不同光谱补光对设施农业番茄生长、果实发育及品质形成的调控效应研究取得新进展

2026年3月28日，贵州农业科学院园艺研究所马超团队在Scientific Reports在线发表题为“Effects of supplementary lighting with different spectral compositions on plant growth, fruit development, and quality formation of facility‑grown tomatoes”的研究论文。该研究针对贵州冬春季节阴雨寡照、设施番茄易受弱光胁迫的生产痛点，系统探究以红蓝光(RB)为主体的不同光谱组合补光对早春设施番茄生长、果实发育及品质形成的影响，为设施光环境调控与番茄高效生产提供理论依据与技术参考。

本研究以番茄品种 “普罗旺斯” 为试材，设置不补光对照(CK)及6种补光处理：红蓝光(RB)、红蓝光+红光(RB+R)、红蓝光+蓝光(RB+B)、红蓝光+绿光(RB+G)、红蓝光+远红光(RB+FR)、红蓝光+ UVA(RB+UVA)，每日6:00—8:30、18:30—22:00补光6小时，保持光源距植株生长点20–30 cm。

图1.6 种补光处理 LED 光源下方25 cm处光谱图；PFD‑R、PFD‑B、PFD‑G、PFD‑FR、PFD‑UVA、PFD‑Y分别表示红光、蓝光、绿光、远红光、UVA及总光子通量密度。

图2.不同补光处理下番茄植株照片：CK(不补光)、RB、RB+R、RB+B、RB+G、RB+FR、RB+UVA。

结果显示，与对照相比，各光谱补光均显著促进番茄植株生长、加速果实成熟并提升产量与品质。在植株生长方面，补光42天后，RB与RB+R处理显著提高叶片数与叶面积，RB+B 处理后期叶片SPAD值显著高于其他处理，RB+UVA可短期促进株高增长。在果实成熟方面，各补光处理均使转色与成熟时间提前1–6天，其中RB+UVA与RB+B催熟效果更突出。在产量构成上，RB+R处理单株产量与大果数较RB分别显著提升6.94%、25.79%，增产效果最优；RB+G处理单果重最高，较RB显著提高8.29%。在果实品质上，RB+B利于维生素C与可溶性蛋白积累；RB+G在转色至成熟期番茄红素、可溶性蛋白、氨基酸、总酚含量显著更高，且成熟时糖酸比最高；RB+FR显著提升糖、酸相关品质与果实红黄色度；RB+UVA 可提高可溶性蛋白、可溶性糖与有机酸含量。

图3.补光后45、60、65、69天果实成熟过程照片；“1”为转色果，“2”为成熟果

研究表明，红蓝光为主的复合补光通过优化光质配比、增加光强与延长光照时长，提升光合效率、促进果实膨大和养分积累，不同光质的调控效应存在明显差异：红光侧重增产与大果形成，蓝光提升叶绿素与营养品质，绿光改善单果重与风味，远红光优化糖酸比与着色，UVA 短期促生长并提升有机酸。不同光质的效应差异既与光信号对植株形态、光合系统及果实代谢通路的调控有关，也受光强叠加的影响，番茄果实发育后期对光质更敏感。该结果可为设施番茄根据增产、提质、早熟等不同生产目标定制补光方案提供支撑，后续可进一步区分光质与光强的独立效应、扩大品种适应性验证并结合田间生产优化参数。

图4.不同补光处理番茄单株产量(A)、平均单果重(B)及果实膨大期、转色期、成熟期单株总果数(C)、大果数(D)、中果数(E)、小果数(F)；大果横径>70.0 mm，中果50.0 mm<横径≤70.0mm，小果横径≤50.0 mm。

图5.不同光谱补光下番茄果实膨大期、转色期、成熟期营养物质含量：番茄红素(A)、维生素 C(B)、可溶性蛋白(C)、可溶性糖(D)、有机酸(E)、糖酸比(F)、氨基酸(G)、总酚(H)；膨大期未检测到番茄红素。

图6.不同光谱补光对番茄果实硬度及色泽的影响：果实硬度(A)、L 值(亮度)(B)、a值(红绿色度)(C)、b值(黄蓝色度)(D)。

表1.不同光谱组合的光子通量密度与光合光子通量密度。

表2.补光14 天、42天不同光谱组合对番茄植株生长的影响。

表3.不同光谱处理下果实转色期与成熟期的补光天数。

参考文献

Sun, D., Ma, C., Liu, X.et al. Effects of supplementary lighting with different spectral compositions on plant growth, fruit development, and quality formation of facility-grown tomatoes. Sci Rep (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-44021-6