不同LED光源對(duì)溫室黃瓜幼苗生長(zhǎng)和生理特性的影響

劉丹??+劉曉英+焦學(xué)磊+朱家春+徐志剛??唐燦明??

摘要：發(fā)光二極管（light-emitting diodes，LEDs）是新型的高效節(jié)能光源，具有體積小、能耗低、低發(fā)熱且與植物生長(zhǎng)的光譜范圍相吻合等優(yōu)點(diǎn)，已用于設(shè)施栽培補(bǔ)充光源。研究了不同比例LED光源對(duì)黃瓜品種露豐幼苗生長(zhǎng)的影響，采用熒光燈（FL）、單色紅光（R）LEDs，紅藍(lán)組合光（R ∶[KG-*3]B=7 ∶[KG-*3]3、1 ∶[KG-*3]1、3 ∶[KG-*3]7）LEDs以及單色藍(lán)光（B）LEDs共6個(gè)不同的光源處理30 d。結(jié)果表明，紅光處理下的黃瓜幼苗株高和可溶性糖、淀粉含量最大；紅藍(lán)7 ∶[KG-*3]3 LEDs處理下的鮮質(zhì)量、干質(zhì)量、葉面積最大；紅藍(lán)1 ∶[KG-*3]1 LEDs處理下的蔗糖含量最高；紅藍(lán)3 ∶[KG-*3]7 LEDs處理的葉綠素含量、可溶性蛋白含量最高，紅藍(lán)3 ∶[KG-*3]7 LEDs處理的根系活力顯著高于其余LED光處理；藍(lán)光處理下的游離氨基酸含量最高。紅藍(lán)7 ∶[KG-*3]3 LEDs處理下的鮮質(zhì)量、干質(zhì)量、葉面積、葉綠素含量、可溶性蛋白和游離氨基酸的含量均顯著高于熒光燈處理，可作為日光溫室中黃瓜生產(chǎn)的補(bǔ)充光源。

關(guān)鍵詞：發(fā)光二極管；黃瓜；光質(zhì)；幼苗；生長(zhǎng)指標(biāo)；生理指標(biāo)

中圖分類號(hào)： S642.201文獻(xiàn)標(biāo)志碼：

文章編號(hào)：1002-1302（2016）08-0238-04

我國(guó)利用日光溫室進(jìn)行蔬菜反季節(jié)栽培已推廣十余年[1]。近年來，隨著設(shè)施栽培技術(shù)的發(fā)展，黃瓜的反季節(jié)生產(chǎn)技術(shù)逐步建立，已經(jīng)能達(dá)到全年的生產(chǎn)與供應(yīng)，采用日光溫室進(jìn)行黃瓜反季節(jié)栽培能夠顯著增產(chǎn)、增收、提高黃瓜品質(zhì)[2]。光質(zhì)、光強(qiáng)和光周期對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育有重要調(diào)控作用[3]。黃瓜設(shè)施栽培中存在的問題是遇到長(zhǎng)期陰雨天氣或冬季溫室蓋草簾后，常發(fā)生光照不足或無光照的問題，由于光合作用不能正常進(jìn)行，黃瓜的生長(zhǎng)、產(chǎn)量和品質(zhì)均受到影響，因此需要篩選高效的人工光源對(duì)設(shè)施內(nèi)黃瓜進(jìn)行補(bǔ)充光照。

發(fā)光二極管（light-emitting diodes，LEDs）是一種新型的人工光源，具有體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)、光效率高、能耗小等優(yōu)點(diǎn)[4-7]。LED可提供與植物生長(zhǎng)所需的光譜范圍相吻合的波長(zhǎng)[8-9]。通過將紅、藍(lán)等單色LED光組合，可以形成對(duì)植物光合作用形態(tài)建成有效的光譜，可提高植物的光能利用率，有利于植物的生長(zhǎng)發(fā)育。

LED光源在蘿卜[10]、萵苣[11]、生菜[12]和番茄[13]等植物設(shè)施栽培中的效果已有報(bào)道，能夠顯著促進(jìn)設(shè)施內(nèi)植物的生長(zhǎng)。LED光源對(duì)黃瓜生長(zhǎng)的影響已有研究，但結(jié)果不同：唐大為等發(fā)現(xiàn)黃瓜幼苗在紅藍(lán)7 ∶[KG-*3]3 LEDs下生長(zhǎng)最佳[14]；蘇娜娜等發(fā)現(xiàn)LED紅光下黃瓜幼苗生長(zhǎng)最好[15]；段奇珍等發(fā)現(xiàn)白光有利于壯苗，增加紅藍(lán)光有利于同化物向地下部分運(yùn)輸[16]；謝景等發(fā)現(xiàn)紅藍(lán)6 ∶[KG-*3]3 LEDs下黃瓜幼苗生長(zhǎng)最好[17]。因此，適合黃瓜幼苗生長(zhǎng)的LED光源還需要進(jìn)一步研究。本試驗(yàn)研究了不同比例紅、藍(lán)LED光對(duì)溫室內(nèi)黃瓜幼苗生長(zhǎng)的影響，篩選適合黃瓜設(shè)施栽培中使用的LED光源，為設(shè)施中黃瓜幼苗補(bǔ)光提供試驗(yàn)依據(jù)。

1材料與方法

1.1材料

本研究所使用的黃瓜品種為露豐，該品種為春秋露地專用品種。

1.2處理

將黃瓜種子用蒸餾水沖洗2～3遍，37 ℃浸種1 d。露白后移栽到裝有栽培基質(zhì)的育苗缽中，育苗缽為底面直徑 8 cm、高15 cm的圓柱形苗缽，栽培基質(zhì)為蛭石 ∶[KG-*3]營(yíng)養(yǎng)土=3 ∶[KG-*3]1，混合后高溫滅菌。

栽培條件是：溫度28～30 ℃，相對(duì)濕度40%～60%，光—暗周期12 h—12 h。光源為單色紅光（R）LEDs，紅藍(lán)組合光（R ∶[KG-*3]B=7 ∶[KG-*3]3、1 ∶[KG-*3]1、3 ∶[KG-*3]7）LEDs以及單色藍(lán)光（B）LEDs，育苗所用的植物生長(zhǎng)架共3層，高2 m，每層高度 50 cm，每層配備10支LED燈，為東莞勤上光電股份有限公司生產(chǎn)的PT1 D2288條形植物照明燈，長(zhǎng)1 m，內(nèi)含72顆LED燈珠。紅光峰值波長(zhǎng)為610～625 nm，額定功率12 W；藍(lán)光峰值波長(zhǎng)為445～455 nm，額定功率為18 W。光照度為300 μmol/（m2·s）。育苗缽與光源的距離為30 cm左右。播種之后每3 d澆1次水，待幼苗2片子葉展開后，每2 d澆1次水，每周施用2次改良霍格蘭培養(yǎng)液[18]1/10稀釋液 50 mL。培養(yǎng)時(shí)間為 30 d，重復(fù)3次。對(duì)照組光源為熒光燈，其余條件與試驗(yàn)組相同。

1.3測(cè)定方法

1.3.1生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定隨機(jī)選取不同光處理的植株進(jìn)行生長(zhǎng)分析。干質(zhì)量測(cè)定是將植株放置于80 ℃烘箱中烘干至恒質(zhì)量，再用電子天平稱質(zhì)量。株高的測(cè)定是測(cè)量植株莖基部到最頂端的長(zhǎng)度。根長(zhǎng)是從莖基部到根尖的長(zhǎng)度，莖粗的測(cè)定部位是根基部的節(jié)間距。葉面積采用拍照分析法，將葉片平鋪在網(wǎng)格紙上，其中網(wǎng)格紙的每個(gè)網(wǎng)格面積為1 cm2，然后用數(shù)碼相機(jī)拍照，應(yīng)用Photoshop CS 3.0軟件對(duì)照片像素進(jìn)行計(jì)算，以網(wǎng)格為參照勾勒葉片輪廓來測(cè)量葉片的實(shí)際面積。

1.3.2葉片葉綠素的測(cè)定方法稱取0.05 g葉片放入試管，然后加入10 mL 80%葉綠素提取液（丙酮 式中：m為葉片質(zhì)量，g；V為提取液體積，mL。

1.3.3根系活力的測(cè)定方法采用四氮唑法（TTC法）測(cè)定根系活力。稱取0.1 g的側(cè)根，放入試管中，加入5 mL磷酸緩沖液（PBS，pH值7.8）和5 mL四氮唑，混勻后37 ℃保溫 4～5 h，然后加入2 mL 1 mol/L的H2SO4終止反應(yīng)。倒掉反應(yīng)液，用蒸餾水沖洗3次，加入10 mL無水乙醇后試管加塞，95 ℃ 保溫30 min。然后用紫外分光光度計(jì)測(cè)定在490 nm波長(zhǎng)下的光密度值[20]。

1.3.4糖含量的測(cè)定方法將葉片研磨至粉末狀，稱取 0.5 g 加5 mL磷酸緩沖液（PBS，pH值7.8）攪拌均勻，于 85 ℃ 保溫30～50 min，冷卻后4 000 r/min離心20 min，將上清液倒入刻度試管中，離心10 min，重復(fù)2次，合并上清液定容至刻度試管待用，保留殘?jiān)?。可溶性糖測(cè)定用蒽酮法。游離氨基酸含量采用水合茚三酮法。蔗糖含量采用間苯二酚法[19，21-22]。

1.3.5淀粉含量的測(cè)定方法淀粉含量測(cè)定采用蒽酮法[19]。將糖提取的殘?jiān)?0 ℃烘箱中烘干，加1 mL蒸餾水，在沸水中糊化30 min不斷攪拌，取出混勻。冷卻后加 1 mL 9.2 mol/L高氯酸和2 mL蒸餾水，不斷攪拌10 min，8 000 r 離心6 min，取上清液倒入刻度試管中。加1 mL 4.6 mol/L 高氯酸和3 mL蒸餾水，不斷攪拌10 min，合并上清液，反復(fù)沖洗沉淀轉(zhuǎn)移上清液，冷卻后定容。

1.4數(shù)據(jù)整理與分析

數(shù)據(jù)整理分析采用Microsoft Excel 2003和SPASS 16.0，進(jìn)行一維方差分析（ANOVA），采用Tukeys和Duncans法分析差異顯著性（α=0.05）。

2結(jié)果與分析

2.1LED光源對(duì)黃瓜幼苗生長(zhǎng)的影響

3討論

LED光源對(duì)黃瓜生長(zhǎng)的影響已有研究，但結(jié)果不同。蘇娜娜等發(fā)現(xiàn)光照度50 μmol/（m2·s）下紅光可作為設(shè)施內(nèi)黃瓜生長(zhǎng)的補(bǔ)充光源；段奇珍等采用30 μmol/（m2·s）光照度，發(fā)現(xiàn)白光下黃瓜生長(zhǎng)最佳；謝景等發(fā)現(xiàn)光照度為 100 μmol/（m2·s） 下，紅藍(lán)6 ∶[KG-*3]3 LEDs下黃瓜幼苗生長(zhǎng)最佳，本研究結(jié)果與之不同。本研究采用了300 μmol/（m2·s）光照度，與唐大為等在光照度為150 μmol/（m2·s）下發(fā)現(xiàn)的紅藍(lán)7 ∶[KG-*3]3 LEDs最適合用于黃瓜幼苗生長(zhǎng)補(bǔ)光的研究結(jié)果相一致。紅藍(lán)組合光的光譜與植物光合作用光譜范圍相吻合，但在光照度低于100 μmol/（m2·s）時(shí)，組合光對(duì)黃瓜幼苗生長(zhǎng)的促進(jìn)作用不顯著，原因可能是植物的凈光合速率在光補(bǔ)償點(diǎn)和光飽和點(diǎn)之間會(huì)隨著光照度的增加而增加，通過總結(jié)不同的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)光照度不同導(dǎo)致了適合黃瓜幼苗生長(zhǎng)光質(zhì)的不同，光照度低于100 μmol/（m2·s）時(shí)，單色紅光、單色白光有利于黃瓜幼苗生長(zhǎng)。

單色紅光下黃瓜幼苗葉片可溶性糖和淀粉的含量最大，這與Kowallik報(bào)道的光質(zhì)可以調(diào)控高等植物碳水化合物的代謝、碳水化合物的含量在紅光下較高的結(jié)果[23]相一致。唐大為等發(fā)現(xiàn)紅光下黃瓜幼苗可溶性糖含量最高[14]，本研究結(jié)果與之相一致。這是因?yàn)榧t光能夠抑制光合產(chǎn)物向葉片外轉(zhuǎn)運(yùn)，造成淀粉的積累[24]。本研究結(jié)果表明紅藍(lán)1 下黃瓜幼苗葉片的蔗糖含量最大，其余各處理間與對(duì)照相比無顯著差異，表明紅藍(lán)1 ∶[KG-*3]1 LEDs不利于黃瓜幼苗葉片蔗糖向外運(yùn)輸。

組合光下的植株生長(zhǎng)較好，因?yàn)榧t藍(lán)組合光的光譜能量分布和植物葉綠素吸收光譜一致[25]。LED組合光對(duì)香蕉、草莓以及百合生長(zhǎng)的研究表明，組合光能顯著改善植物的生長(zhǎng)狀態(tài)，增加光合產(chǎn)物積累，有利于植物生長(zhǎng)[26-28]。本研究發(fā)現(xiàn)LED紅藍(lán)組合光處理下黃瓜幼苗葉片中葉綠素的含量顯著高于熒光燈對(duì)照和單色紅光、藍(lán)光處理。這可能是因?yàn)榻M合光產(chǎn)生了與植物光合作用相吻合的光譜，促進(jìn)了植物的光合作用，促進(jìn)了葉綠體中葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素的合成，這與Tanaka等的研究結(jié)果[29]一致。本研究發(fā)現(xiàn)在光照度為300 μmol/（m2·s）下紅藍(lán)3 ∶[KG-*3]7 LEDs的總?cè)~綠素含量最高，但與紅藍(lán)7 ∶[KG-*3]3、1 ∶[KG-*3]1 LEDs相比無顯著差異，紅藍(lán) 7 ∶[KG-*3]3 LEDs能夠促進(jìn)黃瓜幼苗干質(zhì)量和鮮質(zhì)量的增加，因此在設(shè)施內(nèi)利用紅藍(lán)7 ∶[KG-*3]3 LEDs組合光對(duì)黃瓜幼苗進(jìn)行補(bǔ)光處理，能顯著提高黃瓜幼苗的葉綠素含量，促進(jìn)黃瓜幼苗的光合作用，增加有機(jī)物的合成和積累。

本研究單色紅光下的可溶性蛋白含量最??；組合光中，隨著藍(lán)光比例的增加，葉片中可溶性蛋白的含量也隨之增加，這與唐大為等發(fā)現(xiàn)的黃瓜幼苗葉片可溶性糖含量在LED紅光下含量最低的結(jié)果[14]一致；與蘇娜娜等發(fā)現(xiàn)的LED紅光下葉片可溶性蛋白含量最高的研究結(jié)果[15]不同，可能是光照度不同產(chǎn)生的差異。本研究發(fā)現(xiàn)單色紅光、藍(lán)光下的葉片可溶性蛋白含量較LED組合光低，說明單色LED光不利于黃瓜幼苗葉片中可溶性蛋白的積累。黃瓜幼苗葉片中的游離氨基酸含量藍(lán)光下顯著高于對(duì)照及其他LED光處理，原因可能是藍(lán)光可顯著促進(jìn)線粒體的暗呼吸，暗呼吸過程中產(chǎn)生的有機(jī)酸為氨基酸的合成提供了碳架，從而促進(jìn)了蛋白質(zhì)的合成[30]。本研究發(fā)現(xiàn)藍(lán)光下黃瓜幼苗葉片淀粉含量顯著低于對(duì)照，蔗糖含量和可溶性糖含量顯著低于紅藍(lán)1 ∶[KG-*3]1 LEDs，可能是因?yàn)榈矸鄣扔袡C(jī)物的合成和積累的量較小導(dǎo)致了葉片面積偏小。

4結(jié)論

本研究結(jié)果表明，光照度為300 μmol/（m2·s）下，黃瓜幼苗的干物質(zhì)積累量、葉片面積、可溶性糖在紅藍(lán)7 ∶[KG-*3]3 LEDs光處理下最高，葉綠素含量顯著高于對(duì)照和單色LED光處理，因此，可在設(shè)施內(nèi)采用該比例的LED光源對(duì)黃瓜幼苗進(jìn)行補(bǔ)光處理，可促進(jìn)植物生長(zhǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王新華，陳火英. 大棚蔬菜反季節(jié)栽培的意義與改進(jìn)[J]. 上海農(nóng)業(yè)科技，2011（3）：65，60.

[2]楊創(chuàng)源. 黃瓜反季節(jié)大棚高產(chǎn)高效栽培技術(shù)[J]. 福建農(nóng)業(yè)科技，2008（6）：30-31.

[3]Reuveni M，Evenor D. On the effect of light on shoot regeneration in [JP3]petunia[J]. Plant Cell Tissue and Organ Culture，2007，89（1）：49-54.

[4]Kevin W. Photo-Manipulation-Boxes：an instrument for the study of plant photobiology[J]. Plant Photobio，2000，26：3-15.

[5]Brown C S，Schuerger A C，Sager J C. Growth and photomorphogenesis of pepper plants under red light-emitting diodes with supplemental blue or far-red lighting[J]. Journal of the American Society for Horticultural Science，1995，120（5）：808-813.

[6]Bula R J，Morrow R C，Tibbitts T W，et al. Light-emitting diodes as a radiation source for plants[J]. HortScience，1991，26（2）：203-205.

[7]楊其長(zhǎng)，張成波. 植物工廠概論[M]. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社，2005.

[8]劉江，范廣涵，劉承宜. 用于細(xì)胞及組織培養(yǎng)的低強(qiáng)度LED生物光源[J]. 激光雜志，2003，24（4）：78-80.

[9]賀冬仙，楊其長(zhǎng)，馬承偉，等. 植物生產(chǎn)中人工光環(huán)境調(diào)控[C]. 第五次全國(guó)高等學(xué)校農(nóng)業(yè)工程類學(xué)科專業(yè)教學(xué)改革暨國(guó)際學(xué)術(shù)研討會(huì)，2002.[ZK）]

[10]吳家森，胡君艷，周啟忠，等. LED燈補(bǔ)光對(duì)蘿卜生長(zhǎng)及光合特性的影響[J]. 北方園藝，2009（10）：30-33.

[11]聞婧，鮑順淑，楊其長(zhǎng)，等. LED光源R/B對(duì)葉用萵苣生理性狀及品質(zhì)的影響[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象，2009，30（3）：413-416.

[12]陳文昊，徐志剛，劉曉英，等. LED光源對(duì)不同品種生菜生長(zhǎng)和品質(zhì)的影響[J]. 西北植物學(xué)報(bào)，2011，31（7）：1434-1440.

[13]蒲高斌，劉世琦，劉磊，等. 不同光質(zhì)對(duì)番茄幼苗生長(zhǎng)和生理特性的影響[J]. 園藝學(xué)報(bào)，2005，32（3）：420-425.

[14]唐大為，張國(guó)斌，張帆，等. LED光源不同光質(zhì)對(duì)黃瓜幼苗生長(zhǎng)及生理生化特性的影響[J]. 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，46（1）：44-48.

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

[16]段奇珍，曲梅，高麗紅. 不同LED光源對(duì)黃瓜幼苗質(zhì)量的影響[J]. 北方園藝，2010（15）：125-128.

[17]謝景，劉厚誠(chéng)，宋世威，等. 不同光質(zhì)LED燈對(duì)黃瓜幼苗生長(zhǎng)的影響[J]. 長(zhǎng)江蔬菜，2012（6）：23-25.

[18]連兆煌. 無土栽培原理與技術(shù)[M]. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，1994：57.

[19]Lichtenthaler H K，Wellburn A R. Determinations of total carotenoids and chlorophylls a and b of leaf extracts in different solvents[J]. Biochemical Society Transactions，1983，11：591-592.

[20]張以順，黃霞，陳云鳳. 植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)教程[M]. 北京：高等教育出版社，2009.

[21]Takahashi K，F(xiàn)ujino K，Kikuta Y，et al. Involvement of the accumulation of sucrose and the synthesis of cell wall polysaccharides in the expansion of potato cells in response to jasmonic acid[J]. Plant Science，1995，111：11-18.

[22]Martin A B，Cuadrado Y，Guerra H. Differences in the contents of total sugars，reducing sugars，starch and sucrose in embryogenic and nonembrogenic calli from Medicago arborea L.[J]. Plant Science，2000，154：143-151.