LED夜間補光對生菜形態(tài)特征和營養(yǎng)品質(zhì)的影響

陳 瑤，史盼盼，萬治成，陳 柵，趙 娜，高志奎，薛占軍

（河北農(nóng)業(yè)大學園藝學院，河北 保定 071000）

隨著市場需求和蔬菜產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，我國生菜的設(shè)施栽培面積逐年增加，與其相配套的無公害生產(chǎn)技術(shù)標準、綠色生產(chǎn)技術(shù)標準、有機生產(chǎn)技術(shù)標準也在不斷完善和優(yōu)化，保證了生菜產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)和安全生產(chǎn)；而且，通過露地、塑料拱棚、日光溫室和智能連棟溫室多種栽培措施的相互補充，保證了生菜的周年均衡供應(yīng)。但是，無論采用何種栽培設(shè)施，均會受到范圍大、程度重、持續(xù)時間長、發(fā)生頻率高的霧霾天氣的影響，導(dǎo)致設(shè)施內(nèi)光照強度顯著降低、光譜組分的有效性明顯減弱和光照時間大幅度縮短，嚴重影響設(shè)施生菜的栽培生產(chǎn)。

近些年，采用LED光質(zhì)對植物進行補光被認為是改善溫室內(nèi)光照條件最直接、最有效的辦法[1]。但是，由于硬件成本和能耗成本過高，生物學效應(yīng)不穩(wěn)定，致使LED補光技術(shù)的推廣應(yīng)用困難重重。為了擺脫這種困窘，研究人員將補光時段從白天轉(zhuǎn)向夜間，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，夜間進行弱光〔10 μmol/（m2·s）〕補光能促進生菜秧苗生長，使壯苗指數(shù)得到不同程度的提高[2，3]。一方面，可能與夜間呼吸釋放的CO2在弱光下再同化回收有關(guān)；另一方面可能與不同光質(zhì)調(diào)控物質(zhì)代謝有關(guān)。

針對設(shè)施蔬菜生產(chǎn)期間霧霾頻發(fā)導(dǎo)致寡照和白天弱光電照補光生物學效應(yīng)不穩(wěn)定的問題，以探索生菜新的光照模式為切入點，利用不同的LED光質(zhì)，采用光補償點附近的光強 〔10～15 μmol/（m2·s）〕，在夜間時段（18∶00～24∶00） 進行弱光補光處理，研究了不同LED光質(zhì)夜間補光對生菜秧苗生長、干物質(zhì)積累分配和營養(yǎng)品質(zhì)的影響，旨為探索設(shè)施蔬菜栽培高效節(jié)能補光新技術(shù)，提升設(shè)施蔬菜對霧霾寡照天氣的應(yīng)對能力，促進設(shè)施蔬菜生產(chǎn)從傳統(tǒng)型向現(xiàn)代型的轉(zhuǎn)變[4]。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

生菜品種為美國大速生。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設(shè)計 2016年在河北農(nóng)業(yè)大學東校區(qū)標本園日光溫室內(nèi)，將生菜種子均勻地撒播于事先翻耕好的平畦內(nèi)，覆土0.5～1.0 mm。待秧苗長至2葉1心時移栽到營養(yǎng)缽內(nèi)，1棵/缽，遮光緩苗1 d后，進行不同LED光質(zhì)的夜間補光處理。試驗LED光質(zhì)設(shè)藍光（B，波長442 nm）、綠光（G，波長520 nm） 和紅光（R，波長627 nm） 3個處理，補光時段為18∶00～24∶00，光源強度均為 10～15 μmol/（m2·s）；以夜間不補光處理為對照（CK）。每處理30缽，3次重復(fù)。白天光照為自然光，其他田間管理措施同常規(guī)。

1.2.2 測定項目與方法 生菜達到商品成熟（12～15片真葉）時，進行有關(guān)指標的測定。

1.2.2.1 形態(tài)指標。每處理隨機選取生菜5株，平鋪，用直尺測量株高（莖基部至生長最高點的長度）。然后，將根、莖、葉分離，用游標卡尺測量莖粗（莖基部的粗度），用直尺測量所有葉片的長和寬。計算單片葉面積（葉寬×葉長×0.83）。

1.2.2.2 鮮重和干重。每處理隨機選取生菜5株，將根、莖、葉分離，用蒸餾水沖洗干凈后再用吸水紙將表面水分吸干，分別稱量各器官的鮮重；隨后將鮮樣分裝于信封內(nèi)，置烘箱中105℃殺青15 min，80℃烘干至恒重，稱量干重。

1.2.2.3 營養(yǎng)品質(zhì)。隨機選取生菜3株，將倒數(shù)第3片葉剪碎后混勻，采用苯酚法測定可溶性糖含量，采用水合茚三酮法測定游離氨基酸含量，采用2，6-二氯酚靛法測定Vc含量。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析 利用DPS和Excel軟件進行數(shù)據(jù)分析，采用LSD法進行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 LED夜間補光對生菜形態(tài)指標的影響

不同的LED光質(zhì)處理均可提高生菜的葉片數(shù)、葉寬、莖粗和單片葉面積，但僅對葉片數(shù)影響顯著（表1）。藍光處理的葉片數(shù)最多，綠光處理次之，二者差異不顯著，但均顯著＞CK；而紅光處理的葉片數(shù)與CK差異不顯著。表明采用藍光、紅光和綠光進行夜間補光均可促進生菜葉片數(shù)、葉寬、莖粗和葉面積的增加，其中藍光和綠光處理對葉片數(shù)增多效果明顯。

不同的LED光質(zhì)處理對生菜株高、葉長和莖長的影響不同，但與CK差異均未達到顯著水平。3種光質(zhì)處理的株高和葉長差異均不顯著，其中，藍光處理的指標值均＞CK，綠光處理的株高＜CK、葉長＞CK，紅光處理的指標值均＜CK；莖長差異達到了顯著水平，其中，藍光處理的指標值最大且顯著＞紅光處理，而綠光處理與其他光質(zhì)處理差異均不顯著。表明采用藍光進行夜間補光可促進生菜株高、葉長和莖長的生長；采用綠光進行夜間補光有利于促進葉長和莖長的生長，但對株高生長有所抑制；而采用紅光進行夜間補光對生菜株高、葉長和莖長的生長均表現(xiàn)為抑制效應(yīng)。

綜上分析可以看出，藍光處理對改善生菜形態(tài)指標效果最好，該處理下所有指標均高于對照，其中葉片數(shù)增加明顯；綠光處理次之，除對株高表現(xiàn)為不顯著的抑制效應(yīng)外，對其他形態(tài)指標均表現(xiàn)為促進效應(yīng)，其中對增加葉片數(shù)效果明顯。

表1 LED夜間補光對生菜形態(tài)指標的影響Table 1 Effect of LED fill light at night on the morphology indicators of lettuce

2.2 LED夜間補光對生菜鮮重和干重的影響

不同的LED光質(zhì)處理對根、葉和莖鮮重的影響不同，除藍光處理的莖鮮重顯著＞CK外，其他指標與CK差異均不顯著；最終，全株鮮重＞CK，但差異均不顯著（表2）。表明采用藍光、紅光和綠光進行夜間補光處理均可提高生菜的全株鮮重，但效果并不明顯。

表2 LED夜間補光對生菜鮮重和干重的影響Table 2 Effects of LED fill light at night on the dry and fresh weight of lettuce

不同的LED光質(zhì)處理對根、葉和莖干重的影響不同，其中，紅光和藍光處理的葉和莖干重均顯著＞CK，而綠光處理僅莖干重顯著＞CK；最終，紅光和藍光處理的全株干重顯著＞CK和綠光處理，而綠光處理與CK差異不顯著。表明采用藍光、紅光和綠光進行夜間補光處理均可提高生菜的全株干重，其中紅光和藍光處理效果明顯。

2.3 LED夜間補光對生菜營養(yǎng)品質(zhì)的影響

2.3.1 對生菜可溶性糖含量的影響 不同的LED光質(zhì)處理對生菜葉片可溶性糖含量的影響不同，且效果存在顯著差異（圖1）。其中，紅光處理的指標值最高，藍光處理次之，二者差異顯著，且均顯著＞CK和綠光處理；而綠光處理的指標值顯著＜CK。表明采用紅光和藍光進行夜間補光均可明顯提高生菜葉片的可溶性糖含量，其中紅光處理的效果明顯優(yōu)于藍光處理。不同的LED光質(zhì)夜間補光對生菜可溶性糖含量的影響不同，可能與不同光質(zhì)對植物體中碳水化合物的吸收、合成和轉(zhuǎn)運影響不同[6]有關(guān)。

圖1 LED夜間補光對生菜可溶性糖含量的影響Fig.1 Effect of LED fill light at night on the soluble sugar content of lettuce

2.3.2 對生菜氨基酸含量的影響 不同的LED光質(zhì)處理均可提高生菜葉片的氨基酸含量，但效果存在顯著差異（圖2）。其中，藍光處理的指標值最高，顯著＞CK和其他光質(zhì)處理；而其他2個光質(zhì)處理與CK差異均不顯著。表明采用藍光、紅光和綠光進行夜間補光均可提高生菜葉片的氨基酸含量，其中藍光處理效果明顯。

圖2 LED夜間補光對生菜氨基酸含量的影響Fig.2 Effect of LED fill light at night on the amino acids content of lettuce

2.3.3 對生菜Vc含量的影響 不同的LED光質(zhì)處理對生菜葉片Vc含量的影響不同，且效果存在顯著差異（圖3）。其中，藍光處理的指標值最高，顯著＞CK和其他光質(zhì)處理；紅光處理的指標值＞CK，但差異不顯著；而綠光處理的指標值顯著＜CK。表明采用藍光和紅光進行夜間補光均可提高生菜葉片的Vc含量，其中藍光處理效果明顯。綠光處理的生菜Vc含量明顯較低，與鄭冬梅等[7]在櫻桃番茄上的研究結(jié)果相一致，可能是因為綠光照射影響了Vc合成和分解酶的活性。

圖3 LED夜間補光對生菜Vc含量的影響Fig.3 Effect of LED fill light at night on Vc content of lettuce

3 結(jié)論與討論

采用不同的LED光質(zhì)進行夜間補光，生菜生長和營養(yǎng)品質(zhì)均存在顯著差異。與不補光對照相比，藍光處理對改善生菜形態(tài)指標效果最好，該處理下生菜各形態(tài)指標（株高、葉片數(shù)、葉長、葉寬、莖長、莖粗和葉面積）均優(yōu)于對照，其中葉片數(shù)增多明顯；綠光處理次之，對株高除外的其他形態(tài)指標也均具有促進效應(yīng)，其中葉片數(shù)增多明顯；紅光處理效果最差，對株高、葉長和莖長具有抑制效應(yīng)，對其他形態(tài)指標均表現(xiàn)為促進效應(yīng)，但與CK效果差異均不顯著。光對植物體內(nèi)的激素具有一定的調(diào)節(jié)功能，董皓[8]研究表明，紅光可以減少植物體內(nèi)赤霉素的含量，從而縮短節(jié)間長度，降低株高。本研究結(jié)果支持了上述觀點。

與不補光對照相比，采用不同的LED光質(zhì)進行夜間補光均可提高生菜的全株鮮重和干重，其中，對鮮重影響效果不明顯，而紅光和藍光處理可以明顯提高生菜的全株干重。

研究表明，采用紅光和藍光連續(xù)照射對提高設(shè)施土培生菜營養(yǎng)品質(zhì)效果最佳[9]。不同的光照條件下，植物對碳水化合物的吸收不同，因此，可溶性糖含量存在差異[10]。植物在藍光下生長蛋白質(zhì)含量較高[11，12]，原因可能是藍光顯著促進了線粒體的暗呼吸，為氨基酸的合成提供了碳架，從而影響了氨基酸的含量[13，14]。本研究條件下，采用藍光和紅光進行夜間補光均可提高生菜葉片的可溶性糖、氨基酸和Vc含量，其中，紅光處理的可溶性糖含量最高，藍光處理次之，二者差異顯著且均顯著高于不補光對照；藍光處理的氨基酸和Vc含量最高，且均顯著高于不補光對照和其他光質(zhì)處理，而紅光處理與對照差異不顯著。綠光處理下葉片氨基酸含量雖較對照略有增加，但可溶性固形物和Vc含量明顯降低，生菜營養(yǎng)品質(zhì)未能得到提升。因此，在實際生產(chǎn)中建議采用藍光進行補光，能使生菜葉片的可溶性糖、氨基酸和Vc含量同時得到提高。

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