不同紅藍(lán)光組合LED燈對瓠瓜育苗的影響

李艷偉，楊新琴，何潤云，善新民，吳曉花，魯忠富，汪寶根，吳新義，汪穎*

(1.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 蔬菜研究所，浙江 杭州 310021；2.浙江省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，浙江 杭州 310020；3.柯城區(qū)蔬菜技術(shù)推廣中心，浙江 衢州 324000；4.衢州中恒農(nóng)業(yè)科技有限公司，浙江 衢州 324004)

瓠瓜[Lagenariasiceraria(Molina) Standl.]屬于葫蘆科葫蘆屬，為一年生草本植物，全國常年栽培面積13余萬 hm2，是我國尤其是南方設(shè)施園藝的主栽瓜類蔬菜之一。育苗環(huán)節(jié)在整個設(shè)施園藝生產(chǎn)中占重要地位，其中以光的調(diào)控最為重要[1-2]。

光在植物的光合作用中不可或缺[3-4]，尤其是波長為640～660 nm的紅光和430～450 nm的藍(lán)光，是植物葉片吸收光譜最強(qiáng)的兩個區(qū)域，對植物光形態(tài)建成、生長發(fā)育起重要調(diào)節(jié)作用[5-7]。利用不同光質(zhì)補(bǔ)光或全部人工光照進(jìn)行育苗和控制植株光形態(tài)建成是設(shè)施栽培中的一項重要技術(shù)。發(fā)光二極管(light emitting diode，LED)具有波長穩(wěn)定、光能轉(zhuǎn)化率高、光質(zhì)可調(diào)、節(jié)能高效、壽命長等諸多優(yōu)點(diǎn)[8-9]，適合應(yīng)用于空間和資源有限的設(shè)施生產(chǎn)中。另外LED光源為冷光源，發(fā)熱少，可近距離照射植株，大幅度降低空間利用率，從而降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本[10]?；贚ED光源的突出優(yōu)勢，LED光源作為新型補(bǔ)光光源更多地被應(yīng)用于生菜[11-13]、辣椒[14]、黃瓜[15]、南瓜[16]等不同蔬菜幼苗生長中。黃枝等[17-18]研究發(fā)現(xiàn)，不同比例紅光、藍(lán)光LED燈對瓠瓜幼苗生長具有不同影響，但紅藍(lán)光組合LED燈更有利于瓠瓜幼苗的生長。

本實驗以瓠瓜幼苗為試驗材料，以不同紅藍(lán)光組合LED燈為光源，以日光燈為對照，探究LED不同紅藍(lán)組合光質(zhì)對瓠瓜幼苗生長的影響，篩選最適合瓠瓜幼苗生長的紅藍(lán)光組合LED燈，以期為瓠瓜設(shè)施育苗補(bǔ)光光質(zhì)的選擇提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

瓠瓜品種浙蒲2號由浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜所提供。

1.2 處理設(shè)計

本試驗光源采用LED，由紅光(Red,R)與藍(lán)光(Blue,B)分別按2∶1(2R∶1B)、3∶1(3R∶1B)、5∶1(5R∶1B)、7∶1(7R∶1B)、8∶1(8R∶1B)比例進(jìn)行組合，以日光燈為對照(CK)。LED燈由衢州中恒農(nóng)業(yè)科技有限公司定制，可以隨著植物生長調(diào)節(jié)與植株之間的高度，保持其與植物之間的固定距離，確保植物能夠獲得穩(wěn)定的光源。本試驗設(shè)計6種不同光譜組合處理，3次重復(fù)，每次重復(fù)取瓠瓜幼苗30株(n=90)。其他參數(shù)：16 h光照，120 μmol·m-2·s-1光強(qiáng)；晝溫28 ℃，夜溫20 ℃；相對濕度75%。

1.3 測定指標(biāo)

觀察不同處理植株的生長狀態(tài)，取樣拍照并測定各個指標(biāo)。用直尺測量幼苗的高度、最大葉長、最大葉寬；用百分之一精準(zhǔn)天平測量幼苗的干重；利用手持葉綠素儀(JC-SPAD-DL)測定葉片葉綠素含量(SPAD)；利用葉綠素?zé)晒鈨x(PAM-2500)測定葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)，包括PSII有效電子傳遞速率(ETR)、實際光化學(xué)量子效率(ΦPSII)、光下最大熒光(Fm′)、光化學(xué)量子效率(Fv/Fm)、經(jīng)過PSⅡ的電子傳遞情況(Fm/Fo)等。

1.4 統(tǒng)計分析

所有試驗數(shù)據(jù)均采用SPASS 19和Excel 2016進(jìn)行統(tǒng)計分析作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同紅藍(lán)光組合LED燈對瓠瓜幼苗生長量的影響

于兩葉一心期觀察瓠瓜幼苗的生長情況，調(diào)查植株株高、葉長、葉寬和干重等指標(biāo)。如圖1所示，為不同紅藍(lán)光組合LED燈處理下瓠瓜幼苗的生長狀況?？梢?，與CK比較，5R∶1B的LED燈照射下瓠瓜幼苗表現(xiàn)為莖桿矮壯、節(jié)間短、葉色濃綠且肥厚。

由圖2可見，與對照CK相比，不同紅藍(lán)光組合LED燈顯著影響?zhàn)嫌酌缛~長、葉寬和干重(P<0.05)。其中，在5R∶1B處理下，瓠瓜幼苗的株高最小，為4.5 cm，株高比對照矮53.0%；最大葉長、最大葉寬、干重均為最大，分別為8.7 cm、6.8 cm、1.1 cm，比對照分別增加105.5%、78.6%和270.0%。

A—CK處理下的瓠瓜幼苗；B—5R∶1B處理下的瓠瓜幼苗。圖1 不同光照處理下瓠瓜幼苗的生長情況

柱間無相同字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。圖3～4同。圖2 不同紅藍(lán)光組合LED燈對瓠瓜幼苗的影響

2.2 不同紅藍(lán)光組合LED燈對瓠瓜幼苗根系的影響

植株根系形態(tài)建成和活力直接影響地上部分的生長、營養(yǎng)及產(chǎn)量水平。與CK相比，不同紅藍(lán)光組合LED燈處理的瓠瓜幼苗根系均表現(xiàn)出長勢佳、根系粗壯且側(cè)根數(shù)目較多的表型。如圖3所示，瓠瓜幼苗根系在5R∶1B和7R∶1B處理下最長，2個處理與CK相比，根長分別增加57.3%和59.3%；2R∶1B、3R∶1B和8R∶1B處理下根長分別比CK增加41.6%、32.2%和28.1%(圖3)。結(jié)果表明，植株根系的生長受不同紅藍(lán)光質(zhì)的影響較大，其中7R∶1B和5R∶1B處理下的瓠瓜根系生長較優(yōu)。

圖3 不同紅藍(lán)光組合LED燈對瓠瓜幼苗根長的影響

2.3 不同紅藍(lán)光組合LED燈對瓠瓜幼苗SPAD的影響

SPAD是衡量植物葉綠素相對含量，代表植物綠色程度的一個參數(shù)。由圖4可知，不同紅藍(lán)光組合LED燈處理后，瓠瓜幼苗葉片葉綠素相對含量均有不同程度的增加，在2R∶1B、5R∶1B和7R∶1B處理下增加較多，分別為30.2%、28.3%和28.1%；3R∶1B和8R∶1B處理下，瓠瓜幼苗葉片中葉綠素含量與CK相比分別增加8.3%和17.1%。上述結(jié)果表明，紅藍(lán)光組合LED燈顯著地促進(jìn)了瓠瓜幼苗葉片中葉綠素的合成，7R∶1B、2R∶1B和5R∶1B處理最有利于瓠瓜幼苗葉片葉綠素含量的增加。

圖4 不同LED光質(zhì)對蔬菜幼苗葉綠素的影響

2.4 不同紅藍(lán)光組合LED燈對瓠瓜幼苗葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

Fv/Fm反映PSII光化學(xué)效率的高低，通常用于表示PSII原初光能轉(zhuǎn)化效率；Fm表示最大熒光，F(xiàn)o表示最小初始熒光，F(xiàn)m/Fo值與PSII活性成正比。由表1結(jié)果可見，在2R∶1B處理下，瓠瓜幼苗葉片F(xiàn)v/Fm和Fm/Fo均為最大，分別為0.845和6.473，顯著大于CK。3R∶1B、7R∶1B和8R∶1B 3個處理間無顯著差異。而在5R∶1B處理下，F(xiàn)v/Fm和Fm/Fo值與CK相比分別減少1.6%和5.7%。

表1 不同紅藍(lán)光組合LED燈處理對瓠瓜幼苗葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

ФPSII表示實際光化學(xué)量子產(chǎn)量，2R∶1B處理下ФPSII最大，為0.824；其次是3R∶1B、5R∶1B、7R∶1B和8R∶1B處理，這4個處理間ФPSII無顯著差異，但均顯著大于CK。

ETR表示表觀電子傳遞速率，ETR越高，表示PSII的光化學(xué)效率越高。2R∶1B、3R∶1B和5R∶1B處理下，瓠瓜幼苗葉片ETR均與CK差異顯著，其中在2R∶1B處理下ETR最大。綜上分析可見，2R∶1B處理更有利于蔬菜葉片光合作用的電子傳遞效率，具備潛在最大光合能力。

3 小結(jié)與討論

營養(yǎng)生長是評價植物幼苗生長狀況的一個基本指標(biāo)。與單色光相比，不同紅藍(lán)光組合LED燈對植物幼苗生長有顯著的影響。Hernandez等[19]研究發(fā)現(xiàn)，9R∶ 1B處理下黃瓜幼苗生長最佳；劉振威等[20]以番茄幼苗為研究對象，認(rèn)為1R∶1B處理下番茄壯苗指數(shù)最優(yōu)；高藝等[21]提出，8R∶1B處理可顯著促進(jìn)絲瓜幼苗莖粗、壯苗指數(shù)、全株鮮重和地上部鮮重；林魁等[18]研究認(rèn)為，7R∶3B處理更有利于瓠瓜幼苗的生長。本研究發(fā)現(xiàn)，不同紅藍(lán)光組合LED光源下瓠瓜幼苗生長狀況均明顯好于日光燈，其中5R∶1B處理時瓠瓜幼苗表現(xiàn)為莖桿矮壯、節(jié)間緊密、葉色濃綠且肥厚；7R∶1B和5R∶1處理時瓠瓜幼苗根系較長，可見紅藍(lán)光組合LED光質(zhì)中紅光比重較大的處理下更有利于幼苗的生長和生物量的積累，這與林魁等[18]的研究結(jié)果相符合。

光合色素是植物進(jìn)行光合作用的物質(zhì)基礎(chǔ)，其含量的高低和組成直接影響葉片的光合速率[22]。許多研究表明，葉綠素的合成與光質(zhì)有關(guān)。蘇娜娜等[23]研究發(fā)現(xiàn)，紅藍(lán)光混合光照不僅能提高黃瓜和番茄幼苗葉片葉綠素含量，而且提高了植物的光合能力；曹剛等[24]進(jìn)行黃瓜幼苗葉綠體發(fā)育的研究，也提出紅藍(lán)光組合光質(zhì)最有利于葉片葉綠體發(fā)育。由于光合色素吸收的光譜峰值與紅藍(lán)光的光譜能量分布區(qū)域一致，因此，通過調(diào)節(jié)紅光和藍(lán)光比例可促進(jìn)植物的生長[25-26]。本研究發(fā)現(xiàn)，不同紅藍(lán)光組合LED燈處理下，瓠瓜幼苗葉片總?cè)~綠素含量均顯著高于對照，可見紅藍(lán)光組合光質(zhì)對瓠瓜幼苗葉片葉綠素的合成影響有限。瓠瓜幼苗葉片中Fv/Fm、Fm/Fo、ФPSII和ETR等熒光參數(shù)值均在2R∶1B光質(zhì)處理下最大，說明瓠瓜幼苗在2R∶1B光質(zhì)處理下可能具備最大的光合能力。

綜上表明，不同紅藍(lán)組合光質(zhì)對瓠瓜幼苗生長狀況的影響顯著。從光能利用角度看，可將5R∶1B作為瓠瓜育苗的最適光源。