LED紅藍(lán)光配比對(duì)生菜生長(zhǎng)及生理特性的影響

王濤 蘭婕 陳永快

摘要：以意大利生菜為試材，在植物工廠光照培養(yǎng)架上，以紅藍(lán)光R ∶ B=1 ∶ 1作為對(duì)照，紅藍(lán)光配比分別設(shè)為 R ∶ B=6 ∶ 3、R ∶ B=5 ∶ 4、R ∶ B=4 ∶ 5、R ∶ B=3 ∶ 6、R ∶ B=2 ∶ 7等5個(gè)水平，設(shè)置光強(qiáng)為 150 μmol/（m2·s），每天照光12 h，研究不同紅藍(lán)光配比對(duì)生菜生長(zhǎng)及生理特性的影響。結(jié)果表明，在相同紅藍(lán)光配比條件下，隨著處理天數(shù)的延長(zhǎng)，生菜的生物量、光合色素、可溶性蛋白、可溶性糖、維生素C、硝態(tài)氮含量都顯著提高，而類(lèi)胡蘿卜素含量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。在同一光強(qiáng)條件下，紅光比例最大的處理生物量積累顯著優(yōu)于其他處理，還有利于促進(jìn)葉綠素a及可溶性糖的積累，而增加藍(lán)光則有利于葉綠素b、可溶性蛋白及維生素C含量的累積。R ∶ B=6 ∶ 3時(shí)最有利于生菜生長(zhǎng)。

關(guān)鍵詞：LED;紅藍(lán)光配比;生菜;生長(zhǎng);生理

中圖分類(lèi)號(hào)： S636.201 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ?文章編號(hào)：1002-1302（2019）22-0199-05

植物整個(gè)生長(zhǎng)周期都離不開(kāi)光的參與與調(diào)節(jié)，通過(guò)調(diào)節(jié)光質(zhì)配比，控制植株生長(zhǎng)發(fā)育，是設(shè)施栽培領(lǐng)域中一項(xiàng)重要技術(shù)。光為植物生長(zhǎng)提供了輻射能，并提供信號(hào)用于調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)，主要是通過(guò)影響光形態(tài)建成、光合特性、光周期效應(yīng)、物質(zhì)代謝等[1-2]。光照影響植物形態(tài)建成，如莖的高低、葉的展開(kāi)度等。同時(shí)光照還能影響植物的發(fā)芽率，大部分情況下，種子受光后促進(jìn)其萌發(fā)，但需暗種子受到光照則會(huì)抑制其萌發(fā)作用。植物在整個(gè)生長(zhǎng)過(guò)程中一直處在一個(gè)多變的光環(huán)境下，在漫長(zhǎng)的進(jìn)化過(guò)程中，不僅適應(yīng)了光環(huán)境的改變，而且還能與光環(huán)境互相作用，相輔相成[3-4]。

植物工廠內(nèi)光環(huán)境的調(diào)節(jié)對(duì)植物生長(zhǎng)有著重要影響，是提高果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)的先決條件。利用光環(huán)境調(diào)控技術(shù)不僅高效節(jié)能、環(huán)保經(jīng)濟(jì)，并在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中簡(jiǎn)單易行，在植物生長(zhǎng)過(guò)程中具有顯著優(yōu)勢(shì)[5]。植物工廠通過(guò)高精度的環(huán)境控制，實(shí)現(xiàn)周年生產(chǎn)，是未來(lái)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化的重要發(fā)展方向之一[6]。發(fā)光二極管LED作為新型光源，與傳統(tǒng)光源比較，具有體積小、能效高、發(fā)熱量低、光譜窄、使用壽命長(zhǎng)、無(wú)污染等特點(diǎn)，可近距離照射植物，能顯著減少能耗，降低成本[7-8]。迄今，LED已成功運(yùn)用于生菜[9]、黃瓜[10]、番茄[11]、金線蓮[12]等作物，并取得了重要的成果。

生菜是一種全球性蔬菜，在植物工廠中應(yīng)用廣泛[13]。生菜不僅富含多種營(yíng)養(yǎng)成分，而且具有抗衰老、降血壓、防止癌細(xì)胞形成等保健功能，深受消費(fèi)者歡迎[14]。目前不少學(xué)者進(jìn)行光質(zhì)配比對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的研究，余意等研究表明，短期的LED紅藍(lán)光連續(xù)光照可以提高生菜的生物量及產(chǎn)量品質(zhì)[15];謝景等研究表明，紅藍(lán)光配比為R ∶ B=6 ∶ 3時(shí)，葉綠素a、葉綠素b含量顯著升高[16];李偉等研究表明，在同一光質(zhì)配比下總?cè)~綠素和類(lèi)胡蘿卜素的含量都顯著上升[17];劉振威等研究表明，不同光質(zhì)配比對(duì)植物幼苗處理的可溶性糖、可溶性蛋白、維生素C含量都顯著提高[18];楊其長(zhǎng)研究表明，紅藍(lán)光配比為R ∶ B=4 ∶ 1，連續(xù)光照下生菜中的硝態(tài)氮含量隨光照強(qiáng)度的增加而降低[19]。

本試驗(yàn)以LED紅藍(lán)光為試驗(yàn)光源，研究不同光質(zhì)配比對(duì)生菜生長(zhǎng)及生理特性的影響，以期為生菜在植物工廠中紅藍(lán)光組合的選擇上提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院玻璃溫室內(nèi)植物工廠及生理生化實(shí)驗(yàn)室。

1.2 試驗(yàn)條件

以意大利全年耐抽薹生菜為試驗(yàn)品種，播種日期為2018年4月17日，定植LED栽培架時(shí)間為5月10日。光強(qiáng)設(shè)置為150 μmol/（m2·s），紅藍(lán)光配比設(shè)置分別為R ∶ B=6 ∶ 3、R ∶ B=5 ∶ 4、R ∶ B=4 ∶ 5、R ∶ B=3 ∶ 6、R ∶ B=2 ∶ 7等5個(gè)水平，以紅藍(lán)光R ∶ B=1 ∶ 1作為對(duì)照，包括對(duì)照共組成6個(gè)處理組合。光照培養(yǎng)架為層高為30 cm的栽培架，光源固定于培養(yǎng)架頂部，距離植株 25 cm。培養(yǎng)架內(nèi)層各層之間不透光，每層層架周邊用黑色塑料布遮擋，以防止外界光源對(duì)試驗(yàn)產(chǎn)生影響。每天照光9 h，植物工廠溫度采用中央空調(diào)調(diào)節(jié)，白天溫度不高于28 ℃，夜間溫度不低于18 ℃。LED層架培養(yǎng)7、14、21 d各取樣1次，隨機(jī)取樣，每個(gè)處理重復(fù)3次，進(jìn)行形態(tài)指標(biāo)和生理指標(biāo)的測(cè)定。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 形態(tài)指標(biāo) 株高（根莖部到生長(zhǎng)點(diǎn)）、展開(kāi)度、根長(zhǎng)用直尺測(cè)量;記錄生菜植株的葉片數(shù);用感量為0.000 1 g的電子分析天平測(cè)出各處理生菜植株地上部和地下部的鮮干質(zhì)量。根冠比=植物地下部分鮮質(zhì)量/地上部鮮質(zhì)量。

1.3.2 葉片生理指標(biāo) 光合色素含量的測(cè)定采用混合液提取法[20]，可溶性糖含量的測(cè)定采用蒽酮比色法[21]，可溶性蛋白含量的測(cè)定采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法[21]，維生素C含量的測(cè)定采用楊芳芳等的紫外分光光度法[22]，硝態(tài)氮含量的測(cè)定采用王學(xué)奎的紫外分光光度計(jì)法[23]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel、DPS（7.05）軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同紅藍(lán)光配比對(duì)生菜生長(zhǎng)的影響

由表1可知，隨著栽培時(shí)間的延長(zhǎng)，生菜的形態(tài)指標(biāo)均增大。在株高上，栽培時(shí)間為21d時(shí)以處理R ∶ B=6 ∶ 3表現(xiàn)最好，可達(dá)29.73 cm，處理R ∶ B=5 ∶ 4次之，處理R ∶ B=2 ∶ 7 表現(xiàn)最差，僅24.83cm，最高處理與最低處理之間相差4.90 cm;在展開(kāi)度方面，栽培時(shí)間21 d時(shí)，處理R ∶ B=6 ∶ 3>處理R ∶ B=5 ∶ 4>對(duì)照R ∶ B=1 ∶ 1>處理R ∶ B =4 ∶ 5>處理R ∶ B=3 ∶ 6>處理R ∶ B=2 ∶ 7，最高處理與最低處理之間相差3.37 cm;栽培時(shí)間為21 d時(shí)葉片數(shù)范圍在8～12張之間，處理R ∶ B=6 ∶ 3葉片數(shù)最多;根系長(zhǎng)度上，栽培時(shí)間為21d時(shí)以處理R ∶ B=6 ∶ 3表現(xiàn)最佳，處理R ∶ B=5 ∶ 4次之，處理R ∶ B=2 ∶ 7表現(xiàn)最差，僅12.83 cm。試驗(yàn)結(jié)果表明，在處理R ∶ B=6 ∶ 3紅藍(lán)光配比條件下，能夠有效促進(jìn)生菜的株高、展開(kāi)度的生長(zhǎng)，紅光比例增大能夠促進(jìn)生菜葉片數(shù)和根長(zhǎng)的增加。

2.2 不同紅藍(lán)光配比對(duì)生菜生物量的影響

由表2可知，在地上部鮮質(zhì)量上，栽培時(shí)間為21 d時(shí)以處理R ∶ B=6 ∶ 3表現(xiàn)最好，比其余處理高了15.10%、1.28%、26.03%、28.95%、38.03%，與R ∶ B=5 ∶ 4以外的處理差異顯著;地下部鮮質(zhì)量以栽培時(shí)間為21 d的處理R ∶ B=6 ∶ 3表現(xiàn)最好，與R ∶ B=5 ∶ 4外其余處理（栽培時(shí)間為21 d）之間存在顯著差異;地上部干質(zhì)量和地下部干質(zhì)量均以栽培時(shí)間為21 d的處理R ∶ B=6 ∶ 3表現(xiàn)最好，與其余處理（栽培時(shí)間為21 d）之間存在顯著差異;栽培時(shí)間為21 d的根冠比范圍在0.116%～0.172%之間，以處理R ∶ B=6 ∶ 3表現(xiàn)最好，與R ∶ B=5 ∶ 4外其余處理之間存在顯著差異。結(jié)果表明，在R ∶ B=6 ∶ 3紅藍(lán)光配比條件下，生菜的地上部鮮質(zhì)量、地下部鮮質(zhì)量、地上部干質(zhì)量、地下部干質(zhì)量、根冠比均表現(xiàn)最佳，說(shuō)明增加紅光比例能顯著提高生菜生物量的積累。

2.3 不同紅藍(lán)光配比對(duì)生菜葉片光合色素含量的影響

由表3可知，不同紅藍(lán)光配比對(duì)生菜葉片光合色素含量有不同的影響;葉綠素a含量隨紅光比例的增多而增加，栽培時(shí)間為21 d時(shí)以處理R ∶ B=6 ∶ 3表現(xiàn)最好，處理R ∶ B=5 ∶ 4 次之，處理R ∶ B=2 ∶ 7表現(xiàn)最差;葉綠素b含量隨藍(lán)光比例的增多而增加，葉綠素b含量最高的是栽培時(shí)間為 21 d 的處理R ∶ B=3 ∶ 6，處理R ∶ B=4 ∶ 5次之，對(duì)照R ∶ B=1 ∶ 1表現(xiàn)最差;葉綠素總量以栽培時(shí)間為21 d的處理 R ∶ B=3 ∶ 6表現(xiàn)最好，比栽培時(shí)間為21 d時(shí)的其余處理高了44.54%、35.17%、20.28%、13.91%、25.55%，差異顯著;類(lèi)胡蘿卜素含量以栽培時(shí)間為7 d的處理R ∶ B=6 ∶ 3最高。試驗(yàn)結(jié)果表明，增加紅藍(lán)光配比中紅光比例可以促進(jìn)葉綠素a合成，而增加藍(lán)光比例則有利于促進(jìn)葉綠素b合成，但隨著栽培時(shí)間的延長(zhǎng)，類(lèi)胡蘿卜素的合成又受到抑制。

2.4 不同紅藍(lán)光配比對(duì)生菜葉片營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響

2.4.1 可溶性蛋白含量 由表4可知，在紅藍(lán)光配比條件相同的情況下，各栽培時(shí)間生菜葉片的可溶性蛋白含量呈逐漸上 升的趨勢(shì)，在 21 d 時(shí)可溶性蛋白含量積累最多;其中在21 d 時(shí)，處理R ∶ B=2 ∶ 7可溶性蛋白含量最高，比其他處理提高11.35%、39.14%、36.52%、28.31%、2.83%，差異顯著。試驗(yàn)結(jié)果表明，紅藍(lán)光配比中增大藍(lán)光比例，可以促進(jìn)生菜葉片中可溶性蛋白含量的累積，以處理R ∶ B=2 ∶ 7表現(xiàn)最好。

2.4.2 可溶性糖含量 在同一紅藍(lán)光配比條件下，生菜葉片中可溶性糖含量隨著栽培時(shí)間的延長(zhǎng)呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢(shì)，其中，21 d時(shí)，處理R ∶ B=6 ∶ 3生菜葉片中可溶性糖含量最高，比其他處理分別提高了60.29%、40.17%、46.93%、28.85%，比處理R ∶ B=2 ∶ 7顯著提高了129.45%。各處理生菜葉片中可溶性糖含量均在21 d時(shí)達(dá)到最大值（表4）。試驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)延長(zhǎng)栽培的時(shí)間，有利于生菜葉片中可溶性糖含量的積累，以處理R ∶ B=6 ∶ 3表現(xiàn)最好。

2.4.3 維生素C含量 在相同的紅藍(lán)光配比條件下，各栽培時(shí)間生菜葉片中的維生素C含量隨著栽培時(shí)間延長(zhǎng)呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，在21 d時(shí)維生素C含量最高。在不同光質(zhì)配比下，處理R ∶ B=2 ∶ 7維生素C含量最高，達(dá)到531.60 mg/g，比其他處理增加了23.84%、44.31%、17.63%、9.88%、6.39%（表4）。試驗(yàn)結(jié)果表明，紅藍(lán)光配比中增大藍(lán)光比例，可以促進(jìn)生菜葉片中維生素C含量的積累，且維生素C含量以處理R ∶ B =2 ∶ 7最高。

2.4.4 硝態(tài)氮含量 隨著栽培時(shí)間的延長(zhǎng)，生菜葉片中的硝態(tài)氮含量表現(xiàn)上升的趨勢(shì)，并以處理21 d時(shí)最高。在不同光質(zhì)配比下，21 d時(shí)，生菜葉片中硝態(tài)氮含量以處理R ∶ B=2 ∶ 7最高，比對(duì)照R ∶ B=1 ∶ 1提高了45.11%（P<0.05）。試驗(yàn)結(jié)果表明，生菜葉片中硝態(tài)氮含量隨著藍(lán)光比例的增加而呈上升趨勢(shì)，藍(lán)光促進(jìn)生菜葉片中硝態(tài)氮含量的積累，以處理R ∶ B=2 ∶ 7含量最高（表4）。

3 討論與結(jié)論

3.1 光質(zhì)對(duì)生菜生長(zhǎng)的影響

光質(zhì)對(duì)蔬菜作物有著促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育和提高產(chǎn)量的重要作用[24]。朱永卉研究表明，植物的光合器官長(zhǎng)時(shí)間受到光的控制，紅光影響植物農(nóng)藝性狀，藍(lán)光則控制植物光合色素合成及葉綠體的發(fā)育過(guò)程[25]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，在相同光強(qiáng)下，紅藍(lán)配比中增大紅光比例，生菜的株高、展開(kāi)度、葉片數(shù)、根長(zhǎng)、地上部鮮干質(zhì)量、地下部鮮干質(zhì)量、根冠比等生長(zhǎng)指標(biāo)都顯著提高，表明在光強(qiáng)一致的情況下，紅光促進(jìn)生菜生長(zhǎng)發(fā)育，與陳文昊等在生菜栽培上得到的結(jié)論[26]相似。

3.2 光質(zhì)對(duì)生菜葉片光合色素含量的影響

葉綠素含量高低是衡量植物生長(zhǎng)發(fā)育的一項(xiàng)重要指標(biāo)[27-28]。聞婧等研究表明，各試驗(yàn)組總?cè)~綠素含量隨處理天數(shù)增加有上升趨勢(shì)[29]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，在栽培7～21 d期間，生菜葉片中的光合色素含量均隨著栽培時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，栽培21 d時(shí)，各色素指標(biāo)均有所下降，這與林魁在生菜上測(cè)得的結(jié)果[30]相一致，說(shuō)明適當(dāng)?shù)卦黾蛹t藍(lán)光配比中紅光比例可以促進(jìn)葉綠素a合成，增加藍(lán)光比例則有利于葉綠素b合成，但隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，類(lèi)胡蘿卜素合成受到抑制。

3.3 光質(zhì)對(duì)生菜葉片營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響

本次試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著栽培時(shí)間延長(zhǎng)，不同紅藍(lán)光配比下生菜各營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)總體呈上升趨勢(shì)，與劉莎莎等在菠菜上栽培上得到的結(jié)果[31]相似。不同紅藍(lán)光配比下，可溶性糖含量隨紅光比例增加而增大，說(shuō)明紅光有利于可溶性糖分的積累，可能是紅光下生長(zhǎng)植物有較高的光合作用以及藍(lán)光對(duì)植物葉綠體光合片層結(jié)構(gòu)的破壞，導(dǎo)致光合速率的降低，從而影響植物的碳同化作用，導(dǎo)致可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降[32-34]，與林小蘋(píng)等研究結(jié)論[35]一致。隨著藍(lán)光比例的增大，生菜葉片中可溶性蛋白、維生素C、硝態(tài)氮含量隨之增加，這與黃碧陽(yáng)等在菠菜上得到的結(jié)論[36]相一致。

相同紅藍(lán)光配比條件下，隨著處理天數(shù)的延長(zhǎng)，生菜生物量、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)都顯著提高。不同紅藍(lán)光配比條件下，增大紅光比例促進(jìn)生菜葉片數(shù)和根長(zhǎng)的增加，顯著提高生菜生物量的積累，有利于促進(jìn)葉綠素a合成和可溶性糖的積累，而增大藍(lán)光比例有利于葉綠素b合成、可溶性蛋白和維生素C含量的累積。經(jīng)篩選，處理R ∶ B=6 ∶ 3為最佳植物工廠生菜栽培光源組合。

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