吳根良,鄭積榮,李許可
(1.杭州市農業(yè)科學研究院,浙江杭州 310024;2.杭州漢徽光電科技有限公司,浙江杭州 310051)
不同LED光源對設施越冬辣椒果實品質和產量的影響
吳根良1,鄭積榮1,李許可2
(1.杭州市農業(yè)科學研究院,浙江杭州 310024;2.杭州漢徽光電科技有限公司,浙江杭州 310051)
以發(fā)光二極管(LED)藍光(B),紅藍組合光(RB)(紅∶藍=8∶3和7∶3)和白光(W)為光源,研究了不同光質、不同補光時間對設施越冬辣椒Capsicum frutescens果實品質和產量的影響。結果表明:①藍光有利于果實可溶性固形物、可滴定酸、可溶性蛋白、游離氨基酸和類胡蘿卜素的合成;紅藍83光可促進可溶性總糖、維生素C和可溶性蛋白的形成;白光可提高果實葉綠素、總黃酮和可溶性蛋白的質量分數;紅藍73光有利于總多酚和可溶性蛋白的合成;②藍光能促進果實橫向生長,紅光能促進果實縱向生長,紅藍光有利于果實膨大且提高果實商品性;紅藍
蔬菜園藝學;發(fā)光二極管(LED);辣椒;品質;產量
華東地區(qū)的設施越冬栽培大多以非加溫的塑料大棚為主,冬春季節(jié)低溫弱光、陰雨高濕天氣較多,大棚內光照往往不能滿足作物生長的需求,人工補光成為眾多可控環(huán)境溫室管理的必然選擇[1]。與傳統(tǒng)的人工光源如高壓鈉燈、熒光燈、金屬鹵素燈、白熾燈等相比,新型發(fā)光二極管(LED)光源具有節(jié)能環(huán)保、光電轉換效率高、壽命長、發(fā)熱低、冷卻負荷小、光量與光質可調節(jié)、易于分散或組合控制等許多不同于其他電光源的重要特點[1],為溫室人工補光提供了新的手段。為讓設施辣椒Capsicum frutescens安全越冬,目前浙江省仍采用三棚四膜覆蓋保溫,但因棚內光照嚴重不足,導致辣椒落花落果嚴重、果實發(fā)育緩慢,畸形果多,產量下降,品質變劣。本研究在設施越冬辣椒開花坐果期,開展不同LED光源、不同照射時間對辣椒結果性、商品性、品質及其產量的研究,試圖探明不同光質、不同照射時間對辣椒產量和果實品質的影響,為解決目前大棚越冬辣椒生產中存在的問題提供新的方法和思路。目前,LED在植物組織培養(yǎng)及實驗室里研究的較多[2-4],并且大部分的研究集中在光形態(tài)建成及生長發(fā)育上,而對果實品質的研究較少。已有研究表明,光質對轉色期番茄Lycopersicon esculentum果實[5]和收獲期番茄果實[6],草莓Fragaria ananassa果實[7],蘿卜Raphanus sativus和芽苗菜[8],菠菜Spinacia oleracea[9],豌豆Pisum sativum苗[10]等蔬菜的產品品質有顯著的影響。此外,大部分國內外學者研究認為紅藍光對植物生長發(fā)育有利,尤其藍光是植物生長發(fā)育必不可少的光源[11-13],而且藍光在光源中所占的比例對植物生長有顯著影響[14],但紅藍LED光對辣椒果實品質的研究未見報道過。
1.1 光源
使用由杭州漢徽光電科技有限公司與浙江大學合作開發(fā)研制的新型LED植物生長光源。它由(660 ±20)nm的紅光LED與(450±20)nm的藍光LED組成,可以根據試驗需要調節(jié)不同紅藍光距離照射植物,減少不必要的光能損失。對照不用任何光源。
試驗設置13個處理區(qū)(表1),除了對照外各處理光強均設置為200μmol·m-1·s-1。
表1 處理區(qū)設置及編號Table 1 Treatments and codes
1.2 試材與處理
試驗在杭州市農業(yè)科學研究院蔬菜研究所喬司基地塑料連棟溫室內進行。以‘杭椒一號,辣椒為試驗材料,2011年7月19日播種,采用穴盤基質育苗,8月15日移栽到塑料連棟溫室內,前期因溫度高光照強,沒有進行補光。隨著溫度降低,光照的變弱,于11月10日在溫室內搭中棚進行多重覆蓋,以提高溫度,并于11月20日開始LED補光,對照小區(qū)面積為60 m2(200株),其他12個小區(qū)面積均為15 m2(50株)。補光之前,將處理的13個小區(qū)的辣椒果實及花蕾全部摘光。在處理小區(qū)內以10 m搭建燈板懸掛支架1個,燈板(大小為35 cm×35 cm)以平行與地面的方式掛接在支架上,懸掛燈板12塊·小區(qū)-1,燈板之間保持50 cm的間距,燈板發(fā)光面與植株頂端間的懸掛距離為15 cm,可根據植株生長高度調整光源位置。處理間用遮光布隔斷,各處理光源相互不干擾。補光時間由定時器自動控制。其他管理措施同常規(guī)。
1.3 測定指標及方法
1.3.1 辣椒果實營養(yǎng)成分測定于2012年1月12日,隨機取辣椒鮮樣2.0 kg·小區(qū)-1送浙江省地方工業(yè)食品質量監(jiān)督檢測站檢測,各項取1份樣品連測3次。可溶性固形物測定采用折射儀法(GB/T 12295-1990),可溶性總糖測定采用銅還原碘量法(NY/T 1278-2007),可滴定酸測定采用可滴定酸度法(GB/ T 12293-1990),維生素C的測定方法為熒光法和2,4-二硝基苯肼法(GB/T 5009.86-2003),可溶性蛋白測定采用食品中蛋白質的測定法(GB 5009.5-2010),游離氨基酸測定采用考馬斯亮藍法測定法[15],葉綠素測定采用分光光度法(GB/T 23749-2009),類胡蘿卜素測定采用類胡蘿卜素全量的測定(GB/T 12291-1990),總多酚測定參照葡萄籽中總多酚成分測定法[16]和總黃酮測定參照茶葉中總黃酮測定方法[17]。
1.3.2 辣椒果實商品性及產量測定在LED補光期,于2012年1月5日、1月12日和1月19日連續(xù)3次測量適采辣椒果實的大小、單果質量、結果率及商品率,最后取平均數。4塊燈板下的8株植株產量為1個重復,有燈板12塊·小區(qū)-1,人為分為3個重復,產量為累積。
1.4 數據統(tǒng)計與分析
試驗數據采用平均值±標準差,用SPSS 11.5數據處理軟件進行統(tǒng)計分析。
2.1 不同LED光源對辣椒品質的影響
2.1.1 對可溶性固形物質量分數的影響由圖1A可知:處理2,3,8和10果實中可溶性固形物質量分數較高,顯著高于其他處理(P<0.05);其次是處理1;其余處理間差異不顯著。表明藍光補光8或10 h,白光補光8 h,紅藍73補光10 h有利于果實可溶性固形物的形成。
2.1.2 對可溶性總糖質量分數的影響由圖2A可知:紅藍83處理時可溶性總糖質量分數較高,其次為藍光補光10 h,均顯著高于對照(P<0.05);果實中可溶性總糖質量分數高于對照的處理由高到低依次為處理4,處理6,處理5,處理1,處理3,處理2,其他處理均小于對照。顯示紅藍83和藍光有利于果實可溶性總糖的增加。
2.1.3 對可滴定酸質量分數的影響由圖1B可知:處理1果實中可滴定酸質量分數顯著大于處理8,其他處理間差異不顯著;藍光處理時果實中可滴定酸質量分數較高,其次是紅藍83和紅藍73,白光和對照較低。
2.1.4 對可溶性蛋白質量分數的影響由圖2B可知:各處理果實中可溶性蛋白質量分數顯著高于對照;紅藍光處理時,果實中可溶性蛋白質量分數與補光時間的長短呈正比,且紅藍73好于紅藍83;而藍光和白光處理時,果實中可溶性蛋白質量分數與補光時間的長短呈反比,且藍光好于白光??傮w來說,紅藍73和藍光更有利于辣椒果實中可溶性蛋白質量分數的增加。
2.1.5 對游離氨基酸質量分數的影響由圖1C可知:藍光處理時,辣椒果實中的游離氨基酸質量分數最高,顯著高于其他處理(P<0.05),其中補光8 h時游離氨基酸質量分數為1.06mg·g-1,達最高值,補光6 h和10 h無差異;其次為紅藍73和紅藍83處理;白光處理時最低,且低于對照,但兩者間差異不顯著。說明藍光能顯著促進辣椒果實游離氨基酸的形成,紅藍73和紅藍83也能促進辣椒果實游離氨基酸的形成,但不明顯。
2.1.6 對維生素C(Vc)質量分數的影響Vc是一種很強的抗氧化劑,能夠清除活性氧自由基對膜與酶分子結構的損害,從而具有抗衰老的保護功能。由圖2C可知:紅藍83處理時,果實中Vc質量分數最高,Vc質量分數與補光時間呈正比,且3個處理間差異不顯著;其次為藍光,各處理間差異不顯著;紅藍73補光8 h最低,與對照差異顯著(P<0.05);其余處理與對照差異不顯著。表明紅藍83和藍光明顯有利于果實Vc的形成。
2.1.7 對葉綠素質量分數的影響由圖1D可知:白光補光8 h時,果實葉綠素質量分數最高,達653.4 mg·kg-1,其次為白光補光6 h和10 h,3個處理間差異不顯著;紅藍83次之,3個處理與紅藍73補光10 h差異不顯著,且紅藍83補光8 h與白光3個處理間差異不顯著;其余處理與對照差異不顯著。說明,白光、紅藍83光均能提高辣椒果實中的葉綠素質量分數。
2.1.8 對類胡蘿卜素質量分數的影響由圖2D可知:藍光補光6 h和8 h時,類胡蘿卜素質量分數分別為6.88mg·kg-1和6.84mg·kg-1,分別比對照高16.61%和15.93%,且與其余處理間差異顯著(P<0.05);紅藍83的3個處理次之;紅藍73和白光處理,類胡蘿卜素質量分數均低于對照。說明紅藍83和藍光有利于辣椒果實類胡蘿卜素的形成,而且藍光補光6 h和8 h最好。
2.1.9 對總多酚質量分數的影響由圖1E可知:紅藍光和白光均能提高果實中的總多酚質量分數,并隨著光周期的延長而增加,而且紅藍73效果最好,其次為紅藍83和白光,均與對照差異顯著(P<0.05);藍光處理的總多酚質量分數低于對照,但差異不顯著。說明紅藍光和白光有利于總多酚的形成,藍光相反。
2.1.10 對總黃酮質量分數的影響由圖2E可知:白光處理時,辣椒果實中的總黃酮質量分數最高,且總黃酮質量分數隨光照周期的延長而增加;其次是紅藍83和紅藍73處理;藍光補光8 h最低,與對照差異顯著(P<0.05),補光10 h和6 h與對照差異不顯著。顯示白光利于辣椒果實中的總黃酮質量分數的提高。
圖1 不同LED光對可溶性固形物、可滴定酸、游離氨基酸、葉綠素和總多酚質量分數的影響Figure 1 Effectof different LED sourceson the content of soluble solids,titratable acid,free amino acid,chlorophyll,total polyphenols
圖2 不同LED光對可溶性總糖、可溶性蛋白、維生素C、類胡蘿卜素和總黃酮質量分數的影響Figure 2 Effectof different LED sources on the content of soluble sugar,soluble protein,Vc,carotenoid and total flavone
2.2 不同LED光源對辣椒商品性及產量的影響
2.2.1 果實大小紅藍光(處理4,5,6和處理10,11,12)有利于果實的縱向生長,紅藍83和紅藍73處理的平均果長分別為9.93 cm和9.77 cm,與對照差異顯著(P<0.05)。藍光有利于果實的橫向生長,致果實變粗,其次為紅藍83和紅藍73??梢姡煌墓庠茨苡绊懝麑嵉目v橫向生長。總得來說,紅光有利于果實變長,而藍光有利于果實變粗,紅藍光處理有利于果實膨大,且提高果實的商品性。
2.2.2 單果質量適當的LED光源和補光時間均能提高果實的單果質量,如采用紅藍83(處理5,處理6)處理時,辣椒單果質量極顯著高于對照(P<0.01),其次為紅藍73(處理11,處理12),并且在同一處理下,隨著補光時間的延長,辣椒單果質量變小。
2.2.3 商品率、結果率和產量與對照相比,各處理均能極顯著(P<0.01)提高辣椒的商品率、結果率和產量,均以紅藍83補光8 h處理的效果最好,分別比對照提高了23.08%,16.21%和58.65%;紅藍73補光8 h處理的效果次之,分別比對照提高了17.77%,15.34%和40.35%。從處理光源來看,紅藍83最好,其次為紅藍73,第三為白光,藍光較差,但均好于對照。從補光時間看,以8 h最佳,其次為10 h,6 h較差。
表2 不同處理對辣椒商品性及產量的影響Table 2 Effectof the fruitmarketability and yield of pepper during different treatments
3.1 不同LED光源對辣椒品質的影響
植物體內的可溶性蛋白大多數是參與各種代謝的酶類,測其質量分數是了解植物體總代謝的一個重要指標,也是研究酶活的一個重要指標[18],酸的轉化和降解是有機酸減少的主要原因,有研究認為:在整個果實發(fā)育期內,果實內都含有利用有機酸作為能量和轉變?yōu)樘穷愃匦璧拿竅19-21],本研究表明:藍光、紅藍光和白光處理均能顯著促進辣椒果實中可溶性蛋白質量分數的增加,且在適當的補光時間內,紅藍73光和藍光更有利于辣椒果實中可溶性蛋白質量分數的增加;本研究中藍光處理辣椒果實可滴定酸質量分數顯著高于對照,其次是紅藍83和紅藍73,白光和對照較低,與福特甜椒果實可滴定酸質量分數大小順序為藍光>紅光>紅藍混合光>白光等[22]研究結果相似;這可能是由于不同光質影響了植物體內酶的活性,如影響了植物體內可溶性蛋白合成酶、酸轉化酶和降解酶的活性,導致了辣椒果實內的可溶性蛋白質量分數和含酸量的差別。
不同光質對辣椒果實色素消長過程有顯著的影響。本研究中,紅藍光、藍光和白光對辣椒果實的葉綠素和類胡蘿卜素形成具有相反性,即隨著紅光的減少與藍光的增加,葉綠素質量分數逐漸降低,類胡蘿卜素質量分數卻逐漸增加,并且在藍光處理下,類胡蘿卜素質量分數最高,而葉綠素質量分數最低,說明紅光有利于葉綠素的合成,而藍光有利于類胡蘿卜素的合成。
維生素C(Vc)是辣椒果實中重要的營養(yǎng)成分,是評價辣椒品質的重要指標。本試驗中紅藍83光和藍光均能顯著提高辣椒果實Vc質量分數,這與徐凱等[7]、蒲高斌等[5]、陳強等[23]和聞婧等[24]研究結果一致,說明不同光質對Vc合成是不一樣的。
現(xiàn)有研究表明藍光能促進櫻桃番茄果實游離氨基酸的合成[15],白光有利于葉用萵苣Lactvca saiva類黃酮的形成[25]。本研究也同樣發(fā)現(xiàn)藍光、紅藍組合光均能促進辣椒果實游離氨基酸的形成,而白光、紅藍組合光也能提高辣椒果實的總黃酮質量分數。本研究還發(fā)現(xiàn):不同光質對調控辣椒可溶性固形物和總多酚的合成是有差異的,其中藍光和白光有利于可溶性固形物的形成,紅藍光和白光有利于總多酚的形成。
光質對植物可溶性總糖質量分數有重要影響[26]。本研究中紅藍光83與藍光處理能顯著提高辣椒果實中可溶性糖的質量分數,這與蒲高斌等[5]和林小蘋等[27]等研究結果相似,但與陳強等[23]用藍光處理和紅藍組合光處理番茄時可溶性糖較低結果不同。光質影響可溶性總糖質量分數的原因是多方面的,可能是由于光質的改變誘導了光敏素對蔗糖代謝酶的調控,促進蔗糖代謝相關酶活性的提高,使光合產物更多的分配到果實中[28-29];也可能是不同光質影響了對碳水化合物的吸收從而改變了可溶性糖的質量分數,也可能與研究的對象不同而有差異,其具體原因和機制有待于進一步探究。
3.2 不同LED光源對辣椒商品性及產量的影響
現(xiàn)有研究認為,紅光能夠極顯著地提高小白菜Brassica chinensis,番茄,油菜Brassica napus,蘿卜芽苗菜的光合能力,明顯提高植株的鮮質量,改善部分營養(yǎng)品質[8,30],也可提早番笳和茄子Solanum melongena的成熟期、提高產量[31]。本研究中,適當的LED光源和補光時間均能極顯著或顯著影響辣椒的商品性,其中紅光有利于果實縱向生長,藍光有利于果實橫向生長,紅藍光有利于果實膨大,且提高果實的商品性和單果質量,這與紅光和紅藍混合光下有利于甜椒果實長長,提高單果質量,藍光有利于甜椒果實長扁[25]等結果一致;補光8 h時紅藍83和紅藍73均能極顯著提高辣椒的商品率、結果率和產量,并且前者好于后者,說明恰當的紅藍組合光和適當的補光時間能提高辣椒果實的商品性和產量。
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Effect of different LED sources on the quality and yield of overwintering pepper in the greenhouse
WU Genliang1,ZHENG Jirong1,LIXuke2
(1.Hangzhou Academy of Agricultural Sciences,Hangzhou 310024,Zhejiang,China;2.Hangzhou Hanhui Optoelectronics Technology Co.,Ltd.,Hangzhou 310051,Zhejiang,China)
To investigate the effect of different light-emitting diodes(LEDs)on the quality and yield of overwinteringCapsicum frutescens(peppers)in the greenhouse,a field trial was conducted with[blue(B),redblue(8∶3,RB83),white(W),and red-blue(7∶3,RB73)]LEDs and supplemental time per day(10 h,8 h and 6 h).The results showed that B was conducive to the synthesis of soluble solids,titratableacids,soluble proteins,free amino acids,and carotenoids;RB83 could promote the formation of soluble sugars,soluble proteins,and vitamin C(Vc);W was effective for the increase in chlorophyll,total flavonoids,and soluble proteins;and RB73 could be beneficial for total polyphenols and soluble protein synthesis.Also,B promoted lateral growth and red(R)promoted longitudinal growth;whereas,RB was good for fruit enlargement andmarketability.The yield,commodity rate and fruiting rate of pepper were very significantly higher(P<0.01)than control when exposed to RB83 or RB73 for 8 h with RB 83 better.Thus,for overwintering pepper,RB 83 applied for 8 h under field conditions is recommended.[Ch,2 fig.2 tab.31 ref.]
vegetable horticulture;LED;Capsicum frutescens(pepper);quality;yield
S641.3
A
2095-0756(2014)02-0246-08
2013-04-17;
2013-06-13
“十二五”國家科技支撐計劃項目(2011BAD12B04-04)
吳根良,從事蔬菜花卉栽培技術研究。E-mail:wugen@126.com。通信作者:鄭積榮,高級農藝師,從事蔬菜栽培技術研究。E-mail:topzheng2003@163.com
83和紅藍73補光8 h時,辣椒的商品率、結果率和產量與對照差異極顯著(P<0.05),且前者好于后者。生產上推薦紅藍83補光8 h為設施越冬辣椒生產的最佳補光光源及補光時間。圖2表2參31