LED光質(zhì)對(duì)水培瞿麥生長及氮磷吸收的影響

趙姣姣 楊其長 劉文科

(中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所，農(nóng)業(yè)部設(shè)施農(nóng)業(yè)節(jié)能與廢棄物處理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081)

瞿麥 (dianthus superbus)，別名十竹子花、野麥、石桂花，石竹科多年生草本藥用植物，全草入藥有通經(jīng)、利尿的功效［1］。因?yàn)槠浠ㄉG麗，常用來布置花壇、花境或巖石園，也可用于盆栽花卉或切花［2］。目前瞿麥的栽培主要為陸地土壤栽培。然而隨著藥用植物的連年種植，藥用植物連作障礙問題日益凸顯，而且栽培過程中化肥農(nóng)藥的大量使用導(dǎo)致土壤中硝態(tài)氮、重金屬及其它有害元素殘留超標(biāo)，并且通過植物的富集作用進(jìn)入藥用植物體內(nèi)，影響藥用植物產(chǎn)量和品質(zhì)，調(diào)查數(shù)據(jù)表明，我國中藥材總銅、鉛、砷、鎘、汞的超標(biāo)率分別為21.0%、12.0%、9.7%、28.5%、6.9%［3］。無土栽培技術(shù)因其特有的優(yōu)點(diǎn)，環(huán)境可控、病蟲害可控、清潔無污染等日益受到人們的青睞，然而目前無土栽培技術(shù)多用于蔬菜的栽培，藥用植物無土栽培技術(shù)的研究只限定在幾種貴重藥材上，如西洋參［4］、石斛［5］。對(duì)常用藥用植物的無土栽培研究，尤其是瞿麥的無土栽培研究未見報(bào)道。

作為植物生長最重要的環(huán)境因子，光對(duì)植物生長有重要作用。光通過光質(zhì)、光強(qiáng)和光周期影響植物的生長發(fā)育，其中光質(zhì)調(diào)控植物的生長、形態(tài)建成、物質(zhì)代謝及基因表達(dá)等。LED即發(fā)光二極管，具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、體積小、抗震性好、安全性高等屬性特點(diǎn)，以及光效高、窄波普、光質(zhì)純、低能耗、冷光源、壽命長、響應(yīng)快、使用方便和環(huán)保型高等光電優(yōu)勢(shì)，而廣泛應(yīng)用于設(shè)施園藝作物的栽培上［6］，如黃瓜［7］、生菜［8］、烤煙［9］、鐵皮石斛［10］。本文以LED紅藍(lán)光質(zhì)為切入點(diǎn)研究不同光質(zhì)對(duì)水培瞿麥的生長及氮磷吸收的影響，以期為瞿麥無土栽培的實(shí)現(xiàn)提供科學(xué)根據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

瞿麥種子購于安國市藥材市場。2012年9月14日育苗，9月28日移栽至營養(yǎng)液中，營養(yǎng)液中氮濃度 5mmol·L－1，基礎(chǔ)營養(yǎng)組成為 (mmol·L－1):0.5Ca(NO3)2，0.75K2SO40.5KH2PO4，0.1KCl，0.65MgSO4，1.0x10－3H3BO3，1.0x10－3MnSO4，1.0x10－4CuSO4，1.0x10－3ZnSO4，5x10－6(NH4)6Mo7O24，0.1EDTA－Fe。每桶營養(yǎng)液4.3L，每個(gè)處理重復(fù)4次，每盆4株。2012年11月23日開始光處理，光處理一個(gè)月。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

光質(zhì)處理設(shè)3個(gè)處理即白光、紅光、紅藍(lán):1:3，栽培盆上邊緣到LED燈20cm處光強(qiáng)為200μmol·m－2·s－1，每天光處理12小時(shí)。試驗(yàn)采用70W的LED筒燈進(jìn)行照射，每個(gè)燈下一處理，光強(qiáng)用Licor－250A照度計(jì)測(cè)定。

1.3 樣品測(cè)定

光處理一個(gè)月后，分別收獲瞿麥地上部和根系，地上部測(cè)定鮮重、干重、株高、莖粗，根系測(cè)定鮮重、干重、根長等生物學(xué)形狀。地上部和根系105℃殺青，80℃烘干后，用粉碎機(jī)粉碎磨細(xì)后，測(cè)定植株中全氮和全磷含量。全氮采用凱氏定氮法測(cè)定，全磷采用釩鉬藍(lán)比色法測(cè)定［11］。

1.4 數(shù)據(jù)分析

應(yīng)用Excel2003和SAS8.2統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 LED光質(zhì)對(duì)瞿麥生長的影響

2.1.1 LED光質(zhì)對(duì)瞿麥生物量的影響

由表1可以看出，不同LED光質(zhì)對(duì)瞿麥的地上部鮮重、株高和根長無顯著影響，各處理之間沒有差異，但是紅藍(lán)光處理下瞿麥莖粗、根鮮重、地上部干重和根干重最大。同時(shí)，在地上部鮮重在3個(gè)光質(zhì)處理相似的情況下，紅藍(lán)光下的地上部干重顯著大于其它兩個(gè)處理，說明紅藍(lán)光3:1處理有利于地上部干物質(zhì)的積累，為根系生物量及干物質(zhì)量的增加奠定基礎(chǔ)。紅藍(lán)光下根系鮮重和干重大于白光和紅光處理，與白光和紅光相比，紅藍(lán)3:1處理更有利于根系生物量和干物質(zhì)的積累，在白光和紅光之間，白光較紅光有利于干物質(zhì)的累積。由此可見，紅藍(lán)1:3可促進(jìn)瞿麥莖的增粗和生物量的增加，但是對(duì)株高和根長沒有顯著地促進(jìn)作用。

表1 光質(zhì)對(duì)瞿麥生物量的影響Table 1 Effect of light quality on biomass of Dianthus Superbus

2.1.2 LED光質(zhì)對(duì)瞿麥開花的影響

光處理20天后，紅藍(lán)光處理瞿麥?zhǔn)紫痊F(xiàn)蕾開花其次為紅光處理，至收獲白光處理下瞿麥?zhǔn)冀K沒有開花 (圖1)。而且，紅藍(lán)光處理瞿麥開花時(shí)間比比紅光早了10天，白光處理下始終沒有開花。由此可見，紅藍(lán)1:3的組合處理可促進(jìn)水培瞿麥開花。

圖1 不同光質(zhì)下瞿麥開花現(xiàn)蕾情況 (由左到右依次是白光、紅光、紅藍(lán)1:3)Fig.1 Blossom situation of Dianthus Superbus under light qualities(From left to right in turn is white light，red light，red and blue 1:3)

2.2 LED光質(zhì)對(duì)瞿麥氮吸收的影響

由表2可以看出，不同光質(zhì)處理下瞿麥地上部和根系含氮量無差異。紅藍(lán)光下地上部氮吸收量最大，紅光次之，白光下最低。紅光處理下根系氮吸收量最大，其次為白光和紅藍(lán)光。由此可見，光質(zhì)對(duì)瞿麥氮含量沒有影響，紅光有益于根系氮吸收，紅藍(lán)1:3則有益于地上部氮吸收。

表2 不同光質(zhì)下瞿麥地上部和根系氮含量及氮吸收量Table 2 Nitrogern content and uptake of Dianthus Superbus under different light quality

2.3 LED光質(zhì)對(duì)瞿麥磷吸收的影響

由表3可以看出，瞿麥地上部及根系含磷量和根系磷吸收量在不同光質(zhì)處理之間沒有顯著性差異，但在紅光處理下地上部磷吸收量顯著降低。由此可見，紅光抑制了瞿麥地上部磷的吸收。

表3 不同光質(zhì)下瞿麥地上部和根系磷含量及磷吸收量Table 3 Phosphorus content and uptake of Dianthus Superbus under different light quality

3 結(jié)論與討論

前人研究表明不同光質(zhì)對(duì)植物生長的影響不同，由于研究選用的植物種類、生長條件、生長時(shí)期及環(huán)境條件不同，不同光質(zhì)對(duì)植物生長的影響的結(jié)論也不盡相同。與白光相比，LED藍(lán)光處理生菜可提高生菜的生物量［12］，補(bǔ)充紅光處理提高了黃瓜幼苗的株高、干鮮質(zhì)量等農(nóng)藝性狀［13］。曹剛等［14］研究發(fā)現(xiàn)與單色光處理相比紅藍(lán)組合光更有利于黃瓜幼苗的生長。同時(shí)，光質(zhì)影響作物對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，如藍(lán)光促進(jìn)水稻黃化幼苗吸收NO3－，增加體內(nèi)NO3－含量，并促進(jìn)NR(硝酸還原酶)的誘導(dǎo)，紅光對(duì)初級(jí)氮的同化過程表現(xiàn)出抑制作用;光質(zhì)能調(diào)節(jié)高等植物的碳水化合物和蛋白質(zhì)的代謝，藍(lán)光下生長植物的蛋白質(zhì)含量較高，而紅光下生長的植物碳水化合物含量通常較高［15－17］。植株干物質(zhì)的累積與分配也受光質(zhì)的影響，紅光與紅外光的比值降低能減少植株干物質(zhì)的累積，且大量物質(zhì)分配到葉片［18］，藍(lán)光處理可顯著促進(jìn)水稻幼苗蛋白質(zhì)合成代謝［16］。植物開花主要受低溫春化、光周期、光照條件的影響，而光照控制植物開花的生理效應(yīng)主要與植物體內(nèi)光敏色素的轉(zhuǎn)化有關(guān)。光敏色素在植物體內(nèi)主要以兩種形式存在:一種是紅光吸收型，簡稱Pr，另外一種是遠(yuǎn)紅光吸收型簡稱Pfr。植物成花主要取決于二者比例的大小，當(dāng)Pfr/Pr的比值高時(shí)，促使長日照植物開花，反之則促進(jìn)短日照植物開花［19］。

本文研究結(jié)果表明在本試驗(yàn)條件下可實(shí)現(xiàn)水培瞿麥的生長，且紅藍(lán)光有助于水培瞿麥生物量的累積以及促進(jìn)瞿麥開花，而紅光則有助于瞿麥氮磷的吸收。然而，本試驗(yàn)中紅光和紅藍(lán)光對(duì)瞿麥生長和氮磷吸收的反應(yīng)不同，其原因可能是光質(zhì)處理時(shí)間較短。本文研究中紅藍(lán)組合光瞿麥優(yōu)先開花的原因可能是紅藍(lán)組合光照射瞿麥導(dǎo)致瞿麥體內(nèi)兩種類型的光敏色素發(fā)生改變，誘導(dǎo)瞿麥開花。有研究證實(shí)［20，21］遠(yuǎn)紅光、藍(lán)光可通過光敏色素和隱花色素促進(jìn)植物開花，紅光通過光敏色素抑制開花。但有關(guān)LED光質(zhì)對(duì)瞿麥開花影響的機(jī)理還需要進(jìn)一步研究。本研究結(jié)果表明與紅光和白光相比，紅藍(lán)1:3組合光提高瞿麥中干物質(zhì)的累積，與前人的研究結(jié)果相似。

［1］江蘇植物研究所.江蘇植物志 (下)［M］.南京:江蘇人民出版社，1982.

［2］李瑩，趙春莉，趙和祥，陳立飛，董然，顧德峰.瞿麥組織培養(yǎng)和快速繁殖［J］北方園藝，2011(23):107－110.

［3］韓小麗.土壤重金屬污染及其化學(xué)修復(fù)對(duì)中藥材生長及質(zhì)量的影響［J］.河南大學(xué)研究生碩士學(xué)位論文，2008.

［4］陳震，馬小軍，趙楊景，等.西洋參無土栽培方法的初步研究［J］.中國中藥雜志.1991，(9)16:582－530.

［5］李泉森，張明，金仕勇.石斛無土栽培基質(zhì)的初步研究［J］.中國中藥雜志.2005，(1)25:23－24.

［6］劉文科，楊其長，魏靈玲.LED光源及其設(shè)施園藝應(yīng)用［M］.北京:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社，2012.

［7］曹剛，張國斌，郁繼華，馬彥霞.不同光質(zhì)LED光源對(duì)黃瓜苗期生長及葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響［J］.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)2013，46(6):1297－1304.

［8］李東星，商守海，周增產(chǎn)，卜云龍，舒其偉，蘭立波.植物工廠不同光源和光照方式對(duì)生菜生長的影響［J］。長江蔬菜，2012(24):50－52.

［9］龔婷，查宏波，黃韡，魏世強(qiáng)，王海珠，何文高，王凱，宗學(xué)鳳，王三根.不同光質(zhì)處理對(duì)云煙87生長及品質(zhì)的影響［J］.西南大學(xué)學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版)。2013，1(35):29－34.

［10］高亭亭，斯金平，朱玉球，黃華宏.光質(zhì)和種質(zhì)對(duì)鐵皮石斛種苗生長和有效成分的影響［J］.中國中藥雜志，2012，2(37):198－201.

［11］魯如坤.土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法［M］.北京:中國農(nóng)業(yè)科技出版社，2000.

［12］劉文科，楊其長，邱志平，趙嬌嬌.不同LED光質(zhì)對(duì)生菜生長和營養(yǎng)品質(zhì)的影響［J］.蔬菜，2012，11:63－65.

［13］蘇娜娜，鄔奇，崔瑾.光質(zhì)補(bǔ)光對(duì)黃瓜幼苗生長和光合特性的影響［J］.中國蔬菜2012(24):48－54。

［14］曹剛，張國斌，郁繼華，馬彥霞.不同光質(zhì)LED光源對(duì)黃瓜苗期生長及葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響［J］.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)2013，46(6):1297－1304。

［15］Voskresenskaya NP，Nechayeva Ep，Vlasova MP et al..The significance of blue light and kinetin for restoration of the photosynthetic apparatus in aging narley leaves.Fizid Rast，1968，15:890

［16］李韶山，潘瑞熾.藍(lán)光對(duì)水稻幼苗生長效應(yīng)的研究［J］.中國水稻科學(xué).1994，8(2):115－118.

［17］Kowallik W.Blue light effects on respiration.Annu Rev Plant Physical，1982，33:51－72

［18］Moe R;Morgan L;Grindal G Growth and plant morphology of Cucumis sativus and fuchsia xhybrid areinfluenced by light quality during the photoperiod and by temperature alternations.Acta Horticulturae 2002，580:229－234

［19］李繼海.植物開花與光照效應(yīng)［J］.開封教育學(xué)院學(xué)報(bào)，1990，3:45－48.

［20］Devlin P F，Pat el S R，Whit elam G C，1998.Phytochrome E influences int ernode elongat ion and f lowering time in Arabidopsis.Plant Cell，10:1479～1488

［21］Weller J L，Beauchamp N，Kerckhoffs L H，Platt en J D，Reid J B，2001.Int eract ion of phytochromes A and B in the control of deetiolation and flowering in pea.Plant J，26:283－294