不同LED光源對甘藍幼苗生長發(fā)育的影響

黃 雯,甘小虎,魏猷剛,胡 靜,閻慶九,張艷雙,胡 波

(南京市蔬菜科學研究所,南京210000)

甘藍是一種重要的十字花科蔬菜,較其他綠葉蔬菜耐儲藏,且營養(yǎng)豐富,深受我國廣大消費者的喜愛。我國甘藍栽培面積較大,因其幼苗下胚軸細長,在育苗過程中極易造成頭重腳輕的現(xiàn)象,澆水時容易傾倒折斷,不僅折損率高,而且會加大后期定植工作的難度。

隨著市場上蔬菜幼苗的需求量日益增大,工廠化育苗已經(jīng)成為目前蔬菜的主要育苗方式,成熟的工廠化育苗技術能夠省工省力、降低成本、培育壯苗,但工廠化育苗普遍存在光照較弱的問題。研究表明:光是植物生長的必需因子[1],弱光下幼苗長勢較弱且容易徒長,尤其是在冬季進行工廠化育苗時,溫室或大棚的保暖防寒措施會嚴重降低幼苗接受到的光照強度,如再遇到持續(xù)性低溫陰雨天氣,極易造成幼苗徒長,形成高腳苗。王廣龍等[2]研究發(fā)現(xiàn):番茄徒長苗在定植后會出現(xiàn)花期延遲以及早衰的現(xiàn)象,嚴重的會導致總產(chǎn)量下降25%左右。由此可見,光是設施栽培中的重要環(huán)境因子,人工光源是設施栽培的重要光調(diào)控手段。

熒光燈是在農(nóng)業(yè)上應用較多的一種傳統(tǒng)光源,其光譜分布是具有多個輻射量峰值的鋸齒狀曲線,連續(xù)性較差,且熒光燈中缺乏遠紅光。發(fā)光二極管(Light-emitting diodes,LEDs)作為一種新型光源受到越來越多農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者的關注,與熒光燈相比,LED全光譜光源功率分布曲線總體上較好。在蔬菜育苗上已有不少關于LED應用的報道,在番茄育苗上的報道尤其多。合適的LED光源不僅可以促進番茄幼苗生長發(fā)育,提高番茄的壯苗指數(shù)[3-6],甚至對病害也有抑制作用,如LED紅光和紫光對番茄灰霉病有抑制作用[7]。

在十字花科蔬菜育苗中,王婷等[8]和黃啟良等[9]研究發(fā)現(xiàn):相較于單色光,紅光白光組合能夠促進不結(jié)球生菜和櫻桃蘿卜的根系發(fā)育,地下部質(zhì)量較大;陳祥偉等[10]研究認為:采用單色紅光作為光源育苗,在整個生長期該處理的烏塌菜生物量均顯著高于白光光源處理。目前,鮮見LED光源對甘藍育苗的研究,本試驗以甘藍作為材料,研究紅光和全光譜白光2種不同LED光源對甘藍幼苗生長發(fā)育的影響,以期為甘藍育苗人工光源的選擇提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗在南京市蔬菜科學研究所進行。供試甘藍品種為‘牛心甘藍’,于2018年9月16日播種,待甘藍出芽后將穴盤移至光照實驗室內(nèi),置于各處理燈光下進行光照處理,30 d后出苗,甘藍的出苗標準為4葉1心。

1.2 試驗方法

試驗共設3個處理,T1和T2處理為LED光源照射,T1處理為紅光,波長650 nm,T2處理為全光譜白光,色溫5 536 K,對照(CK)為熒光燈照射,每處理50棵甘藍幼苗,3次重復。試驗期間各處理光量子通量均設置為(120±5)μmol∕(m2·s),光周期12 h,每天6:00—18:00對甘藍幼苗進行光照處理,日間(6:00—18:00)氣溫維持在(25±1)℃,夜間(18:00—6:00)維持在(14±1)℃,空氣濕度維持在60%—80%。

1.3 測定項目

于出苗當日測定各項指標,包括全株高度、下胚軸長度、下胚軸絕對生長速率(下胚軸長度的絕對生長量∕時間)、植株粗度、植株鮮重、植株干重、植株根冠比(根干重∕地上部干重)、植株壯苗指數(shù)[(莖粗∕株高+根干重∕地上部干重)×全株干重×10]、最大葉葉面積、葉綠素相對含量(SPAD值)、根系活力、根體積、根系總長度、根系投影面積、根系表面積、根系平均直徑、根尖數(shù)量等。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用SAS軟件的ANOVA過程處理數(shù)據(jù),顯著性檢驗采用鄧肯氏新復極差法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同光質(zhì)對甘藍幼苗植株生長速率的影響

由表1可見,不同光質(zhì)對甘藍幼苗生長速率的影響存在明顯差異。CK的甘藍幼苗下胚軸生長速率較快,T2處理最為緩慢,其下胚軸絕對生長速率僅為1.78 mm∕d,顯著低于T1處理和CK。在幼苗出倉時,T2處理的甘藍幼苗株高和下胚軸高度分別為13.70 cm和4.80 cm,株高顯著低于T1處理,顯著高于CK,下胚軸高度顯著低于T1處理和CK。各處理之間的植株粗度差異同樣很明顯,T2處理的甘藍幼苗植株最為粗壯,粗度達2.551 mm,T1處理植株粗度略低,為2.381 mm,兩處理分別比CK高53.0%和42.8%?？梢?T1處理的甘藍幼苗較為高大,T2處理植株呈現(xiàn)矮壯的狀態(tài),對照植株矮小但下胚軸最長,表現(xiàn)較為瘦弱。

表1 不同光質(zhì)對甘藍幼苗植株生長速率的影響Table 1 Effects of different light quality on growth rate of cabbage seedlings

2.2 不同光質(zhì)對甘藍幼苗植株質(zhì)量及壯苗系數(shù)的影響

由表2可見,各處理之間的植株鮮重及植株干重差異較為明顯,T1和T2處理的甘藍幼苗植株地上部較為發(fā)達,T1處理的地上部鮮重最高,比T2處理略高,兩者均顯著高于CK。在根系方面,T2處理的甘藍幼苗根系質(zhì)量最大,最為發(fā)達,CK根系很弱;T2處理根鮮干重分別為0.236 g和0.026 g,顯著高于T1處理和CK,根鮮重比T1處理和CK分別高24.2%和126.9%,根干重分別比T1處理和CK分別高36.8%和160.0%。從全株干重可見,T2處理的甘藍幼苗干物質(zhì)積累最多,高達0.176 g,分別比T1處理和CK高17.3%和79.6%,推斷T1處理的甘藍植株含水量較高,尤其是地上部分。

從壯苗指數(shù)可見,T2處理的甘藍幼苗植株最為健壯,壯苗指數(shù)高達0.611,顯著高于T1處理和CK,分別比T1處理和CK高38.9%和146.4%。

表2 不同光質(zhì)對甘藍幼苗植株質(zhì)量及壯苗系數(shù)的影響Table 2 Effects of different light quality on seedling weight and strong seedling coefficient of cabbage

2.3 不同光質(zhì)對甘藍幼苗葉片及根系生長的影響

由表3可見,各處理甘藍幼苗葉片的生長情況存在一定差異。T1和T2處理的甘藍幼苗葉片數(shù)均為4片,CK為3片;LED光源處理的植株葉片均較為發(fā)達,其中T1處理的最大葉葉面積最高,為23.89 cm2,比CK高69.2%,T2處理的最大葉葉面積為21.44 cm2,比CK高51.8%。T1處理的甘藍幼苗葉片葉綠素相對含量最高,葉色較深,CK葉片葉綠素相對含量最低,葉色最淺。

從根系的相關數(shù)據(jù)可以看出,T1和T2處理的甘藍幼苗根系較為發(fā)達,根活力、根系長度、根系投影面積、根系表面積、根直徑、根體積、根尖數(shù)量等指標均顯著高于CK,尤其是T2處理,其根系活力達190.70μg∕(g·h),顯著高于T1處理和CK,比T1處理高25.3%,比CK高104.9%。T2處理的甘藍幼苗根系長度、根系投影面積、根系表面積、根直徑、根體積、根尖數(shù)量分別比CK高71.3%、50.6%、33.5%、18.2%、64.7%和44.8%。各處理間的根冠比也存在顯著差異,T2處理的根冠比(0.164)顯著高于T1處理和CK,比T1處理和CK分別高28.1%和56.2%?？梢?T2處理的甘藍幼苗根系最為強健。

表3 不同光質(zhì)對甘藍幼苗葉片及根系生長的影響Table 3 Effects of different light quality on growth of leaves and roots of cabbage seedlings

3 結(jié)論與討論

溫度、光照、水分是植物生長發(fā)育所必須的環(huán)境因子[11],這些環(huán)境因子可通過改變植物體內(nèi)的激素水平來影響下胚軸的伸長[12-13]。近年來,光照對植物的影響越來越受到學者們的關注,如林魁等[14]認為不同光強會影響?zhàn)嫌酌绲纳L發(fā)育。光照對植物生長發(fā)育的影響不僅體現(xiàn)在光強上,不同的光質(zhì)也可對植物產(chǎn)生不同程度的影響[15]。

隨著工廠化育苗的發(fā)展,LED光源在育苗上的應用越來越受到重視。曹剛[16]研究認為:采用單色紅光作為光源比白光光源育苗更有利于甘藍幼苗生物量的積累,且能夠提高甘藍幼苗的壯苗指數(shù)。這與本試驗結(jié)果并不相同,其原因可能與所使用的光量子通量值有關,該研究所使用的LED光源僅為(50±5)μmol∕(m2·s),為弱光條件。另外,鄭冬梅等[17]采用紅藍光處理紫甘藍幼苗,發(fā)現(xiàn)紅光可促進紫甘藍莖的伸長,與本試驗結(jié)果一致。與此結(jié)果類似的還有很多報道,如薄皮甜瓜育苗時,有研究發(fā)現(xiàn)單一紅光處理的幼苗株高顯著高于其他處理[18];大豆育苗時,單側(cè)紅光處理的大豆幼苗株高顯著高于單側(cè)自然光處理[19]。在本試驗中,T2處理(全光譜白光)的甘藍幼苗地上部矮壯,莖粗值最高,不易折斷,根系發(fā)達,根系活力強,壯苗指數(shù)最高;T1處理(紅光)的甘藍幼苗地上部分發(fā)達,株高最高,葉片較大,可見紅光可促進植物生長,但根系指數(shù)比T2處理略差;對照植株矮小,但下胚軸絕對生長速率最高,下胚軸最長,呈現(xiàn)出高腳苗的狀態(tài),由于株莖過細,極易折斷,增加了定植時的工作量,葉色淡,植株呈現(xiàn)出瘦弱的狀態(tài),且根系發(fā)育不良,根系活力很差。在甘藍育苗中植株矮壯的幼苗比較受種植戶的歡迎,其根系強健有利于定植后盡快緩苗,對促進甘藍植株的生長有積極作用,本試驗中T2處理(全光譜白光)較適合甘藍育苗。

恰當?shù)膹秃瞎庥欣谥参镉酌绲纳L,調(diào)整好適當?shù)墓赓|(zhì)比例可顯著提高幼苗的壯苗指數(shù),形成優(yōu)質(zhì)壯苗。如崔曉輝等[18]研究認為:紅光或藍光單一光質(zhì)的LED光源照射薄皮甜瓜,壯苗效果不如紅藍復合光,紅藍光光質(zhì)比為6∶1是薄皮甜瓜‘玉美人’幼苗最佳的補光光質(zhì)配比;王虹等[20]研究認為,紅光中添加10%藍光處理最有利于黃瓜幼苗的生長;劉振威等[21]研究發(fā)現(xiàn):三色光更有利于‘農(nóng)大牛角椒’形成壯苗,紅藍黃光配比為5∶4∶1處理的辣椒幼苗株高、根長、側(cè)根數(shù)、葉數(shù)、干鮮重均最大,可作為促進辣椒幼苗生長的最優(yōu)光源組合。人工光源在幼苗上的應用尚有很大研究空間,本試驗將進一步研究兩色和三色復合光對甘藍幼苗生長的影響。