不同光質(zhì)補光對菜心生長及品質(zhì)的影響

何建文，劉向陽，熊志豪，劉厚誠，宋世威

(華南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，廣東 廣州 510642)

引言

光照不僅是植物生長發(fā)育的能量來源，而且是植物基因表達、細胞分化及形態(tài)建成的重要信號。植物通過光受體感受光質(zhì)、光強及光周期三種特性的變化，調(diào)節(jié)植物光合性能和光形態(tài)發(fā)生信號，從而影響細胞分裂和伸長、花芽分化、氣孔開關(guān)、開花等植物生長活動[1]。前人研究表明，紅光具有促進植株生長[2]，提高葉片可溶性糖含量[3]，增加光合產(chǎn)物累積[4]等作用。藍光可以提高植株葉綠素含量和氣孔導(dǎo)度，促進光合作用[5]，對蛋白質(zhì)、維生素C以及總酚含量亦有顯著促進作用[6, 7]。隨著研究不斷深入，逐漸出現(xiàn)利用黃光[8]、綠光[9]等不同光質(zhì)進行補光的研究報道。

我國設(shè)施園藝發(fā)展迅速，栽培面積已高達410萬公頃。由于覆蓋材料透光率下降、設(shè)施結(jié)構(gòu)老化等因素引起的弱光問題日益突出。為避免溫室弱光寡照所導(dǎo)致的植株生長不良、產(chǎn)量下降、品質(zhì)降低等問題，人工補光成為設(shè)施園藝發(fā)展的新趨勢[10]。

菜心(BrassicacampestrisL. ssp.chinensisvar.utilisTsen et Lee)，又名菜薹，是華南地區(qū)的重要蔬菜之一，現(xiàn)在全國各地均有栽培。菜心口感脆嫩、風(fēng)味獨特、營養(yǎng)豐富，深受消費者喜愛，熱銷海內(nèi)外。光環(huán)境對菜心的生長發(fā)育有重要影響，但目前有關(guān)菜心人工補光的研究報道較少。本課題組前期報道了不同LED光照時長對菜心生長與品質(zhì)的影響[11]，本試驗進一步研究不同光質(zhì)對菜心生長品質(zhì)的影響，旨在為菜心的人工補光功效生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1)材料及處理。試驗用菜心品種為“油綠701”，種子購于廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，于2016年9月—10月在華南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院的溫室內(nèi)進行。采用海綿塊進行菜心育苗，在人工氣候箱中培養(yǎng)至菜心子葉展平，移入海綿塊中，采用1/2劑量的霍格蘭營養(yǎng)液進行施肥。待幼苗長至3葉1心時選取長勢一致的10株苗定植于塑料栽培盆中，每盆裝入20 L營養(yǎng)液。營養(yǎng)液每小時通氣15 min，試驗期間不更換。試驗以正常光照為對照(CK)，設(shè)置5個不同LED光質(zhì)補光處理：藍光(B)、紅光(R)、綠光(G)、橙光(O)、白光(W)，補光光強均為50 μmol·m-2·s-1，補光時間為7:00—19:00。每個處理設(shè)置三次重復(fù)。

2)取樣及測定。待菜心80%的達到齊口花標準時，每重復(fù)隨機選取3株進行植株形態(tài)及產(chǎn)量指標的測定。株高、根長用直尺測量；莖粗用游標卡尺測量；用百分之一天平測量完植株地上部和根系鮮重，放入烘箱，105 ℃殺青15 min，然后在75 ℃下烘干至恒重，再用萬分之一測定其質(zhì)量。

將菜心的產(chǎn)品器官分為薹莖和葉片分別測定品質(zhì)指標。VC含量的測定采用鉬藍比色法，可溶性蛋白含量的測定采用考馬斯亮藍G-250染色法，可溶性糖含量的測定采用蒽酮比色法，游離氨基酸含量的測定采用茚三酮溶液顯色法[12]。

3)數(shù)據(jù)分析。數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析采用SAS 9.2軟件完成，圖表采用Excel 2010軟件繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同光質(zhì)補光對菜心生長的影響

與CK相比，不同光質(zhì)補光均顯著提高了菜心的株高(表1)，藍光、紅光、綠光、橙光和白光補光分別比CK提高了84.65%、75.34%、61.07%、97.99%和69.55%。補光處理均比CK提高了菜心的莖粗，其中藍光、紅光和橙光處理的差異達到顯著水平，綠光和白光處理差異不顯著。與CK相比，補光處理均增加了菜心的葉片數(shù)，其中橙光處理顯著增加，而其他光質(zhì)補光處理差異不顯著。

表1 不同光質(zhì)補光對菜心生長的影響Table 1 The effect of LED light spectrum supplement on growth of flowering Chinese cabbage

注：同列不同小寫字母表示差異達到顯著水平(α=0.05)

除綠光外，不同光質(zhì)補光處理均比CK顯著提高了生物量，表現(xiàn)為提高了地上部和地下部的鮮重和干重(表2)，其中藍光>紅光>橙光>白光。綠光處理菜心的生物量和對照相比無顯著差異。

表2 不同光質(zhì)補光對菜心鮮重、干重的影響

注：同列不同小寫字母表示差異達到顯著水平(α=0.05)

2.2 不同光質(zhì)補光對菜心營養(yǎng)品質(zhì)的影響

1)不同光質(zhì)補光對菜心VC含量的影響。除綠光外，不同光質(zhì)補光處理均提高了菜心薹莖中的VC含量，其中藍光、紅光和橙光處理差異顯著(圖1)。與CK相比，白光和橙光處理顯著降低了菜心葉片的VC含量，藍光、紅光和綠光無顯著差異。

圖1 不同光質(zhì)補光對菜心VC含量的影響Fig.1 The effect of LED light spectrum supplement on Vitamin C content of flowering Chinese cabbage

2)不同光質(zhì)補光對菜心可溶性糖含量的影響。與CK相比，藍光、綠光和橙光補光均顯著提高菜心薹莖的可溶性糖含量(圖2)，紅光和白光處理無顯著差異；藍光和綠光處理顯著提高了葉片的可溶性糖含量，而紅光、橙光和白光處理則降低了葉片的可溶性糖含量，但差異不顯著。

圖2 不同光質(zhì)補光對菜心可溶性糖含量的影響Fig.2 The effect of LED light spectrum supplement on soluble sugar content of flowering Chinese cabbage

3)不同光質(zhì)補光對菜心可溶性蛋白的影響。除紅光顯著提高了菜心薹莖的可溶性蛋白含量外，不同光質(zhì)補光處理與對照均無差異顯著(圖3)。紅光處理顯著降低了葉片的可溶性蛋白含量，其它光質(zhì)處理與對照均無差異顯著。

圖3 不同光質(zhì)補光對菜心可溶性蛋白質(zhì)含量的影響Fig.3 The effect of LED light spectrum supplement on soluble protein content of flowering Chinese cabbage

4)不同光質(zhì)補光對菜心游離氨基酸的影響。與CK相比，藍光、綠光和白光處理在一定程度上提高了菜心薹莖的游離氨基酸含量，但差異不顯著；而紅光和橙光處理則顯著降低(圖4)。與CK相比，綠光處理顯著提高了葉片的游離氨基酸含量，而藍光、白光處理無顯著差異，紅光和橙光處理則顯著降低了葉片的游離氨基酸含量。

圖4 不同光質(zhì)補光對菜心游離氨基酸含量的影響Fig.4 The effect of LED light spectrum supplement on free amino acid content of flowering Chinese cabbage

3 討論

LED具有節(jié)能、高效、可調(diào)控等特點，是人工補光的新光源。眾多研究表明，通過人工補光技術(shù)，能改善溫室弱光問題，促進植物生長，提高產(chǎn)品品質(zhì)[13]。通過特定的光受體，不同光質(zhì)對光合色素、光系統(tǒng)性能、植物內(nèi)源激素等方面進行調(diào)控，從而影響植物生長代謝、環(huán)境適應(yīng)能力、光學(xué)形態(tài)建成[14]。本研究表明，與不補光處理相比，補光處理對菜心的生長和營養(yǎng)品質(zhì)均有提高作用，且不同光質(zhì)的作用效果存在差異。

610～720 nm的紅橙光是植物主要吸收的光波段之一，其中紅光被認為是植物光合作用不可缺少的光質(zhì)[15]。利用高壓鈉燈高比例的紅橙光對草莓的開花結(jié)果期進行補光，能加速草莓莖、葉的生長發(fā)育，有利于營養(yǎng)物質(zhì)的貯存，為提高產(chǎn)量和品質(zhì)提供物質(zhì)基礎(chǔ)[16]。周文等[17]研究單質(zhì)橙光與白橙組合光處理滇重樓發(fā)現(xiàn)，單質(zhì)橙光不利于滇重樓生長，而白橙組合光卻有利于其光合作用的進行。研究發(fā)現(xiàn)，藍光對植物生長有促進作用，在紅光中添加一定比例的藍光，比單質(zhì)紅光更有利于植物的生長[18]。本研究表明，相比于其他光質(zhì)處理，單質(zhì)紅光、橙光和藍光對菜心的莖粗、株高、葉片數(shù)均有提高作用，其中以橙光處理較優(yōu)，這可能與光敏色素受體以及光質(zhì)配比不同相關(guān)[19]。生物量也以藍光、紅光和橙光處理最大。

研究表明，日光溫室內(nèi)補充UV-A可明顯增加黃瓜產(chǎn)量，而補充藍光可提高黃瓜蛋白質(zhì)和還原糖含量[20]。藍光除了能增加生菜可溶性蛋白含量，還能促進VC合成，提高總酚含量[21]。本研究表明，相對于CK和其他光質(zhì)處理，藍光補光處理顯著提高了菜心產(chǎn)品器官的可溶性糖和VC含量，與上述研究結(jié)果相似。其原因可能是：藍光能誘使線粒體進行暗呼吸，暗呼吸過程中產(chǎn)生的有機酸為氨基酸的合成提供碳架，從而促進蛋白質(zhì)的合成[22]。同時藍光能提高VC合成分解酶活性，促進VC合成，VC含量與可溶性糖含量存在正相關(guān)關(guān)系[23]。

綠光能被植物葉片吸收利用，有利于植物生長[24, 25]。我們的研究結(jié)果表明，補充綠光可以提高菜心可溶性糖和游離氨基酸含量，與周宏[26]研究結(jié)果相一致，但是綠光顯著降低了菜心的生物量。由此可見，綠光不宜作為單一光質(zhì)進行補光。今后我們應(yīng)進一步研究綠光與其他光質(zhì)復(fù)合進行補光的綜合效應(yīng)。