相同DLI 下光照度與光照周期對(duì)不同南瓜品種幼苗質(zhì)量的影響

李沛璽，成 杰，陳 寧，楊延杰，李大鵬，閆征南

（1.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院 山東青島 266109； 2.山東七彩莊園蔬菜食品基地有限公司 山東壽光 262700）

南瓜（Cucurbita moschataDuch.）為葫蘆科南瓜屬一年生草本植物[1]。南瓜具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，含有豐富的β-胡蘿卜素、蛋白質(zhì)和微量元素，并且脂肪含量很低，是高膳食纖維食物。此外，南瓜方便運(yùn)輸，品種繁多，口感甜，深受人們喜愛[2-3]。近年來(lái)，南瓜產(chǎn)品的開發(fā)越來(lái)越多，可見其具有廣闊的市場(chǎng)前景[4]。為提高南瓜幼苗的培育效率，南瓜育苗已實(shí)現(xiàn)工廠化。工廠化育苗是一次成苗的現(xiàn)代化育苗技術(shù)，具有省工、省力、成本低、效率高、便于優(yōu)良品種推廣和規(guī)范育苗管理的優(yōu)勢(shì)。此外，成苗便于遠(yuǎn)距離運(yùn)輸和機(jī)械化移栽，成苗率高，定植后根系活力好、長(zhǎng)勢(shì)強(qiáng)、產(chǎn)量高，可以實(shí)現(xiàn)蔬菜育苗及生產(chǎn)的機(jī)械化、工廠化及商品化[5-6]。

相比于露地和溫室栽培，植物工廠是一種通過(guò)智能化技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)作物生長(zhǎng)環(huán)境高精度控制的高效農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)，可縮短植物生長(zhǎng)周期，實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)蔬菜和優(yōu)質(zhì)蔬菜種苗的周年穩(wěn)定生產(chǎn)[7-8]。光作為植物生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)鍵環(huán)境因子，它不僅可以為植物光合作用提供能源，還可以為植物提供信號(hào)并調(diào)節(jié)其生長(zhǎng)過(guò)程，影響植物的生理以及農(nóng)藝性狀[9-10]。弱光條件下植物會(huì)發(fā)生徒長(zhǎng)、纖弱和葉片變薄等現(xiàn)象，光照過(guò)強(qiáng)會(huì)使植株發(fā)生萎蔫，出現(xiàn)葉小變黃等現(xiàn)象。由此可見，光照度過(guò)強(qiáng)或過(guò)弱均會(huì)對(duì)植物產(chǎn)生不良影響[11]。光照時(shí)間主要通過(guò)影響植物的光合作用和光形態(tài)建成，進(jìn)而調(diào)控和誘導(dǎo)植物生長(zhǎng)，最終對(duì)植物的形態(tài)產(chǎn)生影響[12]。但單一的光照度或光照周期均不能反映植物對(duì)光的響應(yīng)情況，而日累積光照量（DLI）是指植物在1 d 內(nèi)接受到的光能總量[13]，種植者可以利用DLI 預(yù)測(cè)產(chǎn)量或調(diào)整管理策略。相同DLI 下適當(dāng)?shù)墓庹斩群凸庹罩芷诮M合可以有效提高黃瓜幼苗和生菜的質(zhì)量或產(chǎn)量[14-15]。在完全可控環(huán)境的相同DLI 條件下，不同光照度和光照周期組合對(duì)南瓜幼苗生長(zhǎng)尚缺乏研究。此外，南瓜種類和品種繁多，不同品種南瓜幼苗對(duì)光環(huán)境響應(yīng)有待于進(jìn)一步研究。因此，筆者以培育優(yōu)質(zhì)南瓜幼苗為目的，設(shè)計(jì)相同DLI 下不同光照環(huán)境處理對(duì)不同品種南瓜幼苗生長(zhǎng)的影響試驗(yàn)，探究不同光照度與光照周期組合與不同品種南瓜幼苗生長(zhǎng)的關(guān)系，篩選出適宜南瓜幼苗生長(zhǎng)的光照環(huán)境，為培育優(yōu)質(zhì)南瓜幼苗提供理論依據(jù)與數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料

以南瓜品種RTCU8405 和RTCU6752 為研究對(duì)象，均為中國(guó)南瓜，由青島金媽媽農(nóng)業(yè)科技有限公司提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2020 年10－11 月進(jìn)行，將南瓜種子播于裝有混合基質(zhì)（V草炭∶V蛭石∶V珍珠巖=3∶1∶1）的50 孔穴盤（長(zhǎng)×寬×高=54 cm×28 cm×4.5 cm）中，放置于青島農(nóng)業(yè)大學(xué)植物工廠試驗(yàn)室內(nèi)，在相同日累積光照量下設(shè)置5 種不同的光照度和光照周期組合中進(jìn)行培育（表1），每50 株為1 個(gè)重復(fù)，3 次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列。育苗期間采用霍格蘭營(yíng)養(yǎng)液配方，電導(dǎo)率（EC）控制在2.0～2.4 mS?cm-1，pH 值調(diào)整為6.0～6.5。溫度控制在18～25 ℃，濕度為60%～70%，CO2濃度不控制。

表1 試驗(yàn)區(qū)設(shè)計(jì)

1.3 指標(biāo)測(cè)定

待南瓜幼苗長(zhǎng)至2 葉1 心時(shí)，每個(gè)處理隨機(jī)選取6 株長(zhǎng)勢(shì)一致的南瓜幼苗測(cè)定株高和莖粗。并將南瓜幼苗地上部和地下部分開測(cè)量鮮質(zhì)量，然后在105 ℃下殺青后75 ℃下烘干24 h，分別測(cè)定地上部和地下部干質(zhì)量。選取植株成熟的最大葉片，測(cè)定葉長(zhǎng)和葉寬，使用葉面積儀（Yaxin-1241，北京雅欣理儀科技有限公司，中國(guó)）測(cè)定葉面積。壯苗指數(shù)=（莖粗/株高＋地下部干質(zhì)量/地上部干質(zhì)量）×全株干質(zhì)量；用根系掃描儀（V800，精工愛普生公司，日本）將洗凈待測(cè)南瓜幼苗根系掃描成TIFF 格式圖像，再用圖像分析軟件（2016 a 版，Regent Instruments 公司，加拿大）測(cè)定南瓜幼苗的總根長(zhǎng)、根體積和根表面積。每個(gè)處理隨機(jī)選取6 株長(zhǎng)勢(shì)一致的南瓜幼苗，分別使用質(zhì)構(gòu)分析儀（TMS Pro，食品技術(shù)公司，美國(guó)）和Updegraff[16]方法測(cè)定南瓜莖節(jié)硬度和纖維素含量。試驗(yàn)3 次重復(fù)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用Excel 2019 進(jìn)行分析，采用DPS 統(tǒng)計(jì)軟件（7.05 版，杭州睿豐信息技術(shù)有限公司，中國(guó)）進(jìn)行顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 相同DLI 下光照度與光照周期對(duì)不同南瓜品種幼苗形態(tài)的影響

由圖1 可以看出，在相同DLI 條件下，隨著光照度降低和光照周期的延長(zhǎng)，不同南瓜品種幼苗的葉長(zhǎng)、葉寬和葉面積均呈先增加后降低趨勢(shì)；當(dāng)光照周期超過(guò)18 h·d-1時(shí)，隨著光強(qiáng)度降低和光照周期延長(zhǎng)，南瓜幼苗的葉面積均呈降低趨勢(shì)。RTCU8405 幼苗的葉長(zhǎng)在P200-H14 組合處理下達(dá)到最大值，而RTCU6752 幼苗的葉長(zhǎng)在P156-H18 組合處理下達(dá)到最大值。RTCU6752 和RTCU8405幼苗的葉面積均在光照度156 μmol·m-2·s-1和光照周期18 h·d-1的組合處理下達(dá)到最大值。當(dāng)光照度從467 μmol·m-2·s-1降低到156 μmol·m-2·s-1時(shí)，RTCU8405 和RTCU6752 幼苗的葉面積分別增加了54.4%和90.6%。

圖1 光照環(huán)境對(duì)不同南瓜品種幼苗葉片形態(tài)的影響

由圖2 可以看出，在相同DLI 下，隨著光照度降低和光照周期的延長(zhǎng)，南瓜幼苗的莖粗均呈先增加后降低的趨勢(shì)，且在P156-H18 處理下達(dá)到最大值，但2 個(gè)南瓜品種P156-H18 和P127-H22 處理的幼苗莖粗無(wú)顯著差異。當(dāng)光照度從467 μmol·m-2·s-1降低到156 μmol·m-2·s-1時(shí)，RTCU8405 和RTCU6752 幼苗的莖粗分別增加了31.4%和13.5%。而2 個(gè)南瓜品種幼苗的株高則呈現(xiàn)與莖粗相反趨勢(shì)。RTCU6752 和RTCU8405 幼苗的株高均在P127-H22 時(shí)達(dá)到最小值；當(dāng)光照度從467 μmol·m-2·s-1降低到127 μmol·m-2·s-1時(shí)，RTCU8405 和RTCU6752 幼苗的株高分別顯著降低了25.7%和14.3%。

圖2 光照環(huán)境對(duì)不同南瓜品種幼苗莖粗和株高的影響

2.2 相同DLI 下光照度與光照周期對(duì)不同南瓜品種幼苗生物量積累的影響

由表2 可知，在DLI 相同的情況下，隨著光照度降低和光照周期的延長(zhǎng)，不同南瓜品種幼苗的地上部鮮質(zhì)量和地上部干質(zhì)量總體均呈先增加后減少趨勢(shì)。當(dāng)光照周期從6 h·d-1延長(zhǎng)至14 h·d-1，RTCU8405 幼苗的地上部鮮質(zhì)量和地下部鮮質(zhì)量呈增加趨勢(shì)，但RTCU6752 幼苗的地下部鮮質(zhì)量無(wú)顯著變化。當(dāng)光照周期從18 h·d-1延長(zhǎng)至22 h·d-1，2個(gè)南瓜品種幼苗的地下部鮮質(zhì)量無(wú)顯著變化。當(dāng)光照度從467 μmol·m-2·s-1降低到156 μmol·m-2·s-1時(shí)，RTCU8405 和RTCU6752 幼苗的地上部鮮質(zhì)量分別顯著增加57.0%和103.3%，地下部鮮質(zhì)量分別增加97.9%和57.5%，地上部干質(zhì)量分別顯著增加90.9%和165.6%，地下部干質(zhì)量分別顯著增加29.7%和62.5%。

表2 光照環(huán)境對(duì)不同南瓜品種幼苗生物量積累的影響 （g?株-1）

2.3 相同DLI 下光照度與光照周期對(duì)不同南瓜品種幼苗壯苗指數(shù)的影響

由圖3 可以看出，在相同DLI 下，隨著光照度降低和光照周期的延長(zhǎng)，南瓜幼苗的壯苗指數(shù)均呈先增加后降低的趨勢(shì)，且2 個(gè)南瓜品種幼苗的壯苗指數(shù)均在P156-H18 處理下最大。當(dāng)光照周期超過(guò)18 h·d-1時(shí)，南瓜幼苗的壯苗指數(shù)呈降低趨勢(shì)，且RTCU6752 幼苗的壯苗指數(shù)顯著降低，但P156-H18和P127-H22 處理下培育的RTCU8405 幼苗的壯苗指數(shù)無(wú)顯著差異。當(dāng)光照度從467 μmol·m-2·s-1降低到156 μmol·m-2·s-1時(shí)，RTCU8405 幼苗的壯苗指數(shù)顯著增加69.1%；當(dāng)光照度從156 μmol·m-2·s-1降低到127 μmol·m-2·s-1時(shí)，RTCU6752 幼苗的壯苗指數(shù)顯著降低48.6%。

圖3 光照環(huán)境對(duì)不同南瓜品種幼苗壯苗指數(shù)的影響

2.4 相同DLI 下光照度與光照周期對(duì)不同南瓜品種幼苗根系結(jié)構(gòu)的影響

由表3 可知，對(duì)于RTCU8405 南瓜的幼苗，相同DLI 下當(dāng)光照度從467 μmol·m-2·s-1降低至156 μmol·m-2·s-1時(shí)，南瓜幼苗的根表面積和根體積均無(wú)顯著變化；當(dāng)光照度從156 μmol·m-2·s-1降低至127 μmol·m-2·s-1時(shí)，南瓜幼苗的根長(zhǎng)、根表面積和根體積均顯著降低，且分別降低了31.3%、32.7%和41.9%。

表3 光照環(huán)境對(duì)不同南瓜品種幼苗根系結(jié)構(gòu)的影響

對(duì)于RTCU6752 南瓜的幼苗，相同DLI 下當(dāng)光照度從467 μmol·m-2·s-1降低至200 μmol·m-2·s-1時(shí)，南瓜幼苗的根長(zhǎng)、根表面積和根體積均呈增加趨勢(shì)；且當(dāng)光照度從156 μmol·m-2·s-1降低至127 μmol·m-2·s-1時(shí)，南瓜幼苗的根長(zhǎng)和根表面積無(wú)顯著變化，但南瓜幼苗的根體積顯著降低，降低了24.1%。

2.5 相同DLI 下光照度與光照周期對(duì)不同南瓜品種幼苗莖節(jié)硬度和纖維素含量的影響

由圖4 可以看出，相同DLI 下不同光照度與光照周期組合對(duì)南瓜幼苗莖節(jié)硬度和纖維素含量具有一定影響，且不同品種間存在一定差異。RTCU8405 南瓜的幼苗，莖節(jié)硬度和纖維素含量均隨著光照度的降低和光照周期的延長(zhǎng)呈先增加后降低趨勢(shì)，且在P156-H18 處理?xiàng)l件下達(dá)到最大值。RTCU6752 南瓜的幼苗，其莖節(jié)硬度和纖維素含量均隨著光照度的降低和光照周期的延長(zhǎng)呈先增加后降低的趨勢(shì)，在P280-H10 處理?xiàng)l件下達(dá) 到 最大值，當(dāng)光照度從280 μmol·m-2·s-1降低至127 μmol·m-2·s-1時(shí)，南瓜幼苗莖節(jié)硬度呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，但是纖維素含量無(wú)顯著變化。

圖4 光照環(huán)境對(duì)不同南瓜品種幼苗莖節(jié)硬度和纖維素含量的影響

3 討論與結(jié)論

光照環(huán)境對(duì)植物的形態(tài)建成、生長(zhǎng)過(guò)程以及品質(zhì)形成起著關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用[17]。光照環(huán)境作為設(shè)施育苗生產(chǎn)的重要環(huán)境條件，不僅包括光照度和光照周期，還受到日累積光照量的直接影響[13]。光照度和光照周期對(duì)南瓜幼苗的形態(tài)指標(biāo)和生物量積累均有顯著影響[10,18]。筆者的研究結(jié)果表明，在日累積光照量相同的條件下強(qiáng)光照與短光照周期組合下培育的南瓜幼苗植株多表現(xiàn)為莖粗細(xì)、株高較高和地上部鮮質(zhì)量較少；而隨著光照度降低與光照周期延長(zhǎng)，南瓜幼苗的莖粗增加、株高降低和地上部鮮質(zhì)量增加。由此可見，較長(zhǎng)的光照周期與較弱的光照度組合可以有效改善植株形態(tài)特征，促進(jìn)幼苗生物量積累，提高南瓜幼苗質(zhì)量。植物的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程受光周期的調(diào)節(jié)，不同光照周期處理可以顯著改變植物的發(fā)育形態(tài)。李海云等[19]的研究表明，長(zhǎng)光照周期有利于培育健壯植株，有效地提高了植物葉片中的可溶性蛋白含量且長(zhǎng)光照周期下黃瓜幼苗的干物質(zhì)積累更快。龍作義等[20]的研究表明，長(zhǎng)光周期明顯較于短光照周期更加有利于促進(jìn)紅皮云杉苗木的生長(zhǎng)；還有研究表明，長(zhǎng)光照周期更有利于泡桐葉片芽誘導(dǎo)[21]。過(guò)強(qiáng)的光照度影響植物光合作用，抑制植物生長(zhǎng)[22]。筆者的研究結(jié)果表明，長(zhǎng)光照周期與較弱的光照度組合較適宜優(yōu)質(zhì)南瓜幼苗的培育，可能是因?yàn)殡S著南瓜幼苗的光合作用的時(shí)間延長(zhǎng)，從而產(chǎn)生了更多的碳水化合物以支持植株的生長(zhǎng)以及形態(tài)建成。前人的研究表明，光照周期能夠影響植株生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)濃度，這些植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)能夠影響植物根系對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收，從而能影響植物的幼苗生長(zhǎng)[23]；因此在一定范圍內(nèi)適當(dāng)增加光照周期降低光照度有利于培育南瓜壯苗。

根系是作物吸收水分和養(yǎng)分、固定和支持植株的器官，它不僅具有吸收功能，而且是重要的代謝器官，在作物的生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成過(guò)程中起著非常重要的作用[24]。筆者的研究結(jié)果表明，相同DLI下不同光照度與光照周期組合對(duì)南瓜幼苗根長(zhǎng)、根體積和根表面積等有一定影響，且不同品種對(duì)于光環(huán)境的影響存在差異。在日累積光照量相同的條件下強(qiáng)光照與短光照周期組合下培育的南瓜幼苗植株多表現(xiàn)為根長(zhǎng)較短、根體積較小、根表面積較小，而隨著光照度減弱光照周期增加，南瓜幼苗根長(zhǎng)、根體積、根表面積變大，更加有利于南瓜幼苗的營(yíng)養(yǎng)循環(huán)。

纖維素是決定植物細(xì)胞壁強(qiáng)度的主要物質(zhì)，對(duì)支持植株的生長(zhǎng)以及形態(tài)建成有重要影響，可以有效改善植株形態(tài)特征，提高蔬菜幼苗質(zhì)量[25]。植物莖節(jié)硬度對(duì)于植物抗倒伏起著重要作用。適宜機(jī)械化移栽的蔬菜幼苗一般具有抗倒抗病性強(qiáng)、植株矮壯、株型緊湊的特性[26]。Yan 等[15]的研究表明，當(dāng)補(bǔ)光時(shí)長(zhǎng)從6 h·d-1延長(zhǎng)至10 h·d-1，溫室黃瓜幼苗莖節(jié)硬度顯著增加，但纖維素含量無(wú)顯著變化，這可能與木質(zhì)素、果膠和半纖維素等化合物含量有關(guān)。筆者的研究結(jié)果表明，較長(zhǎng)的光照周期與較弱的光照度組合有利于南瓜幼苗莖節(jié)硬度和纖維素含量的增加，有利于后期的機(jī)械化移栽。

在完全可控環(huán)境條件下，相同DLI 下不同光照度與光照周期組合對(duì)2 個(gè)南瓜品種幼苗的地上部和地下部形態(tài)特征、生物量積累和莖節(jié)硬度均有一定影響。當(dāng)光照周期從6 h·d-1增加到18 h·d-1（即光照度從467μmol·m-2·s-1降低至156μmol·m-2·s-1）時(shí)，2 個(gè)南瓜品種的幼苗株型更加緊湊且植株更加健壯，但當(dāng)光照周期超過(guò)18 h·d-1時(shí)，2 個(gè)南瓜品種幼苗的指標(biāo)無(wú)顯著變化或出現(xiàn)降低的趨勢(shì)。綜上所述，在相同DLI 下，較長(zhǎng)的光照周期和較弱的光照度組合可以使南瓜植株形態(tài)緊湊矮壯，有利于南瓜幼苗的培育，因此，在完全可控環(huán)境中，建議在光照度為156～200 μmol·m-2·s-1與光照周期為14～18 h·d-1的組合條件下培育南瓜幼苗。