LED光源對辣椒幼苗生長和光合特性的影響

張謹(jǐn)薇 孟清波 馬萬成 楊凱麗 王興龍 穆亞寧 李青云

摘? ? 要：以冀鷹椒6號朝天椒幼苗為試驗(yàn)材料，以自然光為CK，設(shè)置LED燈2種光質(zhì)（紅光∶藍(lán)光=3∶1、紅光∶藍(lán)光=5∶1）和2種光強(qiáng)（100、150 μmol·m-2·s-1）雙因素試驗(yàn)，研究了不同光強(qiáng)及光質(zhì)配比模式的LED光源對辣椒幼苗生長和光合特性的影響。結(jié)果表明，不同光強(qiáng)和光質(zhì)配比模式LED光源對辣椒幼苗的生長和光合特性有一定影響。在所有處理中，處理Ⅰ（光強(qiáng)100 μmol·m-2·s-1+光質(zhì)紅光∶藍(lán)光=5∶1）辣椒幼苗株高、莖粗、葉片數(shù)、葉面積、地上地下干物質(zhì)量、生長速率等生長指標(biāo)均最高，葉片凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率等指標(biāo)也最大，處理Ⅰ光源最有利于辣椒幼苗的生長。

關(guān)鍵詞：辣椒幼苗;LED;生長;光合特性

中圖分類號：S641.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1673-2871（2021）06-060-04

Effects of LED light on the growth and photosynthetic characteristics of pepper seedling

ZHANG Jinwei1，2， MENG Qingbo1， MA Wancheng1， YANG Kaili1， WANG Xinglong1， MU Yaning1， LI Qingyun1

（1. Hebei Vegetable Industry Collaborative Innovation Center/College of Horticulture of Hebei Agricultural University， Baoding 071000， Hebei， China; 2. Agriculture and Rural Affairs Bureau of Luannan County，Tangshan 063500， Hebei， China）

Abstract： Taking Jiying Pepper No. 6 seedlings as the test material， using natural light as CK， setting two kinds of LED light quality （red∶blue = 3∶1， red∶blue =5∶1）. The effects of different light intensity and light quality ratio mode on growth and photosynthetic characteristics of pepper seedlings were studied by two-factor experiments with 100 μmol·m-2·s-1 and 150 μmol·m-2·s-1 light intensity. The results showed that the growth and photosynthetic characteristics of pepper seedlings were affected by different light intensity and light quality ratio mode of LED light source. Among all treatments， treatment Ⅰ pepper seedling plant height， stem diameter， leaf number， leaf area， aboveground and underground dry matter weight， growth rate and other growth indicators were the highest， leaf net photosynthetic rate， stomatal conductance and transpiration rate and other indicators were also the largest. Treatment I LED （light intensity 100 μmol·m-2·s-1 + red light∶blue light = 5∶1） light source was the most conducive to the growth of pepper seedlings.

Key words： Pepper seedlings; LED; Growth; Photosynthetic characteristics

辣椒（Capsicum annuum L.）是我國栽培面積最大的蔬菜之一，也是日光溫室蔬菜生產(chǎn)的主要蔬菜之一[1]。在生產(chǎn)中，培育壯苗是獲得辣椒高產(chǎn)的前提，而光是影響植物生長發(fā)育的重要環(huán)境因子[2-3]，利用光環(huán)境調(diào)控技術(shù)培育壯苗已經(jīng)成為促進(jìn)植物生長發(fā)育的一個重要手段。LED（Light-Emitting Diodc）是由鎵與砷、磷、氮、銦的化合物制成的一種固態(tài)半導(dǎo)體光源，LED能發(fā)出與光合色素吸收光譜相一致的單色可見光，光質(zhì)純、效率高，且強(qiáng)度和光質(zhì)具有可調(diào)節(jié)的優(yōu)勢[4-5]。與傳統(tǒng)育苗應(yīng)用的白熾燈、熒光燈和高壓鈉燈相比，LED光源節(jié)能、高效，成為現(xiàn)代育苗技術(shù)的首選光源，為研究光環(huán)境對植物的生長和品質(zhì)的影響提供了有效的途徑。在對辣椒的研究中，周華等[6]研究光強(qiáng)和光質(zhì)對辣椒幼苗生長和形態(tài)的影響，以余干辣椒為試材，結(jié)果表明，中光強(qiáng)100 μmol·m-2·s-1和LED組合光（紅光∶藍(lán)光=8∶1）適宜辣椒幼苗生長。陳永快等[7]研究不同LED復(fù)合光源對辣椒幼苗質(zhì)量的影響，以中廈1椒（辣椒品種）為試材，結(jié)果顯示，紅∶藍(lán)∶綠=3.6∶1∶0.5和紅∶藍(lán)∶綠=3.75∶1∶0.25最有利于辣椒幼苗的培養(yǎng)。因已有研究結(jié)果差異較大，為了進(jìn)一步探索實(shí)用的LED光源，還需要進(jìn)行多品種、多角度試驗(yàn)驗(yàn)證。

本試驗(yàn)以辣椒幼苗為材料，研究了LED光源對辣椒生長和光合特性的影響，旨在探明幼苗生長對光環(huán)境的需求特點(diǎn)，并嘗試對光環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化，研究適宜辣椒育苗的LED光源，為培育辣椒壯苗提供更多技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料

供試?yán)苯菲贩N為河北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院選育的冀鷹椒6號朝天椒，供試光源為冀鬃麒科技（北京）有限公司生產(chǎn)的LED可調(diào)光源。

1.2 方法

試驗(yàn)于2019年3—7月在河北農(nóng)業(yè)大學(xué)西校區(qū)創(chuàng)新試驗(yàn)園內(nèi)進(jìn)行。對種子進(jìn)行溫湯浸種，在恒溫箱催芽后于溫室內(nèi)采用50孔穴盤育苗，選取長勢一致的4葉1心辣椒幼苗，分別置于不同光強(qiáng)和光質(zhì)處理的LED燈箱內(nèi)進(jìn)行培養(yǎng)，幼苗生長點(diǎn)距離LED光源15 cm，溫室白天溫度25～27 ℃，夜間溫度17～20 ℃，濕度60%～80%，光周期為14 h·d-1，間隔5 d澆灌1次Hoagland營養(yǎng)液，用量60 mL·株-1，每個處理6株，3次重復(fù)，每隔10 d取樣測定部分生長指標(biāo)，處理30 d取樣測定生物量和光合參數(shù)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)中紅光波長為（660±20） nm，藍(lán)光波長為（450±20） nm，不同光源處理見表1。

1.4 測定指標(biāo)及方法

1.4.1 生長指標(biāo) 用卷尺測量植株株高，用電子游標(biāo)卡尺測量距離莖基部1 cm處與子葉平行方向的莖粗，觀察記錄展開葉片數(shù)，用葉面積測定儀測定所有真葉的葉面積，采用Epson EXPRESSION 10000XL根系掃描儀測定根長、根表面積、根平均直徑及根體積，用稱重法分別測定地上部和地下部的鮮質(zhì)量和干質(zhì)量。

生長速率=全株干物質(zhì)質(zhì)量/育苗時間。

1.4.2 葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測定 采用英國Hansatech公司生產(chǎn)的Handy PEA植物效率分析儀測定辣椒幼苗葉片的快速熒光，選取辣椒幼苗從頂部向下數(shù)第3片真葉距葉尖邊緣3 cm處用暗處理夾夾住，暗適應(yīng)20 min后在3000 μmol·m-2·s-1的飽和激發(fā)光下連續(xù)照射1 s進(jìn)行暗適應(yīng)的葉綠素?zé)晒庠鮿恿W(xué)參數(shù)測定和計(jì)算。之后，在300 μmol·m-2·s-1的光化光照射300 s后，打開飽和激發(fā)光下連續(xù)照射1 s進(jìn)行光適應(yīng)的葉綠素?zé)晒鈱?shí)際動力學(xué)參數(shù)測定和計(jì)算。

1.4.3 光合參數(shù)的測定 用 Li-6400光合測定儀（美國，LI-COR公司）測定辣椒幼苗從頂部向下數(shù)第3～4片功能葉的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率和胞間CO2濃度，測定時設(shè)定光量子通量密度為 500 μmol·m-2·s-1。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 22軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同光強(qiáng)和光質(zhì)配比模式的LED光源對辣椒幼苗生長和形態(tài)的影響

由圖1可知，在3個處理時間段，處理Ⅰ植株株高均最高;處理10 d時，處理Ⅱ株高最低，處理Ⅲ與處理Ⅱ株高無顯著差異;處理20 d、30 d時處理Ⅲ株高均最低。隨著辣椒處理時間的延長，各處理間株高的差異加大，在處理20 d時，處理Ⅰ辣椒幼苗株高值最大，為25.20 cm，分別比CK、處理Ⅳ、處理Ⅱ和處理Ⅲ增加了8.13%、11.70%、15.99%和24.29%，各處理間株高差異顯著。而處理30 d時處理Ⅰ和處理Ⅳ的株高均顯著高于CK、處理Ⅱ和處理Ⅲ，但兩處理間株高無顯著差異。

由圖2可知，不同光強(qiáng)和光質(zhì)配比模式的LED光源處理對辣椒幼苗莖粗有一定影響。在處理10 d時，CK莖粗值最小，為2.88 mm，顯著低于其他4個處理，其他4個處理間辣椒莖粗差異不顯著，表明在短時間內(nèi)不同LED光對辣椒莖粗的影響不顯著。隨著生育期的延長，各處理間莖粗的差值逐漸增大，處理30 d時，處理Ⅰ莖粗值最大，為4.26 mm，其次是處理Ⅳ、處理Ⅱ和處理Ⅲ，CK莖粗值最小，除處理Ⅲ外，其他3個處理莖粗值均顯著高于CK。表明LED光可增加辣椒幼苗的莖粗，處理Ⅰ和處理Ⅳ的幼苗莖粗值較大。

由圖3可知，在處理30 d時，4個LED處理顯著增加了辣椒葉片數(shù)。在每個處理時段處理Ⅰ葉片數(shù)均最多，分別為8、12、17片。在處理10、20 d時，處理Ⅰ葉片數(shù)均顯著高于CK、處理Ⅱ、處理Ⅲ;在處理30 d時，處理Ⅰ葉片數(shù)均顯著高于Ⅲ和CK;處理Ⅰ與處理Ⅳ葉片數(shù)在各時期均沒有顯著差異。

由圖4可知，隨著處理時間的延長，不同LED光源處理的辣椒幼苗葉面積差異逐漸加大，且各處理時段處理Ⅰ幼苗葉面積均為最大。處理20 d時，處理Ⅰ葉面積為38.13 cm2，顯著高于其他4個處理，CK、處理Ⅱ和處理Ⅲ葉面積最小;處理10、30 d時，處理Ⅰ葉面積均顯著高于CK、處理Ⅱ和處理Ⅲ，但與處理Ⅳ差異不顯著。

2.2 不同光強(qiáng)和光質(zhì)配比模式的LED光源對辣椒幼苗生物量及生長速率的影響

由表2可知，與CK相比，4個LED處理均增大了辣椒的生物量和生長速度。經(jīng)顯著性測驗(yàn)分析，處理Ⅰ和處理Ⅳ植株鮮質(zhì)量和地下部干質(zhì)量指標(biāo)值均較大，均顯著高于處理Ⅱ、處理Ⅲ、CK。而地上部干質(zhì)量和生長速率兩個指標(biāo)，處理Ⅳ指標(biāo)值盡管也較大，但與處理Ⅱ差異不顯著。

2.3 不同光強(qiáng)和光質(zhì)配比模式的LED光源對辣椒幼苗光合參數(shù)的影響

由表3可知，與CK相比，LED處理均增大了辣椒葉片的凈光合速率和氣孔導(dǎo)度。處理Ⅰ凈光合速率最高為4.71 μmol·m-2·s-1，其次是處理Ⅱ，兩處理間差異不顯著，但均顯著高于CK、處理Ⅲ和處理Ⅳ，處理Ⅰ分別比CK、處理Ⅲ和處理Ⅳ提高了73.8%、65.8%和52.4%。處理Ⅰ氣孔導(dǎo)度最大，為0.43 μmol·m-2·s-1;其次為處理Ⅳ，氣孔導(dǎo)度為0.31 mmol·m-2·s-1;處理Ⅰ與處理Ⅳ之間氣孔導(dǎo)度差異不顯著，但處理Ⅰ氣孔導(dǎo)度顯著高于其他3個處理。處理Ⅳ胞間二氧化碳濃度最大，為288.59 μmol·mol-1;處理Ⅱ胞間二氧化碳濃度最小，為152.95 μmol·mol-1;處理Ⅳ胞間二氧化碳濃度與處理Ⅲ、CK間差異不顯著，但顯著高于處理Ⅰ、處理Ⅱ。處理Ⅰ蒸騰速率最大為1.04 mmol·m-2·s-1，其次為處理Ⅳ，蒸騰速率為0.79 mmol·m-2·s-1;處理Ⅰ與處理Ⅳ之間蒸騰速率差異不顯著，但顯著高于其他3個處理。

2.4 不同光強(qiáng)和光質(zhì)配比模式的LED光源對辣椒幼苗葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

由表4可以看出，不同光強(qiáng)和光質(zhì)配比模式LED光源對辣椒幼苗的初始熒光和最大熒光產(chǎn)量沒有顯著影響，僅對PSⅡ最大光能轉(zhuǎn)化效率產(chǎn)生了一定影響。處理Ⅳ的PSⅡ最大光能轉(zhuǎn)化效率最大，顯著高于CK、處理Ⅰ、處理Ⅱ，但與處理Ⅲ無顯著性差異，分別比它們增加了3.61%、2.84%、5.05%和1.84%。

3 討論與結(jié)論

在設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中，蔬菜幼苗的質(zhì)量對植株后期的生長發(fā)育非常重要，壯苗是保證產(chǎn)量和品質(zhì)的基礎(chǔ)。而光是影響植物生長發(fā)育的重要環(huán)境因子，但由于近年來冬春季節(jié)低溫弱光，陰雨天氣較為集中，部分地區(qū)持續(xù)的霧霾等環(huán)境的影響，LED燈的補(bǔ)光技術(shù)試驗(yàn)研究[8]和示范推廣[9-12]也在積極進(jìn)行中，并形成了相應(yīng)的補(bǔ)光技術(shù)規(guī)程[13]，實(shí)施人工補(bǔ)光的育苗新技術(shù)已經(jīng)成為解決這一難題的保障手段。植物生長對光強(qiáng)和光質(zhì)都有很強(qiáng)的依賴性。不同LED光質(zhì)對白菜幼苗生理指標(biāo)的影響，研究表明藍(lán)光光質(zhì)可以促進(jìn)白菜幼苗中可溶性蛋白質(zhì)、可溶性糖的合成，為以后繼續(xù)研究不同紅藍(lán)比例光源對蔬菜生理指標(biāo)的影響提供了理論依據(jù)[14]。用光強(qiáng)為100（RB100）、200（RB200）、300 μmol·m-2·s-1（RB300）的紅藍(lán)LED光源處理生菜表明，低光強(qiáng)可明顯增加生菜的株高、葉面積、根長、比葉面積[15]。對黃瓜進(jìn)行遮光處理的結(jié)果表明，黃瓜的生物量降低，根冠比升高，形態(tài)變?nèi)酰~片變薄，葉面積增加，植株向上延伸[16]。

筆者探討了冀鷹椒6號朝天椒在不同光強(qiáng)及光質(zhì)配比模式的LED光源下生長和光合特性的變化。結(jié)果表明，不同光強(qiáng)及光質(zhì)配比模式的LED光源對辣椒幼苗生長有一定影響。在光強(qiáng)為100 μmol·m-2·s-1+光質(zhì)配比為紅光∶藍(lán)光=5∶1時為最佳，辣椒幼苗的株高、莖粗、葉面積均達(dá)最大。不同光強(qiáng)及光質(zhì)配比模式的LED光源對辣椒幼苗光合特性有一定影響。在光強(qiáng)為100 μmol·m-2·s-1+光質(zhì)配比為紅光∶藍(lán)光=5∶1時，辣椒幼苗的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率均大于其他處理。綜上所述，光強(qiáng)為100 μmol·m-2·s-1+光質(zhì)配比為紅光∶藍(lán)光=5∶1對辣椒幼苗的生長和光合作用均最有利。

參考文獻(xiàn)

[1] 高晶霞，顏秀娟，李寧，等.低溫弱光對不同辣椒品系生長發(fā)育及光合特性的影響[J].北方園藝，2016（1）：6-9.

[2] 龔洪恩，姚小華.LED光源對油茶苗生長及其光合相關(guān)基因表達(dá)的影響[D].北京：中國林業(yè)科學(xué)研究院，2018.

[3] 張現(xiàn)征，劉世琦.光質(zhì)調(diào)控番茄植株生長及果實(shí)品質(zhì)的機(jī)理研究[D].山東泰安：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，2018.

[4] 楊學(xué)坤，蔣曉，胡瑤玫.日光溫室補(bǔ)光技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀分析與對策研究[J].農(nóng)產(chǎn)品加工，2017（14）：71-74.

[5] 林超輝，馬旭，黃冠，等.水稻溫室立體育秧夜間補(bǔ)光技術(shù)試驗(yàn)研究[J].農(nóng)機(jī)化研究，2016，38（5）：208-212.

[6] 周華，歐陽雪靈，劉淑娟，等.LED光強(qiáng)和光質(zhì)對“余干”辣椒幼苗生長和形態(tài)的影響[J].北方園藝，2016（12）：40-43.

[7] 陳永快，吳寶意，毛方華，等.不同LED復(fù)合光源對辣椒幼苗質(zhì)量的影響[J].東南園藝，2017（5）：13-19.

[8] 朱兆軍.溫室人工補(bǔ)光技術(shù)在北京市昌平區(qū)的應(yīng)用與發(fā)展[J].農(nóng)業(yè)工程，2014，4（S2）：53-56.

[9] 宋櫻，孫威哲.溫室LED補(bǔ)光技術(shù)在西蘭花種植中的應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)工程，2015，5（S1）：21-22.

[10] 王偉偉，馬俊貴.設(shè)施溫室補(bǔ)光燈的應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)工程，2014，4（6）：47-50.

[11] 河北省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局：DB13/T 2148—2014 日光溫室蔬菜補(bǔ)光燈應(yīng)用技術(shù)規(guī)程[S].[2014-02-03]

[12] 黃碧陽，林碧英，李彩霞，等.LED光質(zhì)對菠菜生長和光合生理特性的影響[J].福建農(nóng)林大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2018，47（4）：403-408.

[13] 尹娟.光質(zhì)對芹菜葉片光合色素和光合熒光特性特性的影響[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018，46（4）：116-119.

[14] 劉振威，韓喊，賀明慧，等.LED光質(zhì)對白菜幼苗生理指標(biāo)的影響[J].中國園藝文摘，2017，33（11）：5-6.

[15] 王志敏，宋非非，徐志剛，等.不同紅藍(lán)LED光照強(qiáng)度對葉用萵苣生長和品質(zhì)的影響[J].中國蔬菜，2011（16）：44-49.

[16] 李偉，袁學(xué)平，楊迤然，等.弱光對兩品種黃瓜光合特性和生長發(fā)育的影響[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，43（1）：97-103.