熊伟任， 雷雨田， 杨永森， 胡永波， 林碧英， 申宝营

(福建农林大学园艺学院，福建福州 350002)

生菜(Lactucasativa)是世界比较受欢迎的蔬菜，近年来已成为我国设施及植物工厂中的主要蔬菜栽培类型，其多种营养价值使得在市场上的需求量持续走高。近年来，富含花青素的紫叶生菜也逐渐进入大众视野，花青素具有较强的抗氧化性，可消除体内自由基，减缓衰老的功效[1]。

“万物生长靠太阳”揭示了光对于植物生长的重要性，光是植物生长发育过程中不可或缺的环境因子之一[2]。利用LED光源对植物生长发育进行研究的相关试验已经进行了多年，并取得了可喜的成效。前人研究认为，LED光源产生的红、蓝光能明显影响植物的生长[3]，并且改善植物的品质与产量[4-5]。李聪聪等在红蓝光配比的研究中发现，紫叶生菜中花青素含量随蓝光比例增加而提高[6]；余意等发现，红蓝光质配比可有效提升红色、紫色与绿色3种叶色生菜生长与品质[7]。然而，目前研究多以探寻提升紫叶生菜品质与产量的最优红蓝光质配比为目的，对最优LED光源峰值的选择却鲜有研究。本试验通过测定不同峰值LED光源下，紫叶生菜生物量指标和相应品质指标的变化，选择最优峰值LED光源，旨在为紫叶生菜工厂化栽培的LED光源精细调控提供一些理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本次试验采用的生菜品种红皱是由北京绿东方农业技术研究所培育提供。肥料用普乐收A、B肥。

1.2 试验方法

试验于2021年4—9月进行。将紫叶生菜种子置于培养皿中，放置在催芽箱，箱内温度保持在 30 ℃ 催芽至种子露白。再将露白的种子播种至60孔穴盘中，在人工气候室内育苗。待幼苗生长15 d左右达到两叶一心，将生长一致的幼苗转移至水培槽中。为研究不同波长LED蓝光对紫叶生菜生长及品质的影响，设置LED红蓝光总光照度 240 μmol/(m2·s)，光处理具有相同的光周期(12 h/12 h)、相同的昼夜温差(25/18 ℃)和室内湿度(60%)，红蓝光光质比为1 ∶2，其中红光波长为660 nm，蓝光波长分别为410、450、480 nm，分别记为BO、BF、BE。以 240 μmol/(m2·s) 的白光为对照(CK)组，光谱能量分布曲线如图1所示。营养液采取的是蔬菜类A、B肥，将10.35 g的A、B肥溶于9 L的水中。在定植4、8、12、16 d后，从每个处理中取3株苗，从心向外数第3张叶片进行指标测定，试验重复3次。

1.3 测定指标及方法

用电子游标卡尺测量株高(cm)和冠幅(cm)，用精度为0.000 1的电子天平测地上部位鲜质量(g)，用根系扫描仪测量叶面积(cm2)，用分光测色仪(3nh，YS3060)测定紫叶生菜叶片色度值，采用 FMS-2 便携式荧光仪测定叶片叶绿素荧光，蒽酮比色法测量可溶性糖含量[8]，用考马斯亮蓝染色法测量可溶性蛋白含量[9]，比色法测量抗坏血酸含量，用Folin-酚法测量总酚含量，花色苷、类黄酮、苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性用试剂盒进行测定，试剂盒来自苏州科铭生物公司。

1.4 数据分析

用Microsoft Excel 2010和DPS整理数据和作图，并对不同处理得到的数据平均值进行多重比较。用最小显著差数法(LSD)进行差异显著性 (P<0. 05)分析。

2 结果与分析

2.1 不同波长蓝光对紫叶生菜形态的影响

由表1和图2可知，在不同波长蓝光处理下各生长指标总体差异显著。随着蓝光波长的增加，各处理间株高、鲜质量、冠幅、叶面积整体呈先下降后上升趋势，且均以BF与CK间差异最大，分别比CK降低41%、46%、40%、50%；BO各项指标显著低于CK，说明复合光处理下紫叶生菜地上部形态较不同峰值蓝光处理显著提高，其中BF处理明显低于其他处理。在不同波长的蓝光处理下，测量的色度L值与b值排序均为CK>BO>BE>BF，a值排序为BF>BE>BO>CK，BF处理a值较BO、BE分别提高了222.00倍、2.84倍，表明在BF处理下的紫叶生菜花青素含量最高。

表1 不同波长蓝光对紫叶生菜地上部的影响

2.2 不同波长蓝光对紫叶生菜可溶性糖和可溶性蛋白含量的影响

如图3所示，在试验处理4～16 d，可溶性糖含量差异性显著，都低于处理0 d，在处理4 d，可溶性糖含量表现为BF>BO>BE>CK。可溶性蛋白的含量的整体趋势表现为为先上升后下降。BO、BF、BE处理均提高了可溶性蛋白含量，其中在BF处理下可溶性蛋白含量显著高于其他处理，在处理16 d表现为BF>BE>BO>CK，BF处理分别比CK、BO、BE提高了41%、31%、16%。

2.3 不同波长蓝光对紫叶生菜类黄酮和花青素含量的影响

如图4所示，紫叶生菜中类黄酮和花青素的含量受不同波长蓝光的影响，总体差异显著。紫叶生菜中类黄酮含量随处理时间呈先上升后下下降的趋势，总体表现为BF>BE>BO>CK，BF条件下生长的紫叶生菜叶片中类黄酮含量最高，在处理16 d比CK高71%。在不同波峰蓝光处理下， 花青素含量依次表为BF>BE>BO>CK，其中BF的叶片花青素含量最高，处理16 d，在波长为450 nm的蓝光处理下比CK高128%。

2.4 不同波长蓝光对总酚含量和PAL活性的影响

由图5可知，在不同波长蓝光处理下，总酚含量和PAL活性显著高于对照处理。叶片内总酚含量和PAL活性在BF与BE处理下无显著性差异，但显著高于CK处理。在处理16 d，BF处理下叶片总酚含量比CK处理下高13%。PAL活性整体表现为BF>BE>BO>CK，BF与BE无显著性差异，在处理16 d，与CK相比，BO、BF、BE处理下叶片中PAL活性分别提高了8%、33%。

2.5 不同波长蓝光对紫叶生菜抗坏血酸含量的影响

如图6所示，在处理4、8 d，BO、BF、BE处理下的抗坏血酸含量无显著性差异，在处理12 d，各处理间差异最明显。不同波长蓝光处理均能促进叶片中抗坏血酸的含量，BF处理下抗坏血酸均高于其他光照处理，表现为BF>BE>BO>CK。在处理12 d的样品中，BF处理的抗坏血酸含量相比其他处理分别提高了10%、5%、3%。

3 讨论与结论

前人研究主要在不同红蓝光配比对紫叶生菜品质的影响[10]。到目前为止，关于不同波长蓝光对紫叶生菜品质的影响研究还很少。由于LED的广泛应用，光谱和强度的任意可控性，现在我们完全可以在可控的环境中将植物暴露在精确的光质下，提高作物产量和营养品质。在本研究中，不同波长蓝光照射显著刺激紫叶生菜次级代谢物的积累，但抑制生菜的生物量产生。因此通过调控不同波长蓝光有助于提高紫叶生菜的品质，为水培紫叶生菜提供一种合理的照明模式。

3.1 不同波长蓝光对紫叶生菜形态的影响

光照对植物的生长发育不可或缺，植物通过一套光受体系统来接收不同波长的光子，影响着植物的生命周期。蓝光是作物生长过程中不可缺少的光质，对作物的生长有重大的影响[11]。本研究表明，不同波长蓝光照射对紫叶生菜生长有显著的影响，株高、鲜质量、冠幅、叶面积显著低于白光的处理，且随着蓝光波长的增加，呈先下降后上升的趋势，与高波等的研究结果[12-13]相同，虽然试验中添加了红光，但并未表现出对植物生长促进的作用，可能是因为高比例蓝光的照射对植物的生长产生了抑制作用。光照是导致植物叶片颜色变化的主要原因之一，它从光强、光质和照射时间的长短来影响植物花青素的合成从而改变植物叶片的颜色[14]。王璐等对紫叶生菜花青素含量与色差指标进行回归分析，表明L、a、b均能反应紫叶生菜花青素含量[15]。色差指标L代表明亮度的变化，L值在0～100之间，L=0代表黑色，L=100代表白色；a值代表红/绿之间的变化，当a值为正数时，色彩表现为偏红色，当a值为负数时，色彩表现为偏绿色；b值代表黄/蓝之间的变化，b为正值时，表现为黄色，b值为负值时，颜色表现为蓝色[16]。其中L、b值与花青素含量呈明显负相关，a值与花青素含量呈明显正相关。本研究结果表明，在不同波长蓝光的处理下紫叶生菜的叶片颜色较深，可能是花青素含量较高的原因所导致的。

3.2 不同波长蓝光对紫叶生菜品质的影响

可溶性蛋白含量是评价蔬菜营养价值的主要指标之一。光质对植物的碳氮代谢有极大的影响，蓝光对植物生物量的积累有促进作用[17]。本研究表明，与对照组的生菜相比，不同波长蓝光处理都显著提高了可溶性蛋白的含量。这与邵明杰对紫叶生菜[18]和张立伟等对豌豆苗[19]的研究结果相同，这可能是因为蓝光促进了NR、NIR、GOGAT等初级氮代谢相关酶活性[20]，从而有助于可溶性蛋白的合成。可溶性糖是植物储存能量的一种物质，也是果蔬甜度的主要来源，高含量的可溶性糖会让蔬菜的口感更好[21]。高比例红光有助于提高可溶性糖的含量[22]。卢贝通过不同光质对草莓品质影响的研究发现，在高比例红光的照射下草莓的可溶性糖含量较高[23]。在处理0 d，紫叶生菜可溶性糖含量均高于其他时间的处理，可能是因为在幼苗期可溶性糖是主要生长物质；在处理16 d，对照组处理的紫叶生菜可溶性糖的含量显著高于不同波长蓝光处理，这可能是因为蓝光抑制了蔗糖代谢相关酶活性的原因，从而导致了不同波长蓝光处理可溶性糖含量低于对照组。抗坏血酸普遍存在于新鲜的水果蔬菜中，能够增强植物的抗逆性，Moradi等在研究蓝光对藏红花光合性能和生物量的影响时发现，蓝光能提高藏红花抗坏血酸的含量[24]，本研究的结果与之相同。

3.3 不同波长蓝光促进紫叶生菜的次生代谢产物的产生

研究表明，植物中的抗氧化剂是抵御各种压力的复杂防御机制的一部分。植物组织中花青素的积累是植物遭受胁迫的一个标志，花青素这类类黄酮物质一方面作为抗氧化物质对植物起到保护的作用，另一方面可以在植物中起到结合植物毒素以及控制生长素运输来帮助调节应激反应的作用[24]。蓝光被认为是一种能诱导酚类化合物积累和增强抗氧化能力的应激源[25]。总酚类包括类黄酮和花青素，是一种有效的抗氧化剂，具有抗氧化DNA损伤和预防人类慢性疾病的能力，类黄酮结构中羟基的数量和定位对化合物的抗氧化和细胞保护潜力似乎很重要[26]。花青素属于类黄酮的一种，花色苷合成生物途径也是类黄酮的合成途径的一个分支[27]。PAL是合成酚类化合物的关键酶，由光诱导[28]。在本研究中，总酚含量和PAL活性随着蓝光的波长增加表现出先增加后降低的趋势，都高于对照组，这证实了蓝光在刺激酚类合成方面仍然有效。处理4～16 d时，不同波长蓝光处理紫叶生菜中黄酮含量明显高于对照组，且存在显著差异，表明蓝光有刺激黄酮类化合物的合成作用。在处理16 d时，各处理紫叶生菜中黄酮含量明显下降，且在蓝光波长为450 nm处理的紫叶生菜中黄酮含量最高，这可能是因为不同波长蓝光对植物后期生长阶段黄酮合成的影响不如前期。 花青素含量的变化趋势与类黄酮不同在于，在处理4～16 d中，蓝光波长为450 nm处理的紫叶生菜花青素含量始终最大，且显著高于蓝光410 nm和蓝光 480 nm 处理下的花青素含量。 据报道，蓝光诱导花青素合成也受叶片发育阶段的影响。二氢黄酮醇 4-还原酶(DFR)和花青素合成酶(LDOX/ANS)基因在幼叶中的表达水平较高，且随着叶片的发育而逐渐降低，在成熟叶中最低[29]。 这可能解释了紫叶生菜后期花青素含量活性下降的原因。

本研究利用蓝色发光二极管研究了不同波长蓝光照射对紫叶生菜生产和次生代谢产物积累的影响。不同波峰蓝光照射诱导了较高的次生代谢产物，也增加了紫叶生菜的营养品质，但对植物造成了胁迫，表现为抗坏血酸含量较高、花青素含量较高、生物量产量显著降低。结果表明，采用红光加不同波长蓝光是有目的地调整生菜生长和质量的一种潜在方法。然而，需要进行更多的试验来确定最佳的红蓝光配比，以获得产量和营养品质更好的生菜。