Ina Alsina 1, Ieva Erdberga 1*, Mara Douma 2, Reinis Alksnis3 et Laila Dubova 1
1 Faculté d'agriculture, Institut des sciences du sol et des plantes, Université lettone des sciences et technologies de la vie, Jelgava, Lettonie,
2 Département de chimie, Faculté de technologie alimentaire, Université lettone des sciences et technologies de la vie, Jelgava, Lettonie,
3 Département de mathématiques, Faculté des technologies de l'information, Lettonie Université des sciences et technologies de la vie, Jelgava, Lettonie
INTRODUCTION
Au fur et à mesure que l'on comprend mieux l'importance de l'alimentation pour assurer la qualité et la durabilité de la vie humaine, la pression sur le secteur agricole en tant qu'élément de base pour garantir la qualité des aliments augmente. Les tomates, en tant que deuxième légume le plus cultivé [selon les statistiques de l'Organisation des Nations Unies pour l'alimentation et l'agriculture (FAO) pour 2019], constituent une partie importante de la cuisine de presque tous les pays.
L'apport calorique limité, la teneur relativement élevée en fibres et la présence d'éléments minéraux, de vitamines et de phénols, tels que les flavonoïdes, font de la tomate un excellent «aliment fonctionnel» offrant de nombreux avantages physiologiques et des exigences nutritionnelles de base. (1). Les substances biochimiquement actives présentes dans les tomates, principalement en raison de leur capacité antioxydante élevée, sont reconnues non seulement pour l'amélioration générale de la santé, mais également comme une option thérapeutique contre diverses maladies, telles que le diabète, les maladies cardiaques et les toxicités. (2-4). La tomate mûre contient en moyenne 3.0 à 8.88 % de matière sèche, composée de 25 % de fructose, 22 % de glucose, 1 % de saccharose, 9 % d'acide citrique, 4 % d'acide malique, 8 % d'éléments minéraux, 8 % de protéines, 7 % de pectine. , 6 % de cellulose, 4 % d'hémicellulose, 2 % de lipides et les 4 % restants sont des acides aminés, des vitamines, des composés phénoliques et des pigments (5, 6). La composition de ces composés varie selon le génotype, les conditions de croissance et le stade de développement du fruit. Les plants de tomates sont très sensibles aux facteurs environnementaux, tels que les conditions d'éclairage, la température et la quantité d'eau dans le substrat, qui entraînent des modifications du métabolisme de la plante, qui, à leur tour, affectent la qualité et la composition chimique du fruit. (7). Les conditions environnementales affectent à la fois la physiologie de la tomate et la synthèse des métabolites secondaires. Les plantes cultivées dans des conditions de stress réagissent en augmentant leurs propriétés antioxydantes (8).
L'origine des tomates en tant qu'espèce est liée à la région d'Amérique centrale (9) et des techniques, telles que la construction de serres pour fournir la température et la lumière nécessaires aux tomates, sont souvent nécessaires pour fournir les conditions agroclimatiques nécessaires, en particulier dans la zone climatique tempérée et pendant la saison hivernale. Dans ces conditions, la lumière est souvent le facteur limitant du développement de la tomate. Un éclairage supplémentaire pendant l'hiver et le début du printemps permet de produire des tomates de haute qualité pendant la période de faible rayonnement solaire
(10) . L'utilisation de lampes de différentes longueurs d'onde non seulement garantit un rendement suffisant en tomates, mais modifie également la composition biochimique des fruits de la tomate. Au cours des 60 dernières années, les lampes au sodium à haute pression (HPSL) ont été utilisées dans l'industrie des serres en raison de leur longue durée de vie et de leurs faibles coûts d'acquisition.
(11) . Cependant, au cours des dernières années, les diodes électroluminescentes (LED) sont devenues de plus en plus populaires en tant qu'alternative plus économe en énergie. (12). La LED supplémentaire a été utilisée comme source de lumière efficace pour répondre à la demande de production de tomates. Les teneurs en lycopène et en lutéine des tomates étaient de 18 et 142 % plus élevées lorsqu'elles étaient exposées à l'éclairage LED supplémentaire. Cependant, в-la teneur en carotène ne différait pas entre les traitements à la lumière (12). La lumière LED bleue et rouge a augmenté le lycopène et в-teneur en carotène (13), entraînant la maturation précoce des fruits de la tomate (14). La teneur en sucre soluble du fruit de la tomate mûre a été réduite par des durées de lumière plus longues dans le rouge lointain (FR) (15). Des conclusions analogues ont été tirées dans l'étude de Xie : la lumière rouge induit l'accumulation de lycopène, mais la lumière FR inverse cet effet. (13). Il existe moins d'informations sur les effets de la lumière bleue sur le développement des fruits de la tomate, mais des études montrent que la lumière bleue a un effet moindre sur la quantité de composés biochimiques dans le fruit de la tomate, mais davantage sur la stabilité du processus. Par exemple, Kong et d'autres ont découvert que la lumière bleue est mieux utilisée pour prolonger la durée de conservation des tomates, car la lumière bleue augmente considérablement la fermeté du fruit. (16), ce qui signifie essentiellement que la lumière bleue ralentit le processus de maturation, ce qui entraîne une augmentation de la quantité de sucres et de pigments. L'utilisation de couvertures de serre comme moyen de réguler la composition de la lumière s'avère similaire. L'utilisation d'un revêtement avec une transmission de la lumière rouge plus élevée et plus faible de la lumière bleue augmente la teneur en lycopène d'environ 25 %. En combinaison avec une photopériode augmentée de 11 à 12h, la quantité de lycopène augmente d'environ 70% (17). Il n'est pas toujours possible dans les études de distinguer avec précision l'effet des facteurs sur les changements dans la composition chimique des fruits de la tomate. En particulier, dans des conditions de serre, la composition du fruit peut être augmentée par des températures élevées ou des niveaux d'eau réduits. De plus, ces facteurs peuvent être corrélés avec le génotype spécifique à la variété et au stade de développement (1, 18). Le déficit hydrique peut être bénéfique pour la qualité des tomates en raison de l'augmentation des niveaux de solides solubles totaux (sucres, acides aminés et acides organiques), qui sont les principaux composés accumulés dans les fruits. Une augmentation des solides solubles améliore la qualité des fruits car elle affecte la saveur et le goût (8).
Malgré les effets rapportés du spectre lumineux sur l'accumulation de métabolites végétaux, une connaissance plus large des différents effets du spectre pour améliorer la qualité des tomates est nécessaire. Par conséquent, le but de cette étude est d'évaluer l'effet de l'éclairage supplémentaire utilisé dans la serre sur l'accumulation de métabolites primaires et secondaires dans différentes variétés de tomates. Les changements dans le contenu spectral du système d'éclairage peuvent modifier la composition des métabolites primaires et secondaires dans les fruits de la tomate. Les connaissances acquises permettront d'améliorer la compréhension de l'effet de la lumière sur la relation entre le rendement et sa qualité.
Matériels et méthodes
Matériel végétal et conditions de croissance Des expériences ont été menées dans une serre (polycarbonate cellulaire de 4 mm) de l'Institut des sciences du sol et des plantes, Université lettone des sciences et technologies de la vie 56°39'N 23°43'E pendant les saisons 2018/2019, 2019/2020 et 2020/2021 fin automne-début printemps.
Cultivars commerciaux de tomate (Solanum lycopersicum L.) greffés « Bolzano F1 » (couleur du fruit — orange), « Chocomate F1 » (couleur du fruit — rouge-brun) et cultivars de fruits rouges « Diamont F1 », « Encore F1 » et « Strabena F1 » ont été utilisés. Chaque plante avait deux têtes principales et pendant la croissance, elle était palissée sur un système de fil de fer. Les plantes obtenues ont d'abord été transplantées dans des récipients en plastique noir de 5 L avec un substrat de tourbe « Laflora » KKS-2, pHKCl 5.2-6.0 et taille de fraction 0-20 mm, mélange PG (NPK 15-1020) 1.2 kg m-3, Ca 1.78 % et Mg 0.21 %. Lorsque les plantes ont atteint l'anthèse, elles ont été transplantées dans des conteneurs en plastique noir de 15 L avec le même substrat de tourbe « Laflora » KKS-2. Les plantes ont été fertilisées une fois par semaine avec une solution à 1% de Kristalon Green (NPK 18-18-18) avec Mg, S et microéléments pendant la phase végétative de la croissance des plantes et avec Kristalon Red (NPK 12-12-36) avec microéléments ou 1 %Ca(NON3)2 pendant la phase de reproduction, à raison de 300 ml par L de substrat.
La teneur en eau des contenants de végétation a été maintenue à 50-80 % de la capacité totale de rétention d'eau. Les températures moyennes jour/nuit étaient de 20-22°C/17-18°C.
La température maximale pendant la journée (mars) n'a pas dépassé 32°C et la température minimale (novembre) pendant la nuit n'étaient pas <12°C. La température a également été mesurée sous les lampes à une distance de 50, 100 et 150 cm du luminaire. Il a été détecté que sous le HPSL à 50 cm du luminaire, la température était de 1.5°C plus élevé que sous les autres. Les différences de température au niveau du fruit n'ont pas été détectées.
Conditions d'éclairage
Les tomates ont été cultivées en automne-printemps en utilisant un éclairage supplémentaire avec une photopériode de 16 h. Trois sources d'éclairage différentes ont été utilisées : Led cob Helle top LED 280 (LED), lampe à induction (IND) et HPSL Helle Magna (HPSL). A la hauteur de l'apex, les plantes ont reçu 200 ± 30 ^mole m-2 s-1 sous LED et HPSL et 170 ± 30 ^mole m-2 s-1 sous lampes IND. La répartition du rayonnement lumineux est indiquée dansChiffres 1,2. L'intensité lumineuse et la distribution spectrale ont été détectées par le photomètre spectral portable MSC15 (Gigahertz Optik GmbH, Turkenfeld, Allemagne, Royaume-Uni).
Les lampes utilisées différaient dans leur distribution spectrale lumineuse. Le plus similaire à la lumière du soleil dans la partie rouge (625-700 nm) du spectre était HPSL. La lampe IND dans cette partie du spectre a donné 23.5% de lumière en moins, mais la LED était près de 2 fois plus. La lumière orange (590-625 nm) a été émise principalement par HPSL, la lumière verte (500-565 nm) a été émise principalement par IND, la lumière bleue (450-485 nm) a été émise principalement par LED, mais la lumière violette (380450 nm) a été émis principalement par la lampe IND. Lorsque l'on compare l'ensemble du spectre de la lumière visible, la source de lumière LED doit être considérée comme la plus proche de la lumière du soleil et l'IND doit être considérée comme la plus inappropriée en termes de spectre.
Extraction et détermination des composés phytochimiques
Les tomates ont été récoltées au stade de pleine maturité. Les fruits ont été récoltés une fois par mois à partir de la mi-novembre et se terminant en mars. Tous les fruits ont été comptés et pesés. Au moins 5 fruits de chaque variante (pour le cv « Strabena » -8-10 fruits) ont été échantillonnés pour analyses. Les tomates ont été broyées en purée à l'aide d'un mélangeur à main. Pour chaque paramètre évalué, trois répétitions ont été analysées.
Détermination du lycopène et в-Carotène
Pour déterminer la concentration de lycopène et в-carotène, un échantillon de 0.5 ± 0.001 g de la purée de tomate a ensuite été pesé dans un tube et 10 ml de tétrahydrofurane (THF) ont été ajoutés (19). Les tubes ont été scellés et maintenus à température ambiante pendant 15 min, en agitant de temps en temps, et enfin centrifugés pendant 10 min à 5,000 663 tr/min. L'absorbance des surnageants obtenus a été déterminée par spectrophotométrie en mesurant l'absorbance à 645, 505, 453 et XNUMX nm puis le lycopène et в-teneur en carotène (mg 100 mL-1) ont été calculés selon l'équation suivante.
Clycée = -0.0458 x Àббз + 0.204 x Àb45 + 0.372 × A505– 0.0806 × A453 (1)
Cfournisseur = 0.216 × A663 – 1.22 × A645 – 0.304 × A505+ 0.452 × A453 (2)
où A663, A645, A505 et A453 - absorption à la longueur d'onde correspondante (20).
Le lycopène et в-les concentrations de carotène sont exprimées en mg gF-M1 .
Détermination des phénols totaux
Un échantillon de 1 ± 0.001 g de purée de tomate a été pesé dans un tube gradué et 10 ml de solvant (méthanol/eau distillée/acide chlorhydrique 79:20:1) ont été ajoutés. Les tubes gradués ont été scellés et agités pendant 60 min à 20°C dans le noir puis centrifugé 10 min à 5,000 rpm. La concentration totale en phénol a été déterminée en utilisant la méthode spectrophotométrique de Folin-Ciocalteu (21) avec quelques modifications : le réactif de Folin-Ciocalteu (dilué 10 fois dans de l'eau distillée) a été ajouté à 0.5 ml de l'extrait et après 3 min ajouter 2 ml de carbonate de sodium (Na2CO3) (75gL-1). L'échantillon a été mélangé et après 2 h d'incubation à température ambiante dans l'obscurité, l'absorbance à 760 nm a été mesurée. La concentration des composés phénoliques totaux a été calculée en utilisant la courbe d'étalonnage et l'équation 3 obtenue, et exprimée en équivalent d'acide gallique (GAE) pour 100 g de masse de tomates fraîches.
0.556 x (A760 + 0.09) x 100
Phe = 0.556 × (A760 + 0.09) × 100/m (3)
où un760-absorption à la longueur d'onde correspondante et m— masse de l'échantillon.
Détermination des flavonoïdes
Un échantillon de 1 ± 0.001 g de la purée de tomates a été pesé dans un tube gradué et 10 ml d'éthanol ont été ajoutés. Les tubes gradués ont été scellés et agités pendant 60 min à 20oC dans le noir puis centrifugé 10 min à 5,000 rpm. La méthode colorimétrique (22) a été utilisé pour déterminer les flavonoïdes avec des modifications mineures : 2 mL d'eau distillée et 0.15 mL de nitrite de sodium à 5 % (NaNO2) solution ont été ajoutés à 0.5 ml de l'extrait. Après 5 min, une solution de 0.15 mL de chlorure d'aluminium à 10 % (AlCl3) était ajouté. Le mélange a été laissé au repos pendant 5 minutes supplémentaires et 1 ml de solution d'hydroxyde de sodium 1 M (NaOH) a été ajouté. L'échantillon a été mélangé et après 15 min à température ambiante, l'absorbance à 415 nm a été mesurée. La concentration totale de flavonoïdes a été calculée à l'aide de la courbe d'étalonnage et de l'équation 4 et exprimée en tant que quantité d'équivalents de catéchine (CE) pour 100 g de poids de tomate fraîche.
Fla = 0.444 × A415 × 100/m (4)
où un415-absorption à la longueur d'onde correspondante et m— masse de l'échantillon.
Détermination de la matière sèche et des solides solubles La matière sèche a été déterminée en séchant des échantillons dans le thermostat à 60oC.
La teneur totale en solides solubles (exprimée en ◦Brix) a été mesuré avec un réfractomètre (A.KRUSS Optronic Digital Handheld Refractometer Dr301-95) calibré à 20oC avec de l'eau distillée.
Détermination de l'acidité titrable (AT)
Un échantillon de 2 ± 0.01 g de la purée de tomates a été pesé dans un tube gradué et de l'eau distillée a été ajoutée jusqu'à 20 ml. Les tubes gradués ont été scellés et agités pendant 60 min à température ambiante puis centrifugés pendant 10 min à 5,000 5 tr/min. Des aliquotes de 0.1 ml ont été titrées avec du NaOH XNUMX M en présence de phénolphtaléine.
TA = VNaOH × Vt/Vs × m (5)
où VNaoH-volume de NaOH 0.1 M utilisé, Vt—volume total (20 ml) et Vs—volume échantillonné (5 ml).
Les résultats sont exprimés en mg d'acide citrique pour 100 g de poids de tomates fraîches. 1 mL de NaOH 0.1 M correspond à 6.4 mg d'acide citrique.
Détermination de l'indice de goût (TI)
Un TI a été calculé en utilisant l'équation 6 (23).
TI = ◦Brix/(20 × TA)+ TA (6)
Analyses statistiques
La normalité et l'homogénéité des statistiques descriptives ont été testées pour 354 observations. Le test de Shapiro-Wilk a été utilisé pour l'évaluation de la normalité au sein de chaque combinaison de variété et de traitement d'éclairage. Pour estimer l'homogénéité des variances, le test de Levene a été effectué. Le test de Kruskal-Wallis a été utilisé pour examiner les différences entre les conditions d'éclairage. Lorsque des différences statistiquement significatives ont été identifiées, le test post-hoc de Wilcoxon avec corrections de Bonferroni a été utilisé pour les comparaisons par paires. Le niveau de signification utilisé dans le texte, les tableaux et les graphiques est a = 5 %, sauf indication contraire.
RÉSULTATS
La taille des fruits de la tomate et les paramètres biochimiques des fruits sont des paramètres génétiquement déterminés, mais les conditions de culture ont un impact significatif sur ces caractéristiques. Les plus gros fruits sont récoltés sur « Diamont » (88.3 ± 22.9 g) et les plus petits fruits sont récoltés sur « Strabena » (13.0 ± 3.8 g), qui sont une variété de tomates cerises. La taille du fruit au sein de la variété variait également selon le moment de la récolte. Les plus gros fruits étaient récoltés au début de la production et la taille des tomates diminuait au fur et à mesure que les plants poussaient. Cependant, il convient de noter qu'avec l'augmentation de la proportion de lumière naturelle à la fin du mois de mars, la taille des tomates a légèrement augmenté.
Au cours des trois années, le rendement le plus élevé en tomates a été récolté en utilisant HPSL comme éclairage supplémentaire. La baisse de rendement sous LED était de 16.0 % et sous IND de 17.7 % par rapport à HPSL. Différentes variétés de tomates ont réagi différemment à l'éclairage supplémentaire. Des augmentations de rendement, bien que statistiquement non significatives, ont été observées pour les cv « Strabena », « Chocomate » et « Diamond » sous LED. Pour le cv "Bolzano", aucun éclairage supplémentaire LED ou IND n'était approprié, une réduction du rendement total de 25 à 31 % a été observée.
En moyenne, les tomates plus grosses contiennent moins de matière sèche et de solides solubles, elles ne sont pas aussi savoureuses et contiennent moins de caroténoïdes et de phénols. Le facteur qui est le moins affecté par la taille du fruit est la teneur en acide. Une forte corrélation est observée entre la matière sèche et la teneur en solides solubles et le TI (rn=195 > 0.9). Le coefficient de corrélation entre la matière sèche ou la teneur en solides solubles et les caroténoïdes (lycopène et carotène) et la teneur en phénol varie entre 0.7 et 0.8 (Figure 3).
Des expérimentations ont montré que, bien que les différences de paramètres étudiés entre les éclairages utilisés soient parfois importantes, rares sont ceux qui changeraient significativement sous l'influence de la source lumineuse utilisée pendant toute la saison de croissance et compte tenu de la variété et des trois saisons de croissance (Tableau 1). On peut affirmer que les tomates de toutes les variétés cultivées sous HPSL ont plus de matière sèche (Tableau 1ainsi que Figure 5).
Poids frais, matière sèche et solides solubles
Le poids et la taille du fruit dépendent fortement des conditions de croissance de la plante. Bien qu'il y ait des différences entre les variétés, le fruit moyen des tomates cultivées sous lampes à induction était 12 % plus petit que sous HPSL ou LED. Différentes variétés semblent réagir différemment à la lumière LED supplémentaire. Des fruits plus gros sont formés sous les LED par "Chocomate" et "Diamont", mais le poids frais de "Bolzano" n'est en moyenne que de 72% du poids de la tomate sous HPSL. Les fruits de «Encore» et «Strabena» cultivés sous éclairage supplémentaire LED et IND ont un poids similaire et sont respectivement 10 et 7% plus petits que les tomates cultivées sous HPSL (Figure 4).
La teneur en matière sèche est l'un des indicateurs de la qualité des fruits. Il est en corrélation avec la teneur en solides solubles et influence le goût des tomates. Dans nos expérimentations, la teneur en matière sèche des tomates variait entre 46 et 113 mg g-1. La teneur en matière sèche la plus élevée (en moyenne 95 mg g-1) a été trouvée pour la variété de cerise « Strabena ». Parmi les autres cultivars de tomates, la teneur en matière sèche la plus élevée (en moyenne 66 mg g-1) a été trouvé dans "Chocomate" (Figure 5).
Au cours de l'expérience, la teneur en acide organique, exprimée en équivalent acide citrique (AC) dans la tomate, a été en moyenne de 365 à 640 mg 100 g-1 . La teneur en acides organiques la plus élevée a été trouvée dans la tomate cerise cv « Strabena », une moyenne de 596 ± 201 mg CA 100 g-1, mais la plus faible teneur en acide organique a été trouvée dans le fruit jaune cv "Bolzano", une moyenne de 545 ± 145 mg CA 100 g-1. La teneur en acides organiques variait considérablement non seulement entre les variétés, mais aussi entre les périodes d'échantillonnage ; cependant, en moyenne, une teneur en acide organique plus élevée a été trouvée dans les tomates cultivées sous des lampes IND (dépassant HPSL et LED de 10.2 %).
En moyenne, la teneur en matière sèche la plus élevée a été trouvée dans les fruits cultivés sous HPSL. Sous la lampe IND, la teneur en matière sèche des fruits de tomate diminue de 4.7 à 16.1 %, en dessous de la LED de 9.9 à 18.2 %. Les variétés utilisées dans les expériences sont différemment sensibles à la lumière. La plus faible diminution de la matière sèche dans différentes conditions d'éclairage a été observée pour le cv "Strabena" (5.8 % pour IND et 11.1 % pour LED, respectivement) et la plus grande diminution de la matière sèche dans différentes conditions d'éclairage a été observée pour le cv "Diamont" (16.1 % et 18.2 XNUMX % respectivement).
En moyenne, la teneur en solides solubles variait entre 3.8 et 10.2 ◦Brix. De même, pour la matière sèche, la teneur en solides solubles la plus élevée a été détectée dans le cultivar de tomates cerises "Strabena" (en moyenne 8.1 ± 1.0 ◦Brix). La tomate cv « Diamant » était la moins sucrée (en moyenne 4.9 ± 0.4 ◦Brix).
Un éclairage supplémentaire a affecté de manière significative la teneur en solides solubles des cultivars de tomates "Bolzano", "Diamont" et "Encore". Sous la lumière LED, la teneur en solides solubles de ces variétés a considérablement diminué par rapport à la HPSL. L'effet de la lampe IND était moindre. Dans ces conditions d'éclairage, la culture des tomates des cv "Bolzano" et "Strabena" avait en moyenne 4.7 et 4.3% de sucre en plus que sous HPSL cultivée. Malheureusement, cette augmentation n'est pas statistiquement significative (Figure 6).
Tomates TI varie de 0.97 à 1.38. Les plus savoureuses étaient les tomates du cv « Strabena », le TI moyen était de 1.32 ± 0.1 et les moins savoureuses étaient les tomates du cv « Diamont », le TI moyen était de seulement 1.01 ± 0.06. Le TI élevé a le cultivar de tomate "Bolzano", en moyenne TI (1.12 ± 0.06), suivi de "Chocomate", en moyenne TI (1.08 ± 0.06).
En moyenne, le TI n'est pas significativement affecté par la source d'éclairage, sauf pour le cv "Strabena", où les fruits sous la lampe IND
TABLEAU 1 | P-valeurs (test de Kruskal-Wallis) des effets de différents éclairages supplémentaires sur la qualité des fruits de tomate (n = 118).
Paramètre |
"Bolzano" |
"chocolat" |
"Bis" |
"Diamant" |
"Strabéna |
Poids des fruits |
0.013 * |
0.008 ** |
0.110 |
0.400 |
0.560 |
Matière sèche |
0.022 * |
0.013 * |
0.011 * |
0.001 ** |
0.015 * |
Solides solubles |
0.027 * |
0.030 |
0.030 * |
0.001 ** |
0.270 |
Acidité |
0.078 |
0.022 |
0.160 |
0.001 ** |
0.230 |
Indice de goût |
0.370 |
0.140 |
0.600 |
0.001 ** |
0.023 * |
Le lycopène |
0.052 |
0.290 |
0.860 |
0.160 |
0.920 |
в-carotène |
<0.001 *** |
0.007 ** |
0.940 |
0.110 |
0.700 |
Phénols |
0.097 |
0.750 |
0.450 |
0.800 |
0.420 |
Les flavonoïdes |
0.430 |
0.035 * |
0.720 |
0.440 |
0.170 |
Niveaux de signification "* **" 0.001, "**" 0.01, et "*"0.05. |
|
avoir une augmentation de TI par rapport à HPSL de 7.4 % (LED de 4.2 %) par rapport à HPSL et cv "Diamont" dans les deux conditions d'éclairage mentionnées précédemment, une diminution de 5.3 et 8.4 %, respectivement, a été détectée.
Teneur en caroténoïdes
La concentration de lycopène dans les tomates variait de 0.07 (cv "Bolzano") à 7 mg 100 g-1 FM (« Strabena »). Teneur en lycopène légèrement plus élevée par rapport au « Diamant » (4.40 ± 1.35 mg 100 g-1 FM) et « Encore » (4.23 ± 1.33 mg 100 g-1 FM) a été trouvé dans les fruits de couleur rouge brunâtre de « Chocomate » (4.74 ± 1.48 mg 100 g-1 FM).
En moyenne, les fruits de plantes cultivées sous lampes IND contiennent 17.9 % de lycopène en plus par rapport aux HPSL. L'éclairage LED a également favorisé la synthèse du lycopène, mais dans une moindre mesure, de 6.5 % en moyenne. L'effet des sources lumineuses a varié selon le cultivar. Les plus grandes différences dans la biosynthèse du lycopène ont été observées pour le «chocomate». L'augmentation de la teneur en lycopène sous IND par rapport à HPSL était de 27.2 % et sous LED de 13.5 %. "Strabena" était le moins sensible, avec des changements de 3.2 et -1.6 %, respectivement, par rapport à HPSL (Figure 7). Malgré des résultats relativement probants, le traitement mathématique des données ne confirme pas sa fiabilité (Tableau 1).
Au cours de l'expérience, в-teneur en carotène dans les tomates en moyenne de 4.69 à 9.0 mg 100 g-1 FM. Le plus haut в-la teneur en carotène a été trouvée dans la tomate cerise cv "Strabena", une moyenne de 8.88 ± 1.58 mg 100 g-1 FM, mais le plus bas в-la teneur en carotène a été trouvée dans le fruit jaune cv "Bolzano", une moyenne de 5.45 ± 1.45 mg 100 g-1 MF
Les différences significatives dans la teneur en carotène ont été trouvées entre les variétés cultivées sous différents éclairages supplémentaires. Cv "Bolzano" cultivé sous LED montre une diminution significative de la teneur en carotène (de 18.5% par rapport à HPSL), tandis que "Chocomate" a la teneur en carotène la plus faible juste en dessous de HPSL dans les fruits de tomate (5.32 ± 1.08 mg 100 g FM-1) et il a été augmenté de 34.3 % sous LED et de 46.4 % sous lampes IND (Figure 8).
Teneur totale en composés phénoliques et flavonoïdes
La teneur en phénol des fruits de tomate varie en moyenne de 27.64 à 56.26 mg GAE 100 g-1 FM (Tableau 2). La teneur en phénol la plus élevée est observée pour la variété « Strabena » et la teneur en phénol la plus faible est observée pour la variété « Diamont ». La teneur en phénol des tomates varie selon la saison de maturation du fruit, il y a donc de grandes fluctuations entre les différents moments d'échantillonnage. Cela conduit au fait que les différences entre les tomates cultivées sous différentes lampes ne sont pas significatives.
Bien que des différences significatives entre les variantes de lumière supplémentaire n'apparaissent que dans le cas du cv «Chocomate», la teneur moyenne en flavonoïdes des fruits cultivés sous la lampe est de 33.3%, mais inférieure à la LED de 13.3% supérieure. Sous les lampes IND, de grandes différences entre les variétés sont observées, mais sous les LED, la variabilité est de l'ordre de 10.3 à 15.6 %.
Des expériences ont montré que différentes variétés de tomates réagissent différemment à l'éclairage supplémentaire utilisé.
Il n'est pas recommandé de cultiver cv "Bolzano" sous lampe LED ou IND car dans cet éclairage, les paramètres sont similaires à ceux obtenus sous HPSL ou nettement inférieurs. Sous les lampes LED, le poids d'un fruit, la matière sèche, la teneur en solides solubles et en carotène sont considérablement réduits ( Figure 9 ).
TABLEAU 2 | Teneur en composés phénoliques totaux [mg équivalent acide gallique (GAE) 100 g-1 FM] et flavonoïdes [mg acide citrique (CA) 100 g-1 FM] dans les fruits de tomate cultivés sous différents éclairages supplémentaires.
Paramètre |
"Bolzano" |
"chocolat" |
"Bis" |
"Diamant" |
"Strabène" |
Phénols |
|||||
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 |
DEL |
36.16 ± 6.41 |
31.70 ± 6.80 |
30.44 ± 3.01 |
30.98 ± 6.52 |
52.57 ± 10.41 |
Les flavonoïdes |
|||||
HPSL |
4.50 ± 1.32 |
3.78 ± 0.65 |
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 |
DEL |
4.96 ± 1.08 |
4.37 ± 1.18ab |
3.02 ± 1.04 |
2.88 ± 1.08 |
5.91 ± 1.20 |
Des moyens significativement différents sont étiquetés avec des lettres différentes. |
Contrairement à "Bolzano", "Chocomate" sous éclairage LED augmente le poids d'un fruit et la quantité de carotène augmente. D'autres paramètres excluant la matière sèche et la teneur en solides solubles sont également plus élevés que dans les fruits obtenus sous HPSL. Dans le cas de cette variété, la lampe à induction montre également de bons résultats (Figure 9).
Pour le cv « Diamont », les indicateurs qui déterminent les propriétés gustatives sont considérablement réduits sous la lumière LED, mais la teneur en pigments et en flavonoïdes est augmentée (Figure 9).
Les cultivars « Encore » et « Strabena » sont les plus insensibles au traitement par la lumière supplémentaire. Pour "Encore", le seul paramètre significativement affecté par le spectre lumineux de la LED est la teneur en solides solubles. « Strabena » est également relativement tolérant aux changements de la composition spectrale de la lumière. Cela pourrait être dû aux caractéristiques génétiques de la variété, car il s'agissait de la seule variété de tomates cerises incluse dans l'expérience. Il a été caractérisé par significativement plus élevé tous les paramètres étudiés. Par conséquent, il n'a pas été possible de détecter des changements dans les paramètres étudiés sous l'influence de la lumière (Figure 9).
DISCUSSION
Le poids moyen du fruit de la tomate est en corrélation avec le poids prévu de la variété ; cependant, il n'est pas atteint. Cela pourrait être dû à la méthode de culture plutôt qu'à la qualité de l'éclairage, car moins d'eau peut être utilisée dans un substrat de tourbe, ce qui peut réduire le poids du fruit, mais augmenter la concentration des substances actives et améliorer la saturation du goût. (24). La plus petite fluctuation du poids moyen des fruits de « Encore F1 » en raison de la source d'éclairage pourrait indiquer une tolérance de cette variété à la qualité de l'éclairage. Cela correspond à l'examen du sujet (25). Le rendement et la qualité des tomates sont affectés non seulement par l'intensité de la lumière supplémentaire utilisée, mais aussi par sa qualité. Les résultats montrent qu'un rendement moindre s'est formé sous les lampes IND. Cependant, il est possible que des résultats inférieurs soient affichés en raison de la plus faible intensité des lampes à induction malgré le fait que la principale caractéristique des lampes à induction est une bande d'ondes vertes plus large. Les données montrent que l'augmentation de la quantité de lumière rouge contribue à l'augmentation du poids frais des tomates, mais n'affecte pas l'augmentation de la teneur en matière sèche. Il semble que la lumière rouge ait stimulé l'augmentation de la teneur en eau des tomates. En revanche, l'augmentation de la lumière bleue réduit la teneur en matière sèche de toutes les variétés de tomates. Le moins sensible est le cultivar de tomates jaunes « Balzano ». Plusieurs recherches ont montré que la photosynthèse sous une combinaison de lumière rouge et bleue a tendance à être plus élevée que sous un éclairage HPS, mais le rendement en fruits est égal (12). Olle et Virsile (26) a constaté que les LED rouges améliorent le rendement des tomates et cela souligne les conclusions de nos recherches qui indiquent qu'en général, avec un ajout plus élevé d'ondes rouges, le rendement augmente. Dans le même sens, Zhang et al. (14) définit que même l'ajout de lumière FR en combinaison avec des LED rouges et HPSL augmente le nombre total de fruits. La lumière LED bleue et rouge supplémentaire a entraîné la maturation précoce des fruits de la tomate. Cela pourrait indiquer que la raison de la masse de fruits plus élevée sous LED pour les cultivars «Chocomate F1» et «Diamont F1», car une maturation précoce a conduit à une nouaison plus précoce des nouveaux fruits. En termes de rendement, nos données montrent que ce n'est pas l'augmentation de la lumière rouge qui est la plus importante dans l'augmentation des rendements, mais la proportion accrue de lumière rouge par rapport à la lumière bleue.
Étant donné que l'une des caractéristiques préférées de la tomate du client est la douceur, il est important de comprendre les moyens possibles d'améliorer cette caractéristique. Néanmoins, il est généralement altéré par divers facteurs environnementaux (27). Il existe des preuves que la composition qualitative de la lumière affecte également le contenu biochimique du fruit de la tomate. La teneur en sucres solubles du fruit de la tomate mûre a été réduite par des durées de lumière FR plus longues (15). Kong et coll. (16) les résultats ont montré que le traitement à la lumière bleue entraînait de manière significative une plus grande quantité de solides solubles totaux. La teneur en sucre des plantes est augmentée par la lumière verte, bleue et rouge (28). Nos expériences ne le confirment pas, car l'augmentation de la lumière bleue et de la lumière rouge réduisait séparément la teneur en solides solubles dans la plupart des cas. Nos résultats ont montré que le niveau le plus élevé de sucres solubles a été trouvé sous HPSL qui apporte la plus grande proportion de lumière rouge que les autres lampes et augmente également la température près des lampes. Cela correspond à des recherches antérieures où les études d'Erdberga et al. (29) ont montré que la teneur en sucres solubles, les acides organiques augmentent avec l'augmentation des doses d'ondes rouges. Des résultats similaires ont été obtenus dans d'autres études. Un poids moyen des fruits de tomate plus élevé a été obtenu chez les plantes éclairées en supplément avec des lampes HPS par rapport aux plantes avec des lampes LED (8.7-12.2% selon le cultivar) (30).
Cependant, les études de Dzakovich et al. (31) ont prouvé que la qualité de la lumière supplémentaire (HPSL via LED) n'affectait pas de manière significative les propriétés physicochimiques (solides solubles totaux, acidité titrable, teneur en acide ascorbique, pH, composés phénoliques totaux et flavonoïdes et caroténoïdes importants) ou les propriétés sensorielles des tomates cultivées en serre. Cela montre que la quantité de sucres solubles dans les fruits peut être affectée non seulement par des facteurs individuels, mais également par leurs combinaisons. De plus, dans nos expériences, il n'a pas été possible de trouver des régularités entre les influences de la lumière sur la teneur en acide. En particulier, les recherches futures devraient se concentrer non seulement sur la relation entre les espèces et la lumière, mais aussi sur la relation entre le cultivar et la lumière. La teneur en matière sèche était plus élevée dans « Chocomate F1 » et « Strabena F1 ». Cela correspond à Kurina et al. (6), où en moyenne, les accessions rouge-brun ont accumulé plus de matière sèche (6.46%). Les études de Duma et al. (32) ont montré que lors de la comparaison de la masse des fruits et du TI, on observe que le TI plus élevé est pour les tomates plus petites ou plus grosses. Les expériences de Rodica et al. (23) ont montré que les tomates cerises et de couleur rouge brunâtre contiennent plus de solides solubles. Dans cette étude, il est souligné que la quantité des composés organiques déterminant le goût du fruit dépend du rendement du cultivar.
L'exposition à un éclairage LED rouge et bleu supplémentaire augmente le taux de lycopène et в-teneur en carotène (13, 29 33 34). Dannehl et al. (12) des études ont montré que les teneurs en lycopène et en lutéine des tomates étaient de 18 et 142% plus élevées lorsqu'elles étaient exposées au luminaire LED. Cependant, в-la teneur en carotène n'était pas différente entre les traitements à la lumière. Ntagkas et al. (35) ont montré que la zéaxanthine, le produit de в-conversion du carotène, augmentation des fruits de la tomate sous lumière bleue et blanche. Dans cette étude, ces déclarations ne sont en partie vraies que dans le cas de "Bolzano F1" où une quantité significativement plus importante de lycopène a été trouvée sous traitement LED, mais в-carotène a répondu négativement à ce traitement. Cela pourrait être dû à des caractéristiques génétiques puisque "Bolzano F1" n'est qu'un cultivar à fruits orange dans cette étude. Dans d'autres études, avec des cultivars à fruits rouges et bruns, la plus grande quantité de lycopène et в-carotène ont été retrouvés sous les lampes à Induction qui ne confirment pas les tendances des années précédentes (29). Nos expériences ont montré que la teneur en lycopène de tous les cultivars de tomates à fruits rouges augmentait avec l'augmentation de la lumière bleue. En revanche, les changements de teneur en carotène dans différents cultivars ne permettent pas d'établir des régularités communes à tous les cultivars de tomates utilisés dans les expériences. Cet écart indique la nécessité de tests supplémentaires du sujet à l'avenir. Le même schéma de réponse à la lumière dû aux caractéristiques des cultivars a été observé avec une quantité de phénols et de flavonoïdes. Tous les cultivars à fruits rouges et à fruits bruns ont montré de meilleurs résultats sous les lampes IND, tandis que "Bolzano F1" a répondu avec des résultats plus élevés aux lampes HPSL et LED sans différence significative. Cette étude correspond aux découvertes de Kong : le traitement à la lumière bleue a conduit de manière significative à une plus grande concentration de composés phénoliques individuels (acide chlorogénique, acide caféique et rutine) (16). La lumière rouge continue a considérablement augmenté le lycopène, в-carotène, contenu phénolique total, concentration totale de flavonoïdes et activité antioxydante dans les tomates (36). Dans nos études antérieures, les flavonoïdes changeaient de manière fluctuante ; par conséquent, aucun effet de la longueur d'onde de la lumière ne doit être noté comme significatif.
La quantité de phénols augmente avec la proportion croissante de lumière bleue fournie par les lampes à LED (29), cela correspond aussi à notre recherche. Il est mentionné dans les travaux d'autres chercheurs que l'exposition à la lumière UV ou LED n'a eu aucun effet sur les composés phénoliques totaux, malgré le fait que les deux traitements par la lumière sont connus pour moduler l'expression d'un ensemble de gènes impliqués dans la biosynthèse des composés phénoliques et des caroténoïdes. (36). Il convient de mentionner que de même avec le poids du fruit, il n'y a pas de différences significatives dans les composés chimiques dans "Encore F1" en raison du traitement à la lumière. Cela permet de déclarer que le cultivar « Encore F1 » pourrait être tolérant à la composition de la lumière. Nos expériences confirment les données de la littérature selon lesquelles la synthèse des métabolites secondaires est améliorée à la fois par la quantité quantitative de lumière bleue et par la proportion accrue de lumière bleue dans le système d'éclairage global.
Les résultats obtenus montrent que les composants chimiques, dont les sucres acido-solubles et leur ratio, qui sont responsables du goût caractéristique de la variété, dépendent principalement de la génétique de la variété. Le bon goût des tomates se caractérise non seulement par la combinaison de pigments spécifiques à l'espèce et de substances biologiquement actives, mais également par leur quantité. En particulier, le rapport et la quantité d'acides et de sucres caractérisent le goût saturé et de haute qualité. Dans cette étude, la corrélation positive entre les sucres solubles et les acides titrables est d'environ 0.4, ce qui est corrélé aux recherches d'Hernandez Suarez, où la corrélation positive entre les deux indicateurs s'est avérée être de 0.39. (37). Dans les études de Dzakovich et al. (31), les tomates ont été profilées pour les solides solubles totaux, l'acidité titrable, la teneur en acide ascorbique, le pH, les composés phénoliques totaux et les flavonoïdes et caroténoïdes importants. Leurs études ont indiqué que la qualité des fruits des tomates de serre n'était que marginalement affectée par les traitements supplémentaires à la lumière. De plus, les données du panel sensoriel des consommateurs ont indiqué que les tomates cultivées sous différents traitements d'éclairage étaient comparables entre les traitements d'éclairage testés. Une étude a suggéré que l'environnement lumineux dynamique inhérent aux systèmes de production en serre peut annuler les effets des longueurs d'onde de la lumière utilisées dans leurs études sur des aspects spécifiques du métabolisme secondaire des fruits (31). Ceci est en partie conforme à cette étude, car les chiffres obtenus ne montrent pas de tendances claires et univoques, qui permettent de dire que l'un des éclairages est plus utile pour les tomates que les autres. Cependant, certaines lampes peuvent être utilisées pour certaines variétés, par exemple, les lampes HPSL seraient plus adaptées au « Bolzano F1 » et l'éclairage LED est recommandé pour le « Chocomate F1 ». Cela correspond à l'étude où l'effet de différentes latitudes géographiques sur les propriétés chimiques des tomates a été étudié. Bhandari et al. (38) a précisé que si la combinaison de la position du soleil vers le ciel et, par conséquent, la combinaison des ondes lumineuses visibles, joue un rôle important dans la modification de la composition chimique des tomates ; il existe des variétés qui sont immunisées contre ces processus. Toutes ces conclusions permettent de souligner que la composition chimique de la tomate est principalement dépendante du génotype, puisque les relations des cultivars avec les facteurs de croissance, en particulier avec l'éclairage, sont génétiquement prédisposées.
CONCLUSION
Différentes variétés de tomates réagissent différemment à l'éclairage supplémentaire utilisé. Les cultivars « Encore » et « Strabena » sont les plus insensibles à la lumière supplémentaire. Pour "Encore", le seul paramètre significativement affecté par le spectre lumineux de la LED est la teneur en solides solubles. « Strabena » est également relativement tolérant aux changements de la composition spectrale de la lumière. Cela pourrait être dû aux caractéristiques génétiques de la variété, car il s'agissait de la seule variété de tomates cerises incluse dans l'expérience. Il n'est pas recommandé de cultiver des fruits de couleur orange cv "Bolzano" sous lampe LED ou IND car dans cet éclairage, les paramètres sont au niveau de HPSL ou nettement pires. Sous les lampes LED, le poids d'un fruit, la matière sèche, la teneur en solides solubles et в-carotène sont considérablement réduits. Le poids d'un fruit et la quantité de в-carotène du fruit de couleur rouge-brun cv "Chocomate" sous éclairage LED augmente de manière significative. D'autres paramètres excluant la matière sèche et la teneur en solides solubles sont également plus élevés que dans les fruits obtenus sous HPSL.
Des expériences ont montré que HPSL stimule l'accumulation de métabolites primaires dans les fruits de tomate. Dans tous les cas, la teneur en solides solubles était de 4.7 à 18.2 % supérieure à celle des autres sources d'éclairage.
Comme les lampes LED et IND émettent environ 20 % de lumière bleu-violet, les résultats suggèrent que cette partie du spectre stimule l'accumulation de composés phénoliques dans le fruit de 1.6 à 47.4 % par rapport au HPSL. La teneur en caroténoïdes en tant que métabolites secondaires dépend à la fois de la variété et de la source lumineuse. Les variétés de fruits rouges ont tendance à synthétiser davantage в-carotène sous LED supplémentaire et lumière IND.
La partie bleue du spectre joue un rôle plus important pour assurer la qualité de la récolte. Une augmentation ou une quantification de sa proportion dans le spectre total favorise la synthèse de métabolites secondaires (lycopène, phénols et flavonoïdes), entraînant une diminution de la teneur en matière sèche et en solides solubles.
Compte tenu de l'effet important de la variabilité génotypique dans les relations entre les tomates et la lumière, une étude plus approfondie devrait continuer à se concentrer sur les combinaisons de cultivars et différents spectres de lumière supplémentaires pour augmenter la teneur en composés biologiquement actifs.
DÉCLARATION DE DISPONIBILITÉ DES DONNÉES
Les données brutes soutenant les conclusions de cet article seront mises à disposition par les auteurs, sans réserve indue.
CONTRIBUTIONS D'AUTEUR
IE était en charge de la culture et de l'échantillonnage des tomates, des travaux de laboratoire, de la quantification des composés et a également contribué à la rédaction du manuscrit. IA a évoqué l'idée, contribué à la conception et au design de l'étude, a été en charge de l'échantillonnage des tomates, des travaux de laboratoire, de la quantification des composés, et a également contribué à la rédaction du manuscrit. MD a contribué à la conception et à la conception de l'étude, à l'optimisation des méthodes d'analyse, a analysé les échantillons en laboratoire et a fait des recommandations et des suggestions. RA a contribué à l'analyse statistique, à l'interprétation des données et a fait des recommandations et des suggestions concernant le manuscrit. LD a contribué à la conception et à la conception de l'étude, était en charge de l'échantillonnage des tomates, des travaux de laboratoire, de la quantification des composés et a fait des recommandations et des suggestions concernant le manuscrit. Tous les auteurs ont contribué à l'article et ont approuvé la version soumise du manuscrit.
FUNDING
Cette étude a été financée par le Programme letton de développement rural 2014-2020 Coopération, appel 16.1 projet Nr. 19-00-A01612-000010 Recherche de solutions innovantes et développement de nouvelles méthodes pour l'amélioration de l'efficacité et de la qualité dans le secteur letton des serres (IRIS).
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Conflit d'intérêt: Les auteurs déclarent que la recherche a été menée en l'absence de toute relation commerciale ou financière pouvant être interprétée comme un conflit d'intérêts potentiel.
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