影響芹菜產(chǎn)量和品質(zhì)的有效光質(zhì)研究

范柯程　張新梅

摘要[目的]研究影響芹菜產(chǎn)量和品質(zhì)的有效光質(zhì)。[方法]以芹菜（Apium graveolens L.）為材料，在快速生長期用透光率相近的紅、藍有色薄膜分別對其進行全程遮光處理，或與自然光交替處理35 d，研究實際生產(chǎn)條件下，光質(zhì)對芹菜生長和有效成分積累的影響，并分析了最終的產(chǎn)量和經(jīng)濟收益。[結(jié)果]與自然光處理（CK）相比，全程紅膜處理（T1）促進了芹菜的伸長生長，但不利于葉綠素和黃酮的積累，全程藍膜處理（T3）提高了葉綠素和黃酮含量，但抑制了芹菜的生長和黃酮總產(chǎn)量的提高，全程覆有色薄膜的2個處理芹菜纖維素含量均有改善，但整體產(chǎn)量和品質(zhì)均下降，經(jīng)濟收益減少。紅膜與自然光交替處理（T2）促進了芹菜的伸長生長、橫向生長以及葉芽分化，同時改善了纖維素水平，提高了黃酮的產(chǎn)量，最終提升了芹菜的產(chǎn)量和品質(zhì)，經(jīng)濟收益增加；藍膜與自然光交替處理（T4）各項指標(biāo)與CK相當(dāng)。[結(jié)論]各色薄膜與自然光交替處理效果好于全程遮蓋有色膜處理。

關(guān)鍵詞芹菜；有色薄膜；光質(zhì)；有效成分；經(jīng)濟效益

中圖分類號S636.3文獻標(biāo)識碼

A文章編號0517-6611（2017）20-0056-04

Abstract[Objective]To study the effective light quality on yield and character of Apium graveolens L..[Method]The A.graveolens L. was cultured with colored films of similar transmittance for 35 d，adding or without adding alternating nature light.We studied the effects of light quality on the A.gravedens L. growth and the accumulation of effective components in shoots or leaves of Apium graveolens L..The yield and economic income in A.graveolens L. production were also calculated.[Result]Compared with the nature light（CK），the A.graveolens L. treated with red film （T1） had a better elongation growth rate but do harm to the chlorophyll and flavone accumulation，while blue film treatment （T3） increased the content of chlorophyll and flavonoids，but inhibited A.graveolens L. growth and total flavonoids production. Both of these two treatments decreased the yield and economic income of A.graveolens L. production. Red film alternating with nature light promoted the elongation growth，lateral growth and bud differentiation，and also improved the cellulose level，increased the flavonoids production in A.graveolens L. which ultimately improved yield and quality of A.graveolens L.，brought better economic benefits than control. The treatment of blue film alternating with nature light （T4） had the same effects on A.graveolens L. compared with the control.[Conclusion]The effect of colored film alternating with nature light is better than the whole color film processing.

Key wordsApium graveolens L.；Colored film；Light quality；Active ingredients；Economic benefits

光是植物生命活動的能量來源，也是影響植物生長發(fā)育的重要環(huán)境因子之一，光質(zhì)對植物的生長發(fā)育、形態(tài)建成、光合作用、物質(zhì)代謝以及基因表達有廣泛的調(diào)節(jié)作用，對產(chǎn)量和品質(zhì)有重要影響[1]。通過人工光源技術(shù)，調(diào)制利于植物特征生長的光譜，改變植物的生長規(guī)律，對提高產(chǎn)量和品質(zhì)，加快現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義[2]。由于研究和生產(chǎn)上難以獲得具有特定波長的單純光質(zhì)，人們通過使用不同顏色的有色薄膜來獲得不同的光質(zhì)環(huán)境，以進行植物生長或次生代謝物的研究，或是強化植物的特征生長，獲得所需品質(zhì)的農(nóng)產(chǎn)品[3]。

芹菜（Apium graveolens L.）為傘形花科（Umbelliferae）一年生或多年生草本植物，分布于全球溫帶地區(qū)，是我國設(shè)施栽培的主要綠葉蔬菜之一。芹菜中含有芹菜素等黃酮類化合物、揮發(fā)油、丁基苯酞類、氨基酸、不飽和脂肪酸、膳食纖維等活性物質(zhì)，具有抗菌殺蟲、鎮(zhèn)靜止痛、抗氧化和抗腫瘤等功效[4]。近年來，利用LED光源，關(guān)于光質(zhì)對芹菜生長發(fā)育、光合作用、碳氮代謝以及有效成分積累影響的研究報道較多。寧宇等[5]以紅、藍LED光源處理芹菜發(fā)現(xiàn)，增加紅光比例可促進芹菜的碳同化、轉(zhuǎn)化及氮的吸收，加速物質(zhì)積累；增加藍光比例可使芹菜氮代謝增強、碳的積累代謝下降。高波[6]研究表明，紅藍光配比為3∶1時光照能夠有效促進芹菜株高生長、干物質(zhì)及有效成分的積累。然而有關(guān)生產(chǎn)上利用有色膜調(diào)控芹菜生長和生理特性的研究較少。將紅、藍薄膜與自然光以不同方式搭配對芹菜進行培養(yǎng)，以期獲得提高芹菜生物量和品質(zhì)的適宜光質(zhì)條件，為生產(chǎn)上通過栽培和生態(tài)措施改變光質(zhì)比例，調(diào)節(jié)碳氮代謝，改善芹菜品質(zhì)，突顯風(fēng)格特色提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗地概況與供試材料

試驗于2016年6—9月在農(nóng)業(yè)部植物營養(yǎng)與新型肥料創(chuàng)制重點實驗室智能溫室內(nèi)進行，土壤類型為棕壤。供試土壤基本理化性狀為pH 5.2，有機質(zhì)3.4 g/kg、堿解氮75.5 mg/kg、有效磷37.4 mg/kg、速效鉀36.8 mg/kg。

供試芹菜品種為‘文圖拉西芹。所用光膜購于濟南永發(fā)塑料廠，紅膜（R）（波長620～780 nm，波峰662 nm，透光率83.7%），藍膜（B）（波長400～450 nm，波峰420 nm，透光率86.1%），膜厚度均為30 μm。

1.2試驗設(shè)計

試驗于2016年6月下旬開始，翻耕整地，施底肥，開溝做畦后，澆透水，選取長勢一致、第4片真葉展平后的芹菜幼苗定植于畦內(nèi)，栽培密度為7 cm×7 cm。2016年8月上旬，開始對芹菜幼苗進行不同光照處理。試驗以與太陽光透光率相近的紅、藍色薄膜得到不同光質(zhì)，共設(shè)5個處理：全程紅膜（T1）、紅膜與自然光交替（各1 d，T2）、全程藍膜（T3）、藍膜與自然光交替（各1 d，T4）、自然光（CK），共處理35 d。每處理10株，重復(fù)3次，各處理小區(qū)面積為1.5 m×1.0 m，隨機區(qū)組排列，后期統(tǒng)一定量澆水、沖施（18-18-18）水溶肥，小區(qū)其他管理措施按照單一差異原則保持一致。

將各色濾膜覆蓋于PVC管（直徑1.5 cm）做成的支架上，支架150 cm×100 cm×150 cm。將覆膜的PVC支架罩在各處理小區(qū)的地塊上，各處理間隔1 m。處理時間35 d，試驗期間，調(diào)節(jié)支架高度使膜下光強保持一致。

1.3測定指標(biāo)及方法

1.3.1生長和產(chǎn)量的測定。2016年9月中旬，對所有處理的芹菜進行分區(qū)收割，測定株高、莖粗、葉柄數(shù)、單株重及小區(qū)產(chǎn)量。其中，株高是葉柄基部至最高處的高度（cm），用刻度尺直接測量；莖粗為葉柄基部的莖粗度（cm），用游標(biāo)卡尺測量。

1.3.2葉綠素含量的測定。每處理選取長勢均一的4株植株，以SPAD-502葉綠素儀讀取3個全展葉片的葉綠素含量，測定時避開葉片中部，將3個讀數(shù)的平均值作為這個葉片的SPAD值。

1.3.3纖維素含量及黃酮總含量的測定。每處理選取長勢均一的4株植株地上部為1個重復(fù)（稱重并記錄），共3個重復(fù)，將每個重復(fù)植株莖除去后橫切混勻，四分法取1/2，稱重并記錄4株葉和葉柄混合的樣品，分別裝入編號的自封袋中密封，保存在-20 ℃的冰箱中備用，用于測定纖維素含量及黃酮總含量。纖維素含量的測定采用蒽酮比色法[7]。黃酮總含量的測定采用分光光度計法[8]。

1.3.4經(jīng)濟收益的計算。

根據(jù)各處理的理論產(chǎn)量，計算各處理的毛收益，去除各種成本后，計算出各處理芹菜的經(jīng)濟收益。

1.4數(shù)據(jù)分析采用Microsoft Excel 2016 軟件對數(shù)據(jù)進行處理，采用SPSS 17.0 統(tǒng)計分析軟件對試驗數(shù)據(jù)進行LSD差異顯著性分析。

2結(jié)果與分析

2.1不同光質(zhì)處理對芹菜生長及產(chǎn)量的影響

株高是反映植株生長勢強弱的重要指標(biāo)。由表1可知，快速生長期全程以紅膜處理（T1）的植株顯著高于CK，紅膜、藍膜分別與自然光交替處理（T2和T4）的植株株高同CK相當(dāng)，而全程以藍膜處理（T3）的植株株高顯著低于CK。該試驗結(jié)果表明，紅光促進植株的伸長生長，藍光抑制伸長生長，這與杜建芳等[9]、劉媛等[10]、高波[6]的研究結(jié)果一致。有研究認為，過氧化物酶（POD）具有某些吲哚乙酸（IAA）氧化酶的功能，紅光會導(dǎo)致POD活性降低，從而引起莖的伸長[11]；植株高度和節(jié)間長度的增加與遠紅光∶紅光之比有關(guān)，遠紅光∶紅光比值增加有助于提高植物體內(nèi)赤霉素（GA）的含量，從而增加節(jié)間長度和植株高度[12]。而植株伸長生長受到藍光抑制，其原因可能與藍光提高吲哚乙酸氧化酶活性，降低植株體內(nèi)生長素（IAA）水平，進而影響植物的生長有關(guān)[13-14]。

藍膜與自然光交替處理（T4）的植株莖最粗，自然光處理（CK）、紅膜與自然光交替處理（T2）、全程紅膜處理（T1）次之，全程藍膜處理（T3）的莖最細，其中，藍膜與自然光交替處理（T4）與全程藍膜處理（T3）相比，莖粗顯著增加，表明過多的藍光抑制植株的橫向生長，適當(dāng)增加藍光比例有利于促進橫向生長。這與吳衍材[15]、高波[6]的結(jié)論一致。

紅膜與自然光交替處理（T2）的芹菜葉柄數(shù)最多，但與自然光處理（CK）、藍膜與自然光交替處理（T4）的差異不大，三者顯著高于全程紅膜（T1）和全程藍膜（T3）處理。由于葉芽的萌動和發(fā)育涉及植物內(nèi)源激素、養(yǎng)分運輸和吸收、碳水化合物分解等諸多因素，具體原因尚不清楚，需要進一步研究。

單株重以紅膜與自然光交替處理（T2）的芹菜為最高，自然光處理（CK）、藍膜與自然光交替處理（T4）的單株重次之，紅膜、藍膜分別與自然光交替處理（T2和T4）的單株重與CK差異不顯著，全程紅膜處理（T1）單株重顯著降低，所有處理中，全程藍膜處理（T3）的單株重最低。寧宇等[5]和高波[6]的研究結(jié)果表明，過多的藍光抑制了葉柄的伸長生長和橫向生長，而對葉柄分化的影響較小，最終導(dǎo)致單株地上部產(chǎn)量顯著降低。

從小區(qū)產(chǎn)量和單位面積產(chǎn)量（表2）來看，趨勢與單株重相同，紅膜與自然光交替處理（T2）的芹菜最高，產(chǎn)量12.606 4萬kg/hm2，與自然光處理（CK）產(chǎn)量11.652 6萬kg/hm2相比，提高了8.19%。藍膜與自然光交替處理（T4）、全程紅膜處理（T1）、全程藍膜處理（T3）的小區(qū)產(chǎn)量和單位面積產(chǎn)量均低于CK。該研究中，藍光顯著抑制芹菜產(chǎn)量的增加，這與寧宇等[5]在芹菜上的試驗結(jié)果一致，卻與常濤濤[16]在番茄上的研究結(jié)果相反，可見，同一光譜對不同植物產(chǎn)量的影響是不同的。

2.2不同光質(zhì)處理對芹菜葉綠素含量和有效成分積累的影響

葉綠素是光合作用中光傳導(dǎo)途徑和光反應(yīng)中心的重要結(jié)構(gòu)成分，體現(xiàn)了植物對光能的利用和調(diào)節(jié)能力，是評價植物生長發(fā)育的一項基本指標(biāo)[17]。許多研究表明，藍光控制葉綠體的發(fā)育、葉綠素的形成及光形態(tài)建成[18-19]。史宏志等[18]以紅藍光處理煙草，發(fā)現(xiàn)增加藍光比例可使煙草葉片葉綠素含量增加，而增加紅光比例可降低葉綠素含量。田發(fā)明[19]研究表明，藍膜覆蓋的甜椒葉片葉綠素含量高于對照（白膜）和紅膜處理。該試驗中，全程藍膜處理（T4）的葉綠素含量顯著高于其他處理，且差異顯著；全程紅膜處理（T1）的葉綠素含量顯著低于其他處理，其他處理間差異不大。這可能是因為藍膜下的光質(zhì)為光合色素對光吸收的主要區(qū)間。

纖維素不能被人體吸收，但有助于消化，芹菜是高纖維植物，但纖維含量過高，芹菜口感會變差。該試驗結(jié)果表明，在快速生長期，紅膜、藍膜分別與自然光交替處理（T2和T4）的芹菜纖維素含量低于自然光處理（CK），但差異不顯著；全程以紅膜或藍膜處理（T1和T3）能夠顯著降低芹菜纖維素含量，而藍膜處理（T3）的植株纖維素含量降低幅度更大。高波[6]研究發(fā)現(xiàn)，與白色LED燈光處理相比，紅藍光復(fù)合光有效促進芹菜組織纖維素的減少，且纖維素含量與紅藍光比例呈正相關(guān)，紅藍光比例越大，纖維素含量越高。這可能與藍光不利于碳水化合物的形成與積累有關(guān)，而纖維素是由碳水化合物衍生的，所以使得纖維素的積累受阻[5，18]。

黃酮類化合物是植物天然活性產(chǎn)物，是一類供氫型自由基清除劑，在植物生長發(fā)育和逆境脅迫過程中起重要作用，同時具有很高的藥用價值，是芹菜的有效藥用成分[4，16]。多項研究認為，長波段的光（如紅光）不利于黃酮積累而有利于植株生長，短波段的光（如藍光）不利于植株生長但有利于黃酮積累[20-21]。該研究結(jié)果表明，各處理芹菜總黃酮含量由高到低依次為全程藍膜處理（T3）、藍膜與自然光交替處理（T4）、自然光處理（CK）、紅膜與自然光交替處理（T2）、全程紅膜處理（T1），總黃酮含量分別為1 521.88、1 427.42、1 397.55、1 366.91、1 275.37 mg/kg。分析認為，藍光抑制黃酮積累可能是由于藍光抑制了黃酮合成的關(guān)鍵酶——苯丙氨酸解氨酶（PAL）的活性[20-21]。根據(jù)總黃酮含量，結(jié)合單株重，計算出不同光質(zhì)處理下黃酮產(chǎn)量，依次為紅膜與自然光交替處理（T2）、藍膜與自然光交替處理（T4）、自然光處理（CK）、全程藍膜處理（T3）、全程紅膜處理（T1），黃酮分別為0.861、0.813、0.811、0.654、0.650 g/株。結(jié)果表明，盡管紅光抑制了芹菜植株黃酮的積累，但是紅光與自然光交替處理（T2）下植株產(chǎn)量的優(yōu)勢提高了整株植株黃酮的總產(chǎn)量。

2.3不同光質(zhì)處理對芹菜生產(chǎn)經(jīng)濟效益的影響

所有處理中，紅膜與自然光交替處理（T2）的芹菜葉柄數(shù)最多，單株重最大，產(chǎn)量最高，纖維素含量較低，黃酮總含量最高，品質(zhì)最好，可以按照2.5元/kg的最高價格計算，經(jīng)濟收益達27.016 0萬元/hm2，為所有處理中最高，較自然光處理（CK）增收5.210 9萬元/hm2，增收率達23.90%（表4）。全程紅膜處理（T1）葉綠素和黃酮含量最低，外觀和內(nèi)在品質(zhì)較差，根據(jù)市場行情，以最低價格1.5元/kg計算，收益最低，為10.887 8萬元/hm2，較CK相比，收益減少10.917 3萬元/hm2，收益下降50.07%。

全程藍膜處理（T3）的芹菜葉柄數(shù)、單株重以及產(chǎn)量在各處理中最低，但有效成分黃酮的積累量以及葉綠素含量較高，品質(zhì)較好，而藍膜與自然光交替處理（T4）的芹菜產(chǎn)量略低于CK，品質(zhì)相差不大，兩者價格與CK相當(dāng)，經(jīng)濟收益分別較CK下降9.029 7萬元/hm2和3.386 8萬元/hm2，降幅分別為41.41%和15.53%。

3結(jié)論與討論

（1）不同光質(zhì)對芹菜的形態(tài)建成、產(chǎn)量以及有效成分的累積有顯著影響。全程紅膜處理（T1）極大地促進了芹菜的伸長生長，但莖粗和葉柄數(shù)較低，因而單株重顯著低于自然光處理（CK），造成產(chǎn)量較CK下降11.96%。T1處理葉綠素含量最低，雖然纖維素含量有所改善，但黃酮累積量低于其他處理，因此價格最低。由于產(chǎn)量較低的緣故，T1處理最終收益較CK下降50.07%，為各處理中最低。

紅膜與自然光交替處理（T2）極大地提高了芹菜的葉柄數(shù)、單株重、產(chǎn)量以及黃酮總產(chǎn)量，表現(xiàn)出良好的生長趨勢、產(chǎn)能趨勢和品質(zhì)提升趨勢，最終收益較CK提高23.90%，在試驗中是唯一能夠提高芹菜產(chǎn)量和經(jīng)濟收益的處理。

全程藍膜處理（T3）抑制了芹菜的伸長生長、橫向生長和葉芽發(fā)育，造成單株重和產(chǎn)量顯著低于各處理。盡管T3葉綠素和黃酮含量最高，也有效改善了纖維素的水平，但較低的單株產(chǎn)量造成黃酮產(chǎn)量偏低，價格也不高，最終收益較CK大幅下降，達41.41%。

藍膜與自然光交替處理（T4）的芹菜長勢、產(chǎn)量和品質(zhì)各項特征與自然光處理（CK）基本相當(dāng)，收益與CK處于同一個水平。

綜合來看，各色薄膜與自然光交替處理效果好于全程遮蓋有色膜的處理，其中，紅膜與自然光交替處理（T2）的多項指標(biāo)優(yōu)于其他處理，對芹菜生長、產(chǎn)量和品質(zhì)提高有極大的促進作用，生產(chǎn)中有效增加了經(jīng)濟收益。在芹菜生產(chǎn)的實際應(yīng)用中，應(yīng)考慮紅膜與自然光搭配應(yīng)用，在充分利用自然光的前提下，調(diào)節(jié)紅膜與自然光交替的時間比例和時間選擇，有助于提高芹菜的產(chǎn)量和品質(zhì)，最終獲得較好的經(jīng)濟收益。

（2）該研究中，光質(zhì)調(diào)控薄膜對植物的生長發(fā)育和產(chǎn)量形成起到了一定的調(diào)節(jié)作用，并能夠有效改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)。研究表明，光質(zhì)調(diào)控薄膜在不同作物上得出的結(jié)果不盡一致，一方面可能是由于光質(zhì)調(diào)控薄膜染色的深淺以及加工工藝缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致透過的光譜不同；另一方面，不同作物對光質(zhì)的需求不同，也會使研究結(jié)果不一致[22]。此外，在光質(zhì)調(diào)控薄膜的應(yīng)用中應(yīng)注意其所含有的化學(xué)色素降低了薄膜的透光率，導(dǎo)致植物干物質(zhì)生產(chǎn)量下降[12] 。為了克服以上缺點，有效控制不同作物生長發(fā)育的專用光質(zhì)調(diào)控薄膜正在系統(tǒng)研發(fā)中，其實際應(yīng)用在美、日、以色列等國積極開展，而光質(zhì)調(diào)控薄膜與太陽能搭配充分利用自然能源的試驗研究也在逐步展開。隨著人們對高品質(zhì)蔬菜的需求日益增加和設(shè)施農(nóng)業(yè)的大力發(fā)展，適宜不同作物生長的光質(zhì)調(diào)控薄膜具有更加廣闊的應(yīng)用前景。

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