基于LSD分析LED多重光質(zhì)配比對(duì)蘆薈生長的影響

符 民， 文尚勝， 陳浩偉， 馬丙戌

( 1． 華南理工大學(xué) 發(fā)光材料與器件國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 廣東 廣州 510640;2． 華南理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院， 廣東 廣州 510640)

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基于LSD分析LED多重光質(zhì)配比對(duì)蘆薈生長的影響

符 民1,2， 文尚勝1,2*， 陳浩偉2， 馬丙戌2

( 1． 華南理工大學(xué) 發(fā)光材料與器件國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 廣東 廣州 510640;2． 華南理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院， 廣東 廣州 510640)

利用LED精量調(diào)制光源，設(shè)置紅光、藍(lán)光、紅藍(lán)1∶1、紅藍(lán)7∶1共4個(gè)不同光質(zhì)配比的LED植物補(bǔ)光燈實(shí)驗(yàn)組，以室內(nèi)自然光(CK)為空白對(duì)照組，對(duì)蘆薈盆栽進(jìn)行補(bǔ)光處理，基于SPSS軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行LSD多重方差分析，研究不同光質(zhì)配比對(duì)蘆薈生長的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：紅光能促進(jìn)蘆薈葉片的伸長，藍(lán)光有利于促進(jìn)蘆薈葉片厚度的增加，紅藍(lán)7∶1光處理下的蘆薈生長效果最好，是本次實(shí)驗(yàn)中的最佳光質(zhì)配比。

LED； 植物補(bǔ)光燈； 農(nóng)業(yè)照明； 光色配比； LSD

1 引 言

植物的生長發(fā)育其實(shí)就是基因的表達(dá)過程，而基因的表達(dá)除了受到遺傳因素的影響外，也受到外在環(huán)境因子(溫度、光、濕度、氣體以及病原因子等)的調(diào)控。光作為環(huán)境影響因子，作為植物光合作用必須的因子，其光周期、光照強(qiáng)度以及光質(zhì)無時(shí)無刻不在影響著植物的生長發(fā)育。光質(zhì)，即光的波長，是光的重要屬性。可見光的光譜波長是390～770 nm，而植物的主要吸收光譜為640～660 nm的紅光部分和430～450 nm藍(lán)紫光部分[1]。在自然環(huán)境中，隨著氣候的不斷變化，照射到植物表面的可見光光譜組成也是在不斷變化的[2]，這就為人工光源補(bǔ)光提供了可能。隨著設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展，人工光源(主要有高壓鈉燈、熒光燈、金屬鹵素?zé)?、白熾燈?在設(shè)施生產(chǎn)中己成為必要的光調(diào)控手段，但這些補(bǔ)光光源都具有能耗較大、運(yùn)行費(fèi)用高且與植物光合作用所吸收的光譜不能很好地匹配的缺點(diǎn)。作為新型照明光源，LED具有光電轉(zhuǎn)換效率高、節(jié)能環(huán)保、使用直流電、體積小、耗能低、波長固定等優(yōu)點(diǎn)[3]，很適合作為植物補(bǔ)光光源。1982年，日本三棱公司就有關(guān)于將波長650 nm的紅色LED光源作為溫室番茄補(bǔ)光光源的報(bào)道[4]。目前，LED光源已成功用于多種植物的栽培實(shí)驗(yàn)，如萵苣[5-7]、甜椒[8-9]、水稻[10]、小白菜[11]、石斛[12]和草莓[13]等。

蘆薈，是一種集藥食、美容保健和觀賞于一體的重要經(jīng)濟(jì)植物，生性喜陽、畏寒，冬季多用于大棚溫室培養(yǎng)[14-15]。SPSS為一款統(tǒng)計(jì)分析軟件，由美國斯坦福大學(xué)的3位研究生共同研制開發(fā)，并借助于數(shù)據(jù)管理窗口和主窗口的Data、File、Transform等菜單完成。方差分析(Analysis of variance，ANOVA)，又稱“變異數(shù)分析”或“F檢驗(yàn)”，用于兩個(gè)及兩個(gè)以上樣本均數(shù)差別顯著性檢驗(yàn)[16]。本實(shí)驗(yàn)設(shè)置了不同光質(zhì)比的LED補(bǔ)光光源，在模擬溫室的條件下對(duì)蘆薈盆栽進(jìn)行培育，對(duì)其數(shù)據(jù)基于SPSS軟件進(jìn)行LSD多重方差分析[17](P<0.05)，研究其對(duì)溫室蘆薈的生長發(fā)育的影響，從而為設(shè)施栽培中蘆薈生長發(fā)育所需的光環(huán)境提供相應(yīng)的科學(xué)參考。

2 材料與方法

2.1 實(shí)驗(yàn)材料與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)所用植物材料為市場上購買的健康的統(tǒng)一規(guī)格的蘆薈盆栽，于2015年在自行搭建的模擬溫室平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。植物補(bǔ)光燈選用KW-ZW-14W型號(hào)的LED平板燈，工作電壓為220 V，功率為14 W。LED光處理：紅光(225顆LED紅燈珠)、藍(lán)光(225顆LED藍(lán)燈珠)、紅藍(lán)1/1(113顆紅珠和112顆藍(lán)珠)、紅藍(lán)7/1(195顆紅珠和30顆藍(lán)珠)。其中，LED紅色燈珠的峰值波長為625 nm，LED藍(lán)色燈珠的峰值波長為460 nm。其他實(shí)驗(yàn)儀器還有100 mL量筒、20 cm直尺、精度為0.02 mm的游標(biāo)卡尺、數(shù)字光度計(jì)MS6612及室內(nèi)溫度計(jì)等。

在模擬溫室平臺(tái)下，以室內(nèi)自然光為對(duì)照光源。室內(nèi)溫度、照度和濕度變化如圖1所示。每組補(bǔ)光光源處理兩盆蘆薈盆栽，保持每組補(bǔ)光光源處于同一水平高度，設(shè)定補(bǔ)光光源時(shí)間為7:00 am～7:00 pm共11 h的補(bǔ)光時(shí)間。

圖1 15 d內(nèi)室內(nèi)溫度(a)、照度(b)和濕度(c)變化情況。

Fig.1 Changes of room temperature (a), illumination (b), and humidity (c) in 15 d, respectively.

2.2 測定項(xiàng)目與數(shù)據(jù)處理

測量每組蘆薈株高，并隨機(jī)選取4片正在發(fā)育中的蘆薈葉片，測量其葉長、葉寬和葉厚，每5 d測量一次，為期15 d。每次于上午10:00 am測量，數(shù)據(jù)記錄采用Excel2003，采集的數(shù)據(jù)利用origin8.5.1和SPSS19.0進(jìn)行整理和分析，采用多重比較LSD法進(jìn)行方差顯著性分析(P<0.05)。

3 結(jié)果與討論

3.1 不同光質(zhì)對(duì)蘆薈生長的影響

蘆薈(Aloe)喜光，為多年生常綠肉質(zhì)多汁草本植物。 其生長發(fā)育狀況可從其株高、葉長、葉寬和葉厚來判斷。圖2為不同光質(zhì)比處理下的蘆薈各項(xiàng)指標(biāo)的生長增長量，可以看出不同光質(zhì)配比處理的蘆薈生長發(fā)育狀況是不一樣的。從總體情況來看，光質(zhì)比R∶B=7∶1 的LED補(bǔ)光燈處理下的蘆薈各項(xiàng)指標(biāo)最好，其他各組蘆薈的生長狀況各有不同，而空白對(duì)照組的一盆蘆薈在第10天時(shí)死亡，數(shù)據(jù)不計(jì)。

圖2 15 d內(nèi)不同光質(zhì)配比處理下的蘆薈株高(a)、葉長(b)、葉寬(c)和葉厚(d)增長量。

Fig.2 Height (a), leaf length (b), leaf width (c), and leaf thickness (d) of aloe under different light qualities ratio treatment in 15 d.

由圖2(a)可知，不同光質(zhì)比處理下的株高的增長量分別為R∶B=7∶1組>R∶B=1∶1組>Red組>Blue組；由圖2(b)可知，葉長的增長量為R∶B=7∶1組>Red組>Blue組≈R∶B=1∶1組；由圖2(c)可以看出，除了R∶B=7∶1光處理下的蘆薈外，其余各組的蘆薈葉寬的增長量相差不大，有待進(jìn)一步驗(yàn)證；由圖2(d)可以看出，葉厚的增長量為R∶B=7∶1組>Blue組>Red組>R∶B=1∶1組。

3.2 LSD多重方差比較法顯著性分析

最小顯著差數(shù)(Least significant difference，LSD)是均差達(dá)到差異顯著水平的臨界值。當(dāng)均差大于或等于該臨界值時(shí)，為差異顯著；小于該臨界值時(shí)，則為差異不顯著。最小顯著差數(shù)通常是在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后統(tǒng)計(jì)分析出來的[18]?；蛘咴偻ㄟ^查表得到t分布雙尾概率，再用計(jì)算出的概率與顯著水平比較，如果大于顯著水平α，則說明這兩個(gè)水平間顯著差異不明顯；如果小于顯著水平α，則說明這兩個(gè)水平之間顯著差異[19]。

(1)

(2)

本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用單因素方差分析，用1、2、3和4來代表紅光組、藍(lán)光組、紅藍(lán)1∶1組和紅藍(lán)7∶1組，基于SPSS軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分別進(jìn)行LSD方差多重比較顯著性分析，得到各數(shù)據(jù)的顯著性概率，以此來獲取本實(shí)驗(yàn)最合適的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后，可得到表1和表2。由表1 可以看出各組水平之間的顯著性概率都大于0.05，即組間的差異性不顯著，也即是不同光質(zhì)配比處理下的蘆薈株高和葉長的增長量差異不顯著。但是從均值來看，4代表的紅藍(lán)7∶1組最大，所以在表1中我們還是將增長量均值最大的紅藍(lán)7∶1組作為最佳組。由表2葉寬數(shù)據(jù)可知，只有水平4與其他水平的顯著性概率小于0.05，即水平4與其他水平差異顯著；而且水平4的增長量均值最大，即紅藍(lán)7∶1處理下的蘆薈葉寬增長量相對(duì)于其他光處理增長量差異最顯著。而由表2葉厚數(shù)據(jù)可知，水平4只相對(duì)于水平3差異顯著，即紅藍(lán)7∶1處理下的蘆薈葉厚增長量效果比紅藍(lán)1∶1處理下的要好，而且差異很大。而且，水平4的蘆薈葉厚增長量均值為最大。所以我們?nèi)赃x取4為最佳組。綜上，水平4(即R∶B=7∶1)為本實(shí)驗(yàn)的最佳光質(zhì)配比。

表1 LSD處理下的株高、葉長均值差值和顯著性

表2 LSD處理下的葉寬、葉厚均值差值和顯著性

*以上表格均值差的顯著性水平為 0.05。

4 結(jié) 論

在單色光質(zhì)中，紅光(Red)能促進(jìn)蘆薈葉片的伸長，藍(lán)光(Blue)有利于促進(jìn)蘆薈葉片厚度的增加。從復(fù)合光質(zhì)的角度來看，選取合適的紅藍(lán)光質(zhì)配比對(duì)蘆薈的生長影響很大，需要選取合適的比例，即紅光比例要多于藍(lán)光。紅藍(lán)(R∶B=7∶1)復(fù)合光色配比處理下的蘆薈的各項(xiàng)指標(biāo)增長量最大，對(duì)蘆薈生長影響最大。不同的光質(zhì)通過觸發(fā)植物不同的光受體，來影響植物的光合特性、生長發(fā)育等，而蘆薈的生長發(fā)育的過程與光質(zhì)比沒有嚴(yán)格的函數(shù)關(guān)系，所以研究不同補(bǔ)光光質(zhì)比對(duì)蘆薈生長的影響是相對(duì)復(fù)雜漫長而又繁瑣的過程。本實(shí)驗(yàn)得到的利于蘆薈生長的紅藍(lán)(R∶B=7∶1)復(fù)合光色配比也只是相對(duì)較好的一種，是為促進(jìn)蘆薈補(bǔ)光栽培技術(shù)所提供的技術(shù)理論依據(jù)，今后尚需進(jìn)一步完善以達(dá)到更適合蘆薈的生長發(fā)育所需要的補(bǔ)光光質(zhì)配比。

[1] 潘瑞熾,王小菁,李娘輝. 植物生理學(xué) [M]. 第7版. 北京: 高等教育出版社, 2012. PAN R C, WANG X J, LI N H.PlantPhysiology[M]. 7th ed. Beijing: Higher Education Press, 2012. (in Chinese)

[2] 劉賢德,馬為民,沈允鋼. 植物光合機(jī)構(gòu)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換 [J]. 植物生理與分子生物學(xué)學(xué)報(bào), 2006, 32(2):127-132. LIU X D, MA W M, SHEN Y G. State transition of the photosynthetic apparatus in plant [J].J.PlantPhysiol.Mol.Biol., 2006, 32(2):127-132. (in Chinese)

[3] 楊其長. LED在農(nóng)業(yè)與生物產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用與前景展望 [J]. 中國農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報(bào), 2008, 10(6):42-47. YANG Q C. Application and prospect of light-emitting diode (LED) in agriculture and bio-industry [J].J.Agric.Sci.Technol., 2008, 10(6):42-47. (in Chinese)

[4] 楊其長,張成波. 植物工廠概論 [M]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社, 2005. YANG Q C, Zhang C B.AnIntroductiontoPlantFactory[M]. Beijing: Chinese Agricultural Science and Technology Press, 2005. (in Chinese)

[5] BULA R J, MORROW R C, TIBBITTS T W,etal.. Light-emitting diodes as a radiation source for plants [J].HortScience, 1991, 26(2):203-205.

[6] 毛金柱,邱權(quán),張芳,等. LED光源下不同光照時(shí)間對(duì)生菜生長的影響 [J]. 農(nóng)機(jī)化研究, 2014(3):141-145. MAO J Z, QIU Q, ZHANG F,etal.. Effects of different light durations on the growth of lettuce(Lactuca sativa L.) in LED light source [J].J.Agric.Mechaniz.Res., 2014(3):141-145. (in Chinese)

[7] 周華,劉淑娟,王碧琴,等. 不同波長LED光源對(duì)生菜生長和品質(zhì)的影響 [J]. 江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2015, 31(2):429-433. ZHOU H, LIU S J, WANG B Q,etal.. Growth and quality of lettuce exposed to LED lighting with different wavelengths [J].JiangsuJ.Agric.Sci., 2015, 31(2):429-433. (in Chinese)

[8] SCHUERGER A C, BROWN C S, STRYJEWSKIC,etal.. Anatomical features of pepper plants (CapsicumannuumL.) grown under red light-emitting diodes supplemented with blue or far-red light [J].Ann.Bot., 1997, 79(3):273-282.

[9] 吳根良,鄭積榮,李許可. 不同LED光源對(duì)設(shè)施越冬辣椒果實(shí)品質(zhì)和產(chǎn)量的影響 [J]. 浙江農(nóng)林大學(xué)學(xué)報(bào), 2014, 31(2):246-253. WU G L, ZHENG J R, LI X K. Effect of different LED sources on the quality and yield of overwintering pepper in the greenhouse [J].J.ZhejiangAFUniv. 2014, 31(2):246-253. (in Chinese)

[10] 張喜娟,來永才,孟英,等. 紅藍(lán)光源LED在水稻立體化育秧模式中的應(yīng)用研究 [J]. 作物雜志, 2014(5):122-128. ZHANG X J, LAI Y C, MENG Y,etal.. The application of red and blue LED light source in tridimensional rice seedlings mode [J].Crops, 2014(5):122-128. (in Chinese).

[11] 陳祥偉,劉世琦,劉慶,等. 不同LED光源對(duì)小白菜生長及光合特性的影響 [J]. 北方園藝, 2013(22):1-4. CHEN X W, LIU S Q, LIU Q,etal.. Effects of different light qualities on growth and photosynthetic characteristics of pakchoi [J].NorthernHortic., 2013(22):1-4. (in Chinese)

[12] 尚文倩,王政,侯甲男,等. 不同紅藍(lán)光質(zhì)比LED光源對(duì)鐵皮石斛試管苗生長的影響 [J]. 西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2013, 41(5):155-159. SHANG W Q, WANG Z, HOU J N,etal.. Effects of light emitting diode (LED)with different red/blue quality ratios on the growth of dendrobium officinale plantletsinvitro[J].J.NorthwestAFUniv.(Nat.Sci.Ed.), 2013, 41(5):155-159. (in Chinese)

[13] 劉慶,連海峰,劉世琦,等. 不同光質(zhì)LED光源對(duì)草莓光合特性、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響 [J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2015, 26(6):1743-1750. LIU Q, LIAN H F, LIU S Q,etal.. Effects of different LED light qualities on photosynthetic characteristics, fruit production and quality of strawberry [J].Chin.J.Appl.Ecol., 2015, 26(6):1743-1750. (in Chinese)

[14] 李天東,羅英,韓文君. 蘆薈的藥理作用及其應(yīng)用研究進(jìn)展 [J]. 中國現(xiàn)代醫(yī)學(xué)雜志, 2007, 17(23):2881-2886. LI T D, LUO Y, HAN W J. Development in the research of the pharmacological action of aloe and its application [J].ChinaJ.ModernMed., 2007, 17(23):2881-2886. (in Chinese)

[15] 司德昭. 蘆薈的種植技術(shù) [J]. 基層農(nóng)技推廣, 2013, 1(6):71-73. SI D Z. Aloe cultivation technology [J].Grass-rootsAgric.Technol.Extens., 2013, 1(6):71-73. (in Chinese)

[16] MORGAN G A, LEECH N L, GLOECKNER G W,etal..SPSSforIntroductoryStatistics:UseandInterpretation[M]. 2nd ed. Mahwah, NJ: Lawrence Erlbaum Associates, 2004.

[17] 高忠江,施樹良,李鈺. SPSS方差分析在生物統(tǒng)計(jì)的應(yīng)用 [J]. 現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)進(jìn)展, 2008, 8(11):2116-2120. GAO Z J, SHI S L, LI Y. Application of SPSS in ANOVA of biological statistics [J].Prog.ModernBiomed., 2008, 8(11):2116-2120. (in Chinese)

[18] 王平,霍啟光. 以最小顯著差數(shù)為依據(jù)確定實(shí)驗(yàn)規(guī)模的方法 [J]. 北京農(nóng)學(xué)院學(xué)報(bào), 1998, 13(2):49-54. WANG P, HUO Q G. Taking take LSD as basis to determine the trail scale [J].J.BeijingUniv.Agric., 1998, 13(2):49-54. (in Chinese)

[19] 杜英秋. 對(duì)田間實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理方法—格拉布斯準(zhǔn)則和應(yīng)用Excel進(jìn)行方差分析、多重比較(LSD) [J]. 中國西部科技, 2009, 8(4):23-25. DU Y Q. Statistical methods for agricultural experimental data-grubbs test and variance analysis and multiple comparison (LSD) by excel [J].Sci.Technol.WestChina, 2009, 8(4):23-25. (in Chinese)

LSD Analysis Based on Multiple LED Light Quality Ratio on Growth of Aloe

FU Min1,2, WEN Shang-sheng1,2*, CHEN Hao-wei2, MA Bing-xu2

(1.StateKeyLaboratoryofLuminescenceMaterialsandDevices,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510640，China;2.SchoolofMaterialsScienceandEngineering,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510640，China)
*CorrespondingAuthor,E-mail:shshwen@scut.edu.cn

Red, blue, R∶B=1∶1, R∶B=7∶1 total 4 different light quality of LED plant lights were set as supplement light sources for potted aloe, and the influence of different light quality on the growth of aloe was researched using the indoor natural light as the blank control group. SPSS software was used for LSD multiple analysis of variance of the data. The results show that the red light source can promote aloe leaf elongation, the blue light source can promote the aloe leaf thickening, and the composite optical quality R∶B=7∶1 is the optimum light quality ratio with the best aloe growth effect.

light-emitting diode; plant light supplement lamp; agricultural lighting; light quality ratio; least significant difference

符民(1993-)，男，湖南常德人，碩士研究生，2015年于安徽大學(xué)獲得學(xué)士學(xué)位，主要從事LED農(nóng)業(yè)照明方面的研究。

E-mail： fmscut@163.com

文尚勝(1964-)，男，湖北黃岡人，博士，教授，2001年于華南師范大學(xué)獲得博士學(xué)位，主要從事有機(jī)及無機(jī)半導(dǎo)體材料與器件方面的研究。

E-mail： shshwen@scut.edu.cn

1000-7032(2016)03-0366-06

2015-11-16；

2015-12-20

廣州市科技計(jì)劃(2013J4300021)資助項(xiàng)目

S567.2

A

10.3788/fgxb20163703.0366