何建文，刘向阳，熊志豪，刘厚诚，宋世威

(华南农业大学园艺学院，广东 广州 510642)

引言

光照不仅是植物生长发育的能量来源，而且是植物基因表达、细胞分化及形态建成的重要信号。植物通过光受体感受光质、光强及光周期三种特性的变化，调节植物光合性能和光形态发生信号，从而影响细胞分裂和伸长、花芽分化、气孔开关、开花等植物生长活动[1]。前人研究表明，红光具有促进植株生长[2]，提高叶片可溶性糖含量[3]，增加光合产物累积[4]等作用。蓝光可以提高植株叶绿素含量和气孔导度，促进光合作用[5]，对蛋白质、维生素C以及总酚含量亦有显著促进作用[6, 7]。随着研究不断深入，逐渐出现利用黄光[8]、绿光[9]等不同光质进行补光的研究报道。

我国设施园艺发展迅速，栽培面积已高达410万公顷。由于覆盖材料透光率下降、设施结构老化等因素引起的弱光问题日益突出。为避免温室弱光寡照所导致的植株生长不良、产量下降、品质降低等问题，人工补光成为设施园艺发展的新趋势[10]。

菜心(BrassicacampestrisL. ssp.chinensisvar.utilisTsen et Lee)，又名菜薹，是华南地区的重要蔬菜之一，现在全国各地均有栽培。菜心口感脆嫩、风味独特、营养丰富，深受消费者喜爱，热销海内外。光环境对菜心的生长发育有重要影响，但目前有关菜心人工补光的研究报道较少。本课题组前期报道了不同LED光照时长对菜心生长与品质的影响[11]，本试验进一步研究不同光质对菜心生长品质的影响，旨在为菜心的人工补光功效生产提供理论依据。

1 材料与方法

1)材料及处理。试验用菜心品种为“油绿701”，种子购于广东省农业科学院，于2016年9月—10月在华南农业大学园艺学院的温室内进行。采用海绵块进行菜心育苗，在人工气候箱中培养至菜心子叶展平，移入海绵块中，采用1/2剂量的霍格兰营养液进行施肥。待幼苗长至3叶1心时选取长势一致的10株苗定植于塑料栽培盆中，每盆装入20 L营养液。营养液每小时通气15 min，试验期间不更换。试验以正常光照为对照(CK)，设置5个不同LED光质补光处理：蓝光(B)、红光(R)、绿光(G)、橙光(O)、白光(W)，补光光强均为50 μmol·m-2·s-1，补光时间为7:00—19:00。每个处理设置三次重复。

2)取样及测定。待菜心80%的达到齐口花标准时，每重复随机选取3株进行植株形态及产量指标的测定。株高、根长用直尺测量；茎粗用游标卡尺测量；用百分之一天平测量完植株地上部和根系鲜重，放入烘箱，105 ℃杀青15 min，然后在75 ℃下烘干至恒重，再用万分之一测定其质量。

将菜心的产品器官分为薹茎和叶片分别测定品质指标。VC含量的测定采用钼蓝比色法，可溶性蛋白含量的测定采用考马斯亮蓝G-250染色法，可溶性糖含量的测定采用蒽酮比色法，游离氨基酸含量的测定采用茚三酮溶液显色法[12]。

3)数据分析。数据统计和分析采用SAS 9.2软件完成，图表采用Excel 2010软件绘制。

2 结果与分析

2.1 不同光质补光对菜心生长的影响

与CK相比，不同光质补光均显著提高了菜心的株高(表1)，蓝光、红光、绿光、橙光和白光补光分别比CK提高了84.65%、75.34%、61.07%、97.99%和69.55%。补光处理均比CK提高了菜心的茎粗，其中蓝光、红光和橙光处理的差异达到显著水平，绿光和白光处理差异不显著。与CK相比，补光处理均增加了菜心的叶片数，其中橙光处理显著增加，而其他光质补光处理差异不显著。

表1 不同光质补光对菜心生长的影响Table 1 The effect of LED light spectrum supplement on growth of flowering Chinese cabbage

注：同列不同小写字母表示差异达到显著水平(α=0.05)

除绿光外，不同光质补光处理均比CK显著提高了生物量，表现为提高了地上部和地下部的鲜重和干重(表2)，其中蓝光>红光>橙光>白光。绿光处理菜心的生物量和对照相比无显著差异。

表2 不同光质补光对菜心鲜重、干重的影响

注：同列不同小写字母表示差异达到显著水平(α=0.05)

2.2 不同光质补光对菜心营养品质的影响

1)不同光质补光对菜心VC含量的影响。除绿光外，不同光质补光处理均提高了菜心薹茎中的VC含量，其中蓝光、红光和橙光处理差异显著(图1)。与CK相比，白光和橙光处理显著降低了菜心叶片的VC含量，蓝光、红光和绿光无显著差异。

图1 不同光质补光对菜心VC含量的影响Fig.1 The effect of LED light spectrum supplement on Vitamin C content of flowering Chinese cabbage

2)不同光质补光对菜心可溶性糖含量的影响。与CK相比，蓝光、绿光和橙光补光均显著提高菜心薹茎的可溶性糖含量(图2)，红光和白光处理无显著差异；蓝光和绿光处理显著提高了叶片的可溶性糖含量，而红光、橙光和白光处理则降低了叶片的可溶性糖含量，但差异不显著。

图2 不同光质补光对菜心可溶性糖含量的影响Fig.2 The effect of LED light spectrum supplement on soluble sugar content of flowering Chinese cabbage

3)不同光质补光对菜心可溶性蛋白的影响。除红光显著提高了菜心薹茎的可溶性蛋白含量外，不同光质补光处理与对照均无差异显著(图3)。红光处理显著降低了叶片的可溶性蛋白含量，其它光质处理与对照均无差异显著。

图3 不同光质补光对菜心可溶性蛋白质含量的影响Fig.3 The effect of LED light spectrum supplement on soluble protein content of flowering Chinese cabbage

4)不同光质补光对菜心游离氨基酸的影响。与CK相比，蓝光、绿光和白光处理在一定程度上提高了菜心薹茎的游离氨基酸含量，但差异不显著；而红光和橙光处理则显著降低(图4)。与CK相比，绿光处理显著提高了叶片的游离氨基酸含量，而蓝光、白光处理无显著差异，红光和橙光处理则显著降低了叶片的游离氨基酸含量。

图4 不同光质补光对菜心游离氨基酸含量的影响Fig.4 The effect of LED light spectrum supplement on free amino acid content of flowering Chinese cabbage

3 讨论

LED具有节能、高效、可调控等特点，是人工补光的新光源。众多研究表明，通过人工补光技术，能改善温室弱光问题，促进植物生长，提高产品品质[13]。通过特定的光受体，不同光质对光合色素、光系统性能、植物内源激素等方面进行调控，从而影响植物生长代谢、环境适应能力、光学形态建成[14]。本研究表明，与不补光处理相比，补光处理对菜心的生长和营养品质均有提高作用，且不同光质的作用效果存在差异。

610～720 nm的红橙光是植物主要吸收的光波段之一，其中红光被认为是植物光合作用不可缺少的光质[15]。利用高压钠灯高比例的红橙光对草莓的开花结果期进行补光，能加速草莓茎、叶的生长发育，有利于营养物质的贮存，为提高产量和品质提供物质基础[16]。周文等[17]研究单质橙光与白橙组合光处理滇重楼发现，单质橙光不利于滇重楼生长，而白橙组合光却有利于其光合作用的进行。研究发现，蓝光对植物生长有促进作用，在红光中添加一定比例的蓝光，比单质红光更有利于植物的生长[18]。本研究表明，相比于其他光质处理，单质红光、橙光和蓝光对菜心的茎粗、株高、叶片数均有提高作用，其中以橙光处理较优，这可能与光敏色素受体以及光质配比不同相关[19]。生物量也以蓝光、红光和橙光处理最大。

研究表明，日光温室内补充UV-A可明显增加黄瓜产量，而补充蓝光可提高黄瓜蛋白质和还原糖含量[20]。蓝光除了能增加生菜可溶性蛋白含量，还能促进VC合成，提高总酚含量[21]。本研究表明，相对于CK和其他光质处理，蓝光补光处理显著提高了菜心产品器官的可溶性糖和VC含量，与上述研究结果相似。其原因可能是：蓝光能诱使线粒体进行暗呼吸，暗呼吸过程中产生的有机酸为氨基酸的合成提供碳架，从而促进蛋白质的合成[22]。同时蓝光能提高VC合成分解酶活性，促进VC合成，VC含量与可溶性糖含量存在正相关关系[23]。

绿光能被植物叶片吸收利用，有利于植物生长[24, 25]。我们的研究结果表明，补充绿光可以提高菜心可溶性糖和游离氨基酸含量，与周宏[26]研究结果相一致，但是绿光显著降低了菜心的生物量。由此可见，绿光不宜作为单一光质进行补光。今后我们应进一步研究绿光与其他光质复合进行补光的综合效应。