UV-B与蓝光协同调控提升番茄品质及抗氧化动态：可持续温室生产的新策略

本研究针对温室番茄生产中抗氧化物质积累与果实品质调控不足的问题，通过补充蓝光(B)和紫外光(UV-B)探究其对番茄产量、硬度及抗氧化物质（AsA、HCAs、TPC、AA）的影响。研究发现B+UV-B组合处理可协同提升果实硬度与酚酸含量，并通过指数增长模型首次揭示抗氧化动力学特征，为设施农业光环境优化提供新思路。

　　

光质调控：打开番茄营养强化的新开关
在现代设施农业中，光照不仅是植物生长的能量来源，更是调控次级代谢的关键环境因子。番茄作为全球消费量最大的果蔬之一，其营养价值和抗氧化特性备受关注。然而，传统温室生产往往忽视特定波段光质对果实品质的调控作用，特别是紫外光UV-B（280-315 nm）和蓝光（400-500 nm）对番茄抗氧化物质积累的影响机制尚未明确。更关键的是，不同光质组合能否在提升营养品质的同时保持产量，这一平衡问题长期困扰着研究者。

针对这一科学难题，美国德克萨斯农工大学的研究团队在《Journal of Agriculture and Food Research》发表了一项创新研究。他们以商业品种Plum Regal（PR）和Texas A&M培育品种TAM-Hot-Ty（THT）为材料，设置四种光处理：单独蓝光（444 nm，238 μmol·m^-2
·s^-1
）、单独UV-B（309 nm，5 μmol·m^-2
·s^-1
）、蓝光+UV-B组合及无补光对照，系统评估了光质对番茄产量参数、果实硬度及抗氧化物质动态的影响。

研究采用多维度技术方法：通过UHPLC定量分析羟基肉桂酸（HCAs）组分；HPLC-PDA检测抗坏血酸（AsA）和脱氢抗坏血酸（DHA）；ABTS法测定抗氧化活性（AA）并建立动力学模型；力学测定仪量化果实硬度。统计采用双因素方差分析（ANOVA）和Pearson相关性分析。

产量与硬度的光响应特征
蓝光单独处理使PR和THT产量分别提升43%和51%，而UV-B仅显著增加THT坐果数。值得注意的是，B+UV-B组合在保持产量的同时，使两个品种果实硬度提升19-20%，揭示蓝光通过促进钙吸收增强细胞壁交联，UV-B则通过诱导酚类物质强化细胞壁的协同机制。

抗氧化动力学的数学建模
首次采用指数增长模型（AA_t
= AA₀

• AA_n
  (1-e^-a·t
  )）解析抗氧化动力学，发现B+UV-B处理斜率最高（0.103 μgTE·g^-1
  ·min^-1
  ），表明其能快速激活抗氧化系统。THT品种在蓝光下达到最大AA值（800.4 μgTE·g^-1
  FW），而PR在UV-B下峰值最高（766.9 μgTE·g^-1
  FW），显示品种特异性响应。

抗坏血酸代谢的重编程
UV-B使THT的AsA含量提升44%，DHA增加29%，表明UV-B通过上调L-半乳糖途径关键酶（GGP、GLDH）和D-半乳糖醛酸途径的GalUR酶活性。而PR中蓝光更显著提升AsA（47%），揭示不同品种采用差异化的抗氧化策略。

酚类物质的波段特异性积累
B+UV-B组合使p-香豆酸、绿原酸和芥子酸在THT中分别增加2.8倍、1.6倍和1.4倍。结构-活性关系分析显示，含甲氧基的芥子酸（sinapic acid）抗氧化效能优于咖啡酸（caffeic acid），印证了电子供体基团对自由基清除能力的增强作用。

光信号与代谢的关联网络
相关性分析揭示产量与TPC呈负相关（r=-0.7），印证了"生长-防御"权衡理论。而硬度与总HCA含量显著正相关（r=0.8），证实酚类物质通过交联木质素强化细胞壁的生理机制。

这项研究开创性地将数学建模应用于植物抗氧化动力学研究，证实蓝光与UV-B的协同作用能突破单一光质的局限性。在实践层面，该成果为设施番茄生产提供了精准的光配方：鲜食番茄可采用B+UV-B组合获得高硬度、高抗氧化产品；加工番茄则可优选蓝光处理以平衡产量与营养品质。从科学价值看，研究揭示了光质通过CRYs/UVR8-HY5信号模块调控苯丙烷和抗坏血酸代谢的分子机制，为作物光生物学研究提供了新范式。未来研究可进一步解析不同光质组合对番茄采后品质保持的影响，以及这些富含抗氧化物质的水果对人类健康的实际效益。

（注：所有数据与结论均源自原文，研究由Samikshya Bhattarai等完成，Bhimanagouda S. Patil为通讯作者，受USDA-NIFA-2024-51181-43464等项目资助）