《Frontiers in Sustainable Food Systems》：Advancing sustainable greenhouse production through organic and integrated systems: effects on the bioactive profile and functional quality of diverse tomato hybrids
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可持续与气候智慧型农业是为应对气候变化日益显著的影响、自然资源的集约利用以及传统农业生产所带来的环境污染而出台的举措。研究人员在塞尔维亚泽蒙波列（Zemun Polje）开展了一项为期两年的试验，采用双因素设计，设置四次重复。该研究评估了有机与整合保护地生产系
可持续与气候智慧型农业是为应对气候变化日益显著的影响、自然资源的集约利用以及传统农业生产所带来的环境污染而出台的举措。研究人员在塞尔维亚泽蒙波列（Zemun Polje）开展了一项为期两年的试验，采用双因素设计，设置四次重复。该研究评估了有机与整合保护地生产系统对八个番茄杂交种果实品质的影响，这些杂交种代表四种类型——樱桃型（Cherry）、迷你/中长型（Mini/Midi Plum）、串收型（Cluster）和牛排型（Beef）。分析参数包括总多酚含量、单一多酚化合物、抗氧化能力、总抗氧化活性、糖类及挥发性芳香化合物。结果显示两种生产系统之间存在差异。在有机生产系统中，总多酚含量较整合生产系统高12.2%；总糖含量高4.0%；总抗氧化活性高15.2%。共鉴定出74种多酚类化合物和173种挥发性芳香化合物。总多酚含量和抗氧化活性受生产系统和杂交种的显著影响，且两因素间存在极显著的交互作用（p < 0.01）。糖组成方面观察到显著差异，尤其是海藻糖和蜜二糖，其在有机生产果实中的浓度较高（分别为0.049对比0.016和0.613对比0.510 g 100 g?1）。海藻糖和蜜二糖显示出作为有机生产番茄潜在指标的可行性。总体而言，研究结果表明生产系统影响番茄果实的生化和营养品质。有机生产可成为保护地番茄栽培的适宜选项，因为它有助于提高特定生物活性化合物的含量，并产出安全、优质的果实。
### 研究背景与问题
随着全球气候变化加剧、自然资源集约利用以及传统农业生产带来的环境污染问题日益突出，如何在保障粮食安全与高品质食品供给的同时减少化学投入品对环境与食品安全的负面影响，已成为现代农业面临的核心挑战。有机农业与整合农业作为两种可持续生产模式，均以降低密集型农业对食品安全和环境的不利影响为目标，但二者在植物保护产品与肥料来源上存在显著差异。然而，以往对可持续生产系统的评价多集中于产量层面，对其如何影响作物营养品质、风味成分及功能特性的系统研究仍显不足。
番茄（*Solanum lycopersicum* L.）是全球最重要的园艺作物之一，也是鲜食和加工领域不可或缺的原料。其果实富含维生素、矿物质、有机酸、糖类以及多酚、类胡萝卜素等生物活性成分，赋予果实较高的营养与保健价值。番茄的品质受栽培方式、品种遗传特性、光照、水分、施肥及采收时期等多因素共同调控。在保护地栽培条件下，可控的环境因子为可持续农艺措施的精准实施提供了有利条件，而有机与整合生产系统对番茄果实生化组成的影响，特别是对不同番茄类型和杂交种之间的差异化响应，仍缺乏系统性研究。
### 研究目的与意义
本研究旨在比较有机与整合两种温室生产系统对八个番茄杂交种果实品质的影响，重点考察总多酚含量、多酚谱、抗氧化活性、总糖含量及挥发性芳香化合物等指标。研究同时评估杂交种基因型与生产系统之间的交互效应，以揭示品种特性与栽培模式对果实营养品质和感官潜力的共同塑造作用，为可持续温室番茄生产提供科学依据。
### 研究开展情况与主要结论
研究人员在塞尔维亚泽蒙波列的“Zeleni hit”公司保护地设施内开展了为期两个生长季的田间试验。试验采用双因素随机区组设计，设四次重复，共64个小区。因素A为生产系统（有机与整合），因素B为八个番茄杂交种，分别代表樱桃型（Tomagino、Sakura）、迷你/中长型（Vespolino、Ardiles）、串收型（Avalantino、Dirk）和牛排型（Velocity、Rally）四种果实类型。有机生产使用经认证的商品有机肥和有机覆盖物，整合生产采用化学肥料的滴灌施肥和银色聚乙烯地膜；二者均配备精准灌溉与病虫害生物防治体系。
研究结果表明，有机生产系统显著提升了番茄果实的总多酚含量（较整合系统高12.2%）、总糖含量（高4.0%）与总抗氧化活性（高15.2%）。在有机果实中，海藻糖和蜜二糖含量显著高于整合生产果实，表明其可作为有机番茄的潜在标志物。研究共鉴定出74种多酚类化合物和173种挥发性芳香化合物，多元统计分析显示生产系统与杂交种基因型共同影响果实的代谢组特征，且两因素交互效应在多酚与抗氧化指标上达到统计学显著水平（p < 0.01）。总体而言，有机生产在提升番茄果实的营养与功能品质方面表现出良好的适用性，同时兼顾环境友好目标。
### 研究采用的关键技术方法
研究在塞尔维亚泽蒙波列地区的“Zeleni hit”温室设施内开展，供试土壤为石灰性黑钙土。样品采集后经冷冻保存与干燥研磨处理。总多酚含量采用Folin–Ciocalteu比色法，分别以80%甲醇+1%盐酸和丙酮/水（7:3，v/v）两种溶剂体系提取，结果以没食子酸当量（GAE）表示；多酚谱采用超高效液相色谱-质谱联用（UHPLC–MS）鉴定；抗氧化活性采用DPPH•自由基清除法，以Trolox当量（TE）定量；糖谱采用高效阴离子交换色谱-脉冲安培检测（HPAEC/PAD）分析；挥发性芳香化合物采用固相微萃取（SPME）结合气相色谱-质谱联用（GC–MS）进行半定量表征。数据统计分析运用t检验、方差分析、Tukey HSD多重比较、Mann–Whitney U检验、主成分分析及聚类分析。
### 研究结果
#### 多酚类化合物
总多酚含量在两种提取方式下均表现为有机生产系统显著高于整合系统，平均高出12.19%。方差分析显示，生产系统、杂交种及其一级交互作用均达到极显著水平（p < 0.01）。有机生产条件下，Tomagino杂交种总多酚含量最高（59.41 mg GAE g
?1 DW），Ardiles最低（28.57 mg GAE g
?1 DW）。共鉴定出74种多酚类化合物，归属为酚酸衍生物（22种）、类黄酮（20种）、甾体皂苷（16种）及其他类化合物（16种）。有机与整合系统的多酚谱在定性层面无显著差异，主成分分析显示样品分布主要受杂交种基因型驱动，生产系统的效应体现为变异强度而非化合物组成改变。
#### 抗氧化活性
有机生产系统的总抗氧化活性平均为141.7 mM TE kg
?1 DW，较整合系统（123.0 mM TE kg
?1 DW）高15.20%。两因素方差分析证实生产系统、杂交种及交互作用对抗氧化活性有显著影响。有机系统中Tomagino表现出最高的抗氧化活性（162.0 mM TE kg
?1 DW），而Avalantino在两个生产系统中均表现出最低的抗氧化潜力。抗氧化活性的升高与总多酚含量呈一致趋势，表明多酚类化合物是番茄果实抗氧化能力的重要贡献者。
#### 糖类谱
有机生产果实的平均总糖含量为5.71 g 100 g
?1，较整合系统（5.49 g 100 g
?1）高4.00%。在番茄类型层面，迷你/中长型在两个生产系统中均具有最高的平均总糖含量（有机6.21；整合5.88 g 100 g
?1）。海藻糖、阿拉伯糖、蜜二糖、龙胆二糖、棉子糖和麦芽糖在有机果实中的含量高于整合生产果实；而葡萄糖、蔗糖、果糖和潘糖在整合系统中含量更高。Mann–Whitney U检验结果显示，海藻糖和蜜二糖可视为区分有机与整合生产番茄的候选标志物。主成分分析显示，剔除高蔗糖含量的Sakura与Tomagino样本后，糖组分的分布可较为清晰地区分两种生产系统，但聚类分析表明糖谱变异同时受基因型和生产系统共同影响。
#### 挥发性芳香化合物
共鉴定出173种挥发性芳香化合物，其中6-甲基-5-庚烯-2-酮在全部杂交种中为最丰富的化合物，其相对丰度随杂交种和生产系统而变化。在整合生产系统中，该化合物在樱桃型、迷你/中长型、串收型和牛排型果实中的丰度分别比有机系统高2.82%、17.82%、4.54%和3.14%。水杨酸甲酯为第二丰富的化合物，多个杂交种（Sakura、Vespolino、Ardiles、Avalantino、Rally）在有机生产中具有更高相对丰度。RSA聚类分析显示，在Avalantino和Ardiles两个杂交种中，生产系统对挥发性化合物谱的分辨作用强于基因型影响，而在Rally、Velocity、Tomagino和Sakura中则相反。该结果提示，生产系统特异性地塑造不同番茄杂交种的挥发性代谢指纹，但这一差异不可直接等同于感官品质的优劣。
### 讨论总结
研究结果表明，有机生产系统能够显著提升番茄果实中多酚类物质和总糖含量，并增强总抗氧化活性，与前人报道的有机栽培提高类黄酮糖苷配基（槲皮素、山柰酚）水平的研究一致。多酚含量与抗氧化活性的正相关关系进一步支持多酚类化合物在番茄抗氧化体系中的核心地位。糖谱方面，不同灌溉、氮钾营养及生物刺激素处理均被证实可影响番茄糖积累，而本研究中海藻糖与蜜二糖在有机果实中的显著富集为生产系统溯源提供了新的生化指标。挥发性芳香化合物谱则同时受基因型和栽培模式调控，但其差异不应被解读为感官品质的直接改善。整体而言，有机与整合生产系统均可服务于可持续农业目标，有机系统在功能性营养成分积累方面更具优势，且有利于环境保护与智慧农业技术在保护地生产中的应用。
### 研究结论
所得结果表明，可持续生产系统与番茄类型（即杂交种）对供试参数具有积极影响，这些参数与高营养和功能价值果实的生产直接相关。尽管两种生产系统对可持续性均具有重要意义，但有机生产系统对供试果实性状表现出更优的效应。此外，该生产类型间接有利于环境保护，便于实施智慧农业并控制温室内的生产活动。未来研究应着眼于经济盈利性评估及对环境的直接影响。
