有量を減少させます。 最も影響を受けにくいのは、黄色のトマト品種「バルツァーノ」です。 いくつかの研究では、赤と青の光の組み合わせの下での光合成は、HPS 照明の下よりも高くなる傾向があるが、果実の収量は同等であることが示されました。 (12). オルレとバーシル (26) は、赤色 LED がトマトの収量を向上させることを発見し、これは、一般的に赤波を多く追加すると収量が増加すると述べている私たちの研究結果を強調しています。 同様の意見で、Zhang等。 (14) は、赤色 LED および HPSL と組み合わせて FR 光を追加しても、果実の総数が増加すると定義しています。 青と赤の LED ライトを追加すると、トマトの果実が早く熟します。 これは、「Chocomate F1」および「Diamont F1」栽培品種の LED での果実質量が大きい理由を示している可能性があります。 収量に関しては、我々のデータは、収量の増加においてより重要なのは赤色光の増加ではなく、青色光に対する赤色光の割合の増加であることを示しています.
お客様に愛されるトマトの特徴の XNUMX つは甘みであるため、この機能を高める方法を理解することが重要です。 それにもかかわらず、それは通常、さまざまな環境要因によって変化します (27). 光の質的組成もトマト果実の生化学的内容に影響を与えるという証拠があります。 完熟トマト果実の可溶性糖含有量は、より長い FR 光の持続時間によって減少しました (15). コングら。 (16) 結果は、青色光処理がより多くの可溶性固形物を有意にもたらすことを示しました。 植物の糖度は、緑、青、赤の光によって増加します (28). ほとんどの場合、青色光と赤色光の両方を別々に増加させると、可溶性固形分が減少したため、私たちの実験ではそれが確認されていません。 私たちの結果は、最高レベルの可溶性糖が、他のランプよりも最大の割合の赤色光をもたらすHPSLの下で発見され、ランプの近くの温度も上昇させることを示しました. Erdbergaらの研究が行われた以前の研究とのこの対応。 (29) 可溶性糖の含有量、有機酸が赤波線量の増加とともに増加することを示しました。 他の研究でも同様の結果が得られました。 HPS ランプで補助的に照明された植物では、LED ランプで照明された植物と比較して、より高い平均トマト果実重量が得られました (品種によって 8.7 ~ 12.2%)。 (30).
しかし、Dzakovichらの研究。 (31) は、補助的な光の質 (LED による HPSL) が物理化学的 (総可溶性固形分、滴定酸度、アスコルビン酸含有量、pH、総フェノール類、顕著なフラボノイドとカロテノイド) または温室栽培トマトの感覚特性に大きな影響を与えないことを証明しました。 これは、果物の可溶性糖の量が、個々の要因だけでなく、それらの組み合わせによっても影響を受ける可能性があることを示しています. また、私たちの実験では、酸含有量に対する光の影響の間に規則性を見つけることはできませんでした。 特に今後の研究は、種と光の関係だけでなく、品種と光の関係にも焦点を当てる必要があります。 乾物含量は「チョコメイトF1」「ストラベナF1」の方が高かった。 これはクリナらに対応します。 (6)、平均して、赤茶色の系統はより多くの乾物を蓄積しました(6.46%)。 Duma等の研究。 (32) 果物の質量と TI を比較すると、小さいトマトでも大きいトマトでも高い TI が観察されることが示されました。 Rodicaらの実験。 (23) さくらんぼと茶色がかった赤い色のトマトには、より可溶性の固形物が含まれていることが示されました。 この研究では、果実の味を決定する有機化合物の量が品種の収量に依存することが強調されています。
補助的な赤と青の LED 照明にさらされると、リコピンが増加し、 в・カロテン含有量 (13、 29、 33、 34). ダネル等。 (12) 研究によると、トマトに含まれるリコピンとルテインの含有量は、LED 器具にさらされた場合に 18% と 142% 高いことが示されています。 でも、 в-カロテン含有量は、光治療間で差がありませんでした. Ntagkas等。 (35) の生成物であるゼアキサンチンが示されました。 в-カロチン変換、青と白の光の下でトマト果実の増加. この研究では、これらの記述の一部は、LED 処理で有意に多量のリコピンが検出された「Bolzano F1」の場合にのみ当てはまりますが、 в-カロチンはこの治療に否定的な反応を示しました. これは、「ボルツァーノ F1」がこの研究ではオレンジ色の実を結ぶ品種のみであるため、遺伝的特徴によるものである可能性があります。 他の研究では、赤い果実と茶色の品種で、最高量のリコピンと в-カロチンは誘導灯の下で検出されましたが、これは前年の傾向を確認していません (29). 私たちの実験は、すべての赤い果実のトマト品種のリコピン含有量が青色光の増加とともに増加することを示しました. 対照的に、異なる品種におけるカロテン含有量の変化は、実験で使用されたすべてのトマト品種に共通する規則性を確立することができません。 この不一致は、対象の将来の追加実験の必要性を示しています。 品種の特徴による光に対する同じパターンの反応が、フェノールとフラボノイドの量で観察されました。 赤い実をつけた品種と茶色の実をつけた品種はすべて IND ランプでより良い結果を示しましたが、「Bolzano F1」は HPSL と LED ランプでより高い結果を示し、有意差はありませんでした。 この研究は、Kong の発見と一致しています。青色光処理は、個々のフェノール化合物 (クロロゲン酸、カフェ酸、およびルチン) の濃度を大幅に高めました。 (16). 連続赤色光はリコピンを大幅に増加させ、 в-カロテン、総フェノール含有量、総フラボノイド濃度、およびトマトの抗酸化活性 (36). 私たちの以前の研究では、フラボノイドは変動して変化しました。 したがって、光の波長の影響は重要ではありません。
フェノールの量は、LED ランプによって提供される青色光の割合の増加とともに増加しました (29)、これは私たちの研究とも一致します。 他の研究者の研究では、UV または LED 光への曝露は、フェノール化合物とカロテノイドの生合成に関与する一連の遺伝子の発現を調節することが知られているにもかかわらず、UV または LED 光への曝露は総フェノール化合物に影響を与えなかったと述べられています。 (36). 果実の重量と同様に、「アンコール F1」では、光処理による化合物に有意な差はありません。 これにより、栽培品種「アンコール F1」は光合成に耐性があると断言できます。 私たちの実験は、二次代謝産物の合成が、照明システム全体における青色光の定量的量と青色光の割合の増加の両方によって強化されるという文献データを確認しています。
得られた結果は、品種の特徴的な味の原因となる酸可溶性糖とその比率を含む化学成分が、品種の遺伝学に主に依存することを示しています。 トマトの美味しさは、種固有の色素と生理活性物質の組み合わせだけでなく、その量によっても特徴付けられます。 特に、酸と糖の比率と量は、飽和した高品質の味を特徴付けます。 この研究では、可溶性糖と滴定可能な酸の間の正の相関は約 0.4 であり、0.39 つの指標の間の正の相関が XNUMX であることが判明した Hernandez Suarez の研究と相関しています。 (37). Dzakovich等の研究において。 (31)、トマトは、総可溶性固形物、滴定可能な酸度、アスコルビン酸含有量、pH、総フェノール、および顕著なフラボノイドとカロテノイドについてプロファイルされました。 彼らの研究は、温室トマトの果実の品質は、補助的な光処理によってわずかに影響を受けるだけであることを示しました. さらに、消費者の官能パネルデータは、異なる照明処理下で栽培されたトマトが、テストされた照明処理全体で同等であることを示しました. 研究は、温室生産システムに固有の動的な光環境が、果実の二次代謝の特定の側面に関する研究で使用された光の波長の影響を無効にする可能性があることを示唆しました (31). これは、得られた数値が明確で明確な傾向を示していないため、この研究と部分的に一致しており、照明の 1 つが他の照明よりもトマトにとって有用であると言えます。 ただし、品種によっては特定のランプが使用される場合があります。たとえば、「ボルツァーノ F1」には HPSL ランプが適し、「チョコメイト FXNUMX」には LED 照明が推奨されます。 これは、トマトの化学的性質に対する異なる地理的緯度の影響が研究された研究に対応しています。 バンダリら。 (38) 空に向かう太陽の位置の組み合わせと、結果として可視光線の波の組み合わせが、トマトの化学組成の変化に重要な役割を果たしていることを明らかにしました。 これらのプロセスの影響を受けない品種があります。 これらのすべての結論は、トマトの化学組成が主に遺伝子型に依存していることを強調しています。
結論
トマトの品種が異なれば、使用する補助照明に対する反応も異なります。 栽培品種「アンコール」と「ストラベナ」は補助光に最も反応しません。 「アンコール」の場合、LED 光スペクトルの影響を大きく受ける唯一のパラメータは、可溶性固形分です。 「Strabena」は、光のスペクトル組成の変化にも比較的耐性があります。 これは、実験に含まれた唯一のチェリー トマト品種であったため、品種の遺伝的特徴による可能性があります。 LEDまたはINDランプの下でオレンジ色の果物品種「ボルツァーノ」を栽培することはお勧めできません. LEDランプの下で、果実XNUMX個の重さ、乾物、水溶性固形分、 в・カロテンが大幅に減少。 XNUMX果の重さと量 в●赤褐色果実品種「チョコメイト」のLED照明下でカロテンが大幅に増加。 乾物および可溶性固形分を除外した他のパラメータも、HPSLで得られた果実よりも高くなっています。
実験は、HPSL がトマト果実の一次代謝産物の蓄積を刺激することを示しています。 すべての場合において、可溶性固形分は、他の光源と比較して 4.7 ~ 18.2% 高かった。
LED および IND ランプは約 20% の青紫光を放出するため、結果はスペクトルのこの部分が HPSL と比較して果実中のフェノール化合物の蓄積を 1.6 ~ 47.4% 刺激することを示唆しています。 二次代謝産物としてのカロテノイドの含有量は、品種と光源の両方に依存します。 赤い果実の品種はより多く合成される傾向があります в-補助 LED および IND ライトの下でのカロテン。
スペクトルの青い部分は、作物の品質を確保する上でより大きな役割を果たします。 全スペクトルにおけるその割合の増加または定量化は、二次代謝産物 (リコペン、フェノール、およびフラボノイド) の合成を促進し、乾物および可溶性固形分の減少につながります。
トマトと光の関係における遺伝子型の多様性の大きな影響を考えると、生物学的に活性な化合物の含有量を増やすために、栽培品種とさまざまな補助光スペクトルの組み合わせに焦点を当てたさらなる研究が続けられるべきです.
データ利用可能性に関する声明
この記事の結論を裏付ける生データは、過度の予約なしに著者によって提供されます。
著者の貢献
IE は、トマトの栽培とサンプリング、実験室での作業、化合物の定量化を担当し、原稿の執筆にも貢献しました。 IA はこのアイデアを持ち出し、研究の構想と設計に貢献し、トマトのサンプリング、実験室での作業、化合物の定量化を担当し、原稿の執筆にも貢献しました。 MDは、研究の構想と設計、分析方法の最適化、実験室でのサンプルの分析、および推奨事項と提案に貢献しました。 RA は、統計分析、データの解釈に貢献し、原稿に関する推奨事項と提案を行いました。 LD は研究の構想と設計に貢献し、トマトのサンプリング、実験室での作業、化合物の定量化を担当し、原稿に関する推奨事項と提案を行いました。 すべての著者が記事に貢献し、原稿の提出されたバージョンを承認しました。
資金調達
この研究は、ラトビア農村開発プログラム 2014-2020 協力によって資金提供されました。16.1 プロジェクト番号を呼び出します。 19-00-A01612-000010 ラトビアの温室部門 (IRIS) における効率と品質向上のための革新的なソリューションと新しい方法の開発の調査。
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