LED補(bǔ)光對(duì)日光溫室脫毒馬鈴薯微型薯結(jié)薯特性的影響

錢創(chuàng)建 宿飛飛 王紹鵬 劉振宇 張微 夏善勇 盛萬民

摘 要：為了探究LED光源在馬鈴薯微型薯日光溫室繁育中的作用，以馬鈴薯脫毒試管苗克新13號(hào)為試材，以溫室內(nèi)自然光照為對(duì)照，利用LED混合光源綠光∶藍(lán)光∶紅光= 1∶1∶3對(duì)脫毒試管苗進(jìn)行補(bǔ)光，研究現(xiàn)代化全光溫室中LED光源補(bǔ)光對(duì)微型薯結(jié)薯特性的影響。結(jié)果表明，LED光源補(bǔ)光后微型薯的結(jié)薯數(shù)量和總質(zhì)量分別提高了10.0%和14.4%;除了0～10 g級(jí)別的微型薯外，其他級(jí)別微型薯的結(jié)薯總數(shù)量和結(jié)薯總質(zhì)量均有所提高。綜上所述，LED混合光源綠光∶藍(lán)光∶紅光= 1∶1∶3處理可以增加日光溫室微型薯生產(chǎn)的數(shù)量和質(zhì)量，LED人工補(bǔ)光條件下11～20 g、21～30 g、31～40 g各級(jí)別微型薯質(zhì)量和微型薯數(shù)量分別為對(duì)照條件下的1.1、1.7、2.4倍和1.3、1.6、2.4倍，這將為馬鈴薯微型薯日光溫室生產(chǎn)中補(bǔ)充光源的選擇提供參考。

關(guān)鍵詞：馬鈴薯;微型薯;LED光源;日光溫室

中圖分類號(hào)：S532 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-2871（2021）07-054-04

Effect of LED lighting on the production characteristics of virus-free potato minituber in solar greenhouse

QIAN Chuangjian1，2， SU Feifei2， WANG Shaopeng2， LIU Zhenyu2， ZHANG Wei3， XIA Shanyong2， SHENG Wanmin2

（1. Postdoctoral Programme， Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences， Harbin 150086， Heilongjiang， China; 2. Potato Institute， Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences， Harbin 150086， Heilongjiang， China; 3. Biotechnology Institute， Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences， Harbin 150086， Heilongjiang， China）

Abstract： In order to find out the action of LED light source in production of potato minituber in solar greenhose， Kexin 13 hao was taken as experimental material， natural light in the greenhouse as CK， the LED mixed light source green ： blue ： red = 1：1：3 was used to supplement the light of virus-free test tube seedlings， and study the influence of LED light source on the production characteristics of potato minituber. The results showed that the effect of LED on the production of potato minituber is very obvious. Compared with CK， the number and the total weight of potato minituber increased by 10.0% and 14.4%， respectively in LED lighting treatment. The total number and the total weight of other grades were improved except for 0-10 g grade potato minituber. In conclution that the treatment of LED mixed light source green ： blue ： red = 1：1：3 could increase the quantity and weight of potato minituber in solar greenhouse. The weight and quantity of potato minituber of 10-20 g， 20-30 g， 30-40 g in LEDs lighting treatment were 1.1， 1.7， 2.4 times and 1.3， 1.6， 2.4 times as big as control， respectively. These provide guide for the selection of supplementary light source in the production of potato minituber in solar greenhouse.

Key words： Potato; Potato minituber; LED light source; Solar greenhouse

隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略的提出，以及馬鈴薯加工業(yè)的飛速發(fā)展，馬鈴薯栽培成為種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和增加農(nóng)民收入的一項(xiàng)重要戰(zhàn)略選擇。馬鈴薯脫毒種薯（微型薯）是種薯繁育的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，各級(jí)種薯的生產(chǎn)與應(yīng)用都會(huì)受到微型薯質(zhì)量和數(shù)量的影響[1]。光既是植物葉片進(jìn)行光合作用的根本能源，也是植物生長(zhǎng)、發(fā)育和分化的調(diào)節(jié)因子，植物體通過不同的光受體感受不同性質(zhì)的光信號(hào)，察覺生長(zhǎng)環(huán)境中光質(zhì)、光強(qiáng)、光照時(shí)間和方向的變化來啟動(dòng)生存所必需的生理和形態(tài)結(jié)構(gòu)的變化[2-4]。光對(duì)設(shè)施內(nèi)（日光溫室）作物生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量品質(zhì)形成的影響十分顯著[5]。LED光源由于具有波譜寬度小、波長(zhǎng)專一，以及與植物光合作用和光形態(tài)建成的光譜范圍吻合、光能有效利用率高、發(fā)熱量少等顯著優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于植物生理或栽培領(lǐng)域研究中[6-9]。目前LED光源在植物產(chǎn)業(yè)中主要應(yīng)用于植物工廠，大批量組培育苗，生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)價(jià)值高的經(jīng)濟(jì)作物等，日本、美國(guó)等偏重于植物工廠，荷蘭、比利時(shí)等偏重于溫室補(bǔ)光，國(guó)內(nèi)主要用于設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)高產(chǎn)值的蔬菜作物，如西紅柿、黃瓜和生菜等[2]。LED光源在馬鈴薯種質(zhì)資源試管苗保存中也有廣泛應(yīng)用[10-12]，陳麗麗等[13]研究表明，單色紅、綠光源LED培養(yǎng)的組培苗可以縮短培養(yǎng)周期，節(jié)約成本;單色藍(lán)光下培養(yǎng)的早熟馬鈴薯組培苗移栽后表現(xiàn)出良好的結(jié)薯性能;紅藍(lán)和紅藍(lán)綠復(fù)色光更有利于培育壯苗。柳紅[14]研究表明，紅光、紅藍(lán)光更有利于組培苗形態(tài)與生理的健康生長(zhǎng)，有利于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的大量積累，紅藍(lán)紫光下組培苗的莖粗和株高較大，根數(shù)較多。

然而LED光源在馬鈴薯微型薯日光溫室繁育中的研究尚未見報(bào)道。因此，筆者以自育馬鈴薯新品種脫毒試管苗為材料，在日光溫室中研究LED 補(bǔ)光對(duì)微型薯結(jié)薯特性的影響，明確LED 光源在馬鈴薯微型薯生產(chǎn)中的作用，為提高微型薯的生產(chǎn)效率、降低微型薯的生產(chǎn)成本提供參考，同時(shí)為新光源在馬鈴薯微型薯日光溫室設(shè)施栽培中的推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料

供試馬鈴薯品種為克新13號(hào)，由黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院馬鈴薯研究所提供，為中晚熟品種。

1.2 方法

試驗(yàn)于2019年4—10月在黑龍江省馬鈴薯工程技術(shù)研究中心現(xiàn)代化全光溫室內(nèi)（45 °41 ′2 ″N，126 °36 ′51 ″E）進(jìn)行。溫室為節(jié)能型日光溫室，苗床長(zhǎng)17 m，寬1.6 m。移苗前15 d左右進(jìn)行苗床準(zhǔn)備。苗床基質(zhì)為草炭土，厚度約為10 cm，用50%辛硫磷乳油2000倍液和50%多菌靈可濕性粉劑1000倍液進(jìn)行滅菌殺蟲。移苗前，對(duì)試管苗進(jìn)行煉苗，以試管苗綠色小葉展開為煉苗結(jié)束。選用健壯無菌、葉子展開較大的幼苗定植于苗床，行株距為7.0 cm×5.0 cm，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，小區(qū)面積4.8 m2，馬鈴薯總株數(shù)1370株。溫室環(huán)境溫度控制在18～25 ℃，日常管理參照黑龍江省馬鈴薯工程技術(shù)研究中心《脫毒馬鈴薯原原種標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)操作規(guī)程》。

光源采用易生石木（北京）生物科技有限公司生產(chǎn)的LED特定光譜燈（植物組織培養(yǎng)專用），型號(hào)YS-LED-18 E，電壓AC 100～270 V，功率18 W，綠光、藍(lán)光和紅光光源的設(shè)置為1∶1∶3（選取的燈源為前期黑龍江省馬鈴薯生物學(xué)與品質(zhì)改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究總結(jié)而來，綠光、藍(lán)光和紅光的峰值波長(zhǎng)分別為525、450、660 nm），光源距離苗床高度85 cm，此處光照度為770 lx（圖1）。待幼苗展開3片真葉進(jìn)行LED補(bǔ)光（T），以日光溫室自然光為對(duì)照（CK）。補(bǔ)光時(shí)間為每天8：00—17：00，收獲前2周結(jié)束補(bǔ)光。

收獲時(shí)使用精確至0.1 g的電子天平（JY5001）對(duì)各小區(qū)馬鈴薯原原種塊莖質(zhì)量按照大小分為五級(jí)，即0～10 g、11～20 g、21～30 g、31～40 g、41～50 g，分別統(tǒng)計(jì)各級(jí)塊莖的數(shù)量和質(zhì)量。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理及分析

采用Microsoft Excel 2013整理數(shù)據(jù)，采用 SPSS 26.0 （IBM Corp.， Armonk， NY， US）統(tǒng)計(jì)分析軟件處理數(shù)據(jù)，對(duì)處理組與對(duì)照組調(diào)查數(shù)據(jù)的平均值進(jìn)行方差分析（ANOVA）（LSD）。使用GraphPad Prism 8.0進(jìn)行繪圖[15]。

2 結(jié)果與分析

2.1 LED補(bǔ)光對(duì)單位面積微型薯質(zhì)量和塊莖數(shù)量的影響

由圖2～3可知，LED補(bǔ)光對(duì)溫室微型薯生產(chǎn)有一定影響。從塊莖外部形態(tài)上看， LED補(bǔ)光處理后微型薯塊莖多數(shù)大于溫室自然光下塊莖。LED補(bǔ)光處理后單位面積微型薯塊莖數(shù)量高于溫室自然光處理，但2個(gè)處理之間塊莖數(shù)量差異不顯著;LED補(bǔ)光處理后單位面積塊莖總質(zhì)量顯著高于溫室自然光處理。溫室自然光下微型薯結(jié)薯數(shù)量為239.9?！-2，微型薯總產(chǎn)量為1.25 kg·m-2;進(jìn)行LED補(bǔ)光后微型薯的結(jié)薯數(shù)量為264.0?！-2，微型薯總產(chǎn)量為1.43 kg·m-2，LED補(bǔ)光處理單位面積微型薯數(shù)量和產(chǎn)量分別提高10.0%、14.4%。

2.2 LED補(bǔ)光對(duì)單位面積不同級(jí)別微型薯質(zhì)量的影響

由圖4可知，溫室自然光下0～10 g級(jí)別的微型薯質(zhì)量高于LED人工補(bǔ)光條件處理，其他級(jí)別的微型薯生產(chǎn)質(zhì)量均表現(xiàn)為L(zhǎng)ED人工補(bǔ)光處理高于溫室自然光處理，但2個(gè)處理相同級(jí)別的微型薯質(zhì)量差異不顯著。LED人工補(bǔ)光下10～20 g、21～30 g、31～40 g各級(jí)別微型薯質(zhì)量分別為對(duì)照的1.1、1.7、2.4倍，溫室自然光下無41～50 g級(jí)別的微型薯形成。

2.3 LED補(bǔ)光對(duì)單位面積不同級(jí)別微型薯塊莖數(shù)量的影響

由見圖4、圖5可知，LED補(bǔ)光對(duì)單位面積不同級(jí)別微型薯塊莖數(shù)量和質(zhì)量的影響趨勢(shì)一致。除了0～10 g級(jí)別的微型薯外，在其他微型薯級(jí)別中，LED人工補(bǔ)光均有利于微型薯數(shù)量的增加。LED人工補(bǔ)光下11～20 g、21～30 g、31～40 g各級(jí)別微型薯數(shù)量分別為對(duì)照的1.3、1.6和2.4倍。41～50 g級(jí)別的微型薯生產(chǎn)中進(jìn)行LED人工補(bǔ)光后可達(dá)1.67粒·m-2。

3 討論與結(jié)論

光作為一種環(huán)境信號(hào)和能源，通過光合作用對(duì)設(shè)施作物生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量品質(zhì)有顯著影響[4]。植物周圍環(huán)境光強(qiáng)和光質(zhì)的變化可以改變植物的生長(zhǎng)特性、葉的品質(zhì)、花的形成以及病蟲害的防控。由于LED具有體積小、波長(zhǎng)專一、安全、質(zhì)量輕和壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)[16]，它目前主要用于植物工廠、組培育苗、溫室補(bǔ)光等方面[2]?？墒荓ED光源在馬鈴薯微型薯日光溫室繁育研究中少見，本研究表明綠、藍(lán)、紅光混合色的LED光源在馬鈴薯微型薯日光溫室繁育中也有較好的表現(xiàn)，LED補(bǔ)光對(duì)溫室微型薯的生產(chǎn)影響十分明顯，從塊莖形態(tài)上看，LED補(bǔ)光處理后塊莖大。進(jìn)行LED補(bǔ)光后微型薯的結(jié)薯數(shù)量和總質(zhì)量均有所提高，分別提高了10.0%和14.4%。從微型薯的不同級(jí)別比較來看，除了0～10 g級(jí)別外，其他級(jí)別的微型薯結(jié)薯總數(shù)和結(jié)薯總質(zhì)量均表現(xiàn)為綠、藍(lán)、紅光混合色LED人工補(bǔ)光后要提高一些。這些都可能與紅藍(lán)組合光譜有利于植物光合產(chǎn)物的積累有關(guān)，紅藍(lán)組合光譜可以增加植株幼苗葉片的光合速率，提高可溶性蛋白、可溶性糖、碳水化合物和游離氨基酸等的含量，促進(jìn)光合產(chǎn)物在植株根、葉、莖中的均衡分布[17-20]。同時(shí)，紅光藍(lán)光配比也可以增大葉片柵欄組織厚度、氣孔密度、氣孔開張度和光合速率[21]，這也可能是促進(jìn)微型薯結(jié)薯總數(shù)量和結(jié)薯總質(zhì)量增加的原因。另外，以前大家認(rèn)為綠光被植物葉片吸收的較少，是植物無用的光譜[22]，但是隨著研究的不斷深入，發(fā)現(xiàn)綠光可以滲透進(jìn)入植物的下層葉片，促進(jìn)下層葉片的發(fā)育，在紅藍(lán)光組合光譜中添加綠光有利于光合產(chǎn)物、干物質(zhì)的積累[23]。在紅藍(lán)組合光譜中添加綠光，菊花組培苗的可溶性糖、碳水化合物和游離氨基酸的含量均最高[24]，番茄幼苗的總淀粉含量最高[20]。因此本試驗(yàn)中綠、藍(lán)、紅光組合光譜為馬鈴薯微型薯的生長(zhǎng)積累了大量的有機(jī)物質(zhì)，從而可以提高微型薯的結(jié)薯率和薯塊質(zhì)量。光質(zhì)影響可溶性糖含量的原因很多，可能是影響了碳水化合物的吸收改變了可溶性糖含量[25]，也可能是光質(zhì)的改變誘導(dǎo)了光敏色素對(duì)蔗糖代謝酶的調(diào)控，促進(jìn)了蔗糖代謝相關(guān)酶活性的提高，從而積累更多的光合作用產(chǎn)物[26-27]。

綜上所述，與對(duì)照光源處理相比，LED混合光源綠光∶藍(lán)光∶紅光= 1∶1∶3處理可以增加日光溫室微型薯生產(chǎn)的數(shù)量和質(zhì)量。因此，綠光∶藍(lán)光∶紅光= 1∶1∶3配比的LED混合光源可以作為馬鈴薯微型薯日光溫室生產(chǎn)中補(bǔ)充光源的選擇依據(jù)。

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