光強及光周期對紅葉生菜生長及品質(zhì)的影響

吉家曾,李聰聰,丁慧霞,陳增舉

(廣州市八斗農(nóng)業(yè)科技有限公司，廣東 廣州 510760)

引言

人工光利用型植物工廠是設施農(nóng)業(yè)發(fā)展的高級階段，具有生產(chǎn)效率高、環(huán)保、控制精度高、潔凈無污染等特點，發(fā)展前景非常廣闊。但也存在高成本、高能耗、低收益等諸多弊端[1]。前人的研究表明，人工光植物工廠的運行成本中電費高達了29%，而植物工廠的耗能主要以人工光的耗能為主[2]，所以通過光環(huán)境調(diào)控，提高植物的光合作用能力，近而降低植物工廠的運行成本，對植物工廠的發(fā)展和推廣具有重要的意義。

目前，有關于光環(huán)境因子的交互作用對生菜的影響研究較少，所以對光強和光周期組合研究具有重要意義。本試驗研究不同光強和光周期組合對紅葉生菜生長及品質(zhì)的影響，以期尋求因素間的最優(yōu)組合，旨在為植物工廠光環(huán)境調(diào)控提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為香港紅邊生菜，LED燈由廣州某公司提供，營養(yǎng)液選用華南農(nóng)業(yè)大學葉菜B改良配方。

1.2 試驗材料

試驗于2016年3月在廣州某公司栽培試驗室內(nèi)進行，栽培室環(huán)境控制：溫度25 ℃，二氧化碳濃度595～660 ppm，相對濕度60%～75%。試驗設置3個光周期梯度T1、T2、T3，分別為8、12、16 h·d-1，3個光強梯度S1、S2、S3，分別為 250、350、450 μmol·m-2·s-1，采用雙因素完全隨機試驗，共12個處理：T1S1、T1S2、T1S3、T2S1、T2S2、T2S3、T3S1、T3S2、T3S3，每處理5次重復。待生菜幼苗長至3葉1心時移栽至栽培架上，栽培方式采用深液流法。

1.3 指標測定

1.3.1 生理指標測定

在采收后用直尺測量生菜的生長株高、葉長、葉寬，并統(tǒng)計其葉片數(shù)，用天平秤稱量生菜的干鮮重。

1.3.2 品質(zhì)指標測定

硝酸鹽含量采用比色法測定，可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定，可溶性蛋白質(zhì)含量采用考馬斯亮藍法測定，維生素C含量采用2,6-二氯酚靛酚滴定法測定[3]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用EXCEL和SAS 9.0軟件分別進行數(shù)據(jù)整理分析和方差分析。

2 結(jié)果與分析

由圖1可知，在短光周期12 h·d-1時，植株的葉片數(shù)隨光強的增大呈現(xiàn)出先增后減的趨勢，葉片數(shù)最大值在350 μmol·m-2·s-1；在長光周期14 h·d-1及16 h·d-1時，增大光強可促進植株的增長，光強對植株葉片數(shù)的影響表現(xiàn)為正相關；延長光周期可促進植株的生長。

從移栽至14天前，植株生長較為緩慢；14 d之后，植株進入快速生長期，此段時間內(nèi)(14～28 d)植株生長較快，葉片數(shù)快速增長。

圖1 光強及光周期對生菜植株葉片數(shù)的影響Fig. 1 Effects of light intensity and photoperiod on leaf number of lettuce

由圖2可知，短光周期下(12 h·d-1、14 h·d-1)，增大光強植株的葉幅寬表現(xiàn)為先增后減，在350 μmol·m-2·s-1前，表現(xiàn)為明顯的正相關，超過350 μmol·m-2·s-1后，則表現(xiàn)為明顯的負相關。長光周期(16 h·d-1)下，光強對植株葉幅寬的影響表現(xiàn)為明顯的負相關。光周期對植株葉幅寬的增長無顯著相關。

生長前期(21 d前)，植株葉幅寬增長較快；說明生長的生長前期主要儲存生長物質(zhì)，生長后期葉幅寬逐漸減緩，而葉片數(shù)快速增加。

圖2 光強及光周期對生菜植株葉幅寬的影響Fig.2 Effects of light intensity and photoperiod on leaf width of lettuce

由圖3可知，不同光周期處理對植株生長的影響是顯著的，植株的單株鮮重隨光周期的延長呈現(xiàn)遞增的趨勢，以16 h·d-1的光周期下植株的單株重量最高，在12 h·d-1及16 h·d-1光周期下，不同光強處理對植株單株鮮重的影響是不顯著的。但在14 h·d-1光周期下，植株單株鮮重隨著光強的增加呈現(xiàn)先增后減的趨勢。

圖3 光強及光周期對生菜單株鮮重的影響Fig.3 Effects of light intensity and photoperiod on fresh weight of lettuce

由圖4可看出，各處理間對生菜植株可溶性蛋白含量的影響是顯著的，其中，以12 h+450下植株的可溶性蛋白含量最高，其次為14 h+450。短光周期下(12 h·d-1)，植株可溶性蛋白含量隨光照強度的增大而提高，中長光周期下(14、16 h·d-1)，植株可溶性蛋白含量隨光照強度呈現(xiàn)為先減后增的趨勢。

圖4 光強及光周期對生菜可溶性蛋白含量的影響Fig.4 Effects of light intensity and photoperiod on soluble protein content of lettuce

如圖5所示，同一光周期下，不同光照強度對生菜植株的可溶性糖含量的影響是顯著的，且隨著光照強度的增大而提高，這表明提高光強有利于植株光合產(chǎn)物及糖分的積累；而在同一光照強度下，植株可溶性糖隨著光周期的延長而提高。

圖5 光強及光周期對生菜可溶性糖含量的影響Fig.5 Effects of light intensity and photoperiod on soluble sugar content of lettuce

由圖6可知，同一光周期下，生菜植株的維生素C含量隨著光照強度增大呈現(xiàn)先增后減的趨勢，均在350 μmol·m-2·s-1下含量最高，這表明在350 μmol·m-2·s-1光強下有利于植株維生素C的積累；在250 μmol·m-2·s-1光強下，延長光周期有助于生菜植株維生素C含量的提高，但在光強為350 μmol·m-2·s-1和450 μmol·m-2·s-1下，不同光周期對植株維生素C含量的影響是不顯著的。

圖6 光強及光周期對生菜維生素C含量的影響Fig.6 Effects of light intensity and photoperiod on vitamin C content of lettuce

如圖7所示，同一光周期下，不同光照強度對植株的硝酸鹽含量的影響是顯著的，且隨著光照強度的增大而降低；而在同一光照強度下，植株的硝酸鹽含量隨著光周期的延長而降低。這表明 ，提高光照強度及延長光周期均有利于降低蔬菜的硝酸鹽含量。

圖7 光強及光周期對生菜硝酸鹽含量的影響Fig.7 Effects of light intensity and photoperiod on nitrate content of lettuce

3 討論與分析

光是植物生長的敏感的環(huán)境因子之一，一方面光是植物光合作用的必需能量來源，另一方面還能通過刺激光敏色素傳導信號，誘導相關基因表達，調(diào)節(jié)植物生理代謝反應和物質(zhì)運輸[4，5]。因此，光照強度的強弱及光照時間的長短必定會對生菜植株的生長發(fā)育及品質(zhì)產(chǎn)生影響。本試驗結(jié)果表明：在長光周期14 h·d-1及16 h·d-1時，增大光強可增加植株的葉片數(shù)，但光強對生菜植株鮮重的影響并無顯著性的差異。延長光周期均可促進生菜植株葉片數(shù)的增長和鮮重的提高。這與在生菜[6，7]、番茄[8]上研究結(jié)果一致，但與王蒙蒙等[9]的研究結(jié)果不一致，推測其原因可能是試驗條件及品種差異引起的，其試驗光強是200 μmol·m-2·s-1，比本試驗的光強要低；也有試驗表明弱光條件下延長光照時間利于生菜生物量的積累[10]，這說明光照強度與光周期是有一定的互作作用的。

從品質(zhì)分析結(jié)果來看，延長光周期、增大光強有助于提高生菜可溶性糖的合成，與方舒玲等[11]、王君等[12]研究結(jié)果一致；同時可降低生菜硝酸鹽含量，增大光強有助于降低生菜硝酸鹽含量[13]，長光照有利于降低硝酸鹽含量[14]。短光照有利于茄子幼苗蛋白質(zhì)的合成[15]，而光周期對生菜可溶性蛋白質(zhì)含量的影響無顯著差異[16]，這可能是因為作物品種不同和試驗光周期設置水平不同導致的。本試驗研究結(jié)果表明，生菜的維生素C隨著光照強度的增加而呈現(xiàn)先增后減的趨勢，維生素C 以350 μmol·m-2·s-1處理下最佳。這與劉杰等[6]、方舒玲等[17]研究結(jié)果不同，這可能是由于作物品種不同和試驗光強設置水平不同引起的。

綜合分析得出，光強提高有利于提高生菜的品質(zhì)，但不利于生菜的生長，在350 μmol·m-2·s-1+14 h·d-1組合處理下生菜均有較好的生長和品質(zhì)指標，是本試驗生菜栽培最佳的組合處理。