查凌雁，刘文科



不同光强下红蓝光配比对樱桃萝卜生长与产量的影响*

查凌雁，刘文科**

（中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所/农业部设施农业节能与废弃物处理重点实验室，北京 100081）

采用LED光源在室内可控环境下设置3种光照强度（180、240、300μmol·m-2·s-1）和2种红蓝光配比（1R:1B、2R:1B），以研究不同光强和红蓝光配比组合对樱桃萝卜真叶数、叶绿素含量、肉质根形态以及干鲜重的影响。结果表明，光强为180μmol·m-2·s-1时，2R:1B处理的新叶叶绿素含量略高于1R:1B处理，但地上部鲜重却略低于1R:1B处理，其它生长指标不同光质处理间无显著差异。光强为240μmol·m-2·s-1时，相比1R:1B 处理，2R:1B处理显著提高了樱桃萝卜的新叶叶绿素含量、地上部干鲜重、根直径、根体积、肉质根干鲜重以及干鲜根冠比（P＜0.05）。光强300μmol·m-2·s-1时，2R:1B处理的新叶叶绿素含量略低于1R:1B处理，但地上部干鲜重显著高于1R:1B处理（P＜0.05），其它指标无显著差异。相同红蓝光配比下，樱桃萝卜新叶叶绿素含量、根直径、根体积、肉质根干鲜重及根冠比均随着光强的增加而增加。地上部干鲜重随光强增加的变化因光质而异。总之，一定强度的LED红蓝光质是植物工厂樱桃萝卜高产的光环境基础，并且光强高于一定水平时适宜的红蓝光配比对其生长具有显著促进作用。

人工光植物工厂；LED；光环境；根菜；生物量

植物工厂作为设施园艺的最高形式在生产中具有露地栽培无法比拟的优势，例如能够避免外界环境影响，实现周年连续生产，缩短生长周期，提高产品的安全性及品质等。近年来，LED作为一种更有效的光源广泛应用于植物工厂[1]。LED具有节能、光谱精确、体积小、使用寿命长、可按需调制等优点。LED植物工厂是植物工厂的发展方向，能通过精确的光环境调控提高作物的产量和品质。小型植物，如叶菜、芽苗菜、小型根菜、药用植物等更适合植物工厂栽培，但目前LED植物工厂主要培育种植芽苗菜[2-3]及叶菜类蔬菜[4-6]。且早期研究也多集中在以生菜为主的叶类蔬菜的光照环境条件等[7-9]。根菜不仅在植物工厂中种植较少，且对其光环境调控的研究报道也较少。樱桃萝卜是一种生长周期短，株型矮小的根菜作物，其地上部及地下部均可食用，营养丰富，经济价值高，非常适宜在植物工厂中栽培。

光环境调控是人工光生产中提高产量和改善品质的有效手段。光质、光强是光环境的关键组成部分，二者均可对根菜作物的生长发育产生显著影响。据早期报道，萝卜的形态显著依赖于光质，单独红光下，萝卜不形成膨大根，根冠比低，但地上部生长受光质影响较小[10-11]。补充蓝光能够促进非结构性碳水化合物在地上部和贮藏根的分配，从而促进贮藏根的增粗[12]，红光LED补充10%蓝色荧光能够显著增加萝卜干重但仍无法达到萝卜的最大生长效率[13]。但Drozdova等[14]发现，在单独红光下，萝卜生长后期肉质根中也能积累大量的干物质。多个研究表明，光照强度对根菜的肉质根生长发育有显著影响[15-18]。在100～500μmol·m-2·s-1光强范围内，随着光强的下降，根甜菜、胡萝卜、萝卜的贮藏根干鲜重均显著降低，但不同光强下根甜菜、胡萝卜的地上部鲜重维持不变，萝卜地上部干鲜重随光强降低而降低，但其影响程度比根部轻[19]。

目前，有关纯红光和纯蓝光对萝卜生长影响的研究较多，但关于红蓝组合光对萝卜生长影响的研究报道甚少。Cope等[16]利用含有其它光质的不同比例红蓝光研究光质对萝卜生长的影响，发现随着蓝光比例的增加，萝卜叶片中的叶绿素和干物质含量均表现为先增加后降低的趋势，最高值出现在蓝光比例为20%～30%时，但研究结果可能受其它光质的影响。另一方面，光质、光强这两个光环境因子并不是相互独立的，而是共同影响植物生长发育。不同光强下，光质对植物的影响也会发生改变。例如光强100μmol·m-2·s-1时，不同红蓝光比下生菜干重差异不大，而光强200和300μmol·m-2·s-1时，蓝红比为0.23～0.33时生菜干重显著高于其它组合[20]。但目前关于不同光强下光质对萝卜生长影响的研究也鲜有报道。为了掌握适宜樱桃萝卜生产的最佳光强和红蓝光配比，本试验采用红蓝LED作为光源，在前人研究基础上设置3种光照强度（180、240、300μmol·m-2·s-1）和2种红蓝光配比（1R:1B、2R:1B），通过测定樱桃萝卜的生物量等生长指标，探究不同红蓝光配比和光强对樱桃萝卜品种生长与产量的影响。以探索多个光环境因子对樱桃萝卜的共同作用，筛选出适宜樱桃萝卜生长发育的人工光生产的光环境条件，以更低的能量投入实现樱桃萝卜在植物工厂的优质高产。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2016年7月在中国农业环境与可持续发展研究所实验室进行，试验材料为萝卜（L.），品种为“常丰红”樱桃萝卜。2016年7月4日播种在培养槽（长38cm×宽18cm×高10cm）中，栽培基质是1:1均匀混合的草炭和蛭石，基质深约8cm。出苗后5d 定植，每槽定植10株，每槽每天浇水200mL；定植后每隔5d每槽喷洒200mL营养液。营养液配方（20L）为硫酸钾2.61g、磷酸二氢钾1.36g、氯化钾0.149g、硫酸镁3.2g、硝酸钙11.8g、EDTA-2Na 0.746g、七水合硫酸亚铁0.556g、微量元素2mL。栽培槽放置在栽培箱（长60cm×宽60cm×高60cm）中部，每箱放置一个栽培槽，栽培箱顶部中央悬挂LED红蓝光组合灯板（50cm×50cm），红蓝光主波长分别为619nm和548nm。红蓝灯珠交错分布，且每种光质的强度可通过旋钮控制电压以实现分别调节。实验室室温保持在26～28℃。

1.2 试验设计

试验设置3个光强处理，分别为光强180、240和300μmol·m-2·s-1；每个光强下设置2种红蓝光组合的光质处理，红蓝光比例分别为1R:1B和2R:1B。故试验共包含6个处理，分别表示为1R:1B（180）、2R:1B（180）、1R:1B（240）、2R:1B（240）、1R:1B（300）和2R:1B（300）。所有处理的光照周期均为光期16h，暗期8h。采用光合有效辐射计（3415F，LightScout，美国）测定栽培槽上方5cm处光强，调至试验所需光强及光质。以处理1R:1B（180）为例，先通过调节旋钮将蓝光光强逐渐调大至90μmol·m-2·s-1，再逐渐调大红光光强直至总光强为180μmol·m-2·s-1。

1.3 项目测定与分析方法

定植后24d（萝卜膨大盛期）每个处理随机选择长势均匀的6株植株测定真叶数、叶绿素含量、根长、根直径、根体积以及地上部和肉质根的干鲜重。采用SPAD叶绿素仪（SPAD-502，Konica Minolta，日本）分别测定第1、2片完全展开的新叶和老叶的叶绿素含量；选择游标卡尺测量根长和根直径，根长为膨大形成肉质根部分的根系长度，根直径为肉质根膨大最大处横向直径和纵向直径的平均值；根体积通过浸水法测定；从茎基部将地上部与肉质根剪开，分别称量鲜重后105℃烘箱中杀青，80℃烘48h至恒重称量干重。

用Excel2013进行数据分析。采用SPSS16.0 进行方差分析和多重比较。

2 结果与分析

2.1 红蓝光配比及其光强对樱桃萝卜地上部生长的影响

由表1可见，不同强度两种红蓝光配比LED照射下，定植24d后樱桃萝卜叶片数均无显著差异，每棵植株上平均有3～4片叶；叶龄较长的老叶叶绿素含量（SPAD值）不同处理间也无显著差异，而新叶叶绿素含量不同处理间有一定差异。各处理新叶中叶绿素含量最高达49.4，最低为38.5，表现出随光强增强而增高的特点（P＜0.01），但光强相同时两种红蓝光配比下新叶叶绿素含量无显著差异。表中显示，不同光强下两种红蓝光配比的地上部干、鲜重有一定差异，光强为180μmol·m-2·s-1时，两种红蓝光配比下樱桃萝卜地上部干、鲜重的差异不显著，而光强为240和300μmol·m-2·s-1时两种红蓝光配比下樱桃萝卜地上部干、鲜重的差异均显著（P＜0.05），表现为2R:1B配比照射下地上部干、鲜重均显著高于1R:1B处理。光强变化对地上部干重的影响显著，而对其鲜重的影响则不显著；红蓝光配比的差异对地上部鲜重的影响显著，而对其干重的影响不显著。红蓝光配比和光强的交互作用对地上部鲜重和干重的影响分别表现为极显著（P＜0.01）和显著（P＜0.05），且是影响地上部干鲜重的主要因素。

表1 不同红蓝光配比及光强处理下樱桃萝卜地上部生长指标的比较（平均值±标准误）

注 : 小写字母表示处理间在0.05水平上的差异显著性；NS、*和**分别表示差异不显著、显著和极显著。下同。

Note： Lowercase indicate significant difference among treatments at 0.05 level.NSindicate nonsignificant,*is P＜0.05，**is P＜0.01. The same as below.

2.2 红蓝光配比及其光强对樱桃萝卜肉质根生长的影响

如表2所示，不同光照处理之间樱桃萝卜的肉质根根长差异不显著，根长平均为3.4～4.2cm。而不同红蓝光质和光强对樱桃萝卜肉质根的直径、体积和干鲜重影响显著，表现为1R:1B（300）、2R:1B（300）和2R:1B（240）三个处理的根直径、根体积及根干鲜重均显著高于其它3个处理。相同红蓝光配比下根直径、根体积及根干鲜重均表现出随光强增强而增高的特点（P＜0.01），且同一光强下1R:1B处理的萝卜根直径、根体积及根干鲜重均低于2R:1B处理，其中光强为180μmol·m-2·s-1和300μmol·m-2·s-1时不同光质处理之间无显著差异，而光强240μmol·m-2·s-1时则差异达显著水平（P＜0.05）。方差分析结果表明，光强对根直径、根体积和根干鲜重的影响均达到极显著水平（P＜0.01），光质极显著影响根直径和根体积，显著影响肉质根干鲜重（P＜0.05）。且光强的F值明显高于红蓝光配比，说明光强是影响肉质根形态及生物量的主要因素。

2.3 红蓝光配比及其光强对樱桃萝卜根冠比的影响

由图1可见，相同红蓝光配比下鲜重根冠比和干重根冠比均表现出随光强增强而增高的特点。不同光照处理的根冠比存在显著差异，主要表现为处理1R:1B（300）、2R:1B（300）和2R:1B（240）的鲜重根冠比和干重根冠比均显著高于其它3个处理。不同红蓝光配比间根冠比的差异因光强不同而异，光强为180和300μmol·m-2·s-1时，1R:1B和2R:1B处理间无显著差异，而光强为240μmol·m-2·s-1时2R:1B处理的根冠比显著高于1R:1B处理。根冠比显著较高的3个处理鲜重根冠比高于干重根冠比，而根冠比较低的3个处理鲜重根冠比则低于干重根冠比。

表2 不同红蓝光配比及光强处理下樱桃萝卜肉质根生长指标的比较（平均值±标准误）

图1 不同红蓝光配比及光强处理下樱桃萝卜鲜重根冠比（a）和干重根冠比（b）的比较

注：短线表示标准误差，n=3

Note: The bar is standard error, n=3

3 结论与讨论

前人研究表明，光质（尤其是红蓝光）会对萝卜的生长及形态产生显著影响[10-12,21]。Samuolienė等[12]研究发现萝卜在单独红光下能够生长，但会造成植株徒长，抑制萝卜肉质根的膨大增粗，补充蓝光能够调节非结构碳水化合物在根和叶中的分布，从而促进根的增粗。Drozdova等[22]也发现蓝光能促进萝卜地下贮藏器官的发育。针对前人对于红蓝光质对萝卜生长影响的研究成果，本研究对比了不同红蓝光比例对樱桃萝卜生长的影响。结果显示，3个水平光强下，2R:1B和1R:1B两种红蓝光配比的真叶数、老叶叶绿素含量及根长均无显著差异。光强为240和300μmol·m-2·s-1时，红蓝光配比为2R:1B处理的根长、根直径、地上部及地下部干鲜重基本均高于红蓝光配比为1R:1B处理。Cope等[16]研究发现，光强为200μmol·m-2·s-1时，随着蓝光比例从0.3%增至92%，萝卜的叶绿素浓度和植株干物质含量均表现为先增加后降低的趋势，最大值出现在蓝光比例为20%～30%。这与本研究结果相似。说明红光补充适当比例的蓝光有利于促进萝卜生长及根部膨大增粗，但过高比例的蓝光不利于萝卜的生长。前人研究也表明7%的蓝光就足以防止植物光合机能失调[9]。本研究结果还显示，红蓝光配比对萝卜地下部的生长影响更为显著，红蓝光配比仅显著影响樱桃萝卜地上部鲜重，但对肉质根直径、体积及干鲜重的影响均达极显著或显著水平。不同红蓝光比例对萝卜生长的影响可能是由于红蓝光影响植物体内激素的产生和分布。Drozdova等[14]研究光质对萝卜源库关系的影响时发现纯红光提高地上部赤霉素浓度，从而提高库活力，纯蓝光刺激细胞分裂素和生长素在下胚轴中的合成，促进下胚轴生长发育，而细胞分裂素经常被认为能够刺激块茎的形成[23]。

充足的光照强度对于同化物的形成和累积至关重要[12,24]。萝卜生物量及生长速度随着光强的增加而显著增加[25-27]。Hall[17]研究不同光照强度对萝卜根形成的影响发现萝卜根直径随着光强的增加（75～250μE·m-2·s-1）而显著增加，而根长则在光照75μE·m-2·s-1时最长。本试验表明，3种光照强度下樱桃萝卜肉质根根长无显著差异，但根直径表现出随光强增强而显著增强的特点。说明增加光强主要是通过促进肉质根的增粗而提高肉质根的生物量，本研究也证实萝卜肉质根的生长相较地上部受光强的影响更为显著。2R:1B和1R:1B 两种光质下，萝卜的根直径、根体积、肉质根干鲜重以及根冠比均表现出随光强增加而增加的趋势。而地上部仅新叶叶绿素含量表现为随光强增加而增加的趋势。Hole等[19]研究也证实低光强会导致地上部和地下部重量的降低，并且对地下部的影响大于地上部。本试验中相同红蓝光配比下，光强300μmol·m-2·s-1处理的地上部鲜重均略低于光强240μmol·m-2·s-1，而地上部干重则无显著差异，可能是由于光强300μmol·m-2·s-1处理下温度略高于光强240μmol·m-2·s-1处理，导致萝卜蒸腾速率较快，从而使萝卜植株含水率降低。

综合光强和红蓝光配比对樱桃萝卜的影响发现，萝卜的生长受光强影响显著，同时也依赖于光质的作用。光强为240μmol·m-2·s-1时，新叶叶绿素含量、根直径、根冠比、地上部和肉质根干鲜重多个指标不同光质处理间均表现出显著差异。而光强为180和300μmol·m-2·s-1时，不同红蓝光光质处理各个指标均无显著差异。另一方面，光强为240μmol·m-2·s-1时不同红蓝光配比处理间的差异又要高于不同光强处理间的差异。说明当光强和光质同时作用于萝卜且光强相对较高或较低时，光强是影响萝卜生长的首要因素，而当光强适宜时，光质的作用效果更为显著。

本研究证实，相对于较低的红蓝光配比（1R:1B），较高的红蓝光配比（2R:1B）更有利于促进樱桃萝卜的生长发育，并且这种促进作用在光强为240μmol·m-2·s-1时更为显著。在180～300μmol·m-2·s-1的光强范围内，樱桃萝卜肉质根的生长发育随着光强的增加而增加，光强为240和300μmol·m-2·s-1时，樱桃萝卜的根才能膨大增粗形成肉质根，地上部受光强影响相对较小。总之，一定强度的LED红蓝光质是植物工厂樱桃萝卜高产的光环境基础，并且光强高于一定水平时红蓝光质的调控作用更为显著。因此，在植物工厂条件下生产樱桃萝卜可以在保证一定光强的基础上，通过调控红蓝光配比来促进生长，提高产量，相比增加光强更加节能有效。

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Effects of Red/Blue Light Ratio with Different Light Intensity on Growth and Yield of Cherry Radish

ZHA Ling-yan, LIU Wen-ke

（Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture, Chinese Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Energy Conservation and Waste Management of Agricultural Structures, Ministry of Agriculture, Beijing 100081）

Two light quality treatments of various red/blue light ratios (1R:1B and 2R:1B) and three light intensity (180, 240, 300μmol·m-2·s-1) treatments were designed to investigate the effects of red/blue light ratio and light intensity on growth and yield of cherry radish grown in environmentally-controlled chamber with LED light source. The results showed that light quality of 2R:1B presented higher new leafy chlorophyll content and lower shoot fresh weight than 1R:1B when cherry radish grown under 180μmol·m-2·s-1. But there were no significant differences in other growth indices between two red/blue light ratio treatments. 2R:1B treatment significantly improved new leafy chlorophyll content, fresh and dry weight of shoot and root, root diameter, root volume and root to shoot ratio compared with 1R:1B under 240μmol·m-2·s-1. When light intensity was 300μmol·m-2·s-1, 2R:1B treatment had slightly lower new leafy chlorophyll content and slightly higher fresh and dry weight of shoot. Under the same red/blue light ratio, the new leafy chlorophyll content, root diameter and fresh, dry weight of root increased with the increment in light intensity. The variation of shoot fresh and dry weight with light intensity depend on light quality. To conclude, suitable light quality and light intensity level are basis for high-efficient production of cherry radish, and appropriate red/blue light ratio could improve the growth of cherry radish significantly when light intensity above a certain value.

Plant factory with artificial light; LED; Light environment; Root vegetable; Biomass

10.3969/j.issn.1000-6362.2018.03.003

查凌雁,刘文科.不同光强下红蓝光配比对樱桃萝卜生长与产量的影响[J].中国农业气象,2018,39(3):162-167

收稿日期：2017-06-27

通讯作者。E-mail: liuwenke@caas.cn

国家自然科学基金面上项目（31672202）；“十二五”国家高技术研究发展计划（863计划）课题（2013AA103001）

查凌雁（1991-），博士生，主要从事设施园艺光生物学研究。E-mail: zhaly2013@163.com