LED照明對(duì)生菜育苗的影響研究

蘇志能，洪燕南，陳大華，陳光彩，楊 婷

(1.廣東綠愛生物科技股份有限公司，廣州 529728；2.復(fù)旦大學(xué) 電光源研究所，上海 200433)

LED研究

LED照明對(duì)生菜育苗的影響研究

蘇志能1，洪燕南1，陳大華2，陳光彩1，楊 婷1

(1.廣東綠愛生物科技股份有限公司，廣州 529728；2.復(fù)旦大學(xué) 電光源研究所，上海 200433)

探討了在4種不同光譜能量分布(Spectral Power Distribution 簡(jiǎn)稱 SPD)的LED燈照明下，不同類型和品種的生菜育苗生長情況，研究表明SPD對(duì)不同生菜的影響趨勢(shì)類同，生長節(jié)點(diǎn)接近，周期變化不大,但紅光含量高時(shí)，生菜垂直生長優(yōu)勢(shì)尤為明顯，藍(lán)光含量高時(shí)，品種特性影響上表現(xiàn)更為突出，這一結(jié)論對(duì)今后人工照明培育生菜有一定的指導(dǎo)意義。

LED；生菜；光譜能量分布

1 試驗(yàn)對(duì)象

太陽輻射總能量中可見光(380～780 nm)約占50%，其中紅藍(lán)光光譜能量分布與葉綠素吸收光譜區(qū)相吻合，是光合作用的主要能源。在植物生長過程中紅光能誘導(dǎo)種子萌發(fā)，莖桿伸長，植物開花，老葉脫落，干物質(zhì)積累等。已有研究表明，經(jīng)紅光處理的番茄幼苗碳水化合物含量、C/N比均最高，青蒜苗株高，假莖粗、假莖長、植株干重/鮮重高于其他光處理。藍(lán)光則影響植物葉綠素、花青苷、蛋白質(zhì)與非碳水化合物的積累，促進(jìn)營養(yǎng)器官生長，使植物結(jié)實(shí)健壯。在對(duì)3種蔬菜6個(gè)品種幼苗試驗(yàn)中得知，藍(lán)光處理的辣椒壯苗指數(shù)和干樣質(zhì)量均達(dá)到最大。綠光對(duì)植物的生長作用表現(xiàn)不明顯，黃橙紫青光的研究也不多，尚不明確其在植物體內(nèi)具體的作用機(jī)理。不過已有研究發(fā)現(xiàn)黃光有利于葉用萵苣的生長發(fā)育。在紅藍(lán)光基礎(chǔ)上添加一定量的黃光有助于不結(jié)球白菜植株光合色素積累。不同的光質(zhì)對(duì)植物生長生理影響有所區(qū)別，因此選取合適的SPD人工照明，能促進(jìn)植物茁壯生長，這一研究已成為農(nóng)業(yè)的研究熱點(diǎn)，并取得了十分可觀的效益。作為廣明源光科技股份有限公司的子公司，成立于2015年的廣東綠愛生物科技股份有限公司，是一家集現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、植物照明、作物生產(chǎn)、技術(shù)服務(wù)于一體的高新企業(yè)。公司主要從事LED植物照明燈的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售，可為客戶提供專業(yè)、高效、節(jié)能、環(huán)保的LED室內(nèi)植物照明工廠的規(guī)劃與設(shè)計(jì)方案。公司在華南地區(qū)擁有1座全封閉式LED人工光照明植物工廠，占地面積690 m2，種植總面積可達(dá)6 000 m2，在植物照明研究中已有比較深厚的經(jīng)驗(yàn)累積，成為中國這一領(lǐng)域有影響力的公司之一。

研究選取的是生菜(Lactuca sativa)，即葉用萵苣的俗稱，屬菊科萵苣一年生或二年生草本蔬菜。原產(chǎn)歐洲地中海沿岸，由野生種馴化而來，古希臘人、羅馬人最早食用。在中國，東南沿海大城市近郊、兩廣地區(qū)栽培較多，是百姓接受程度高的食用葉菜之一。它含有大量β胡蘿卜素、抗氧化物、維生素，還有大量膳食纖維和微量元素Mg、P、Ca及少量的Fe、Cu、Zn，食用營養(yǎng)價(jià)值及藥用保健功效都很高。人工照明選用LED燈，因?yàn)樗袉紊烧{(diào)、省電、安全、尺寸小、冷光源、窄光譜、環(huán)保等一系列優(yōu)點(diǎn)，符合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)節(jié)能高效、環(huán)境友好的發(fā)展方向，LED光源的使用和逐步普及將會(huì)使密閉式植物工廠的多層立體栽培優(yōu)勢(shì)得到充分發(fā)揮，作物種植生產(chǎn)集約化、工廠流程化將更為成熟，在緩解土地壓力上起到舉足輕重的作用。目前人工照明以紅藍(lán)復(fù)合光為栽培生菜的光源，對(duì)提高生菜的產(chǎn)量和營養(yǎng)品質(zhì)具有顯著效果，而且合適的紅藍(lán)比例也是育苗品質(zhì)重要影響因素之一。例如，8R/2B紅藍(lán)組合光對(duì)黃瓜幼苗生長、株高、壯苗指數(shù)、植株干物質(zhì)量有顯著促進(jìn)作用，許多研究證實(shí)了這一結(jié)果，而1R/1B有利于黃瓜幼苗葉綠體的發(fā)育和高光合速率的實(shí)現(xiàn)。隨著R/B值的增加黃瓜幼苗的生長發(fā)育中干質(zhì)量、鮮質(zhì)量、葉面積、葉綠素含量、光合速率變化趨勢(shì)都呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)。在紅藍(lán)光比例1∶1到8∶1之間，選取4種不同SPD的LED照明，探究它們對(duì)生菜幼苗的生長變化影響，為相關(guān)LED照明產(chǎn)品的研發(fā)，提供較為全面的依據(jù)。

2 試驗(yàn)材料、試驗(yàn)步驟和結(jié)果

試驗(yàn)選取了皺葉生菜、直立生菜、結(jié)球生菜3大類。皺葉生菜品種：特紅皺(有色)、紅卷葉(有色)、黑木耳(有色)、橡葉(綠色)、大速(綠色)、耐抽苔(綠色)，直立生菜品種：紫油麥(有色)、紫冠(有色)、紫珊(有色)，結(jié)球生菜品種：泰國結(jié)球(綠色)。所選取的人工照明LED燈分別為1號(hào)燈 (4R/1B)、2號(hào)燈 (4R/2B)、3號(hào)燈(4R/3B)和4號(hào)燈 (4R/3B) 。4種LED紅藍(lán)光比值上，1號(hào)燈>2號(hào)燈>3號(hào)燈≥4號(hào)燈，綠光含量2號(hào)燈>3號(hào)燈>1號(hào)燈>4號(hào)燈，其SPD如圖1所示。

圖1 紅藍(lán)光譜分布圖

試驗(yàn)步驟如下，用育苗海綿作為基質(zhì)進(jìn)行播種，置于黑暗環(huán)境中3 d，待種子發(fā)芽后置于4種LED燈下照明，每天照射9.5 h，當(dāng)子葉完全展開后，添加EC 1.2 mS/cm的營養(yǎng)液。試驗(yàn)期間溫度維持在20～25 ℃，濕度60%～80%。12 d后，測(cè)量其根系長度、上胚軸長度、下胚軸長度、真葉數(shù)這些常規(guī)指標(biāo)。采用EXCEL和DPS7.05對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和差異性分析。

在不同SPD人工照明下，特紅皺生菜幼苗生長的影響如圖2所示。3號(hào)燈照射下的特紅皺生菜根系最長，明顯比1號(hào)燈、2號(hào)燈照射下的長，2號(hào)燈照射下根系最短。下胚軸、上胚軸均以1號(hào)燈照射下的最長，上胚軸與其他照射下對(duì)比差異性顯著，而下胚軸相互比較差異性不明顯。2號(hào)燈照射下的上胚軸也顯著長于3號(hào)燈和4號(hào)燈，而以3號(hào)燈的最低。4種燈照射下生菜的真葉數(shù)沒有明顯的差異，只抽出2片真葉。總體上，特紅皺生菜1號(hào)燈照射下莖葉生長速度較快，但葉柄纖細(xì)，植株瘦長，而3號(hào)燈照射下的根系長，覆蓋面積廣，植株偏粗矮。

圖2 特紅皺生菜指標(biāo)數(shù)據(jù) 注：圖中同組數(shù)據(jù)標(biāo)不同小寫字母表示差異顯著性(p<0.05)，除真葉數(shù)，其余單位均為cm，下同。

不同的SPD對(duì)紅卷葉生菜幼苗生長的影響如圖3所示。紅卷葉生菜在4種不同SPD的LED照射下，其根系長度、下胚軸長度、植株的真葉數(shù)都沒有明顯差異。1號(hào)燈照射下的上胚軸長度要顯著長于其余3種燈?？偟膩碚f，在幾種燈照射下的紅卷葉生菜生長進(jìn)度比較接近。1號(hào)燈照射下的紅卷葉生菜地上部份長勢(shì)強(qiáng)，葉柄纖長，縱向生長更為直觀。3號(hào)燈和4號(hào)燈照射下的地下生長快，接觸面積大些。

圖3 紅卷葉生菜指標(biāo)數(shù)據(jù)

不同的SPD對(duì)黑木耳生菜幼苗生長的影響如圖4所示。黑木耳生菜根長以4號(hào)燈照射下的最短，顯著短于3號(hào)燈下，其余照明下對(duì)比差異顯著性不大。1號(hào)燈照射下的上胚軸、下胚軸比較長，4號(hào)燈照射下的最短。3號(hào)燈與4號(hào)燈照射下的上胚軸對(duì)比差異性顯著，下胚軸效果無明顯差別。此次育苗過程中，黑木耳生菜真葉數(shù)接近，無明顯的差別，其新葉抽出的速度也比較接近。綜上所述，1號(hào)燈照射下的黑木耳生菜地上部及根系生長速度飛快，植株修長，葉色淺淡，2號(hào)燈照明下的植株莖干生長水平次之。3號(hào)燈照射下根系發(fā)達(dá)，上胚軸較長，葉片黑紫色明顯，對(duì)植株抗病抗倒伏和提高蔬菜品質(zhì)有其獨(dú)特作用。

圖4 黑木耳生菜指標(biāo)數(shù)據(jù)

不同的光配方對(duì)橡葉生菜小苗生長的影響如圖5所示。1號(hào)燈照射下的橡葉有機(jī)生菜根系長度、上胚軸比較長，其次為4號(hào)燈、3號(hào)燈，2號(hào)燈照射下最短。其中1、4號(hào)燈與2號(hào)燈照射下的對(duì)比差異性顯著。1號(hào)燈照射下的下胚軸明顯大于3、4號(hào)燈，其余處理差異不大。與黑木耳生菜一樣，橡葉有機(jī)生菜在4種燈照射下的真葉數(shù)基本相當(dāng)，都有3片真葉且無明顯的差異。綜合各種指標(biāo)，1號(hào)燈照射下的橡葉生菜生長速度更快。

圖5 橡葉有機(jī)生菜指標(biāo)數(shù)據(jù)

不同的光配方對(duì)大速生菜幼苗生長的影響如圖6所示。在4種不同SPD的LED燈育苗試驗(yàn)中，4號(hào)燈照射的大速生菜根系最長，1號(hào)燈次之，2號(hào)燈照射下的根系長度最短。1號(hào)燈照射下的大速生菜上胚軸顯著長于3號(hào)燈、4號(hào)燈照射下的，而3號(hào)燈照明下的與2、4號(hào)燈照射下的對(duì)比差異性也十分顯著，其值為最小，植株看起來較矮小。1號(hào)燈照明的下胚軸與2號(hào)燈照射下的差異性不顯著，但都顯著長于3、4號(hào)燈照射下的結(jié)果。真葉數(shù)以4號(hào)燈照射下的最多，效果最顯著，3號(hào)燈照射下次之，以1號(hào)燈照射下真葉數(shù)最少。綜上所述，4號(hào)燈照射下的大速生菜根系長，能增加養(yǎng)分的吸收面積，真葉數(shù)多，有利于加強(qiáng)光合反應(yīng)，1號(hào)燈照射下的莖節(jié)伸長明顯，小苗縱向生長速度遙遙領(lǐng)先，2號(hào)燈下次之，3號(hào)燈下的縱向生長不突出。

圖6 大速生菜指標(biāo)數(shù)據(jù)

不同的SPD人工照明對(duì)耐抽苔生菜小苗生長的影響如圖7所示。耐抽苔生菜根系長度以及真葉抽出數(shù)目以4號(hào)燈照射下的值為最大，1號(hào)燈照射下的值最小，但除了1號(hào)燈和4號(hào)燈照射下的真葉數(shù)有明顯差異外，其余并無明顯的差異性。而上下胚軸的處理以1號(hào)和2號(hào)燈照射下的較大，與3號(hào)燈、4號(hào)燈的對(duì)比差異性顯著，3號(hào)燈照射下的上下胚軸都最短，但與4號(hào)燈的對(duì)比并無顯著性差異?？偟膩碚f，4種燈照射下的耐抽苔生菜根長并沒有突出差別。1號(hào)燈、2號(hào)燈照射下莖株生長快于其他，植株亭亭玉立，葉色淡綠。

圖7 耐抽苔生菜指標(biāo)數(shù)據(jù)

不同光配方對(duì)紫油麥菜幼苗生長的影響如圖8所示。1號(hào)燈照射下的紫油麥菜上胚軸突出，根系發(fā)達(dá)。4號(hào)燈照射下的值最小，但各種照明下無顯著差異。下胚軸以2號(hào)燈照射下為最大，1號(hào)燈次之，3、4號(hào)燈最小，1、2號(hào)燈照射下顯著長于3、4號(hào)燈。真葉數(shù)則以4號(hào)燈照射下的最多。由此可知，4種SPD的LED燈照射下，對(duì)紫油麥菜的根長、上胚軸、真葉數(shù)生長并無顯著性差異。1、2號(hào)燈照射下的地上莖干偏長，3、4號(hào)燈照射下植株高度增長稍緩慢，葉片濃紫綠色，與紫油麥菜室外種植所原有的品質(zhì)色澤相接近。

圖8 紫油麥菜指標(biāo)數(shù)據(jù)

不同SPD的LED照明對(duì)紫冠生菜小苗生長的影響如圖9所示。紫冠生菜各LED燈照射下根長無顯著性差異，1號(hào)燈照射下的偏長，上胚軸1號(hào)燈照射下的值最大，顯著大于2、3、4號(hào)燈的。此外1、2號(hào)燈照射下的紫冠生菜下胚軸顯著長于3、4號(hào)燈照射下的。真葉數(shù)方面，除了2號(hào)燈照射下的偏少，其他幾種照明下其真葉數(shù)相差不大。綜上所述，1、2號(hào)燈照射下的紫冠生菜莖株生長速度比較快，2號(hào)燈照射下抽葉緩慢，顏色淺綠，色澤差異較大。3、4號(hào)燈照射下長得慢，葉色深紫，接近紫冠生菜品種形態(tài)的原始色澤。

圖9 紫冠生菜指標(biāo)數(shù)據(jù)

不同光配方對(duì)紫珊生菜小苗生長的影響如圖10所示。紫珊生菜根長、上胚軸、下胚軸、真葉數(shù)所有測(cè)量指標(biāo)均以1號(hào)燈照射下的值為最大，2號(hào)燈次之。在根長、上下胚軸方面，1、2號(hào)燈照射下的顯著長于3、4號(hào)。且4種燈照射下的上胚軸之間對(duì)比差異顯著。抽出真葉數(shù)無明顯區(qū)別。與紫冠生菜相似，葉色以3、4號(hào)燈處理的偏深紫色，原因也可能相同。綜上所述，1號(hào)燈照射的紫珊生菜根系長度、上下胚軸、葉片等生長速度領(lǐng)先，3、4號(hào)燈照射的整體長勢(shì)比較緩慢，不過葉面深紫，色澤良好，是1、2號(hào)燈照射下欠缺的。

圖10 紫珊生菜指標(biāo)數(shù)據(jù)

不同光配方對(duì)結(jié)球生菜幼苗生長的影響如圖11所示。結(jié)球生菜根系長度以4號(hào)燈照射下的值最大，2號(hào)燈照射下的值最小，但各照明相互之間對(duì)比無明顯的差異。上胚軸以2號(hào)燈照射下的值最大，顯著大于3、4號(hào)燈的，3號(hào)燈照射下的值最小。下胚軸1、2號(hào)燈照射下的偏長，顯著長于3號(hào)燈照射下的。其真葉數(shù)無明顯差異。綜上所述，1、2號(hào)燈照射下的結(jié)球生菜上下胚軸生長迅速，各照明下根系長度、真葉數(shù)無顯著性差異。

圖11 結(jié)球生菜指標(biāo)數(shù)據(jù)

3 結(jié) 論

4種不同SPD的LED燈照明，對(duì)不同品種生菜的生長影響趨勢(shì)大致相同。在1、2號(hào)燈照射下的生菜上下胚軸的長度基本都長于3、4號(hào)燈，植株纖長挺拔，根部以上縱向生長趨勢(shì)尤為突出，但葉色較淡，有色生菜褪色變綠趨勢(shì)明顯，與生菜原色澤相差較大。3、4號(hào)燈照射下植株垂直方向生長緩慢，株高不突出，但葉片顏色較深，有色生菜色澤比較正常。各品種生菜在不同燈光處理下葉片差別不大，趨勢(shì)基本相同，生長節(jié)點(diǎn)和周期相近。紅光含量比例高則垂直生長優(yōu)勢(shì)明顯，藍(lán)光比例高則品種特性上表現(xiàn)更突出。紅光能誘導(dǎo)種子萌發(fā)、莖桿伸長等，紅光比例越高植株縱向生長就會(huì)越快，莖干也會(huì)伸得越長，植株就越高。藍(lán)光比例高則影響植物葉綠素、花青苷、類葉色素合成，直接或間接影響植物胚軸的伸長、酶的調(diào)節(jié)和合成、氣孔張開、葉綠體的成熟和光形態(tài)建成，使植物結(jié)實(shí)健壯。紅光過高易導(dǎo)致幼苗徒長，不利于壯苗抗倒伏，病蟲害的抵抗力也相對(duì)較弱，藍(lán)光過高會(huì)嚴(yán)重抑制植物生長，不利于幼苗頂端優(yōu)勢(shì)，出現(xiàn)老小苗現(xiàn)象。

單從幼苗外觀形態(tài)生長指標(biāo)上，選擇1號(hào)燈照明育種，無論根系長度，還是地上部生長等方面都具有較大的育苗生產(chǎn)效益，滿足生產(chǎn)需要。2號(hào)燈處理的普遍根系不發(fā)達(dá)，暫時(shí)不建議使用。若更看重育苗的品質(zhì)指標(biāo)，3、4號(hào)照明也具有特別的優(yōu)勢(shì)，不過幼苗長勢(shì)偏緩慢，難以滿足規(guī)?；缟a(chǎn)。此后可結(jié)合這幾種燈的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)一步調(diào)整燈的SPD，在保證良好品質(zhì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步促進(jìn)生菜小苗茁壯生長，實(shí)現(xiàn)育苗的產(chǎn)量化、優(yōu)質(zhì)化。

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Study on Seedling Growth of Lettuces under the LED Illuminating

SU Zhineng1，HONG Yannan1，CHEN Dahua2，CHEN Guangcai1，YANG Ting1

(1.Guangdong Lvai Science & Technology of Organism Co.,Ltd.Guangzhou 529728,P.R.China； 2.The Institute for Electric Light Sources,Fudan University, Shanghai 200433,P.R.China)

The seedling growth of different type of lettuces under LED illuminating with 4 different kinds of spectral power distribution (SPD) has been investigated . The results showed that the effects of the seedling growth of different type of lettuces under LED illuminating with the 4 kinds of SPD is basically same ，the growing nodes and period are not obviously changed . However，when the red light is higher the vertical growth of lettuces is more obvious and when the blue light is more the influence of growth for various lettuce is more strong . The conclusion of our research work might be useful for the seedling growth of lettuce in the future for others.

LED；romaine lettuce；spectral energy distribution

2017- 04-10 作者簡(jiǎn)介：蘇志能，男，廣東綠愛生物科技股份有限公司。