不同光譜LEDs對辣木幼苗生長及葉綠素含量的影響

陳婷 彭文 馮博 王白娟

摘要[目的]研究LED補光對辣木幼苗生長及葉片中葉綠素含量的影響。[方法]以印度改良辣木（Moringa oleifera PKM-1）為試驗材料，在相同外界環(huán)境下采用不同光譜條件的LEDs（Light Emitting Diodes）光源對辣木垂直補光，每組辣木補光12 h/d（8∶00—20∶00），測定不同補光處理下辣木幼苗的生長情況及其葉片中葉綠素含量。[結(jié)果]經(jīng)紅藍(lán)4∶1（4R1B）LEDs處理的辣木種子發(fā)芽率高于對照，經(jīng)過LEDs補光的3組辣木幼苗存活率均高于對照。LEDs補光處理的辣木幼苗株高、莖粗、全株干重、莖葉干重、總?cè)~綠素含量均優(yōu)于對照。其中光譜條件為全紅的LEDs對辣木幼苗生長的促進效果最為顯著，株高增加了120.66%，莖粗增加了52.11%，全株干重增加了52.35%，莖葉干重增加了33.57%，葉綠素總含量增加了19.28%。[結(jié)論]LED燈補光處理能顯著促進辣木幼苗的生長及其葉片中葉綠素的合成。

關(guān)鍵詞光譜；LED；辣木；生長；葉綠素

中圖分類號S123文獻標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2017）12-0025-03

Abstract[Objective] To study effects of different light emitting diode （LED） lightsupplement on seedlings growth and chlorophyll content in leaves of M.oleifera Lam. [Method] With the provenance of India Moringa seeds （M. oleifera PKM1）as raw materials，different spectral conditions LEDs was used to supply light with 12 h/d （8∶00-20∶00） for it under the same external environment，and seedling growth and chlorophyll content were measured in leaves of M.oleifera Lam under different lightsupplement treatment. [Result]M. oleifera Lam seeds germination rate by 4R1B LED treatment was higher than the control（CK），survival rate of three groups M. oleifera Lam seedlings after LEDs lightsupplement were higher than CK. Plant height， stem diameter， dry weight of whole plant， dry weight of stem and leaf， total chlorophyll content of M.oleifera Lam seedlings treated by LEDs lightsupplement were better than CK. Among of them ， the growth promoting effect was the most significant of it treated by all red LEDs，plant height increased by 120.66%，stem diameter increased by 52.11%，whole plant dry weight increased by 52.35%，dry weight of stem and leaf increased by 33.57%，total chlorophyll content increased by 19.28%. [Conclusion] LEDs lightsupplement treatment can significantly promote the synthesis of chlorophyll and leaf growth of M. oleifera Lam seedlings.

Key wordsSpectrum；Light emitting diode （LED）；Moringa oleifera Lam；Growth；Chlorophyll

辣木（Moringa oleifera Lam）又稱鼓槌樹（Drumstick tree）、馬蘿卜、不死樹、蘿卜樹等，屬于辣木科（Moringaceae）辣木屬（Moringa Adans）[1]落葉木本蔬菜、油料植物，因其根具有辛辣味，故得名辣木[2-5]。19世紀(jì)，辣木從印度引進我國臺灣種植，目前在云南、四川、廣東、廣西等省均有種植。我國引進栽培的食用辣木品種有印度傳統(tǒng)辣木（M.oleifera）、印度改良辣木（M.oleifera PKM-1）和非洲辣木（M. stenopetala）[6-7]。辣木的葉片、嫩莢、嫩芽、花朵、嫩莖和根均可食用，且含有豐富的礦物質(zhì)、維生素、藥理活性成分，具有較高的經(jīng)濟價值、醫(yī)學(xué)價值和觀賞工藝價值，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、保健等方面[8-11]。

光是植物光合作用的能源，也是植物某些生命活動的特征信號[12-13]。光合色素在紅光和藍(lán)光區(qū)有最大的光合作用效果[14]。大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為，紅藍(lán)復(fù)合光對植物的生長效應(yīng)明顯優(yōu)于單色光，且能有效促進植物生物量的積累，可作為植物生長的優(yōu)質(zhì)光源[15]。LED（Light Emitting Diode）具有光源體積小、光效高、無污染、壽命長、波長范圍窄、冷光源等特點，能夠與光合作用吸收峰值波長完全吻合，較傳統(tǒng)光源具有明顯優(yōu)勢。近年來，為了加強植物生長的光合作用，研究者利用不同光譜的LED給植物進行補光作用，從而滿足植物生長所需光照量，使得LED 光源在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域具有良好的發(fā)展前景[16]。

筆者采用LEDs光源發(fā)射的單色光譜紅光（660 nm）、藍(lán)光（450 nm）進行不同光質(zhì)配比組合，研究不同光質(zhì)對辣木幼苗生長和葉綠素含量的影響，以期促進辣木根莖葉的生長、葉綠素的合成（光合作用效果）及提高發(fā)芽率和存活率，為新型光源推廣應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗材料

供試材料為印度改良辣木（M.oleifera PKM-1），由云南農(nóng)業(yè)大學(xué)辣木種植基地提供。

主要儀器設(shè)備：722S型紫外分光光度計（上海菁華科技儀器有限公司），電子天平（北京賽多利斯天平有限公司）。

采用有晶創(chuàng)鑫科技有限公司生產(chǎn)的JCX-LED 50W防水植物補光LED。其采用高品質(zhì)LED光源和優(yōu)質(zhì)恒流驅(qū)動電源，具有壽命長、耗能低、高光效、發(fā)熱少、波長類型豐富、體積小等特點。其物理參數(shù)：

尺寸285 mm×235 mm×150 mm，功率50 W，輸入電壓AC 85～264 V，LED單顆集成50 W，工作電流300 mA，壽命50 000 h，工作頻率50/60 Hz，顏色紅/藍(lán)，工作環(huán)境-20～40 ℃，照射面積1.5 m2。以LED 白光（CK）作為對照，LED 光譜能量分布見表1。

1.2試驗方法

試驗于2016 年9月26日在云南農(nóng)業(yè)大學(xué)進行。辣木籽在35 ℃溫水中浸種6 h，然后置于種植盆中種植。光周期12 h/d，光照時間60 d。以LED 白光（CK）作為對照，LED 光處理：全紅（All Red）、全藍(lán)（All Blue）、紅藍(lán)4∶1（4R1B）（表1）。其中紅光主峰波長為660 nm，藍(lán)光主峰波長為450 nm。

1.3測定項目與方法

①發(fā)芽率及存活率：

從第一顆辣木籽發(fā)芽開始計數(shù)，直到無辣木籽發(fā)芽為止，記錄每組光照條件下的發(fā)芽顆數(shù)；

②株高、莖粗：

從種植30 d第1次測量后，每隔15 d利用游標(biāo)卡尺測量其株高和莖粗，取各株辣木幼苗株高和莖粗的平均值。

③全株干重、莖葉干重：

從種植30 d第1次測量后，每隔15 d利用北京賽多利斯天平有限公司的ISO 9001電子天平稱量全株干重和莖葉干重，取各株辣木幼苗全株干重和莖葉干重的平均值。

④葉片葉綠素：采集各參試材料的成熟無病蟲害葉片，用紗布擦凈葉片表面污物，避開主脈部分進行取樣。稱取1 g辣木幼苗葉片置于試管中并搗碎，加入5 mL 95%乙醇溶液，避光浸泡24 h，直至葉片材料完全失去綠色為準(zhǔn)，中間顛倒混合2 次，并過濾裝入比色皿中進行吸光度測定。以萃取液為空白對照。用722S可見光分光光度計在645 和663 nm 波長下比色，分別測定葉綠素提取液的吸光度。按照以下公式分別計算葉綠素a、葉綠素b 和總?cè)~綠素的含量：

葉綠素a 濃度（mg /L）：Ca=12.7A663-2.69A645；

葉綠素b濃度（mg /L）：Cb=22.9A645-4.68A663；

葉綠素總濃度（mg /L）：Ca+ b=Ca+Cb。

計算提取液中葉綠素濃度，換算為鮮葉葉綠素含量（mg/g）。

2結(jié)果與分析

2.1不同光譜對辣木種子發(fā)芽率及存活率的影響

由表2可知，4R1B處理的辣木種子發(fā)芽率達100.0%，比全紅或全藍(lán)及白光處理均高；經(jīng)過不同光譜LEDs處理的辣木籽存活率均為100.0%，均比對照組高。因此，可以推測不同光譜LEDs光源照射可以在一定程度上提高辣木籽的發(fā)芽率及其存活率。

2.2不同光譜對辣木幼苗株高和莖粗的影響

由表3可知，60 d時，經(jīng)過LEDs光源照射的3組辣木幼苗株高和莖粗比對照均有所增加。其中經(jīng)過紅光LEDs照射的辣木幼苗的株高和莖粗增加幅度最大，株高增幅為17.52 cm，增加了120.66%，莖粗增幅為1.48 cm，增加了52.11%。3組光譜處理中，對辣木幼苗株高和莖粗的促進程度由高到低依次為全紅、紅藍(lán)4∶1、全藍(lán)。

2.3不同光譜對辣木幼苗全株干重和莖葉干重的影響

由表4可知，60 d時，經(jīng)過LEDs光源照射的3組辣木幼苗的全株干重、莖葉干重比對照均有所增加。其中經(jīng)過紅光LEDs照射的辣木幼苗其全株干重、莖葉干重增加幅度最大，全株干重增幅為1.18 g，增加了52.35%，莖葉干重增幅為0.62 g，增加了33.57%。3組光譜處理中，對辣木幼苗全株干重、莖葉干重的促進程度由高到低依次為全紅、紅藍(lán)4∶1、全藍(lán)。

2.4不同光譜對辣木幼苗葉片葉綠素含量的影響

由表5可知，經(jīng)過光譜條件4R1B的LEDs光源照射的辣木幼苗葉片葉綠素a含量最高，比對照增加了0.32 mg/L；經(jīng)過不同光譜LEDs照射的3組辣木幼苗葉片葉綠素b均有不同程度的增加，其中經(jīng)過光譜條件為全紅的LEDs光源照射的辣木幼苗葉片葉綠素b增幅最大，達12.32 mg/L，增加了41.13%，其次是全藍(lán)，增幅最小的為4R1B?？?cè)~綠素含量增加幅度由高到低依次為全紅、全藍(lán)、紅藍(lán)4∶1，其中全紅的總?cè)~綠素相對含量增加了19.28%。

3結(jié)論與討論

目前，可以用作植物補光的人工光源主要有熒光燈、高壓鈉燈、LED 。高壓鈉燈的光譜能量分布為紅、橙光占39% ～ 40%，綠、黃光占51% ～52%，藍(lán)、紫光占9%，含有較多的紅光、橙光，補光效率較高，平均壽命長；熒光燈發(fā)光光譜主要集中在可見光區(qū)域，光譜成分中無紅外線，其光譜能量分布為紅、橙光占44% ～ 45%，綠、黃光占39%，藍(lán)、紫光占16%，較接近日光。但這2種光源功耗很高，發(fā)熱量大，表面溫度高，不適合近距離照射農(nóng)作物，也不宜頻繁啟動[17]。近年來，隨著光電技術(shù)的發(fā)展，LEDs光源因其具有體積小、壽命長、發(fā)光效率高、低發(fā)熱量、可調(diào)控等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于植物補光領(lǐng)域，達到滿足農(nóng)作物生長對光質(zhì)的需求。劉文科[18]采用不同LED光質(zhì)對溫室番茄進行晚間和晨間補光2 h，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同補光處理方式對番茄生長及葉片生理參數(shù)具有顯著影響，經(jīng)過LED補光處理方式的番茄株高均有所增加。吳家森等[19]研究了LED燈補光對蘿卜生長及光合特性的影響，發(fā)現(xiàn)LED 燈補光使蘿卜光補償點和光飽和點升高，光合能力增強。

該研究利用不同光譜的LEDs光源照射辣木籽及其幼苗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，一定光譜條件的LEDs光源對辣木籽的發(fā)芽率和存活率均有所提高。光譜條件為4R1B（紅∶藍(lán)=40∶10）的LEDs光源能提高辣木種子的發(fā)芽率。經(jīng)過紅光LEDs照射的辣木幼苗株高、莖粗、全株干重、莖葉干重增加幅度均最大，其次是紅藍(lán)4∶1，最后為全藍(lán)，這表明紅光能夠較好地促進辣木幼苗根莖葉生長。經(jīng)過光譜條件為4R1B（Red∶Blue=40∶10）的LEDs光源照射的辣木幼苗其葉片的葉綠素a相對含量最高，表明紅藍(lán)光的混合LEDs光源能夠促進辣木幼苗葉片中葉綠素a 的合成。3組光譜總?cè)~綠素相對含量均增加，其中全紅的相對含量增加最多，即在其他條件相同的情況下，經(jīng)過紅光LEDs光源照射的辣木幼苗葉片中總?cè)~綠素合成量最大，從而提高辣木的光合作用?？傮w而言，不同光譜LEDs光源對辣木幼苗生長及其葉綠素合成具有一定的促進作用，可以實現(xiàn)辣木的增產(chǎn)和品質(zhì)的提高。

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