不同紅藍(lán)LED組合光源對(duì)西瓜幼苗生長(zhǎng)和生理參數(shù)的影響

李小娥　黃遠(yuǎn)　苗田田　萬正杰　黎煊　孔秋生　別之龍

摘要：西瓜是一種重要的園藝作物，種苗易徒長(zhǎng)。以熒光燈為對(duì)照（光照強(qiáng)度為150μmol·m^-2·s^-1），探討了相同光照強(qiáng)度下，不同紅光藍(lán)光配比（PdB）LED組合光源（7：1、7：2，7：3）對(duì)西瓜幼苗生長(zhǎng)和生理參數(shù)的影響。結(jié)果表明，紅藍(lán)LED組合光源下西瓜幼苗莖粗度、鮮質(zhì)量、干質(zhì)量、壯苗指數(shù)均有所增加，其中在R/B=7：3下表現(xiàn)尤為突出。生理數(shù)據(jù)表明，較高的葉綠素和可溶性糖含量，以及較大的葉片柵欄組織厚度、氣孔密度、氣孔開張度和光合速率，是LED組合光源R/B=7：3處理提高種苗質(zhì)量的重要原因。

關(guān)鍵詞：西瓜；幼苗；光質(zhì)；LED

隨著全球能源成本的不斷攀升和光電技術(shù)的快速發(fā)展，節(jié)能、高效的LED（Light Emiring Diodes）在設(shè)施農(nóng)業(yè)上作為人工光源受到世界各國關(guān)注n，LED可以根據(jù)園藝植物生長(zhǎng)所需的光環(huán)境來精確配置光譜，還可以影響園藝植物的生長(zhǎng)發(fā)育以及光形態(tài)的建成。西瓜是一種重要的園藝作物，近年來隨著西瓜集約化育苗技術(shù)的興起，LED在西瓜育苗上具有廣闊的應(yīng)用前景。本試驗(yàn)以西瓜為試驗(yàn)材料，以熒光燈為對(duì)照，從形態(tài)和生理方面研究了不同紅藍(lán)配比混合LED光源對(duì)種苗質(zhì)量的影響，以期為西瓜幼苗的培育提供光環(huán)境調(diào)控依據(jù)。

1.材料與方法

1.1材料

西瓜品種為‘早佳8424，由新疆農(nóng)科院哈密瓜研究中心提供。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)4個(gè)處理，以熒光燈為對(duì)照，將LED混合光源的紅光藍(lán)光配比分別設(shè)置為7：1、7：2、7：3，光照強(qiáng)度均為150μmol·m^-2·s^-1，光周期12h，溫度28℃/18℃（白天/晚上），空氣相對(duì)濕度70%。試驗(yàn)用LED紅藍(lán)光源由飛利浦公司生產(chǎn)。

1.3試驗(yàn)時(shí)間及地點(diǎn)

試驗(yàn)于2013年4-5月，在國家蔬菜改良中心華中分中心連棟玻璃溫室的人工氣候室內(nèi)完成育苗過程。生長(zhǎng)、生理指標(biāo)測(cè)定在園藝植物生物學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)電鏡公共平臺(tái)完成。

1.4育苗過程

采用1%高錳酸鉀溶液對(duì)西瓜種子進(jìn)行消毒15min，種子洗凈之后采用55-60℃的溫水浸種15min，之后常溫浸種6h，將種子取出瀝干30min后，放入30℃催芽箱催芽。西瓜種子露白后，將其播種于50孔塑料穴盤，放人人工氣候室內(nèi)進(jìn)行處理。當(dāng)西瓜幼苗長(zhǎng)到3葉1心時(shí)，對(duì)幼苗的形態(tài)指標(biāo)、生理指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量。

1.5測(cè)定指標(biāo)和方法

1.5.1形態(tài)指標(biāo)不同光源處理下隨機(jī)取6株幼苗，用去離子水小心洗去根部基質(zhì)，并擦干植株上的水分，測(cè)量植株高度、莖粗度、鮮質(zhì)量；用根系掃描儀和根系分析系統(tǒng)WinRHIZO測(cè)量根系長(zhǎng)度、面積、直徑、體積。測(cè)量干質(zhì)量時(shí)，先將幼苗裝入紙袋內(nèi)，再放人烘箱，80℃烘干至恒質(zhì)量，使用電子天平進(jìn)行稱量。壯苗指數(shù)=（莖粗度/植株高度）×全株干質(zhì)量。

1.5.2相對(duì)葉綠素、根系活力、可溶性糖和可溶性蛋白

采用SPAD-502葉綠素計(jì)（Konica Minol-ta，日本）測(cè)定相對(duì)葉綠素含量，每處理10次重復(fù)。參照李合生的方法，采用T-FC法測(cè)幼苗根系活力，采用蒽酮比色法測(cè)幼苗葉片可溶性糖含量，采用考馬斯亮藍(lán)法測(cè)葉片可溶性蛋白含量。

1.5.3光合作用

選取從下往上第1片展開的真葉，使用便攜式光合儀LI-6400對(duì)不同光源處理下的西瓜幼苗光合指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量。

1.5.4葉片解剖結(jié)構(gòu)不同處理下取長(zhǎng)勢(shì)一致的3株幼苗，在第1片真葉主脈旁兩邊取葉肉組織，用FAA液（福爾馬林5mL；乙酸5mL；50%乙醇90mL）固定，由武漢谷歌生物科技有限公司進(jìn)行石蠟包埋，番茄一固綠染色。采用Nikon顯微鏡ECLIPSE 90i在20倍鏡下，用微測(cè)尺測(cè)量柵欄組織、海綿組織以及葉肉的總厚度，每個(gè)重復(fù)16次。葉肉組織細(xì)胞結(jié)構(gòu)緊密度（CTR）/%=柵欄組織厚度/葉肉厚度×100，葉肉組織細(xì)胞結(jié)構(gòu)疏松度（SR）/%=海綿組織厚度/葉肉厚度×100。

1.5.5葉片氣孔參照Savvides等的方法，在不同處理下選取長(zhǎng)勢(shì)一致的第1片真葉，在葉片中部主脈兩側(cè)取材（2mm×2mm），采用戊二醛溶液（2.5%）對(duì)樣品進(jìn)行固定處理，然后采用乙醇梯度進(jìn)行脫水，丙酮置換浸透，臨界點(diǎn)干燥，之后粘貼樣品，噴金，在JSM-6390掃描電鏡600倍下觀察氣孔特征，選取典型視野照相。查看視野內(nèi)的氣孔數(shù)目，氣孔密度=單位視野內(nèi)的氣孔數(shù)量/單位視野的面積，采用微尺測(cè)量氣孔的長(zhǎng)度和寬度，氣孔開張的長(zhǎng)度和寬度。每個(gè)處理選取3個(gè)葉片，每個(gè)葉片選取3個(gè)典型視野。

1.6數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)所有數(shù)據(jù)采用Excel 2003軟件進(jìn)行作圖和計(jì)算，用SPSS-Statistics 19.0軟件進(jìn)行顯著性分析。

2.結(jié)果與分析

2.1LED光源對(duì)西瓜幼苗形態(tài)指標(biāo)的影響

與對(duì)照相比，R/B=7：3處理下‘早佳8424幼苗植株高度顯著下降、莖粗度顯著增加（表1）。R/B=7：l、R/B=7：2、R/B=7：3處理的‘早佳8424幼苗鮮質(zhì)量分別增加12.6%、10.1%、26.9%；干質(zhì)量分別增加24.5%、28.4%、55.9%，根體積分別增加41.7%、41.7%、83.3%。與對(duì)照相比，LED光源處理的幼苗根長(zhǎng)度、根面積無顯著差異（表1）。LED混合光源處理的‘早佳8424壯苗指數(shù)顯著高于對(duì)照，在R/B=7：3表現(xiàn)尤為明顯（圖1）。

2.2LED光源對(duì)西瓜幼苗葉綠素含量、根系活力、可溶性糖和可溶性蛋白的影響

不同光源處理下‘早佳8424幼苗根系活力無顯著差異（表2）。相對(duì)葉綠素含量、可溶性糖、可溶性蛋白含量具有差異，與對(duì)照相比，‘早佳8424幼苗在R/B=7：2、R/B=7：3處理下相對(duì)葉綠素含量分別提高16.5%、18.6%，R/B=7：l、R/B=7：2、R/B=7：3處理下可溶性糖含量分別增加53.9%，70.6%、69.6%。R/B=7：1處理下‘早佳8424幼苗的可溶性蛋白含量最高，與對(duì)照相比達(dá)到顯著差異。

2.3 LED光源對(duì)西瓜幼苗光合特性的影響

表2顯示，各處理與對(duì)照在氣孔導(dǎo)度上無顯著差異。與對(duì)照相比，R/B=7：1、R/B=7：2、R/B=7：3下的幼苗光合速率均有所增加，分別增加24，6%、13.7%、14.1%。

2.4LED光源對(duì)西瓜幼苗葉片解剖結(jié)構(gòu)的影響

由表3可知，與對(duì)照相比，LED光源處理的‘早佳8424幼苗海綿組織厚度無顯著差異。IUB=7：3處理下幼苗柵欄組織厚度、葉肉厚度、葉肉組織細(xì)胞結(jié)構(gòu)緊密度（CTR）顯著增加，柵欄組織厚度增加24.8%，葉肉厚度增加7.3%，CTR增加16.2%。

2.5LED光源對(duì)西瓜幼苗氣孔特征的影響

由表4可知，不同光源處理下西瓜幼苗氣孔大小無顯著差異，但氣孔密度、氣孔開張的長(zhǎng)度和寬度存在差異。與R/B=7：1相比，R/B=7：2、R/B=7：3處理下‘早佳8424幼苗葉片氣孔密度分別增加8.7%、17.9%。不同光源下幼苗的氣孔開張度存在顯著差異，隨著LED藍(lán)光成分的增加，氣孔的寬度逐漸增大，在R/B=7：3下達(dá)到最大值。與對(duì)照相比，R/B=7：3下氣孔開張長(zhǎng)度增加15.9%，氣孔開張寬度增加17.9%。

3.討論與結(jié)論

3.1LED光源對(duì)幼苗形態(tài)指標(biāo)的影響

不同光質(zhì)會(huì)對(duì)幼苗的形態(tài)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。與對(duì)照相比，LED光源處理的西瓜幼苗鮮質(zhì)量、干質(zhì)量均有所增加，其中在R/B=7：3下表現(xiàn)尤為突出，說明紅藍(lán)混合LED能很好促進(jìn)幼苗有機(jī)物的積累。這與前人在蘿卜嘲、菊花、生菜、黃瓜等作物上的研究一致。根系對(duì)植物的生長(zhǎng)起著重要作用，植物根系能吸收、合成、輸導(dǎo)水分和養(yǎng)分，并且具有固定植物體的作用。本研究中，R/B=7：3時(shí)根體積顯著增加，邸秀茹等也發(fā)現(xiàn)紅藍(lán)混合光源能促進(jìn)菊花組培苗根系的生長(zhǎng)。

本研究表明，LED光源應(yīng)用到西瓜幼苗上能夠起到培育壯苗的作用。光照處理中藍(lán)光成分增加到一定程度（R/B=7：3時(shí)），幼苗植株高度顯著下降，幼苗壯苗指數(shù)顯著增加。這可能是因?yàn)樗{(lán)光的增加抑制了幼苗植株高度的伸長(zhǎng)，促進(jìn)了莖粗度的增加。這與菊花、番茄、青蒜苗上的結(jié)果一致。在相同的光照強(qiáng)度下能夠激發(fā)出更多被幼苗所吸收的有效光譜，壯苗指數(shù)更高。西瓜種苗易徒長(zhǎng)，R/B=7：3處理下壯苗的培育對(duì)于西瓜種苗集約化生產(chǎn)具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

3.2LED光源對(duì)幼苗生理指標(biāo)的影響

植物通過葉綠素吸收光能，葉綠素含量多促進(jìn)植物的光合作用。依靠光合作用提供能量，來滿足生存的需要。經(jīng)過LED光源處理后，‘早佳8424幼苗光合速率、氣孔導(dǎo)度均有所增加。氣孔大小指標(biāo)反應(yīng)了氣孔的分化程度。本研究中，不同LED混合光源處理下，西瓜幼苗的氣孔大小與對(duì)照無顯著差異，與黃瓜、萵苣上的研究結(jié)果一致。但隨著LED混合光源中藍(lán)光成分的增加，幼苗氣孔密度、氣孔開張長(zhǎng)度和寬度有所增加，這與在菊花、番茄上的研究結(jié)果一致。對(duì)于藍(lán)光能促進(jìn)氣孔開張度的原因，Kinoshita等認(rèn)為是通過向光素、隱花色素來調(diào)節(jié)氣孔的開張度，Zeiger等和Kang等認(rèn)為藍(lán)色吸收類胡蘿卜素玉米黃質(zhì)促進(jìn)了氣孔的開張。本研究中，R/B=7：3處理幼苗葉綠素的含量、氣孔密度、氣孔開張長(zhǎng)度和寬度增加可能是其光合能力增強(qiáng)的重要原因。

可溶性糖、可溶性蛋白在幼苗的生長(zhǎng)代謝中起著重要的調(diào)節(jié)作用，其含量的多少是衡量幼苗質(zhì)量重要的生理指標(biāo)。隨著LED混合光源中紅光成分的減少、藍(lán)光成分的增加，西瓜幼苗可溶性糖含量增加，在R/B=7：3下達(dá)到最大。西瓜幼苗經(jīng)過LED處理后，其可溶性蛋白含量也有所增加。因此，可溶性糖和蛋白含量增加是R/B=7：3處理下壯苗的重要原因。

在葉片結(jié)構(gòu)中，葉綠體主要分布在柵欄組織，海綿組織中含有的葉綠體較少。葉片中柵欄組織厚度大，在葉片結(jié)構(gòu)中所占的比例高，有利于植物進(jìn)行光合作用。本研究結(jié)果顯示，PdB=7：3處理下‘早佳8424幼苗柵欄組織厚度、葉肉厚度顯著增加，CTR也逐漸增加。西瓜幼苗葉片CTR的增加，意味著柵欄組織在葉片解剖結(jié)構(gòu)中所占比例的增加，更有利于植物進(jìn)行光合作用。本結(jié)果與前人的研究相一致，Li‘等采用不同LED光源對(duì)棉花組培苗進(jìn)行處理中也發(fā)現(xiàn)，藍(lán)光有促進(jìn)葉肉厚度、柵欄組織長(zhǎng)度的作用。

綜上所述，與對(duì)照光源處理相比，LED混合光源R/B=7：3處理下西瓜幼苗矮壯、根系發(fā)達(dá)；從生理指標(biāo)上看，葉片葉綠素含量、可溶性糖含量較高，氣孔開張度較大、柵欄組織增厚，光合速率提高。因此，合適的紅藍(lán)混合LED光源能起到壯苗的作用，其中紅藍(lán)光配比為7：3是西瓜幼苗的最優(yōu)光源配比組合。