Ina Alsina 1, Ieva Erdberga 1*, Mara Duma 2, Reinis Alksnis3 e Laila Dubova 1
1 Facoltà di Agraria, Istituto di Scienze del Suolo e delle Piante, Lettonia Università di Scienze e Tecnologie della Vita, Jelgava, Lettonia,
2 Dipartimento di Chimica, Facoltà di Tecnologie Alimentari, Lettonia Università di Scienze e Tecnologie della Vita, Jelgava, Lettonia,
3 Dipartimento di Matematica, Facoltà di Tecnologie dell'Informazione, Lettonia Università di Scienze e Tecnologie della Vita, Jelgava, Lettonia
INTRODUZIONE
Man mano che cresce la comprensione dell'importanza della dieta nel garantire la qualità e la sostenibilità della vita umana, aumenta la pressione sul settore agricolo come elemento fondamentale per garantire la qualità degli alimenti. I pomodori, come il secondo ortaggio più coltivato [secondo le statistiche dell'Organizzazione per l'alimentazione e l'agricoltura (FAO) per il 2019], sono una parte importante della cucina di quasi tutte le nazioni.
Il limitato apporto calorico, il contenuto di fibre relativamente elevato e la presenza di elementi minerali, vitamine e fenoli, come i flavonoidi, fanno del frutto del pomodoro un ottimo “alimento funzionale” dotato di numerosi benefici fisiologici e di requisiti nutrizionali di base (1). Le sostanze biochimicamente attive presenti nel pomodoro, principalmente per la loro elevata capacità antiossidante, sono riconosciute non solo per il miglioramento generale della salute, ma anche come opzione terapeutica contro diverse malattie, come diabete, malattie cardiache e tossicità (2-4). Il frutto maturo del pomodoro contiene in media il 3.0-8.88% di sostanza secca, che consiste in 25% di fruttosio, 22% di glucosio, 1% di saccarosio, 9% di acido citrico, 4% di acido malico, 8% di elementi minerali, 8% di proteine, 7% di pectina , 6% cellulosa, 4% emicellulosa, 2% lipidi e il restante 4% sono aminoacidi, vitamine, composti fenolici e pigmenti (5, 6). La composizione di questi composti varia a seconda del genotipo, delle condizioni di crescita e dello stadio di sviluppo dei frutti. Le piante di pomodoro sono molto sensibili ai fattori ambientali, come le condizioni di luce, la temperatura e la quantità di acqua nel substrato, che portano a cambiamenti nel metabolismo delle piante, che, a loro volta, influenzano la qualità e la composizione chimica del frutto (7). Le condizioni ambientali influenzano sia la fisiologia del pomodoro che la sintesi dei metaboliti secondari. Le piante coltivate in condizioni di stress reagiscono aumentando le loro proprietà antiossidanti (8).
L'origine del pomodoro come specie è legata alla regione centroamericana (9) e tecniche, come la costruzione di serre per fornire la temperatura e la luce necessarie ai pomodori, sono spesso necessarie per fornire le condizioni agroclimatiche necessarie, soprattutto nella zona climatica temperata e durante la stagione invernale. In tali condizioni, la luce è spesso il fattore limitante per lo sviluppo del pomodoro. L'illuminazione supplementare durante la stagione invernale e all'inizio della primavera consente di produrre pomodori di alta qualità durante il periodo di basso irraggiamento solare
(10) . L'uso di lampade con diverse lunghezze d'onda non solo garantisce una resa di pomodoro sufficiente, ma modifica anche la composizione biochimica del frutto del pomodoro. Negli ultimi 60 anni, le lampade al sodio ad alta pressione (HPSL) sono state utilizzate nell'industria delle serre grazie alla loro lunga vita operativa e ai bassi costi di acquisto
(11) . Tuttavia, negli ultimi anni, i diodi a emissione di luce (LED) sono diventati sempre più popolari come alternativa a maggiore risparmio energetico (12). Il LED supplementare è stato utilizzato come fonte di luce efficiente per soddisfare la domanda di produzione di pomodori. Il contenuto di licopene e luteina nei pomodori era superiore del 18 e del 142% quando sono stati esposti all'illuminazione a LED supplementare. Tuttavia, в-il contenuto di carotene non differiva tra i trattamenti alla luce (12). LED blu e luce rossa aumentati di licopene e в-contenuto di carotene (13), con conseguente maturazione precoce del frutto del pomodoro (14). Il contenuto di zucchero solubile del frutto di pomodoro maturo è stato ridotto di durate più lunghe della luce rossa lontana (FR). (15). Analoghe conclusioni sono state tratte nello studio di Xie: la luce rossa induce l'accumulo di licopene, ma la luce FR inverte questo effetto (13). Ci sono meno informazioni sugli effetti della luce blu sullo sviluppo dei frutti di pomodoro, ma gli studi dimostrano che la luce blu ha un effetto minore sulla quantità di composti biochimici nei frutti di pomodoro, ma maggiormente sulla stabilità del processo. Ad esempio, Kong e altri hanno scoperto che la luce blu è meglio utilizzata per prolungare la durata di conservazione dei pomodori, poiché la luce blu aumenta significativamente la compattezza del frutto (16), il che significa essenzialmente che la luce blu rallenta il processo di maturazione, il che porta ad un aumento della quantità di zuccheri e pigmenti. L'uso delle coperture per serre come mezzo per regolare la composizione della luce dimostra un modello simile. L'uso di un rivestimento con una maggiore trasmissione della luce rossa e una minore blu aumenta il contenuto di licopene di circa il 25%. In combinazione con un fotoperiodo aumentato da 11 a 12 h, la quantità di licopene aumenta di circa il 70% (17). Negli studi non è sempre possibile distinguere con precisione l'effetto dei fattori sui cambiamenti nella composizione chimica del frutto del pomodoro. Soprattutto, in condizioni di serra, la composizione del frutto può essere aumentata da temperature elevate o livelli d'acqua ridotti. Inoltre, questi fattori possono essere correlati al genotipo specifico alla varietà e allo stadio di sviluppo (1, 18). Il deficit idrico può favorire la qualità dei pomodori a causa dell'aumento dei livelli di solidi solubili totali (zuccheri, aminoacidi e acidi organici), che sono i principali composti accumulati nella frutta. Un aumento di solidi solubili migliora la qualità dei frutti perché ne influenza il sapore e il gusto (8).
Nonostante gli effetti riportati dello spettro luminoso sull'accumulo di metaboliti vegetali, è necessaria una più ampia conoscenza dei diversi effetti dello spettro per migliorare la qualità dei pomodori. Di conseguenza, lo scopo di questo studio è valutare l'effetto dell'illuminazione aggiuntiva utilizzata nella serra sull'accumulo di metaboliti primari e secondari in diverse varietà di pomodori. Le variazioni del contenuto spettrale del sistema di illuminazione possono alterare la composizione dei metaboliti primari e secondari nel pomodoro. Le conoscenze acquisite miglioreranno la comprensione dell'effetto della luce sul rapporto tra resa e sua qualità.
MATERIALI E METODI
Materiale vegetale e condizioni di crescita Gli esperimenti sono stati condotti in serra (policarbonato a celle da 4 mm) dell'Istituto di scienze del suolo e delle piante, Lettonia Università di scienze e tecnologie della vita 56°39'N 23°43'E durante le stagioni 2018/2019, 2019/2020 e 2020/2021 tardo autunno-inizio primavera.
Cultivar di pomodoro innestato commercialmente (Solanum lycopersicum L.) "Bolzano F1" (colore del frutto: arancione), "Chocomate F1" (colore del frutto: rosso-marrone) e cultivar di frutta rossa "Diamont F1", "Encore F1" e " Strabena F1”. Ogni pianta aveva due cespi principali e durante la crescita era a traliccio su un sistema a filo alto. Le piante ottenute, prima, sono state trapiantate in contenitori di plastica nera da 5 L con substrato di torba "Laflora" KKS-2, pHKCl 5.2-6.0 e dimensione della frazione 0-20 mm, miscela PG (NPK 15-1020) 1.2 kg m-3, Ca 1.78% e Mg 0.21%. Quando le piante hanno raggiunto l'antesi, sono state trapiantate in contenitori di plastica nera da 15 L con lo stesso substrato di torba "Laflora" KKS-2. Le piante sono state concimate una volta alla settimana con una soluzione all'1% di Kristalon Green (NPK 18-18-18) con Mg, S e microelementi durante la fase vegetativa di crescita delle piante e con Kristalon Red (NPK 12-12-36) con microelementi o 1 % Ca(N3)2 durante la fase riproduttiva, in proporzione 300 ml per L di substrato.
Il contenuto d'acqua nei contenitori di vegetazione è stato mantenuto al 50-80% della piena capacità di ritenzione idrica. Le temperature medie giorno/notte erano 20-22°C/17-18°C.
La temperatura massima durante il giorno (marzo) non ha superato i 32°C e la temperatura minima (novembre) durante la notte non lo era <12°C. La temperatura è stata misurata anche sotto le lampade a una distanza di 50, 100 e 150 cm dall'apparecchio. È stato rilevato che sotto l'HPSL a 50 cm dall'apparecchio di illuminazione, la temperatura era di 1.5°C più alto che sotto gli altri. Non sono state rilevate differenze di temperatura a livello del frutto.
Condizioni di illuminazione
I pomodori sono stati coltivati nelle stagioni autunno-primaverili utilizzando un'illuminazione aggiuntiva con un fotoperiodo di 16 h. Sono state utilizzate tre diverse sorgenti luminose: Led cob Helle top LED 280 (LED), lampada a induzione (IND) e HPSL Helle Magna (HPSL). All'altezza dell'apice, le piante hanno ricevuto 200 ± 30 ^mol m-2 s-1 sotto LED e HPSL e 170 ± 30 ^mol m-2 s-1 sotto lampade IND. La distribuzione della radiazione luminosa è mostrata inFigure 1,2. L'intensità della luce e la distribuzione spettrale sono state rilevate dal misuratore di luce spettrale portatile MSC15 (Gigahertz Optik GmbH, Turkenfeld, Germania, Regno Unito).
Le lampade utilizzate differivano nella loro distribuzione spettrale della luce. Il più simile alla luce solare nella parte rossa (625-700 nm) dello spettro era HPSL. La lampada IND in questa parte dello spettro emetteva il 23.5% di luce in meno, ma il LED era quasi 2 volte di più. La luce arancione (590-625 nm) è stata emessa principalmente da HPSL, la luce verde (500-565 nm) è stata emessa principalmente da IND, la luce blu (450-485 nm) è stata emessa principalmente da LED, ma la luce viola (380450 nm) è stata emesso principalmente dalla lampada IND. Quando si confronta l'intero spettro della luce visibile, la sorgente luminosa a LED dovrebbe essere considerata la più vicina alla luce solare e l'IND dovrebbe essere considerata la più inappropriata in termini di spettro.
Estrazione e Determinazione di Fitochimici
I frutti di pomodoro sono stati raccolti nella fase di piena maturazione. I frutti venivano raccolti una volta al mese a partire da metà novembre e terminava a marzo. Tutti i frutti sono stati contati e pesati. Almeno 5 frutti di ciascuna variante (per cv “Strabena” -8-10 frutti) sono stati campionati per l'analisi. I frutti di pomodoro sono stati macinati in una purea usando un frullatore a immersione. Per ogni parametro valutato, sono state analizzate tre repliche.
Determinazione del licopene e в-Carotene
Per determinare la concentrazione di licopene e в-carotene, un campione di 0.5 ± 0.001 g dalla passata di pomodoro è stato quindi pesato in una provetta e sono stati aggiunti 10 mL di tetraidrofurano (THF) (19). Le provette sono state sigillate e mantenute a temperatura ambiente per 15 minuti, agitando di tanto in tanto, e infine centrifugate per 10 minuti a 5,000 giri al minuto. L'assorbanza dei supernatanti ottenuti è stata determinata spettrofotometricamente misurando l'assorbanza a 663, 645, 505 e 453 nm e quindi il licopene e в-contenuto di carotene (mg 100 ml-1) sono stati calcolati secondo la seguente equazione.
Clic = -0.0458 x Àббз + 0.204 x Ab45 + 0.372 x A505– 0.0806 x A453 (1)
Cauto = 0.216 x A663 – 1.22 x A645 – 0.304 x A505+ 0.452 x A453 (2)
dove A663, A645, A505 e A453: assorbimento alla lunghezza d'onda corrispondente (20).
Il licopene e в-le concentrazioni di carotene sono espresse in mg gF-M1 .
Determinazione dei fenoli totali
Un campione di 1 ± 0.001 g della passata di pomodoro è stato pesato in una provetta graduata e sono stati aggiunti 10 ml di solvente (metanolo/acqua distillata/acido cloridrico 79:20:1). I tubi graduati sono stati sigillati e agitati per 60 minuti a 20°C al buio e poi centrifugato per 10 min a 5,000 rpm. La concentrazione di fenolo totale è stata determinata utilizzando il metodo spettrofotometrico Folin-Ciocalteu (21) con alcune modifiche: a 10 ml dell'estratto è stato aggiunto il reattivo Folin-Ciocalteu (diluito 0.5 volte in acqua distillata) e dopo 3 min si sono aggiunti 2 ml di carbonato di sodio (Na2CO3) (75 g-1). Il campione è stato miscelato e dopo 2 ore di incubazione a temperatura ambiente al buio, è stata misurata l'assorbanza a 760 nm. La concentrazione dei composti fenolici totali è stata calcolata utilizzando la curva di calibrazione e ottenuto l'equazione 3, ed espressa come acido gallico equivalente (GAE) per 100 g di massa di pomodoro fresco.
0.556 x (A760 + 0.09) x 100
Phe = 0.556 × (A760 + 0.09) × 100/m (3)
dove un760-assorbimento alla corrispondente lunghezza d'onda e m— massa del campione.
Determinazione dei flavonoidi
Un campione di 1 ± 0.001 g dalla passata di pomodoro è stato pesato in una provetta graduata e sono stati aggiunti 10 mL di etanolo. I tubi graduati sono stati sigillati e agitati per 60 minuti a 20oC al buio e poi centrifugato per 10 min a 5,000 rpm. Il metodo colorimetrico (22) è stato utilizzato per determinare i flavonoidi con lievi modifiche: 2 ml di acqua distillata e 0.15 ml di nitrito di sodio al 5% (NaNO2) la soluzione è stata aggiunta a 0.5 mL dell'estratto. Dopo 5 min, una soluzione al 0.15% di cloruro di alluminio (AlCl3) è stato aggiunto. La miscela è stata lasciata riposare per altri 5 minuti ed è stata aggiunta una soluzione di idrossido di sodio (NaOH) da 1 ml 1 M. Il campione è stato miscelato e dopo 15 minuti a temperatura ambiente è stata misurata l'assorbanza a 415 nm. La concentrazione totale di flavonoidi è stata calcolata utilizzando la curva di calibrazione e l'equazione 4 ed è stata espressa come quantità di equivalenti di catechina (CE) per 100 g di peso di pomodoro fresco.
Fla = 0.444 × A415 × 100/m (4)
dove un415-assorbimento alla lunghezza d'onda corrispondente e m— massa del campione.
Determinazione della sostanza secca e dei solidi solubili La sostanza secca è stata determinata asciugando i campioni nel termostato a 60oC.
Il contenuto totale di solidi solubili (espresso come ◦Brix) è stato misurato con un rifrattometro (A.KRUSS Optronic Digital Handheld Refractometer Dr301-95) calibrato a 20oC con acqua distillata.
Determinazione dell'acidità titolabile (TA)
Un campione di 2 ± 0.01 g dalla passata di pomodoro è stato pesato in una provetta graduata ed è stata aggiunta acqua distillata fino a 20 mL. I tubi graduati sono stati sigillati e agitati per 60 minuti a temperatura ambiente e quindi centrifugati per 10 minuti a 5,000 giri al minuto. Aliquote di 5 mL sono state titolate con NaOH 0.1 M in presenza di fenolftaleina.
TA = VNaOH × Vt/Vs × m (5)
dove VNaoH-volume di NaOH 0.1 M usato, Vt—volume totale (20 mL) e Vs—volume campionato (5 mL).
I risultati sono espressi in mg di acido citrico per 100 g di peso di pomodoro fresco. 1 mL 0.1 M NaOH corrisponde a 6.4 mg di acido citrico.
Determinazione dell'Indice di Gusto (TI)
Un TI è stato calcolato utilizzando l'equazione 6 (23).
TI = ◦Brix/(20 × TA)+ TA (6)
Analisi statistiche
La normalità e l'omogeneità della statistica descrittiva sono state testate per 354 osservazioni. Il test Shapiro-Wilk è stato utilizzato per la valutazione della normalità all'interno di ciascuna combinazione di varietà e trattamento di illuminazione. Per stimare l'omogeneità delle varianze, è stato condotto il test di Levene. Il test di Kruskal-Wallis è stato utilizzato per esaminare le differenze tra le condizioni di illuminazione. Quando sono state identificate differenze statisticamente significative, è stato utilizzato il test post-hoc di Wilcoxon con correzioni di Bonferroni per i confronti a coppie. Il livello di significatività utilizzato nel testo, nelle tabelle e nei grafici è a = 5%, salvo diversa indicazione.
RISULTATI
La dimensione del frutto del pomodoro ei parametri biochimici del frutto sono parametri determinati geneticamente, ma le condizioni di coltivazione hanno un impatto significativo su queste caratteristiche. I frutti più grandi vengono raccolti da "Diamont" (88.3 ± 22.9 g) e i frutti più piccoli da "Strabena" (13.0 ± 3.8 g), che sono una varietà di pomodorini. Anche la dimensione del frutto all'interno della varietà variava dal momento della raccolta. I frutti più grandi sono stati raccolti all'inizio della produzione e le dimensioni dei pomodori sono diminuite con la crescita delle piante. Tuttavia, va notato che con l'aumento della percentuale di luce naturale a fine marzo, le dimensioni dei pomodori sono leggermente aumentate.
In tutti e tre gli anni, la resa di pomodoro più alta è stata raccolta utilizzando HPSL come illuminazione aggiuntiva. La diminuzione del rendimento con i LED è stata del 16.0% e con IND del 17.7% rispetto a HPSL. Diverse varietà di pomodori hanno reagito in modo diverso all'illuminazione supplementare. Aumento della resa, anche se statisticamente insignificante, è stato osservato per i cv “Strabena”, “Chocomate” e “Diamont” a LED. Per il cv “Bolzano” non era adatta né l'illuminazione aggiuntiva a LED né IND, si è osservata una riduzione della resa totale del 25-31%.
In media, i frutti di pomodoro più grandi contengono meno sostanza secca e solidi solubili, non sono così gustosi e contengono meno carotenoidi e fenoli. Il fattore che meno risente della pezzatura del frutto è il contenuto di acidità. Si osserva un'elevata correlazione tra il contenuto di sostanza secca e solidi solubili e il TI (rn=195 > 0.9). Il coefficiente di correlazione tra il contenuto di sostanza secca o di solidi solubili e il carotenoide (licopene e carotene) e il contenuto di fenoli è compreso tra 0.7 e 0.8 (Figure 3 ).
Gli esperimenti hanno dimostrato che, sebbene le differenze nei parametri studiati tra le luci utilizzate siano talvolta grandi, ci sono pochi parametri di questo tipo che cambierebbero in modo significativo sotto l'influenza della sorgente luminosa utilizzata durante l'intera stagione di crescita e tenendo conto della varietà e di tre stagioni di crescita (Tabella 1). Si può affermare che i pomodori di tutte le varietà coltivate in HPSL hanno più sostanza secca (Tabella 1edFigure 5 ).
Peso fresco, sostanza secca e solidi solubili
Il peso e le dimensioni del frutto dipendono in modo significativo dalle condizioni di crescita della pianta. Sebbene vi fossero differenze tra le varietà, il frutto medio dei pomodori coltivati con lampade a induzione era del 12% inferiore rispetto a quelli con HPSL o LED. Diverse varietà sembrano reagire in modo diverso alla luce LED supplementare. I frutti più grandi si formano sotto i LED di "Chocomate" e "Diamont", ma il peso fresco di "Bolzano" è in media solo il 72% del peso del pomodoro in HPSL. I frutti di "Encore" e "Strabena" coltivati con illuminazione supplementare LED e IND hanno un peso simile e sono rispettivamente del 10 e 7% più piccoli rispetto ai pomodori coltivati con HPSL (Figure 4 ).
Il contenuto di sostanza secca è uno degli indicatori della qualità dei frutti. Si correla con il contenuto di solidi solubili e influenza il gusto dei pomodori. Nei nostri esperimenti, il contenuto di sostanza secca dei pomodori variava tra 46 e 113 mg g-1. Il più alto contenuto di sostanza secca (in media 95 mg g-1) è stata trovata per la varietà di ciliegie “Strabena”. Tra le altre cultivar di pomodori, il più alto contenuto di sostanza secca (in media 66 mg g-1) è stato trovato in “Chocomate” (Figure 5 ).
Durante l'esperimento, il contenuto di acido organico, espresso come equivalente di acido citrico (CA) nei pomodori, era in media da 365 a 640 mg 100 g-1 . Il contenuto di acido organico più elevato è stato riscontrato nel pomodoro ciliegino cv "Strabena", una media di 596 ± 201 mg CA 100 g-1, ma il contenuto di acido organico più basso è stato riscontrato nel frutto giallo cv “Bolzano”, una media di 545 ± 145 mg CA 100 g-1. Il contenuto di acido organico variava notevolmente non solo tra le varietà, ma anche tra i tempi di campionamento; tuttavia, in media, è stato riscontrato un contenuto di acido organico più elevato nei pomodori coltivati con lampade IND (superando HPSL e LED del 10.2%).
In media, il contenuto di sostanza secca più elevato è stato riscontrato nei frutti coltivati in HPSL. Sotto la lampada IND, il contenuto di sostanza secca dei frutti di pomodoro diminuisce del 4.7-16.1%, al di sotto del LED del 9.9-18.2%. Le varietà utilizzate negli esperimenti sono diversamente sensibili alla luce. La più piccola diminuzione della sostanza secca in diverse condizioni di luce è stata osservata per cv "Strabena" (5.8% per IND e 11.1% per LED, rispettivamente) e la più grande diminuzione della sostanza secca in diverse condizioni di luce è stata osservata per cv "Diamont" (16.1% e 18.2 XNUMX% rispettivamente).
In media, il contenuto di solidi solubili variava tra 3.8 e 10.2 ◦Brix. Analogamente, per la sostanza secca, il più alto contenuto di solidi solubili è stato rilevato nella cultivar di pomodorini “Strabena” (in media 8.1 ± 1.0 ◦Brix). Il pomodoro cv “Diamont” era il meno dolce (in media 4.9 ± 0.4 ◦Brix).
L'illuminazione supplementare ha influenzato in modo significativo il contenuto di solidi solubili delle cultivar di pomodoro "Bolzano", "Diamont" e "Encore". Sotto la luce a LED, il contenuto di solidi solubili in queste varietà è diminuito significativamente rispetto all'HPSL. L'effetto della lampada IND era minore. In queste condizioni di illuminazione, i pomodori coltivati di cv “Bolzano” e “Strabena” avevano in media il 4.7 e il 4.3% in più di zucchero rispetto a quelli coltivati con HPSL. Sfortunatamente, questo aumento non è statisticamente significativo (Figure 6 ).
Pomodori TI varia da 0.97 a 1.38. Il più gustoso erano i pomodori di cv "Strabena", in media TI era 1.32 ± 0.1 e il meno gustoso erano i pomodori di cv "Diamont", in media TI era solo 1.01 ± 0.06. TI elevato ha cultivar di pomodoro "Bolzano", in media TI (1.12 ± 0.06), seguito da "Chocomate", in media TI (1.08 ± 0.06).
In media, il TI non è influenzato in modo significativo dalla fonte di illuminazione, ad eccezione della cv “Strabena”, dove i frutti sotto lampada IND
TABELLA 1 | P-valori (test di Kruskal-Wallis) degli effetti di diverse illuminazioni supplementari sulla qualità del frutto del pomodoro (n = 118).
Parametro |
“Bolzanese” |
“Cioccolato” |
"Encore" |
“Diamante” |
“Strabena |
Peso della frutta |
0.013 |
0.008 ** |
0.110 |
0.400 |
0.560 |
Sostanza secca |
0.022 |
0.013 |
0.011 |
0.001 ** |
0.015 |
Solidi solubili |
0.027 |
0.030 |
0.030 |
0.001 ** |
0.270 |
Acidità |
0.078 |
0.022 |
0.160 |
0.001 ** |
0.230 |
Indice del gusto |
0.370 |
0.140 |
0.600 |
0.001 ** |
0.023 |
Licopene |
0.052 |
0.290 |
0.860 |
0.160 |
0.920 |
в-carotene |
<0.001 *** |
0.007 ** |
0.940 |
0.110 |
0.700 |
Fenoli |
0.097 |
0.750 |
0.450 |
0.800 |
0.420 |
I flavonoidi |
0.430 |
0.035 |
0.720 |
0.440 |
0.170 |
Livelli di significatività”* **"0.001,"**" 0.01 e "*"0.05. |
|
hanno l'aumento di TI rispetto a HPSL del 7.4% (LED del 4.2%) rispetto a HPSL e cv "Diamont" in entrambe le condizioni di illuminazione precedentemente menzionate è stato rilevato una diminuzione rispettivamente del 5.3 e dell'8.4%.
Contenuto di carotenoidi
La concentrazione di licopene nei pomodori variava da 0.07 (cv “Bolzano”) a 7 mg 100 g-1 FM ("Strabena"). Contenuto di licopene leggermente superiore rispetto a "Diamont" (4.40 ± 1.35 mg 100 g-1 FM) e “Encore” (4.23 ± 1.33 mg 100 g-1 FM) è stata trovata in frutti di colore rosso brunastro di “Chocomate” (4.74 ± 1.48 mg 100 g-1 FM).
In media, i frutti delle piante coltivate con lampade IND contengono il 17.9% in più di licopene rispetto all'HPSL. L'illuminazione a LED ha anche promosso la sintesi del licopene, ma in misura minore, in media del 6.5%. L'effetto delle sorgenti luminose varia a seconda della cultivar. Le maggiori differenze nella biosintesi del licopene sono state osservate per "Cioccolato". L'aumento del contenuto di licopene sotto IND rispetto a HPSL è stato del 27.2% e inferiore a LED del 13.5%. “Strabena” è risultata la meno sensibile, con variazioni rispettivamente del 3.2 e -1.6% rispetto a HPSL (Figure 7 ). Nonostante i risultati relativamente convincenti, l'elaborazione matematica dei dati non ne conferma l'affidabilità (Tabella 1).
Durante l'esperimento, в-il contenuto di carotene nei pomodori era in media da 4.69 a 9.0 mg 100 g-1 FM. Il più alto в-il contenuto di carotene è stato trovato nel pomodoro ciliegino cv "Strabena", una media di 8.88 ± 1.58 mg 100 g-1 FM, ma il più basso в-il contenuto di carotene è stato trovato nel frutto giallo cv “Bolzano”, una media di 5.45 ± 1.45 mg 100 g-1 FM
Le differenze significative nel contenuto di carotene sono state riscontrate tra varietà coltivate con illuminazione supplementare diversa. Cv "Bolzano" coltivato a LED mostra una significativa diminuzione del contenuto di carotene (del 18.5% rispetto a HPSL), mentre "Chocomate" ha il contenuto di carotene più basso appena al di sotto dell'HPSL nei pomodori (5.32 ± 1.08 mg 100 g FM-1) ed è stato aumentato del 34.3% con le lampade a LED e del 46.4% con le lampade IND (Figure 8 ).
Contenuto totale di fenolici e flavonoidi
Il contenuto fenolico dei frutti di pomodoro varia in media da 27.64 a 56.26 mg GAE 100 g-1 FM (Tabella 2). Il contenuto di fenolo più alto si osserva per la varietà "Strabena" e il contenuto di fenolo più basso si osserva per la varietà "Diamont". Il contenuto fenolico dei pomodori varia a seconda della stagione di maturazione del frutto, per cui ci sono grandi fluttuazioni tra i diversi tempi di campionamento. Ciò porta al fatto che le differenze tra i pomodori coltivati sotto diverse lampade non sono significative.
Sebbene differenze significative tra le varianti di luce supplementari appaiano solo nel caso del cv "Chocomate", il contenuto medio di flavonoidi dei frutti coltivati sotto la lampada è del 33.3%, ma al di sotto del LED del 13.3% in più. Con le lampade IND si osservano grandi differenze tra le varietà, ma al di sotto dei LED la variabilità è compresa tra il 10.3 e il 15.6%.
Gli esperimenti hanno dimostrato che diverse varietà di pomodori reagiscono in modo diverso all'illuminazione supplementare utilizzata.
Si sconsiglia di coltivare cv “Bolzano” sotto lampada LED o IND perché in questa illuminazione i parametri sono simili a quelli ottenuti sotto HPSL o significativamente inferiori. Sotto le lampade a LED, il peso di un frutto, la sostanza secca, il contenuto di solidi solubili e il carotene sono significativamente ridotti ( Figure 9 ).
TABELLA 2 | Contenuto di fenolici totali [mg acido gallico equivalente (GAE) 100 g-1 FM] e flavonoidi [mg acido citrico (CA) 100 g-1 FM] nei frutti di pomodoro coltivati con illuminazione supplementare diversa.
Parametro |
“Bolzanese” |
“Cioccolato” |
"Encore" |
“Diamante” |
“Strabena” |
Fenoli |
|||||
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 |
36.16 ± 6.41 |
31.70 ± 6.80 |
30.44 ± 3.01 |
30.98 ± 6.52 |
52.57 ± 10.41 |
I flavonoidi |
|||||
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 |
4.96 ± 1.08 |
4.37 ± 1.18ab |
3.02 ± 1.04 |
2.88 ± 1.08 |
5.91 ± 1.20 |
Mezzi significativamente diversi sono etichettati con lettere diverse. |
A differenza di "Bolzano", "Chocomate" sotto l'illuminazione a LED aumenta il peso di un frutto e aumenta la quantità di carotene. Anche altri parametri esclusi la sostanza secca e il contenuto di solidi solubili sono superiori rispetto ai frutti ottenuti in HPSL. Nel caso di questa varietà, anche la lampada a induzione mostra buoni risultati (Figure 9 ).
Per il cv “Diamont”, gli indicatori che determinano le proprietà gustative sono significativamente ridotti alla luce dei LED, ma il contenuto di pigmenti e flavonoidi è aumentato (Figure 9 ).
Le cultivar "Encore" e "Strabena" sono le meno reattive al trattamento della luce supplementare. Per "Encore", l'unico parametro significativamente influenzato dallo spettro luminoso dei LED è il contenuto di solidi solubili. "Strabena" è anche relativamente tollerante ai cambiamenti nella composizione spettrale della luce. Ciò potrebbe essere dovuto alle caratteristiche genetiche della varietà, poiché questa era l'unica varietà di pomodoro ciliegino inclusa nell'esperimento. Era caratterizzato da significativamente più alti tutti i parametri studiati. Pertanto, non è stato possibile rilevare cambiamenti nei parametri studiati sotto l'influenza della luce (Figure 9 ).
DISCUSSIONE
Il peso medio del frutto del pomodoro è correlato al peso previsto della varietà; tuttavia, non è raggiunto. Ciò potrebbe essere dovuto al metodo di coltivazione piuttosto che alla qualità dell'illuminazione, in quanto in un substrato di torba può essere utilizzata meno acqua, che può ridurre il peso del frutto, ma aumentare la concentrazione delle sostanze attive e migliorare la saturazione del gusto (24). La più piccola fluttuazione del peso medio del frutto dell'“Encore F1” a causa della sorgente luminosa potrebbe indicare una tolleranza di questa varietà alla qualità dell'illuminazione. Ciò corrisponde alla revisione dell'argomento (25). La resa e la qualità dei pomodori sono influenzate non solo dall'intensità della luce supplementare utilizzata, ma anche dalla sua qualità. I risultati mostrano che una resa minore si è formata con le lampade IND. Tuttavia, potrebbe essere possibile che siano stati mostrati risultati minori a causa della minore intensità delle lampade a induzione nonostante il fatto che la caratteristica principale delle lampade a induzione sia una banda di onde verdi più ampia. I dati mostrano che l'aumento della quantità di semaforo rosso contribuisce all'aumento del peso fresco dei pomodori, ma non influisce sull'aumento del contenuto di sostanza secca. Sembra che la luce rossa abbia stimolato l'aumento del contenuto di acqua nei pomodori. Al contrario, l'aumento della luce blu riduce il contenuto di sostanza secca di tutte le varietà di pomodoro. La meno sensibile è la cultivar di pomodori gialli “Balzano”. Diverse ricerche hanno mostrato che la fotosintesi sotto una combinazione di luce rossa e blu tende ad essere più alta che sotto l'illuminazione HPS, ma la resa dei frutti è uguale (12). Olle e Virsile (26) scoperto che i LED rossi migliorano la resa dei pomodori e questo sottolinea i risultati della nostra ricerca secondo cui generalmente con una maggiore aggiunta di onde rosse aumenta la resa. In un'opinione simile, Zhang et al. (14) definisce che anche l'aggiunta di luce FR in combinazione con LED rossi e HPSL aumenta il numero totale di frutti. La luce LED blu e rossa supplementare ha portato alla maturazione precoce dei frutti di pomodoro. Ciò potrebbe indicare la ragione di una maggiore massa del frutto sotto i LED per le cultivar "Chocomate F1" e "Diamont F1", poiché la maturazione precoce ha portato a una prima allegagione di nuovi frutti. In termini di resa, i nostri dati mostrano che non è l'aumento della luce rossa ad essere più importante per aumentare le rese, ma l'aumento della proporzione di luce rossa rispetto alla luce blu.
Poiché una delle caratteristiche amate del pomodoro dal cliente è la dolcezza, è importante capire le possibili modalità per esaltare questa caratteristica. Tuttavia, di solito è alterato da vari fattori ambientali (27). Ci sono prove che la composizione qualitativa della luce influisca anche sul contenuto biochimico del frutto del pomodoro. Il contenuto di zucchero solubile del frutto di pomodoro maturo è stato ridotto da durate di luce FR più lunghe (15). Kong et al. (16) i risultati hanno mostrato che il trattamento con luce blu ha portato in modo significativo a solidi solubili più totali. Il contenuto di zucchero nelle piante è aumentato dalla luce verde, blu e rossa (28). I nostri esperimenti non lo confermano, poiché l'aumento della luce blu e rossa ha ridotto separatamente il contenuto di solidi solubili nella maggior parte dei casi. I nostri risultati hanno mostrato che il livello più alto di zuccheri solubili è stato trovato sotto HPSL, che porta la percentuale maggiore di luce rossa rispetto ad altre lampade e aumenta anche la temperatura vicino alle lampade. Ciò corrisponde a ricerche precedenti in cui gli studi di Erdberga et al. (29) ha mostrato che il contenuto di zuccheri solubili, acidi organici aumenta con l'aumento delle dosi di onde rosse. Risultati simili sono stati ottenuti in altri studi. È stato ottenuto un peso medio del frutto del pomodoro più elevato nelle piante illuminate con lampade HPS rispetto alle piante con lampade a LED (8.7-12.2% a seconda della cultivar) (30).
Tuttavia, gli studi di Dzakovich et al. (31) ha dimostrato che la qualità della luce supplementare (HPSL tramite LED) non ha influenzato in modo significativo le proprietà fisico-chimiche (solidi solubili totali, acidità titolabile, contenuto di acido ascorbico, pH, fenoli totali e flavonoidi e carotenoidi importanti) o le proprietà sensoriali dei pomodori coltivati in serra. Ciò dimostra che la quantità di zuccheri solubili nella frutta può essere influenzata non solo da fattori individuali, ma anche dalle loro combinazioni. Anche nei nostri esperimenti non è stato possibile trovare regolarità tra gli influssi della luce sul contenuto acido. In particolare, la ricerca futura dovrebbe concentrarsi non solo sul rapporto tra specie e luce, ma anche sul rapporto tra cultivar e luce. Il contenuto di sostanza secca era più alto in "Chocomate F1" e "Strabena F1". Ciò corrisponde a Kurina et al. (6), dove in media le accessioni rosso-brune hanno accumulato più sostanza secca (6.46%). Gli studi di Duma et al. (32) ha mostrato che confrontando la massa dei frutti e il TI, si osserva che un TI più alto è per pomodori più piccoli o più grandi. Esperimenti di Rodica et al. (23) ha mostrato che i pomodori ciliegia e di colore rosso brunastro contengono solidi più solubili. In questo studio si sottolinea che la quantità dei composti organici che determinano il gusto del frutto dipende dalla resa della cultivar.
L'esposizione all'illuminazione supplementare a LED rossi e blu aumenta il licopene e в-contenuto di carotene (13, 29 33 34). Dannehl et al. (12) gli studi hanno dimostrato che il contenuto di licopene e luteina nei pomodori era superiore del 18 e del 142% quando venivano esposti all'apparecchio a LED. Tuttavia, в-il contenuto di carotene non era diverso tra i trattamenti leggeri. Ntagkas et al. (35) ha mostrato che la zeaxantina, il prodotto di в-conversione del carotene, aumenta i frutti di pomodoro sotto luce blu e bianca. In questo studio, queste affermazioni sono in parte vere solo nel caso di “Bolzano F1” dove sono state trovate quantità significativamente maggiori di licopene sotto trattamento LED, ma в-carotene ha risposto negativamente a questo trattamento. Ciò potrebbe essere dovuto a caratteristiche genetiche poiché "Bolzano F1" è solo una cultivar a frutto arancione in questo studio. In altri studi, con cultivar a frutti rossi e marroni, la più alta quantità di licopene e в-carotene sono stati trovati sotto le lampade a induzione che non confermano le tendenze degli anni precedenti (29). I nostri esperimenti hanno mostrato che il contenuto di licopene di tutte le cultivar di pomodoro a frutto rosso aumentava con l'aumento della luce blu. Al contrario, le variazioni del contenuto di carotene nelle diverse cultivar non riescono a stabilire regolarità comuni a tutte le cultivar di pomodoro utilizzate negli esperimenti. Questa discrepanza indica la necessità di ulteriori test del soggetto in futuro. Lo stesso schema di risposta alla luce dovuto alle caratteristiche della cultivar è stato osservato con quantità di fenoli e flavonoidi. Tutte le cultivar a frutti rossi e marroni hanno mostrato risultati migliori con lampade IND, mentre “Bolzano F1” ha risposto con risultati più elevati alle lampade HPSL e LED senza differenze significative. Questo studio corrisponde ai risultati di Kong: il trattamento con luce blu ha portato significativamente a una maggiore concentrazione di singoli composti fenolici (acido clorogenico, acido caffeico e rutina) (16). La luce rossa continua ha aumentato significativamente il licopene, в-carotene, contenuto fenolico totale, concentrazione totale di flavonoidi e attività antiossidante nei pomodori (36). Nei nostri studi precedenti, i flavonoidi cambiavano fluttuando; pertanto, nessun effetto della lunghezza d'onda della luce deve essere considerato significativo.
La quantità di fenoli è aumentata con la proporzione crescente di luce blu fornita dalle lampade a LED (29), questo corrisponde anche alla nostra ricerca. È stato menzionato in lavori di altri ricercatori che l'esposizione alla luce UV o LED non ha avuto alcun effetto sui composti fenolici totali, nonostante sia noto che entrambi i trattamenti con la luce modulano l'espressione di una serie di geni coinvolti nella biosintesi di composti fenolici e carotenoidi (36). Va detto che, analogamente al peso del frutto, non ci sono differenze significative nei composti chimici in "Encore F1" a causa del trattamento leggero. Questo permette di dichiarare che la cultivar “Encore F1” potrebbe essere tollerante alla composizione della luce. I nostri esperimenti confermano i dati della letteratura secondo cui la sintesi dei metaboliti secondari è migliorata sia dalla quantità quantitativa di luce blu che dall'aumento della proporzione di luce blu nel sistema di illuminazione generale.
I risultati ottenuti mostrano che i componenti chimici, compresi gli zuccheri solubili in acido e il loro rapporto, responsabili del gusto caratteristico della varietà, dipendono principalmente dalla genetica della varietà. Il buon gusto dei pomodori è caratterizzato non solo dalla combinazione di pigmenti specifici per specie e sostanze biologicamente attive, ma anche dalla loro quantità. In particolare il rapporto e la quantità di acidi e zuccheri caratterizzano il gusto saturo e di alta qualità. In questo studio, la correlazione positiva tra zuccheri solubili e acidi titolabili è ~0.4, che è correlata con la ricerca di Hernandez Suarez, dove la correlazione positiva tra i due indicatori è risultata essere 0.39 (37). Negli studi di Dzakovich et al. (31), i pomodori sono stati profilati per solidi solubili totali, acidità titolabile, contenuto di acido ascorbico, pH, fenoli totali e flavonoidi e carotenoidi importanti. I loro studi hanno indicato che la qualità dei frutti di pomodoro serra è stata influenzata solo marginalmente dai trattamenti di luce supplementari. Inoltre, i dati del pannello sensoriale dei consumatori hanno indicato che i pomodori coltivati con diversi trattamenti di illuminazione erano comparabili tra i trattamenti di illuminazione testati. Lo studio ha suggerito che l'ambiente luminoso dinamico inerente ai sistemi di produzione in serra può annullare gli effetti delle lunghezze d'onda della luce utilizzate nei loro studi su aspetti specifici del metabolismo secondario della frutta (31). Ciò è in parte in linea con questo studio, in quanto i dati ottenuti non mostrano tendenze chiare e univoche, che consentono di affermare che una delle luci è più utile per i pomodori rispetto alle altre. Tuttavia, alcune lampade possono essere utilizzate per determinate varietà, ad esempio le lampade HPSL sarebbero più adatte per "Bolzano F1" e l'illuminazione a LED è consigliata per "Chocomate F1". Ciò corrisponde allo studio in cui è stato studiato l'effetto di diverse latitudini geografiche sulle proprietà chimiche dei pomodori. Bhandari et. (38) ha chiarito che mentre la combinazione della posizione del sole verso il cielo e, di conseguenza, la combinazione delle onde luminose visibili, svolge un ruolo importante nel modificare la composizione chimica dei pomodori; ci sono varietà che sono immuni a questi processi. Tutte queste conclusioni consentono di sottolineare che la composizione chimica del pomodoro dipende principalmente dal genotipo, poiché le relazioni delle cultivar con i fattori di crescita, in particolare con l'illuminazione, sono geneticamente predisposte.
CONCLUSIONE
Diverse varietà di pomodori reagiscono in modo diverso all'illuminazione supplementare utilizzata. Le cultivar "Encore" e "Strabena" sono le meno reattive alla luce supplementare. Per "Encore", l'unico parametro significativamente influenzato dallo spettro luminoso dei LED è il contenuto di solidi solubili. "Strabena" è anche relativamente tollerante ai cambiamenti nella composizione spettrale della luce. Ciò potrebbe essere dovuto alle caratteristiche genetiche della varietà, poiché questa era l'unica varietà di pomodoro ciliegino inclusa nell'esperimento. Non è consigliabile coltivare frutti di colore arancione cv “Bolzano” sotto lampada LED o IND perché in questa illuminazione i parametri sono al livello di HPSL o significativamente peggiori. Sotto lampade a LED, il peso di un frutto, sostanza secca, contenuto di solidi solubili e в-carotene sono significativamente ridotti. Il peso di un frutto e la quantità di в-carotene di frutta di colore rosso-marrone cv "Chocomate" sotto illuminazione a LED aumenta significativamente. Anche altri parametri esclusi la sostanza secca e il contenuto di solidi solubili sono superiori rispetto ai frutti ottenuti in HPSL.
Gli esperimenti hanno dimostrato che l'HPSL stimola l'accumulo di metaboliti primari nel frutto del pomodoro. In tutti i casi, il contenuto di solidi solubili è risultato superiore del 4.7-18.2% rispetto ad altre sorgenti luminose.
Poiché le lampade LED e IND emettono circa il 20% di luce blu-viola, i risultati suggeriscono che questa parte dello spettro stimola l'accumulo di composti fenolici nel frutto dell'1.6-47.4% rispetto all'HPSL. Il contenuto di carotenoidi come metaboliti secondari dipende sia dalla varietà che dalla sorgente luminosa. Le varietà di frutti rossi tendono a sintetizzare di più в-carotene sotto LED supplementare e luce IND.
La parte blu dello spettro gioca un ruolo maggiore nel garantire la qualità del raccolto. Un aumento o quantificazione della sua proporzione nello spettro totale favorisce la sintesi di metaboliti secondari (licopene, fenoli e flavonoidi), portando ad una diminuzione del contenuto di sostanza secca e di solidi solubili.
Dato il grande effetto della variabilità genotipica nei pomodori e nelle relazioni con la luce, ulteriori studi dovrebbero continuare a concentrarsi sulle combinazioni di cultivar e diversi spettri di luce supplementari per aumentare il contenuto di composti biologicamente attivi.
DICHIARAZIONE DISPONIBILITA' DATI
I dati grezzi a supporto delle conclusioni di questo articolo saranno messi a disposizione dagli autori, senza indebita riserva.
CONTRIBUTI AUTORE
IE si è occupata della coltivazione e del campionamento dei pomodori, del lavoro di laboratorio, della quantificazione dei composti e ha anche contribuito alla stesura del manoscritto. IA ha sollevato l'idea, ha contribuito all'ideazione e alla progettazione dello studio, si è occupata del campionamento dei pomodori, del lavoro di laboratorio, della quantificazione dei composti e ha anche contribuito alla stesura del manoscritto. Il medico ha contribuito all'ideazione e alla progettazione dello studio, all'ottimizzazione dei metodi analitici, all'analisi dei campioni in laboratorio e alla formulazione di raccomandazioni e suggerimenti. RA ha contribuito all'analisi statistica, all'interpretazione dei dati e ha formulato raccomandazioni e suggerimenti in merito al manoscritto. LD ha contribuito all'ideazione e alla progettazione dello studio, è stato incaricato del campionamento dei pomodori, del lavoro di laboratorio, della quantificazione dei composti e ha formulato raccomandazioni e suggerimenti in merito al manoscritto. Tutti gli autori hanno contribuito all'articolo e hanno approvato la versione presentata del manoscritto.
FINANZIAMENTI
Questo studio è stato finanziato dal Programma Lettone di Sviluppo Rurale 2014-2020 Cooperazione, bando 16.1 progetto Nr. 19-00-A01612-000010 Indagine su soluzioni innovative e sviluppo di nuovi metodi per aumentare l'efficienza e la qualità nel settore delle serre lettone (IRIS).
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