紅白光比例對植物工廠十字花科蔬菜生長及品質(zhì)的影響

鐘劍富 李雅 劉厚誠

|摘要|植物工廠條件下研究紅白比為1：1（LR）和3：1（HR）的光質(zhì)處理對3種十字花科蔬菜（‘廣府1號油菜心、‘千寶菜和‘黃葉白菜）生長及品質(zhì)的影響。結(jié)果表明：HR處理下‘黃葉白菜根系鮮重顯著高于LR處理;‘黃葉白菜維生素C含量、可溶性糖含量和DPPH清除率在HR處理下均顯著提高，增幅分別為25.0%、38.2%和25.0%;其硝酸鹽含量也顯著增加，增幅25.3%。然而，‘黃葉白菜的類黃酮含量在LR處理下顯著提高115.6%?！畯V府1號油菜心和‘千寶菜的品質(zhì)及抗氧化能力在處理間沒有顯著差異。因此，改變紅白比例對‘廣府1號油菜心和‘千寶菜的生長、品質(zhì)和抗氧化能力無顯著影響，‘黃葉白菜在高紅光比處理下其品質(zhì)顯著提高。

前言

紅光和藍(lán)光作為植物進(jìn)行光合作用和形態(tài)建成的主要光譜，合理利用有利于提高蔬菜的營養(yǎng)品質(zhì)，如紅光顯著提高韭菜[1]、烏塌菜[2]、奶油生菜[3]可溶性糖含量，提高豌豆芽苗菜的維生素C含量[4];藍(lán)光促進(jìn)小白菜[5]、生菜[6]粗蛋白含量增加。紅藍(lán)光組合可以顯著提高小白菜植株莖粗、葉寬、葉面積[7]，降低亞硝酸鹽含量[5]，提高生菜可溶性糖、可溶性蛋白、游離氨基酸和維生素C含量[8]。含有全光譜的白光對生菜的生長促進(jìn)效果更好[9]，在白光的基礎(chǔ)上添加紅光或藍(lán)光可以提高生菜光合性能[10]。

試驗在植物工廠條件下，研究了不同紅白比例LED燈對‘廣府1號油菜心、‘千寶菜和‘黃葉白菜的生長及品質(zhì)的影響，為植物工廠條件下十字花科蔬菜的生產(chǎn)提供參考。

材料與方法

試驗材料

試驗在華南農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗植物工廠內(nèi)進(jìn)行。試驗品種為‘廣府1號油菜心、‘千寶菜‘黃葉白菜3種蔬菜（廣東省良種引進(jìn)服務(wù)公司提供），采用海綿塊育苗，使用1/4劑量的霍格蘭氏營養(yǎng)液;播種14天后，挑選3葉1心期且健壯程度一致的幼苗移栽，使用1/2劑量的霍格蘭氏營養(yǎng)液栽培。試驗光源采用多通道智能可調(diào)LED燈板（各通道光強(qiáng)獨(dú)立可調(diào)，廣州誠匯裝備農(nóng)業(yè)科技有限公司提供，紅光LED波長660±10 nm、藍(lán)光LED波長460±10 nm、白光LED），設(shè)兩個處理：LR（紅白1：1）和HR（紅白3：1），光質(zhì)光強(qiáng)見圖1（臺灣群智Asensetk APL-01照明護(hù)照測定），PPFD（Photosynthetic Photon Flux Density，光合光量子密度）為350±5 μmol/（m2·s）。每天光照時間為8：00～18：00。移苗45天后，取樣測定。每個處理3個重復(fù)，每個重復(fù)24株植株。

生物量的測定

植株的全株、地上部和根系的鮮重使用千分之一電子天平進(jìn)行稱量;干重則將鮮樣放入烘箱，105℃殺青1 h，75℃烘干至恒重后，再使用千分之一電子天平進(jìn)行稱量。

營養(yǎng)物質(zhì)及抗氧化能力的測定

維生素C含量測定采用鉬藍(lán)比色法;可溶性糖含量測定采用蒽酮比色法;可溶性蛋白含量測定采用考馬斯亮藍(lán)法;游離氨基酸含量測定采用茚三銅溶液顯色法;硝酸鹽含量測定采用紫外分光光度法[11]。

DPPH自由基清除率測定參照Tadolini的方法[12];FRAP抗氧化能力的測定參照Benzie所述方法[13];總酚含量測定采用Folin-Cioealteu法[12];類黃酮含量測定采用硝酸鋁法[14]。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計

試驗所得數(shù)據(jù)利用Excel 2007和SPSS 17.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析，采用多重比較法，鄧肯氏檢驗（P<0.05）判斷差異顯著性。

結(jié)果與分析

紅白光比例對十字花科蔬菜生長的影響

3種蔬菜生長的光質(zhì)處理效果不同（表1）?！畯V府1號油菜心和‘千寶菜在LR和HR處理下植株干鮮重及根冠比之間未表現(xiàn)出顯著差異?！S葉白菜根系鮮重在HR處理下顯著提高，較LR處理高90.1%，其他干鮮重和根冠比之間沒有顯著差異。

可見，不同紅白光質(zhì)比對‘廣府1號油菜心和‘千寶菜生長影響不顯著，而對‘黃葉白菜根系生長有明顯影響。較高紅光比例有利于‘黃葉白菜根系的生長。

紅白光比例對十字花科蔬菜營養(yǎng)品質(zhì)的影響

3種蔬菜的營養(yǎng)品質(zhì)會受到光質(zhì)處理的影響（表2）。‘廣府1號油菜心和‘千寶菜的維生素C、可溶性糖、可溶性蛋白、游離氨基酸和硝酸鹽含量在處理間均未表現(xiàn)出顯著差異。HR處理下‘黃葉白菜維生素C含量和可溶性糖含量顯著高于LR處理，分別高出25.0%和38.2%，硝酸鹽含量也是HR處理下最高，高出LR處理25.3%，其可溶性蛋白和游離氨基酸含量處理間差異不顯著。

可見，不同紅白光質(zhì)比對‘廣府1號油菜心和‘千寶菜的品質(zhì)形成影響不顯著，較高紅光處理的‘黃葉白菜維生素C含量和可溶性糖含量顯著提高，硝酸鹽含量也顯著提高。

紅白光比例對十字花科蔬菜抗氧化能力的影響

3種蔬菜的抗氧化能力會受到光質(zhì)處理的影響（表3）。LR處理與HR處理下‘廣府1號油菜心和‘千寶菜的DPPH自由基清除率、FRAP值、總酚含量和類黃酮含量均未表現(xiàn)出顯著差異?！S葉白菜DPPH自由基清除率以HR處理最高，較LR處理高25.0%;FRAP值、類黃酮含量則以LR處理最高，分別高出HR處理30.5%、115.6%。

可見不同紅白光質(zhì)比對‘廣府1號油菜心和‘千寶菜的抗氧化能力影響不顯著;‘黃葉白菜中低紅光處理顯著提高類黃酮含量和FRAP值，而高紅光處理顯著提高DPPH自由基清除率。

討論

研究表明，光質(zhì)中紅光比例提高時3種蔬菜的生物量增加（表1），其原因可能是紅光能增加植物葉面積[15]并促進(jìn)葉綠素a、葉綠素b的合成[1，16]，適當(dāng)增加紅光比例能提高RuBP羧化酶活性[16]，進(jìn)而提高葉片固定CO2的能力，促進(jìn)碳水化合物的積累。

結(jié)合光譜圖（圖1）可知，白光含有藍(lán)光光譜，LR處理紅藍(lán)比約為2.3，HR處理紅藍(lán)比約為4.7。研究表明，紅光可以提高可溶性糖含量。本研究發(fā)現(xiàn)，提高紅光比例時黃葉白菜可溶性糖含量顯著提高，這與在烏塌菜[2]、小白菜[7]、生菜[15-16]、韭菜[1]、芹菜[17]中的研究結(jié)果相同，可能是較高比例紅光更能夠提高蔗糖代謝相關(guān)酶活性，影響作物的碳水化合物積累。

藍(lán)光可以提高可溶性蛋白含量，而紅光可以降低可溶性蛋白含量，提高藍(lán)光比例能促進(jìn)作物可溶性蛋白含量的提高[2，15，18]，原因可能是藍(lán)光促進(jìn)了線粒體的呼吸作用和初級氮代謝酶活性，為蛋白質(zhì)合成提供了充足的碳骨架和氮源，從而提高可溶性蛋白含量[19]，本研究中3種蔬菜可溶性蛋白含量在處理間均未表現(xiàn)出差異，可能是在一定的紅藍(lán)比光照下可溶性蛋白質(zhì)達(dá)到某種平衡的結(jié)果。半乳糖酸內(nèi)酯脫氫酶（GLDH）是維生素C合成的關(guān)鍵酶[20]，紅光降低GLDH活性，藍(lán)光提高GLDH活性[1]，維生素C含量隨藍(lán)光比例的增加而增加。本研究中‘黃葉白菜維生素C含量在高紅光比例下顯著提高，可能是紅光促進(jìn)碳水化合物的積累，為維生素C合成提供了豐富的原料，從而提高了維生素C含量。游離氨基酸含量隨藍(lán)光比例增加而增加[15，16，21]，可能藍(lán)光為蛋白質(zhì)合成提供了充足的碳骨架和氮源，碳骨架和氮源先合成氨基酸，再進(jìn)一步合成蛋白質(zhì)。隨著紅光比例的降低，奶油生菜硝酸鹽含量表現(xiàn)出先降低后增加的趨勢[22]，本研究發(fā)現(xiàn)，提高紅光比例‘黃葉白菜硝酸鹽含量顯著提高，可能是藍(lán)光對NR的激活作用比其他光質(zhì)強(qiáng)[23]，降低白光比例（即藍(lán)光比例降低）使得活化NR數(shù)量減少，從而促進(jìn)硝酸鹽的積累。

不同光質(zhì)能通過影響苯丙氨酸解氨酶PAL和查爾酮合成酶CHS的活性從而改變類黃酮含量：藍(lán)光和UV-B處理能顯著提高西蘭花芽苗菜PAL活性[24]，兩種蘿卜芽苗菜PAL活性都是在UV-B處理下最高[25];藍(lán)光能顯著提高‘楊花蘿卜芽苗菜中PAL活性。本研究表明，增加紅光比例時‘黃葉白菜類黃酮含量顯著降低，可能是白光比例降低（即藍(lán)光比例降低）使PAL活性受到影響，進(jìn)而降低了類黃酮含量。

高紅光比例能促進(jìn)十字花科蔬菜的生長，提高生物量;提高紅光比例對‘廣府1號油菜心和‘千寶菜的品質(zhì)與抗氧化能力影響不顯著，但能顯著提高‘黃葉白菜維生素C、可溶性糖含量和DPPH自由基清除率，降低類黃酮含量，因此通過改變光質(zhì)配比能夠顯著影響蔬菜產(chǎn)量及品質(zhì)，其效果因作物種類而異。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳嫻，劉世琦，孟凡魯，等.不同光質(zhì)對韭菜營養(yǎng)品質(zhì)的影響[J].山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2012，43（3）：361-366.

[2] 陳祥偉，劉世琦，馮磊，等.不同LED光源對烏塌菜光合特性及品質(zhì)的影響[J].華北農(nóng)學(xué)報，2014，29（S1）：243-248.

[3] 張珂嘉，鄒志榮，楊俊偉，等.不同比例紅藍(lán)光對奶油生菜生長、光合特性及品質(zhì)的影響[J].蔬菜，2018（2）：7-12.

[4] 班甜甜，李曉慧，馬超.不同光質(zhì)對豌豆芽苗菜生長和品質(zhì)的影響[J].北方園藝，2019（13）：77-82.

[5] 樊小雪，宋波，徐海，等.不同LED光質(zhì)對小白菜品質(zhì)的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，44（10）：18-19+63.

[6] 周華，劉淑娟，王碧琴，等.不同波長LED光源對生菜生長和品質(zhì)的影響[J].江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報，2015，31（2）：429-433.

[7] 陳祥偉，劉世琦，劉慶，等.不同LED光源對小白菜生長及光合特性的影響[J].北方園藝，2013（22）：1-4.

[8] 樊小雪，宋波，徐海，等.不同LED光源對生菜生長和品質(zhì)的影響[J].湖北民族學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2015，33（3）：330-333.

[9] 許莉，尉輝，齊連東，等.不同光質(zhì)對葉用萵苣生長和品質(zhì)的影響[J].中國果菜，2010（4）：19-22.

[10] 周成波，張旭，劉彬彬，等.補(bǔ)光光質(zhì)對葉用萵苣光合特性的影響[J].植物生理學(xué)報，2015，51（12）：2255-2262.

[11] 李合生. 植物生理生化實驗原理和技術(shù)[M]. 北京： 高等教育出版社， 2000：123-248.

[12] Tadolini B， Juliano C， Piu L， et al. Resveratrol inhibition of lipid peroxidation [J]. Free Radical Research， 2000， 33（1）：105-114.

[13] Benzie I F， Strain J J. Ferric reducing/antioxidant power assay： direct measure of total antioxidant activity of biological fluids and modified version for simultaneous measurement of total antioxidant power and ascorbic acid concentration [J]. Methods in Enzymology， 1999， 299：15-27.

[14] Xie Y， Zheng Y， Dai X， et al. Seasonal dynamics of total flavonoid contents and antioxidant activity of Dryopteris erythrosora[J]. Food chemistry， 2015， 186： 113-118.

[15] 李聰聰，吉家曾，陳增舉，等.紅藍(lán)光質(zhì)配比對兩種葉色生菜生長及品質(zhì)的影響[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2019，60（12）：2238-2241.

[16] 高勇，李清明，劉彬彬，等.不同光質(zhì)配比對紫葉生菜光合特性和品質(zhì)的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2018，29（11）：3649-3657.

[17] 高波，楊振超，李萬青，等.3種不同LED光質(zhì)配比對芹菜生長和品質(zhì)的影響[J].西北農(nóng)業(yè)學(xué)報，2015，24（12）：125-132.

[18] 王濤，蘭婕，陳永快，等.LED紅藍(lán)光配比對生菜生長及生理特性的影響[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2019，47（22）：199-203.

[19] Kowallik， W. Blue Light Effects on Respiration[J]. Plant Biology， 1982， 33（1）：51-72.

[20] Oba K， Ishikawa S， Nishikawa M， et al. Purification and Properties of L-Galactono- γ-Lactone Dehydrogenase， a Key Enzyme for Ascorbic Acid Biosynthesis， from Sweet Potato Roots[J]. Biochemical Journal，1995， 117（1）：120-124.

[21] 李亞華，陳龍，高榮廣，等.LED光質(zhì)對茄子果實品質(zhì)及抗氧化能力的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2015，26（9）：2728-2734.

[22] 聞婧，鮑順淑，楊其長，等.LED光源R/B對葉用萵苣生理性狀及品質(zhì)的影響[J].中國農(nóng)業(yè)氣象，2009，30（3）：413-416.

[23] 鄧江明，賓金華，潘瑞熾.光質(zhì)對水稻幼苗初級氮同化的影響[J].植物學(xué)報，2000（3）：234-238.

[24] 龔春燕，蘇娜娜，陳沁，等.不同光質(zhì)對西蘭花芽苗菜營養(yǎng)品質(zhì)及抗氧化性的影響[J].食品工業(yè)科技，2018，39（23）：42-49.

[25] 魯燕舞，張曉燕，耿殿祥，等.光質(zhì)對蘿卜芽苗菜總酚類物質(zhì)含量及抗氧化能力的影響[J].園藝學(xué)報，2014，41（3）：545-552.

*項目支持：廣東重點(diǎn)研發(fā)計劃項目（2019B020214005、2019B020222003 ），廣州市科技計劃項目（201704020058、201704020006）。

作者簡介：鐘劍富（1996- ），男，廣東梅州人，碩士研究生，研究方向為設(shè)施蔬菜生理生態(tài)。E-mail：1004580755@qq.com。

**通信作者：劉厚誠（1968-），男，湖南漣源人，教授，研究方向為設(shè)施蔬菜生理生態(tài)。Email：liuhch@scau.edu.cn。

[引用信息]鐘劍富，李雅旻，劉厚誠.紅白光比例對植物工廠十字花科蔬菜生長及品質(zhì)的影響[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù)，2020，40（19）：64-67.