光质对不同紫叶生菜生长及光合色素的影响

2017-12-06陈鹏涛夏木凤申宝营彭泽波陈春霞

浙江农业科学 2017年11期

关键词：紫叶光质壮苗

陈鹏涛，夏木凤，申宝营，李莹，彭泽波，陈春霞

(福建农林大学园艺学院，福建福州 350002)

光质对不同紫叶生菜生长及光合色素的影响

陈鹏涛，夏木凤，申宝营*，李莹，彭泽波，陈春霞

(福建农林大学园艺学院，福建福州 350002)

为探究不同紫叶生菜生长适宜光质配比，本试验采用4种LED灯光质配比处理(红∶蓝为2∶1，2R1B；红∶蓝为1∶1，1R1B；红∶蓝为1∶2，1R2B；LED白光作为对照组(CK)进行人工光照。结果表明，不同光质处理下对不同品种紫叶生菜的生长发育影响显著，其中红蓝光对紫叶生菜的株高、整株鲜重、地下干物质积累、光合色素含量有显著促进作用。2R1B处理下红油阿拉斯的整株鲜重、地上部分干物质积累与对照组有显著的差异，并且壮苗指数较高。

叶用莴苣；叶绿素；发光二极管；生长；光谱成分

光照是植物生长发育最基础的环境因素之一[1]，不仅作为能量源为光合作用提供辐射能，而且还作为信号源对植物的形态建成、物质代谢、色素合成、生物量积累等生理活动起到调控作用[2]。植物的生长发育主要对光照环境的光照强度、光质(光谱能量分布)和光周期3个因素产生响应[3]，其中光质对植物的形态建成、物质代谢、色素合成、物质转运等方面有着广泛的作用[4]。光合色素含量的大小直接影响植物的光合作用，而光合作用的强弱将直接影响植株的生长发育，并与产量与品质密切相关。红光和蓝光是植物光合色素系数的主要光质，影响植物光合作用的同时，也对植物形态建成以及植物形态有较大影响[5]，绿光被植物光合色素吸收的比率较低[6]。生菜(LactucasativaL.)，又称叶用莴苣，属菊科莴苣属一年生或二年生草本，是设施栽培中主要叶菜类作物，其食用价值高，营养丰富，尤其是紫叶生菜富含花青素，可以有效消除人体自由基。有研究表明，红蓝组合光对紫色小白菜的品质具有明显的促进作用[7]。

发光二极管(light emitting diode，LED)作为第4代新型照明光源可以有效地把电能转化成电磁能并且能发出特定光谱，被广泛用作设施栽培人工补光光源[8]。相比较于其他人工光源LED具有以下优点：直流电，供电电压较低；冷光源，可近距离照射植物；节能高效；耐冲击，无污染；使用寿命长。因此运用LED灯源进行人工光照成为了一种新的农业发展模式。然而，如何高效合理地利用LED光源调控生菜的生长和光合还缺乏深入的研究，本试验以不同红蓝光配比的LED光源为生菜生长的辐射光源，以探究不同光质对不同品种紫叶生菜生长发育的影响，为生菜的工厂化生产提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料

以生菜为试验材料，选取3个品系：Ⅰ(紫叶生菜)、Ⅱ(韩育)、Ⅲ(红油阿拉斯)。于2016年在福建农林大学设施实验室中进行试验。

光源采用LED植物生长灯，LED处理光质配比为红∶蓝为2∶1(2R1B)；红∶蓝为1∶1,(1R1B)；红∶蓝为1∶2,(1R2B)；其中LED白光为R∶G∶B为1∶1∶1(W)作为对照组(CK)，每个处理的光照强度均为(90±5)μmol·m-2·s-1，光照时长为12 h(7：00—19：00)。红光波长为(635±10)nm，绿光波长为(520±10)nm，蓝光波长为(460±10)nm。

1.2 方法

生菜种子于2016年10月10日播种，在LED白光光质处理下培养至3叶1心后选择长势一致的3种紫叶生菜幼苗移栽至自行设计的LED光源水培架上，每个处理16株幼苗，每天光照时间设置为12 h(7：00—19：00)。采用营养液循环系统，营养液配方采用华南农业大学的叶菜B营养液配方。处理28 d之后进行采样调查，每个处理随机取样10株进行测试分析，主要测试指标有株高(根颈部到顶部之间的距离)、茎粗(用游标卡尺测量)、下胚轴长度(用游标卡尺测量)、整株鲜重、整株干重(地上部分干重、地下部分干重)、叶绿素含量(采用叶绿素浸提法[9])、壮苗指数[10](壮苗指数=茎粗/株高×整株干重)

1.3 数据处理

数据统计及分析采用SPSS 13.0软件，用Duncan分析方法做多重比较分析，作图采用Excel 2007软件。

2 结果与分析

2.1 生长

由表1可以看出，对于品种Ⅰ，不同光质配比对生菜株高、植株干重、鲜重和壮苗指数影响显著；光质配比2R1B处理下生菜株高最高，显著高于其他处理。植株干鲜重和壮苗指数以光质配比1R2B处理最大，显著高于其他处理，1R2B对生菜生物量增加的促进作用显著。

对于品种Ⅱ，不同光质配比处理下，生菜株高、植株鲜重和壮苗指数差异显著。株高在2R1B处理下显著大于其他处理，植株鲜重和壮苗指数以1R1B处理最大，而与1R2B无显著差异，显著大于对照和2R1B处理。

表1 不同LED光质配比对3种紫叶生菜的生长的影响

注：表中同类数据后无相同小写字母表示0.05水平差异显著。表2同。

生菜品种Ⅲ在不同光质配比处理下，株高、植株鲜重、地上部干重和壮苗指数差异显著。株高以2R1B和1R1B处理最大，2个处理间无显著差异，均显著大于对照和1R2B处理；植株鲜重以2R1B处理最大，显著大于其他处理；壮苗指数1R1B最小，显著小于其他处理，而其他3个处理间无显著差异。2R1B处理对3个品种生菜的株高均有显著的促进作用，不同光质配比对生菜生物量的影响在不同品种间存在差异，而壮苗指数3个品种均以1R2B处理较优，说明1R2B能够促进生菜壮苗指数的增加。

从图1中可以看出，在同一光质处理下，品种之间的差异导致对光质的敏感程度不同。生菜品种Ⅰ壮苗指数随着蓝光比例增加而呈现增长态势，在1R2B处理下壮苗指数与W对照组相比增幅最大，达到2.76倍。品种Ⅱ在1R1B处理下和品种Ⅲ在1R2B处理下壮苗指数最高。

图1 不同LED光质配比下生菜壮苗指数与对照的比值

2.2 光合色素

从表2可以看出，不同光质配比的LED光源处理生菜，叶绿素含量差异显著。对于品种Ⅰ，叶绿素含量以2R1B和1R2B处理最高，2个处理间无显著差异，均显著大于对照和1R1B处理。光质配比1R1B处理下生菜仅有叶绿素b含量显著提高，其余光合色素含量均有一定的增加，但是没有达到显著水平。生菜品种Ⅱ以1R2B处理最大，而与1R1B无显著差异，显著大于对照和2R1B处理。该品种对蓝光响应较良好，蓝光比例增加，叶绿素含量随之增加。对于生菜品种Ⅲ1R2B处理下叶片的光合色素含量与对照接近，其余2种处理下光合色素含量均低于对照组。不同红蓝光处理之间，随着蓝光比例的增加，叶绿素含量逐渐增加。

表2 不同LED光质配比对3种紫叶生菜的光合色素影响

从图2中看出，生菜品种Ⅰ和Ⅱ在3种红蓝光处理下叶绿素总量与对照相比均上升，而品种Ⅲ均低于对照。品种Ⅰ在2R1B处理下叶绿素总量增加最大，达到1.45倍；1R2B次之达到1.42倍。生菜品种Ⅱ和Ⅲ叶绿素总量均随蓝光比例的增加而增加。

图2 各光处理下生菜叶绿素总量与对照的比值

3 小结与讨论

光对植物生长的间接作用就是通过光合作用制造有机物为植物生长发育提供物质和能量，其直接作用是指光对植物形态建成的作用[11]。研究表明红光能促进植株茎的伸长，水稻秧苗[12]和结球甘蓝[13]在红光处理下株高显著增高。本研究结论与其基本一致，3种紫叶生菜品种在2R1B处理下株高最高。除对株高的影响外，红光比例的增加对3种紫叶生菜的其他生物量促进效果不显著。在蓝光比例增加的1R2B处理下，生菜品种Ⅰ的鲜重、干物质积累量和壮苗指数等生物量显著提高；品种Ⅱ和品种Ⅲ分别在1R1B和1R2B处理下壮苗指数达到最高，但差异水平不显著。

光合色素是植物进行光合作用的物质基础，具有吸收、传递和转换光能的作用，其含量与组成决定了光合反应的速率[14]。曹刚等[15]研究表明，蓝光及红蓝复合光均对黄瓜幼苗叶片叶绿素合成有促进作用。从研究结果来看，生菜品种Ⅰ和Ⅱ在3种红蓝光处理下叶绿素总量与对照相比均上升，而品种Ⅲ均低于对照。生菜品种Ⅱ和Ⅲ叶绿素总量均随蓝光比例的增加而增加。

本文研究利用3种不同比例的红蓝光在光强(90±5)μmol·m-2·s-1处理3种不同品种的紫叶生菜，发现不同光照处理对不同品种紫叶生菜影响均不相同，品种Ⅰ的最适宜的壮苗光源是1R2B；1R1B处理对品种Ⅱ生理指标和光合色素有一定的促进作用；2R1B和1R2B处理更有利于品种Ⅲ的生长，但是对其光合色素的合成有一定抑制作用。不同品种生菜对光质配比的响应存在差异，在利用人工光源进行生菜生产时，应根据品种特性选择适宜的光质配比光源。

[1] 李雄. 光照对16种高寒草甸豆科植物种子萌发及幼苗存活的影响研究[D]. 兰州：兰州大学, 2013.

[2] 张欢. 光环境调控对植物生长发育的影响[D]. 南京：南京农业大学, 2010.

[3] 马超, 张欢, 郭银生,等. LED在芽苗菜生产中的应用及前景[J]. 中国蔬菜, 2010, 20 (1):9-13.

[4] 许大全, 高伟, 阮军. 光质对植物生长发育的影响[J]. 植物生理学报, 2015，51(8):1217-1234.

[5] 申宝营, 丁为民, 惠娜,等. 夜间补光对黄瓜幼苗形态的调节与补光方式的确定[J]. 农业机械学报, 2014, 45(6):296-302.

[6] 潘瑞炽, 王小菁, 李娘辉. 植物生理学[M]. 北京：高等教育出版社, 2012.

[7] 占丽英. 光质对紫色小白菜生长和花青苷合成基因表达的影响[D]. 福州：福建农林大学, 2016.

[8] 方志烈. 发光二极管材料与器件的历史、现状和展望[J]. 物理, 2003, 32(5):295-301.

[9] 贺倩, 杨文杰, 张旭娟,等. 植物叶绿素快速浸提法的条件优化[J]. 江苏农业科学, 2013(11):97-98.

[10] 张振贤. 蔬菜生理[M]. 北京：中国农业科技出版社, 1993.

[11] 李合生. 现代植物生理学[M]. 北京：高等教育出版社, 2006.

[12] 刘晓英, 焦学磊, 徐志刚,等. 红蓝LED光对水稻秧苗形态建成的影响[J]. 照明工程学报, 2013(S1):162-167.