Vestnik of the Far East Branch of the Russian Academy of SciencesVestnik of the Far East Branch of the Russian Academy of SciencesВестник Дальневосточного отделения Российской академии наук0869-7698The Russian Academy of Sciences68732210.31857/S0869769825020101GEGBFEBiological SciencesБиологические наукиResearch ArticleThe influence of the spectral composition of artificial lighting on the biochemical composition of tomato fruits Solanum lycopersicum L.Влияние спектрального состава искусственного освещения на биохимический состав плодов томатов Solanum lycopersicum L.https://orcid.org/0000-0002-1065-1814KnyazevaInna V.КнязеваИнна Валерьевна
Russian Federation

Candidate of Sciences in Biology, Senior Researcher

Кандидат биологических наук, старший научный сотрудник

knyazewa.inna@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9236-2281SmirnovAlexander A.СмирновАлександр Анатольевич
Russian Federation

Candidate of Sciences in Technique, Senior Researcher

Кандидат технических наук, старший научный сотрудник

alexander8484@inbox.ruFederal Scientific Agroengineering Center VIMФедеральный научный агроинженерный центр ВИМ0408202521381441107202511072025Copyright ©; 2025, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2025, Российская академия наук2025Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0869-7698/article/view/687322

Light is an important environmental factor that regulates the accumulation of micro- and macroelements and organic acids in tomato fruits. The use of LEDs for lighting during the growth and development of tomatoes is an effective method for improving the quality of tomato fruits. In this study, LED light sources with a combined spectral composition and high-pressure discharge lamps were used to grow tomatoes in a climate chamber. Using capillary electrophoresis, the mass fractions of cations (ammonium, potassium, sodium, magnesium and calcium ions), anions (chloride, nitrate, sulfate and phosphate ions) and organic acids were determined. It has been established that the type of light sources and the spectral composition of optical radiation are one of the key factors in improving the quality of tomatoes. When grown under LEDs, the concentration of malic acid in tomato fruits increased by 60%, succinic acid by 2 times, and magnesium by 14% and calcium by 57% compared to the fruits of tomato plants grown under gas-discharge lamps. Thus, by selecting the spectral composition of optical radiation, it is potentially possible to increase the content of target components and improve the taste of tomatoes.

Свет является важным фактором окружающей среды, который регулирует накопление микро- и макроэлементов и органических кислот в плодах томата. Применение светодиодов для освещения в процессе роста и развития томатов является эффективным методом улучшения качества плодов томатов. В этом исследовании использовались светодиодные источники света с комбинированным спектральным составом и газоразрядные лампы высокого давления при выращивании томатов в климатической камере. Методом капиллярного электрофореза определены массовые доли катионов (ионов аммония, калия, натрия, магния и кальция), анионов (хлорид-, нитрат-, сульфат- и фосфат-ионов) и органических кислот. Установлено, что тип источников света и спектральный состав оптического излучения освещения являются одними из ключевых факторов повышения качества томатов. При выращивании под светодиодами в плодах томата увеличивалась концентрация яблочной кислоты на 60%, янтарной кислоты – в 2 раза, магния – на 14% и кальция – на 57% по сравнению с плодами растений томата, выращенных под газоразрядными лампами. Таким образом, подбирая спектральный состав оптического излучения, потенциально можно увеличить содержание целевых компонентов и улучшить вкусовые качества томатов.

tomatoLEDbiochemical compositionlight cultureтоматсветодиодбиохимический составсветокультураПравительство РФGovernment of the Russian Federation122022100140-3Butov I.S. Ob”yem rynka i potrebleniye tomatov v Rossii = [Market volume and consumption of tomatoes in Russia]. Potatoes and Vegetables (Russia). 2024;(1):12–16. (In Russ.).Бутов И.С. Объем рынка и потребление томатов в России // Картофель и овощи. 2024. № 1. С. 12–16.Ilahy R., Tlili I., Siddiqui M.W., Hdider C., Lenucci M.S. Inside and beyond color: Comparative overview of functional quality of tomato and watermelon fruits. Frontiers in Plant Science. 2019;10. 769.Ilahy R., Tlili I., Siddiqui M.W., Hdider C., Lenucci M.S. Inside and beyond color: Comparative overview of functional quality of tomato and watermelon fruits // Frontiers in Plant Science. 2019. Vol. 10. 769.Zhang J., Liu S., Zhu X., Chang Y., Wang C., Ma N., Wang J., Zhang X., Lyu J., Xie J. A Comprehensive Evaluation of Tomato Fruit Quality and Identification of Volatile Compounds. Plants. 2023;12. 2947.Zhang J., Liu S., Zhu X., Chang Y., Wang C., Ma N., Wang J., Zhang X., Lyu J., Xie J. A Comprehensive Evaluation of Tomato Fruit Quality and Identification of Volatile Compounds // Plants. 2023. Vol. 12. 2947.Knyazeva I.V., Dorokhov A.S., Vershinina O.V., Myachikova N.I., Grishin A.А., Gudimo V.В., Georgescu C. The effect of amber acid on the productivity and chemical composition of tomatoes grown in a climatic chamber. Scientific Study & Research Chemistry & Chemical Engineering, Biotechnology, Food Industry. 2021;22(3):311–319.Knyazeva I.V., Dorokhov A.S., Vershinina O.V., Myachikova N.I., Grishin A.А., Gudimo V.В., Georgescu C. The effect of amber acid on the productivity and chemical composition of tomatoes grown in a climatic chamber // Scientific Study, Research Chemistry, Chemical Engineering, Biotechnology, Food Industry. 2021. Vol. 22 (3). P. 311–319.Palmieri F., Estoppey A., House G.L., Lohberger A., Bindschedler S., Chain P.S., Junier P. Oxalic acid, a molecule at the crossroads of bacterial-fungal interactions. Advancesin Applied Microbiology. 2019;106:49–77.Palmieri F., Estoppey A., House G.L., Lohberger A., Bindschedler S., Chain P.S., Junier P. Oxalic acid, a molecule at the crossroads of bacterial-fungal interactions // Advances in Applied Microbiology. 2019. Vol. 106. P. 49–77.Agbede T., Adekiya A., Ale M., Eifediyi E.K., Olatuni C.A. Soil properties, growth, fruit yield, mineral, lycopene and vitamin C contents of tomato (Lycopersicon esculentum Mill) grown with green manures and NPK fertilizer. Agriculturae Conspectus Scientificus. 2018;83:291–297.Agbede T., Adekiya A., Ale M., Eifediyi E.K., Olatuni C.A. Soil properties, growth, fruit yield, mineral, lycopene and vitamin C contents of tomato (Lycopersicon esculentum Mill) grown with green manures and NPK fertilizer // Agriculturae Conspectus Scientificus. 2018. Vol. 83. P. 291–297.Burynin D.A., Smirnov A.A. Obzor istochnikov osveshcheniya dlya teplichnykh khozyaystv i fabric rasteniy = [Overview of the grow lights used in greenhouses and plant factories]. Elektrotekhnologii i Elektrooborudovanie v APK (Russia). 2021;68(1):105–113. (In Russ.).Бурынин Д.А., Смирнов А.А. Обзор источников освещения для тепличных хозяйств и фабрик растений // Электротехнологии и электрооборудование в АПК. 2021. Т. 68, № 1 (42). С. 105–113.Kholmansky A.S., Smirnov A.A., Zaitseva N.V. Zavisimost’ ekstraktsii mikro- i makroelementov kul’turnymi rasteniyami ot spectra izlucheniya fitoobluchatelya = [Dependence of the extraction of micro- and macroelements by cultivated plants on the radiation spectrum of the phyto-irradiator]. Agrophysics (Russia). 2019;1:52–59. (In Russ.).Холманский А.С., Смирнов А.А., Зайцева Н.В. Зависимость экстракции микро- и макроэлементов культурными растениями от спектра излучения фитооблучателя // Агрофизика. 2019. № 1. С. 52–59.Neaţă D.S., Popescu G., Popa P., Drăghici E.E., Dobrinoiu M., Nicolae R., Vișan I. Biochemical changes, induced by led light, in tomato plants, grown in the integrated management system (SMI) of agroecosystem resistance. Scientific Papers. Series A. Agronomy. 2021;64(1).Neaţă D.S., Popescu G., Popa P., Drăghici E.E., Dobrinoiu M., Nicolae R., Vișan I. Biochemical changes, induced by led light, in tomato plants, grown in the integrated management system (SMI) of agroecosystem resistance // Scientific Papers. Series A. Agronomy. Vol. 64, No. 1. 2021.Kim H., Yang T., Choi S., Wang Y., Lin M., Liceaga A.M. Supplemental intracanopy far-red radiation to red LED light improves fruit quality attributes of greenhouse tomatoes. Scientia Horticulturae. 2019;261. 108985.Kim H., Yang T., Choi S., Wang Y., Lin M., Liceaga A.M. Supplemental intracanopy far-red radiation to red LED light improves fruit quality attributes of greenhouse tomatoes // Scientia Horticulturae. 2019. Vol. 261. 108985.Rakutko S.A., Rakutko E.N., Medvedev G.V. Development of an Experimental Phytotron and its Application in the Research on the Energy-ecological Efficiency of Indoor Plant Lighting. Agricultural Machinery and Technologies. 2023;17(2):40–48. (In Russ.). https://doi.org/10.22314/2073-7599-2023-17-2-40-48.Ракутько С.А., Ракутько Е.Н., Медведев Г.В. Разработка экспериментального фитотрона и его применение в исследованиях по энергоэкологии светокультуры // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2023. Т. 17, № 2. С. 40–48. https://doi.org/10.22314/2073-7599-2023-17-2-40-48.Shikh E.V., Elizarova E.V., Makhova A.A., Bragina T.V. Rol’ tomatov i produktov iz nikh v zdorovom pitanii cheloveka = [The role of tomatoes and products made from them in healthy human nutrition]. Voprosy Pitaniya (Russia). 2021;90(4):129–137. (In Russ.).Ших Е.В., Елизарова Е.В., Махова А.А., Брагина Т.В. Роль томатов и продуктов из них в здоровом питании человека // Вопросы питания. 2021. Т. 90, № 4. С. 129–137.