LED光質(zhì)對小白菜生長特性及產(chǎn)量的影響

佘雪輝+王巧彬+曾偉龍+嚴(yán)懿+黃鏡雄+梁穎怡

摘 要：為給在設(shè)施園藝蔬菜生產(chǎn)中推廣LED（light emitting diode，LED）光源提供生產(chǎn)依據(jù)，研究了紅藍(lán)光配比為8∶1、6∶1和4∶1的LED光照條件下對水培小白菜所產(chǎn)生的不同影響。結(jié)果表明：藍(lán)光比例較高的LED光照條件能顯著促進(jìn)小白菜的表型生長，并能增強(qiáng)對蔬菜病毒病的抵御能力。

關(guān)鍵詞：LED；光質(zhì)；小白菜

中圖分類號 S63 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-7731（2017）24-0049-04

Abstract：To provide production basis for the promotion of LED（light emitting diode，LED）light in the production of vegetable in protected horticulture，this research studied the different effects on hydroponic cabbages caused by different LED lighting condtion in a 4∶1，6∶1 and 8∶1 ratio of red LED light and blue LED light.The result showed that a higher ratio of blue LED lighting can remarkably promote the external-growing of cabbages，and also enhance its disease-resistance.

Key words：LED；Light quality；Cabbage

隨著LED（light emitting diode，LED）技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用LED燈作為農(nóng)業(yè)照明設(shè)施作為植物光照來源或進(jìn)行補(bǔ)光來調(diào)控作物生長、提高作物產(chǎn)量在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中越來越普遍。與日光燈等傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)補(bǔ)光設(shè)施相比，設(shè)施園藝應(yīng)用型LED光源具有節(jié)能優(yōu)勢明顯、光環(huán)境參數(shù)可智能化控制、光質(zhì)專一性好、熱輻射小等等多項(xiàng)不可比擬的明顯優(yōu)勢[1]。不同波長的光在植物的光合作用中對其生長發(fā)育具有不同的作用，而植物吸收率最高的波段為波長在400～520nm以及610～720nm的光線[2-3]。利用LED光源作為植物生長光照來源并研究出對應(yīng)植物的最佳光譜組合，能夠在節(jié)能、提高光效率的前提下最大程度地促進(jìn)植物的生長發(fā)育和品質(zhì)提高。

小白菜（Brassica campestris L. ssp. Chinensis Makino）屬十字花科蕓薹屬白菜亞種的一個變種，是一種被人們喜愛的大眾文化蔬菜，占長江中下游大、中城市蔬菜復(fù)種面積的30%～40%[4]。本試驗(yàn)以小白菜為供試對象，并采用光質(zhì)可調(diào)控的LED植物生長燈，研究在不同紅藍(lán)光配比條件下對小白菜生長發(fā)育和產(chǎn)成的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料 試驗(yàn)于2017年8—10月在廣州市光機(jī)電技術(shù)研究院栽培實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，以小白菜（Brassica campestris L.）為試驗(yàn)材料。供試材料小白菜種子購于千蔬百花農(nóng)業(yè)科技有限公司。光源采用廣州市光機(jī)電技術(shù)研究院研制的LED燈管，每盞燈管由45顆超亮燈珠組成，最大功率110W。紅色（650nm）、藍(lán)色（450nm）及白色（750nm）燈珠按不同比例均勻交叉排布。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法 試驗(yàn)共設(shè)3個處理，2017年8月28日對種子進(jìn)行浸種、催芽后于2017年8月30日以3～5mm徑的蛭石為基質(zhì)進(jìn)行播種育苗，期間每天用清水澆灌。種子出苗以后每天用EC值為1200的華農(nóng)大葉菜A方營養(yǎng)液進(jìn)行澆灌，并以光子通量密度為110μmol/m2/s、紅藍(lán)光強(qiáng)度配比為4∶1的光照作為植物光照。光照時長為14h/d。2017年9月9日將小苗分組定植至水培栽培架上，每一組分別選取15株長勢整齊一致且健康無病蟲害的小苗作為樣本。株距為12cm×12cm，分別以4盞光質(zhì)可調(diào)的LED燈管作為光源，光源與定植籃頂部垂直距離40cm。每個處理的紅藍(lán)光光強(qiáng)配比分別為8∶1、6∶1和4∶1（R∶B=8∶1、6∶1和4∶1，以下分別用8R/1B、6R/1B和4R/1B表示），光源垂直距離30cm處的光子通量密度分別為112.146μmol·m-2·s-1、99.0104μmol·m2·s-1和96.2478μmol·m-2·s-1，各處理光強(qiáng)采用型號為PLA-20“EVERFINE”植物照度計進(jìn)行測定。

環(huán)境溫度設(shè)置為白天（6：30-18：30.）23℃±1℃，夜間（18：30-6：30）17℃±1℃；濕度70%RH；光照時長為14h/d。試驗(yàn)期間保持營養(yǎng)液EC值1600±200、pH值6.5±0.4。

1.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集及處理 定植后以7d為1周期對各組的株高、株徑、葉片數(shù)分別進(jìn)行測量記錄。測量工具為精確度1mm卷尺。株高測量植株從定植籃頂部至植株最高處的垂直高度；株徑測量以每一株在自然狀態(tài)下的最大開展幅度為準(zhǔn)；葉片數(shù)則以除假葉外自然開展的葉片數(shù)為準(zhǔn)。3個周期后于2017年9月29日進(jìn)行最后一次數(shù)據(jù)采集。并于2017年10月11日進(jìn)行采收，采收同時對各組每個樣的去根鮮重進(jìn)行稱重記錄。

試驗(yàn)結(jié)果使用Microsoft office 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)整理并使用SPSS數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行LSD方差分析和顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 LED不同光質(zhì)對小白菜生長影響 如圖1所示，在紅藍(lán)光配比不同的LED光質(zhì)下各組小白菜的株徑變化趨勢整體差異顯著性較小。但6R/1B處理組和4R/1B處理組在后期生長中其株徑變化明顯大于8R/1B組，其中4R/1B組的株徑增幅最大（Δ4R/1B=11.46>Δ6R/1B=9.25>Δ8R/1B=8.38）。即藍(lán)光比例低而紅光比例高的處理組葉較長且下垂，葉片飽和程度小。endprint

[株薹（cm）][（Δ8R/1B =8.38； Δ6R/1B =9.25；Δ4R/1B =11.46）][日期]

從各組株高的變化趨勢上看，4R/1B處理的小白菜其株高增幅最大（圖2），其次為6R/1B處理的小白菜，而以8R/1B光照處理的小白菜的株高增幅則最小。即各處理組的株高變化幅度為4R/1B>6R/1B>8R/1B（Δ4R/1B=3>Δ6R/1B=2.61>Δ8R/1B=1.72），即藍(lán)光所占比例越高的處理對小白菜株高增長的促進(jìn)作用越明顯。

試驗(yàn)結(jié)果顯示4R/1B在葉片數(shù)量的變化趨勢上略大于6R/1B，而8R/1B光照處理的小白菜葉片數(shù)量的增幅則明顯最?。▓D3）。即藍(lán)光比例高的處理組葉片數(shù)量增幅高（Δ4R/1B=3.31>Δ6R/1B=3.03>Δ8R/1B=2.42）。

2.2 不同LED光質(zhì)對小白菜產(chǎn)成影響 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明（表1），8R/1B處理和紅藍(lán)光4R/1B處理的兩組在各項(xiàng)指標(biāo)的最后測量結(jié)果上都存在顯著差異；而紅藍(lán)光比例介于中間值的6R/1B處理組在株徑和株高上與4R/1B和8R/1B的處理組均沒有顯著差異，而采收時的葉片數(shù)量和去根鮮重則顯著大于8R/1B組。綜合各項(xiàng)指標(biāo)的結(jié)果來看，4R/1B的處理對小白菜株徑、株高、葉片數(shù)和質(zhì)量的增長均具有明顯的促進(jìn)作用；其次為6R/1B處理組，而8R/1B處理組在各項(xiàng)指標(biāo)上的增長促進(jìn)作用則最弱。說明適當(dāng)增加LED光照中藍(lán)光的比例能有效促進(jìn)小白菜株徑、株高、葉片數(shù)量和采收質(zhì)量等各項(xiàng)指標(biāo)的增高。

2.3 不同LED光質(zhì)對小白菜防治病毒病的影響 試驗(yàn)后期各處理組出現(xiàn)不同程度的病毒病為害癥狀，對小白菜的正常生長造成了一定影響。但發(fā)現(xiàn)光照中藍(lán)光比例較高的處理組其癥狀較輕（圖4），植株生長較良好。8R/1B處理組病害程度最為嚴(yán)重，植株矮小、葉片黃化萎蔫嚴(yán)重、葉片數(shù)量少；6R/1B組則癥狀較輕，而4R/1B處理組小白菜則生長良好。說明適當(dāng)增強(qiáng)植物生長LED燈光照中藍(lán)光的比例能有效防治病毒病對小白菜為害。

3 結(jié)論與討論

研究結(jié)果表明，紅藍(lán)光比為4：1的LED光照相對紅藍(lán)光比為6：1和8：1的光照，更能有效促進(jìn)小白菜在株高、株徑、葉片數(shù)量上的生長勢以及提升采收質(zhì)量，尤其與紅藍(lán)光比為8：1的LED光照處理組比較其生長勢更為顯著；并且能顯著減少病毒病對小白菜的為害，減輕其病害癥狀。說明對小白菜而言，適當(dāng)增加其LED光照中藍(lán)光的比例，能充分增進(jìn)營養(yǎng)生長，增強(qiáng)生長勢，并對小白菜病毒病的發(fā)生起有效預(yù)防作用。

光質(zhì)對植物的形態(tài)建成和品質(zhì)調(diào)控具有顯著影響，史宏志等[5]則通過研究發(fā)現(xiàn)紅光和藍(lán)光藍(lán)光有利于菊花單株總?cè)~面積和總莖長的增加。Rey等[6]認(rèn)為，紅光可有效促進(jìn)根形態(tài)建成；Gary W.Stutte等[7]的研究說明，藍(lán)光照射紅葉生菜幼葉可以顯著增加其花青素含量。已有研究表明紅光和藍(lán)光的復(fù)合光照比單一的光照條件和自然光更能有效促進(jìn)植物的生長[4][8]。但不同光質(zhì)對于不同植物所起的生長調(diào)控作用可能存在較大差異性。本研究發(fā)現(xiàn)藍(lán)光有利于提高小白菜生長勢，提高其采收質(zhì)量，這與王婷等[4]研究中發(fā)現(xiàn)藍(lán)光有利于不結(jié)球白菜莖和葉柄的伸長生長的結(jié)論相一致。而與陳文昊等[8]所得出的藍(lán)色LED光具有抑制生菜葉面積增大并矮化植株的作用結(jié)論相違背，表明LED藍(lán)光對白菜和生菜所起的生長調(diào)控作用存在顯著的差異，這可能是由于二者在遺傳特性上的差異所造成。

植物光照的光質(zhì)對于調(diào)控植物的蛋白質(zhì)含量和干物質(zhì)積累起到重要作用，已有研究發(fā)現(xiàn)藍(lán)光對于提升植物的蛋白質(zhì)含量具有顯著作用，而紅光條件下生長的植物則通常碳水化合物含量較高[9]。李輝敏等[10]的研究表明，藍(lán)光有利于普通白菜的營養(yǎng)生長，而紅光和藍(lán)紅復(fù)合光則有利于其生殖生長，與本研究所得出的結(jié)論一致。由于本試驗(yàn)只測定了株高、株徑、葉片數(shù)和去根鮮重等表型指標(biāo)，對于蛋白質(zhì)、類黃酮、粗纖維含量等其他指標(biāo)并未涉及。此外，LED光在除紅光和藍(lán)光外的其他波段如紫外光、紅外光、綠光等對植物也具有不同影響，這些都有待進(jìn)一步研究。

關(guān)于光質(zhì)對防治植物病蟲害的影響作用目前尚未報道，試驗(yàn)后期LED紅光比例高的處理組感病嚴(yán)重，而LED藍(lán)光比例高的處理組則長勢良好。由于3個處理組在試驗(yàn)中所使用水培營養(yǎng)液在一個循環(huán)系統(tǒng)中，且試驗(yàn)過程中除光照處理外其他條件均保持一致，故可以排除偶然性誤差。支持了由于藍(lán)光比例高的LED光照條件處理下對病蟲害的發(fā)生起有效預(yù)防作用的結(jié)論?？赡苁峭ㄟ^藍(lán)光的增加改變了某一生理機(jī)制從而增強(qiáng)其對病害的抵御，也不排除藍(lán)光的增強(qiáng)有效抑制了病菌、病毒或攜帶病原的蟲媒等的傳播的可能性；其具體作用機(jī)制尚未清楚，有待進(jìn)一步研究探討。蔬菜病毒病被稱為蔬菜“癌癥”一旦發(fā)生，難以防治[11]。通過進(jìn)一步深入探究以得出更優(yōu)質(zhì)的光源用以提高蔬菜在栽培過程中的抗病性、實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)，具有重要的研究價值。

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（責(zé)編：張長青）