不同光質(zhì)處理對(duì)櫻桃番茄生長(zhǎng)發(fā)育和葉綠素?zé)晒獾挠绊?/h1>

2019-09-10 07:22:44樊小雪楊亞娜徐剛

福建農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)訂閱 2019年9期 收藏

關(guān)鍵詞：質(zhì)量

樊小雪 楊亞娜 徐剛

摘要：[目的]探索紅藍(lán)LED光源在番茄設(shè)施栽培生產(chǎn)上的精準(zhǔn)化應(yīng)用，為番茄苗高品質(zhì)栽培提供理論依據(jù)。[方法]以櫻桃番茄千禧為材料，設(shè)置6個(gè)不同光處理：對(duì)照白光（CK）、紅/藍(lán)=1：1（1R1B）、紅/藍(lán)=7：3（7R3B）、紅/藍(lán)=3：7（3R7B）、單紅光（R）和單藍(lán)光（B）。于3葉1心期開(kāi)始進(jìn)行光照處理，研究不同光處理30d后對(duì)櫻桃番茄生長(zhǎng)的影響。測(cè)定不同光處理下番茄植株生長(zhǎng)狀態(tài)指標(biāo)（干鮮重、壯苗指數(shù)、根冠比）、葉片光合色素含量、葉綠素?zé)晒鈪?shù)、過(guò)氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）及丙二醛（MDA）含量變化。[結(jié)果]LED光處理下番茄植株鮮重均高于對(duì)照，其中7R3B最高，比對(duì)照增加了50.5%，其次為1R1B處理比對(duì)照增加了31.3%;番茄植株干重在1R1B下最高，比對(duì)照（1.11g）增加了61.0%;壯苗指數(shù)在1R1B下數(shù)值最高，顯著高于對(duì)照及其他處理。研究還發(fā)現(xiàn)3個(gè)紅藍(lán)組合光下的植株壯苗指數(shù)均高于對(duì)照，而兩個(gè)單色光處理下的壯苗指數(shù)均低于對(duì)照。使用LED光照處理后，單色紅光處理對(duì)番茄葉片中葉綠素含量有抑制作用，其他光處理下葉綠素a和葉綠素b的含量都有所上升。POD活性隨著處理中紅光比例的增加而提高，藍(lán)光會(huì)降低POD活性;SOD活性在6個(gè)光處理下沒(méi)有顯著性差異;MOD活性在1R1B下數(shù)值最高，在紅光下數(shù)值最低。[結(jié)論]紅藍(lán)1：1組合光下植株生長(zhǎng)健壯，番茄植株的干物質(zhì)積累量大，光合效率較高，可以作為人工栽培光源的有效參數(shù)。

關(guān)鍵詞：櫻桃番茄;LED光;質(zhì)量;葉綠素?zé)晒?/p>

中圖分類號(hào)：S571.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1008-0384（2019）09-1026-06

0引言

（研究意義）櫻桃番茄是喜光植物，對(duì)光環(huán)境的要求較高。而在設(shè)施栽培中易形成弱光環(huán)境，不利于番茄的正常生產(chǎn)，導(dǎo)致其生長(zhǎng)受限、產(chǎn)量下降、品質(zhì)降低，因此對(duì)設(shè)施內(nèi)光環(huán)境調(diào)控技術(shù)的研究是現(xiàn)階段實(shí)際生產(chǎn)中亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。（前人研究進(jìn)展）前人關(guān)于LED光質(zhì)對(duì)番茄的形態(tài)生長(zhǎng)、生理生化、光合作用，以及產(chǎn)量和品質(zhì)的研究較多。研究發(fā)現(xiàn)，單色紅光容易引起幼苗徒長(zhǎng)、比葉面積增大，單色藍(lán)光可以促進(jìn)幼苗莖粗和生物量增加。紅藍(lán)組合光使番茄幼苗株高和葉面積減小，同時(shí)提高了根冠比以及壯苗指數(shù)。合適的紅藍(lán)光比例對(duì)番茄植株中可溶性糖含量、游離氨基酸含量均有所促進(jìn)，并提高氮代謝相關(guān)酶活性?？傮w來(lái)說(shuō)，紅藍(lán)組合光有利于番茄幼苗生長(zhǎng)，但是關(guān)于不同比例紅藍(lán)光參數(shù)細(xì)化的相關(guān)報(bào)道較少，明確最適宜櫻桃番茄使用的LED光照參數(shù)，對(duì)櫻桃番茄高品質(zhì)栽培具有重要意義。（本研究切入點(diǎn)）目前關(guān)于番茄栽培使用的LED光照參數(shù)和配比還有待進(jìn)一步精確，本研究在前人基礎(chǔ)上細(xì)化了不同光譜分布比例，為后續(xù)研究提供適宜櫻桃番茄生長(zhǎng)的最優(yōu)光參數(shù)提供了理論基礎(chǔ)。（擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題）通過(guò)研究用于櫻桃番茄栽培的紅藍(lán)LED燈光參數(shù)配比，確定其光譜能量分布特性，探討不同光質(zhì)對(duì)櫻桃番茄的生長(zhǎng)發(fā)育，以及對(duì)其色素、葉綠素?zé)晒獾挠绊懀悦鞔_最適宜櫻桃番茄使用的LED光照參數(shù)，為櫻桃番茄高品質(zhì)栽培提供理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

試驗(yàn)在江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所光環(huán)境實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，試驗(yàn)材料為千禧櫻桃番茄品種。番茄在溫室中育苗，待生長(zhǎng)至3葉1心時(shí)，選取長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗定植在營(yíng)養(yǎng)缽中（18cm×14cm），營(yíng)養(yǎng)缽中有0.7L的復(fù)合基質(zhì)（草炭：珍珠巖：蛭石體積比3：1：1）。緩苗一周后分別放置在LED光源下培養(yǎng)，以鏑燈（白光）作為對(duì)照光源，調(diào)節(jié)燈架高度，使光源距離植物頂部的高度始終為20cm，每個(gè)處理36盆，并進(jìn)行編號(hào)。實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境設(shè)定為白天溫度為（26±2）℃，夜間溫度為（18±2）℃，光周期設(shè)置為12h·d，每隔4d澆1次營(yíng)養(yǎng)液，營(yíng)養(yǎng)液為上海永通化工有限公司提供的普樂(lè)收無(wú)土栽培番茄AB肥，按使用方法進(jìn)行配置.

1.2光源設(shè)計(jì)

LED光源由南京植生照明有限公司提供，以鏑燈為對(duì)照，設(shè)置6個(gè)試驗(yàn)處理：對(duì)照白光（CK）、紅/藍(lán)=1：1（1R1B）、紅/藍(lán)=7：3（7R3B）、紅/藍(lán)=3：7（3R7B）、單紅光（R）和單藍(lán)光（B）。LED燈的光質(zhì)光強(qiáng)均可任意調(diào)節(jié)，使用OHSP-350P光譜照度計(jì)手持儀調(diào)整光通量子密度，使3個(gè)處理的光強(qiáng)均穩(wěn)定在（300±10）umol·m·S，各處理的光譜分布如表1所示。

1.3測(cè)定指標(biāo)及方法

1.3.1全株干鮮重測(cè)定處理30d后進(jìn)行取樣。采用電子天平稱量全株鮮重，以子葉為界，分為地上、地下鮮重;將鮮樣在105℃干燥箱中殺青30min后放置于75℃恒溫烘箱烘干至恒重，然后用天平分別稱量地上、地下干重。每個(gè)處理3次重復(fù)。并計(jì)算壯苗指數(shù)[壯苗指數(shù)=（莖粗/株高+地下部干重/地上部干重）×全株干重]和根冠比（根冠比=地下部干重/地上部干重）。

1.3.2生理指標(biāo)取樣及測(cè)定 試驗(yàn)在處理30d后隨機(jī)在3株植株上選取葉齡一致的葉片，剪碎混勻，用錫箔紙包好放置于80%保存，以便后續(xù)指標(biāo)測(cè)定。

超氧化物歧化酶活性采用氮藍(lán)四唑法測(cè)定;丙二醛含量用硫代巴比妥酸法測(cè)定;過(guò)氧化物酶活性用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定;脯氨酸含量用磺基水楊酸法測(cè)定。

1.3.3光合色素及葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測(cè)定光合色素含量：處理30d后隨機(jī)選取3株幼苗同一節(jié)位的新鮮葉片，剪碎混勻后取0.1g采用95%乙醇提取法測(cè)定，每個(gè)處理重復(fù)3次。

處理30d后于上午9：00-11：00，隨機(jī)選取3株番茄葉片從上至下第3-4節(jié)位成熟的功能葉采用MINI-PAM-Ⅱ超便攜式葉綠素?zé)晒鈨x進(jìn)行測(cè)定。測(cè)定時(shí)首先要將植株暗適應(yīng)15-20min，之后點(diǎn)擊儀器按鈕進(jìn)行測(cè)定，得到初始熒光量Fo、最大光化學(xué)效率Fv/Fm、光化學(xué)淬滅系數(shù)qL、非光化學(xué)淬滅系數(shù)NPQ、電子傳遞速率ETR以及PSⅡ的實(shí)際光合效率Yield。

1.4數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel進(jìn)行圖表的繪制，采用SPSS20進(jìn)行差異顯著性分析（P<0.05）。

2結(jié)果與分析

2.1光質(zhì)對(duì)番茄植株生物量分配的影響

由表2可知，LED光處理下番茄植株鮮重均高于對(duì)照，其中7R3B最高，全株鮮重為13.47g，比對(duì)照（8.95g）增加了50.5%;其次為1RIB處理11.75g，比對(duì)照增加了31.3%，但1R1B下的植株干重1.79g顯著高于對(duì)照，比對(duì)照（1.11s）增加了61.0%，表明紅藍(lán)1：1處理有利于植株干物質(zhì)的積累，研究發(fā)現(xiàn)不同光質(zhì)對(duì)植株根冠比的分布無(wú)顯著影響。1R1B處理下壯苗指數(shù)為0.47，顯著高于對(duì)照及其他處理，比對(duì)照（0.25）增加了87.1%。研究還發(fā)現(xiàn)3個(gè)紅藍(lán)比例組合光下的植株壯苗指數(shù)均高于對(duì)照，比對(duì)照增加了3.4%-87.1%，而兩個(gè)單色光處理下的壯苗指數(shù)均低于對(duì)照，比對(duì)照降低了22.1%-23.5%，表明相比于單色光，紅藍(lán)組合光更適合作為植物生長(zhǎng)發(fā)育的光源使用。

2.2光質(zhì)對(duì)番茄葉片光合色素的影響

由表3可知，對(duì)照白光下植株葉片中的葉綠素a和葉綠素含量分別為1.34mg·g和1.97mg·g，低于在1R1B和3R7B處理，1R1B下含量分別為1.72mg·g和2.48mg·g，比對(duì)照增加了28.4%和25.6%，3R7B下的葉綠素a和葉綠素含量最高，分別為1.76mg·g和2.47mg·g，各比對(duì)照分別增加了31.3%和25.2%。葉綠素b的含量在7R3B下最高，為0.80mg·g，比對(duì)照（0.63mg·g）增加了27.5%。

研究發(fā)現(xiàn)單紅光下葉片中的葉綠素a含量為1.28mg·g，低于單藍(lán)光下的1.45mg·g，且3R7B處理下的葉綠素a含量為1.76mg·g高于7R3B的1.53mg·g，而葉綠素b的含量則正好相反，紅光比例較高的處理高于藍(lán)光比例高的處理，表明紅光比例增加可促進(jìn)葉綠素b含量的增加，葉綠素a的含量下降，而藍(lán)光則可促進(jìn)葉綠素a含量的增加，降低葉綠素b的含量。此外，研究還發(fā)現(xiàn)葉綠素a/b的值在藍(lán)光下最高，比值為2.62，相比對(duì)照（2.13）增加了23.0%;紅光處理下最低，為1.81，比對(duì)照降低了14.8%;比較3個(gè)組合光下的葉綠素a/b的值發(fā)現(xiàn)，紅光比例增加，其比值降低，增加藍(lán)光比例后其比值增加，這可能是由于紅光促進(jìn)葉綠素a含量的增加或者是藍(lán)光促進(jìn)葉綠素b含量增加導(dǎo)致的。類胡蘿卜素在1RIB處理憫，為0.16mg·g，比對(duì)照（0.12mg·g）增加了33.3%。

2.3光質(zhì)對(duì)番茄葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

不同光質(zhì)對(duì)番茄幼苗葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響如表4所示：實(shí)際光合效率（Yield）、電子傳遞速率（ETR）和光化學(xué)淬滅系數(shù)（QL）的變化規(guī)律相同，除處理1R1B外，其余各處理均顯著低于對(duì)照。非光化學(xué)淬滅系數(shù)（NPQ）的變化則相反，除處理1R1B外，其余各處理均高于對(duì)照。而初始熒光量（Fo）和最大光化學(xué)效率（Fv/Pm）在各處理下無(wú)顯著差異，最大光化學(xué)效率的數(shù)值在0.82左右浮動(dòng)，表明植株處于健康生長(zhǎng)狀態(tài)。

2.4光質(zhì)對(duì)番茄葉片抗氧化酶系統(tǒng)及脯氨酸、丙二醛含量的影響

圖1為不同光質(zhì)配比對(duì)番茄葉片抗氧化酶活性以及丙二醛含量的影響。研究發(fā)現(xiàn)，不同光質(zhì)配比下葉片中的超氧化物歧化酶（SOD）與對(duì)照無(wú)顯著差異。單紅光處理30d后，番茄葉片中的過(guò)氧化物酶活性（POD）達(dá)到43.5U·g，比對(duì)照26.1U·g增加了66.8%;而單藍(lán)光處理下的POD活性顯著低于對(duì)照，僅為16.8U·g，比對(duì)照降低了35.5%。7R3B處理下葉片中的POD活性為32.2U·g，高于3R7B處理的21.4U·g，綜合單色光下的處理發(fā)現(xiàn)紅光比例增加后，POD活性增加，而藍(lán)光會(huì)減少POD活性的增加.1R1B處理下，葉片中的丙二醛（MDA）含量最高，為2.96umol·g，比對(duì)照增加了19.6%，而單紅光下，MDA含量最低，為2.42umol·g;而其他處理與對(duì)照無(wú)顯著差異。

3討論與結(jié)論

3.1不同LED光質(zhì)對(duì)番茄植株重量的影響

蔬菜幼苗的健壯與否會(huì)直接影響蔬菜作物后期的生長(zhǎng)發(fā)育以及產(chǎn)量品質(zhì)，使用LED光源調(diào)控培育壯苗是目前研究的熱點(diǎn).研究發(fā)現(xiàn)，紅光和藍(lán)光光譜對(duì)于植物生物量具有重要的影響，紅藍(lán)組合光促進(jìn)了番茄、生菜和水稻五葉期幼苗生物量的積累。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)紅藍(lán)1：1組合下植株的干物質(zhì)積累量最大，且植株生長(zhǎng)健壯，壯苗指數(shù)最大，這與崔瑾等的研究結(jié)果相似。

3.2不同LED光質(zhì)對(duì)番茄葉綠素含量和葉綠素?zé)晒獾挠绊?/p>

光合色素吸收的光譜不同，因此不同光質(zhì)對(duì)光合色素的調(diào)控作用不同。前人的研究發(fā)現(xiàn)，藍(lán)光能夠促進(jìn)葉片中光合色素含量的增加，而紅光對(duì)葉綠素合成有抑制作用。本試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)紅光和藍(lán)光處理下植株葉綠素含量無(wú)顯著差異，但紅藍(lán)組合光下的葉綠素含量較高，表明組合光更有利于葉片葉綠素的形成，這與Fan等在小青菜上的研究結(jié)果相似。本研究還表明紅光有利于葉綠素b的合成，葉綠素a//b的值較小，而藍(lán)光有利于葉綠素a的合成，葉綠素a/b的值較大，這與在生菜、一品紅等作物研究下得出的結(jié)果相同。

葉綠素?zé)晒饪捎糜诃h(huán)境變化對(duì)植物光系統(tǒng)Ⅱ光合結(jié)構(gòu)影響的研究。電子傳遞效率越高，表明PSⅡ光化學(xué)效率越高，Yield則可反應(yīng)出植株的光能轉(zhuǎn)化效率。光質(zhì)顯著地影響植物的葉綠素?zé)晒鈪?shù)，且光質(zhì)對(duì)PSⅡ活性的影響與植物種類相關(guān)。在對(duì)黃瓜的研究中發(fā)現(xiàn)，紅光處理下PSⅡ活性高于白光和藍(lán)光，而彩色甜椒的PSⅡ活性在白光處理下最高。本研究發(fā)現(xiàn)1R1B處理下的ETR和Yield均較高，表明紅藍(lán)1：1組合光下植株P(guān)SⅡ的光合電子傳遞速率較高，葉片捕獲和利用光的能力較強(qiáng)。qL是指由光化學(xué)反應(yīng)引起的熒光水平的降低，其越大表明PSⅡ的電子傳遞活性越高，紅藍(lán)1：1組合光下qL數(shù)值是最高的.本試驗(yàn)表明紅藍(lán)1：1組合光下較大部分的光能用于光化學(xué)反應(yīng)而用于非光化學(xué)的能量卻很少。光質(zhì)可以調(diào)控光系統(tǒng)II的能量分配，這可能是引起不同光質(zhì)條件下作物光合作用差異的主要原因之一。NPQ代表不能用于光化學(xué)而以熱能釋放的能量，可反應(yīng)植株的光保護(hù)能力，紅藍(lán)1：1組合光下NPQ數(shù)值較小，說(shuō)明番茄植株以熱能的形式耗散的光能較少。Fv/Fm為暗適應(yīng)下PSⅡ最大光化學(xué)效率，表示植株葉片吸收的光能轉(zhuǎn)化為光化學(xué)反應(yīng)的最大效率，其值一般都比較恒定，本試驗(yàn)中不同光處理下該數(shù)值沒(méi)有顯著性差異。

3.3不同LED光質(zhì)對(duì)番茄抗氧化酶的影響

超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化物酶（POD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）可以阻止膜脂過(guò)氧化，保護(hù)細(xì)胞膜不受傷害。前人研究發(fā)現(xiàn)，番茄和生菜幼苗葉片中的SOD和POD活性在藍(lán)光處理下顯著提高，而CAT活性則無(wú)明顯變化。本研究發(fā)現(xiàn)不同的光譜分布對(duì)抗氧化酶活性有影響，但是不顯著，只有POD的活性在紅光下顯著高于其他處理，說(shuō)明單色紅光可能使番茄植株處于一定逆境環(huán)境。SOD是抗氧化酶系統(tǒng)中的第一道屏障，研究發(fā)現(xiàn)光質(zhì)對(duì)其的影響差異不大。丙二醛（MDA）含量能夠反映植株膜脂過(guò)氧化程度。本研究發(fā)現(xiàn)，植株MDA含量在紅藍(lán)1：1組合光下有所增加，但處理間無(wú)顯著差異.這些結(jié)果表明，光質(zhì)對(duì)不同植物的抗氧化酶活性影響不同，且單一色光與組合光對(duì)其影響也不完全相同。

綜上所述，本研究通過(guò)LED光源設(shè)置不同紅藍(lán)比例光質(zhì)，研究其對(duì)櫻桃番茄植株重量、葉綠素含量、葉綠素?zé)晒鈪?shù)以及抗氧化酶的影響，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)使用紅藍(lán)組合光更適宜番茄植株的生長(zhǎng)，其中以紅藍(lán)1：1組合光下植株的生長(zhǎng)最佳，為后續(xù)的研究提供適宜櫻桃番茄生長(zhǎng)的最優(yōu)光質(zhì)配比提供了理論基礎(chǔ)。

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