白紅與紅藍(lán)LED光照環(huán)境對(duì)兩種生菜生長(zhǎng)、品質(zhì)和能量利用效率的影響

閆征南 賀冬仙 鈕根花 周清 曲英華

|摘要|植物葉片的光合色素強(qiáng)烈吸收紅橙光和藍(lán)紫光，故紅藍(lán)LED光源被廣泛應(yīng)用于人工光型植物工廠。然而，長(zhǎng)期在自然環(huán)境下生長(zhǎng)的植物由于進(jìn)化已形成了利用廣譜太陽(yáng)輻射的生理機(jī)制。為了對(duì)比紅藍(lán)組合LED光質(zhì)與在白色LED中補(bǔ)充其他LED光質(zhì)對(duì)水培生菜（Lactuca sativa L.）的影響，本試驗(yàn)在白色LED中補(bǔ)充紅色LED，或在紅藍(lán)LED中分別補(bǔ)充紫外LED、綠色LED、遠(yuǎn)紅外LED的光照條件下培育綠葉生菜‘綠蝶和紫葉生菜‘紫雅20天。結(jié)果表明，在紅藍(lán)LED中補(bǔ)充遠(yuǎn)紅外LED使綠葉生菜的地上部鮮重和干重分別提高了28%和34%，補(bǔ)充紫外光對(duì)兩品種生菜的生長(zhǎng)和能源利用效率無(wú)顯著性影響，補(bǔ)充綠光則使綠葉生菜的維生素C含量和紫葉生菜的花青素含量分別降低了44%和30%。與紅藍(lán)LED光照條件相比，紅藍(lán)LED補(bǔ)充綠色LED的光照條件下培育的紫葉生菜在綠光區(qū)域的光譜吸收率降低，這與其更高的花青素含量有關(guān)。在白色LED中補(bǔ)充紅色LED的光照條件使得紫葉生菜的地上部鮮重和干重均提高了25%，但其維生素C和硝酸鹽含量與白色LED光照條件下培育的無(wú)顯著性差異。與紅藍(lán)LED 光照條件相比，白紅LED光照條件下培育的兩品種生菜的鮮質(zhì)量、光能和電能利用效率更優(yōu)或達(dá)到同等水平。綜上所述，白紅LED光質(zhì)可替代紅藍(lán)LED光質(zhì)用于綠葉和紫葉生菜（‘綠蝶和‘紫雅）的立體水培生產(chǎn)。

引言

葉綠素和類胡蘿卜素是高等植物中的兩類光合色素，吸收光能進(jìn)而驅(qū)動(dòng)光合作用[1]。葉綠素a和b是植物細(xì)胞中的主要色素，主要吸收光譜中的紅橙光（主吸收峰在625～675 nm）和藍(lán)紫光（主吸收峰在425～475 nm）[2]。前人研究發(fā)現(xiàn)植物葉片能夠吸收超過(guò)90%的紅光和藍(lán)光以及大約70%的綠光[1，3]，表明大部分紅光和藍(lán)光被植物葉片吸收。植物葉片中的葉綠素對(duì)光質(zhì)敏感，且不同種類植物之間存在差異[4]。在單色藍(lán)光下生長(zhǎng)的生菜（Lactuca sativa L.）比在單色紅光下生長(zhǎng)的生菜葉片中的葉綠素含量更高[5-6]，而在番茄植株中的結(jié)果卻相反[7]。此外，在紅藍(lán)組合光下生長(zhǎng)的植物葉綠素含量[5]、鮮重[8]和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)[8-9]比在單色紅光下生長(zhǎng)的植物更高。為此，前人研究了適宜生菜[5，10-11]、甜羅勒[12]、小白菜[13]和菠菜[14]的紅藍(lán)光組合光質(zhì)。

在商業(yè)化的園藝生產(chǎn)中，LED因其光譜靈活可調(diào)、壽命長(zhǎng)和能量轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)勢(shì)而具有巨大的市場(chǎng)潛力[15]。生菜是世界范圍內(nèi)栽培的主要作物，且常作為模式植物被用于LED光環(huán)境研究[16-18]。紅色LED和藍(lán)色LED因其與葉綠素吸收光譜相吻合似乎更適合生菜生產(chǎn)[5，19]。然而，長(zhǎng)期在自然環(huán)境下生長(zhǎng)的植物由于進(jìn)化已形成了利用廣譜太陽(yáng)輻射的生理機(jī)制[20-21]。除紅光和藍(lán)光外，光譜的其它部分也影響著植物的生長(zhǎng)發(fā)育和次生代謝產(chǎn)物的積累。綠光可以穿透植物上層葉片，并且可以被葉片背面的葉綠體所吸收[22]。Kim等[23]觀察到在紅藍(lán)LED中補(bǔ)充24%的綠光增加了綠葉生菜地上部鮮重。在紅光中補(bǔ)充10%綠光的光環(huán)境下生長(zhǎng)的生菜葉片的凈光合速率增加，但在紅藍(lán)光中加入相同比例的綠光時(shí)，生菜葉片的凈光合速率則降低[24]。與66%的紅光下培育的生菜相比，68%的紅光中補(bǔ)充8%的綠光下培育的紅葉生菜（cv. Sunmang）的葉面積和地上部鮮重增加，但綠葉生菜（cv. Grand Rapid TBR）無(wú)顯著性變化[25]。遠(yuǎn)紅光通過(guò)增加植物葉面積而非光合反應(yīng)來(lái)促進(jìn)植物生長(zhǎng)[26-27]。在紅藍(lán)LED中補(bǔ)充遠(yuǎn)紅光，紅橡葉生菜（cv. Cherokee）種苗的地上部和地下部鮮重顯著增加，而在綠葉生菜（cv. Rex）種苗中無(wú)顯著性變化[28]。在紅色LED中補(bǔ)充遠(yuǎn)紅光，紅葉生菜干重變化趨勢(shì)相似[29]。紫外線（UV）因其波長(zhǎng)短、能量高常在可控環(huán)境中用來(lái)刺激植物化學(xué)物質(zhì)的合成[30-31]。與無(wú)紫外線照射的實(shí)驗(yàn)區(qū)相比，補(bǔ)充紫外線提高了紅葉生菜的花青素、黃酮和酚類含量[32]。Lee等[30]也得出了類似的結(jié)果。上述研究表明，植物的生長(zhǎng)和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)可以通過(guò)補(bǔ)充其它光質(zhì)來(lái)調(diào)節(jié)，且不同品種植物對(duì)光質(zhì)有不同的形態(tài)和生理響應(yīng)。

結(jié)合生物量的積累和能源利用效率，Park等[33]建議在人工光型植物工廠的生菜生產(chǎn)中使用白色LED替代熒光燈。與熒光燈相比，白紅LED更適宜水培生菜的苗期[27]及后期栽培[17]。Chen等[20]研究表明，與白色LED相比，白紅LED光源下培育的生菜更為緊湊和健壯，并推測(cè)生菜生物量會(huì)隨著白色LED中補(bǔ)充的紅光比例的增加而增加。然而，過(guò)量的紅光可能對(duì)生菜生長(zhǎng)和植物化學(xué)物質(zhì)的積累有負(fù)面影響。Yan等[34]綜合評(píng)價(jià)水培生菜生長(zhǎng)、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和能源利用效率，建議在白色LED中補(bǔ)充適量的紅光（24.4%紅光）用于紫葉生菜生產(chǎn)。然而，很少有研究比較不同品種生菜在紅藍(lán)LED與白紅LED光源下的光合色素、吸收光譜特性和能源利用效率。

為了探究人工光型植物工廠中適宜的紅藍(lán)LED或白紅LED光源，本研究從色素含量、生物量積累、葉片分光光譜特性、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和能源利用效率等方面分析LED光質(zhì)對(duì)水培綠葉和紫葉生菜生長(zhǎng)和品質(zhì)形成的影響，旨在為人工光型植物工廠中不同品種生菜生長(zhǎng)所需LED光環(huán)境提供理論依據(jù)與技術(shù)指導(dǎo)。

材料與方法

實(shí)驗(yàn)材料和育苗條件

生菜（Lactuca sativa L.）的供試品種為綠葉生菜（cv. 綠蝶）和紫葉生菜（cv. 紫雅）。將海綿塊（23 mm×23 mm×23 mm）在水中反復(fù)擠壓使其充分吸水并置于塑料托盤(pán)中（520 mm×360 mm×90 mm）。將生菜種子直接播于完全浸濕的海綿塊的圓孔中，將塑料托盤(pán)覆膜并置于人工光型植物工廠實(shí)驗(yàn)室（中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)，北京，中國(guó)）。播種7天后，將生菜種苗假植于128孔的穴盤(pán)中再連續(xù)培養(yǎng)13天。播種20天后，隨機(jī)選取長(zhǎng)勢(shì)均勻一致的生菜種苗，將其定植于4 mm厚的栽培床（1200 mm×900 mm×70 mm），每個(gè)栽培床定植35株植物。根據(jù)之前的研究結(jié)果[27]，生菜育苗期間光源為紅藍(lán)比（R：B）為2.2的白紅LED燈具（WR-16W，北京盛陽(yáng)谷科技有限公司，中國(guó)），光照強(qiáng)度為200 μmol/（m2·s）、

光照周期為16 h/天，明期的溫度為22±1℃、相對(duì)濕度為65±5%、CO2濃度為800±50 μmol/mol;暗期的溫度為18±1℃、相對(duì)濕度為75±10%、CO2濃度不控制。水培生菜在定植20天后采收。

生菜生長(zhǎng)期間采用山崎生菜營(yíng)養(yǎng)液配方，該配方由以下成分組成（mg/L）：Ca（NO3）2·4H2O，236;KNO3，404;MgSO4·7H2O，123;NH4H2PO4，57;Fe -DTPA（7%），28.571;MnSO4·H2O，0.615;CuSO4·5H2O，0.039;ZnSO4·7H2O，0.088;H3BO3，

1.127;（NH4）6Mo6O24·4H2O，0.013。將山崎生菜營(yíng)養(yǎng)液的EC和pH分別調(diào)節(jié)為1.0～1.2 mS/cm和6.0～6.5。在播種2天后，每天用自來(lái)水澆灌生菜種苗1次。在子葉期和1～2片真葉期分別使用1/4倍和1/2倍的山崎生菜營(yíng)養(yǎng)液。當(dāng)?shù)?片真葉展開(kāi)后，采用標(biāo)準(zhǔn)的山崎生菜營(yíng)養(yǎng)液配方，營(yíng)養(yǎng)液在生菜種苗定植后每周更換1次。

實(shí)驗(yàn)區(qū)設(shè)置

利用在白色LED（W）中補(bǔ)充紅色LED（WR），或在紅藍(lán)LED（RB）中分別補(bǔ)充紫外LED（RBUV）、綠色LED（RBG）或遠(yuǎn)紅LED（RBFr）來(lái)設(shè)計(jì)LED光源，即在紅藍(lán)比分別為 0.9、2.2、4.6、5.1、5.4和5.6的LED光照環(huán)境下進(jìn)行水培綠葉生菜（cv. 綠蝶）和紫葉生菜（cv. 紫雅）的LED光質(zhì)影響試驗(yàn)。光照強(qiáng)度為250 μmol/（m2·s），光照周期為16 h/天。上述LED均由北京盛陽(yáng)谷科技有限公司生產(chǎn)，全部采用交流電供電。LED光源上方安裝不銹鋼鏡面反光板（1200 mm×900 mm×0.4 mm），墻壁由具有通風(fēng)小孔的鋁塑板組成。LED光環(huán)境實(shí)驗(yàn)區(qū)的分光光譜分布使用光纖光譜儀（AvaFiled-2， Avantes Inc.， 荷蘭）在燈下15 cm處進(jìn)行測(cè)量。基于分光光譜分布（表1）計(jì)算紫外光（UV，300～399 nm）、藍(lán)光（B，400～499 nm）、綠光（G，500～599 nm）、紅光（R，600～699 nm）和遠(yuǎn)紅光（Fr，700～800 nm）的光量子通量。

測(cè)量指標(biāo)與方法

◆水培生菜葉片的葉綠素含量與光合特性

每實(shí)驗(yàn)區(qū)隨機(jī)選取6株長(zhǎng)勢(shì)均勻的生菜，選取完全展開(kāi)的第3片葉測(cè)量其葉綠素含量和光合特性。將葉片去掉中脈后剪碎，稱取樣本0.1 g

左右置于15 mL試管中，加入10 mL的80%丙酮浸提48 h，使用分光光度計(jì)（UV3150，島津制作所，日本）測(cè)定提取物在波長(zhǎng)663 nm和645 nm處的吸光度。葉綠素a和b含量根據(jù)Arnon[35]計(jì)算，并計(jì)算葉綠素總量。生菜葉片凈光合速率采用便攜式光合儀（LI-6400XT，LI-COR公司，美國(guó)）進(jìn)行測(cè)定。葉室內(nèi)光源的光照強(qiáng)度設(shè)置為250 μmol/（m2·s）、葉溫為22℃、參比氣CO2濃度為800 μmol/mol。

◆水培生菜葉片的分光光譜特性

每實(shí)驗(yàn)區(qū)隨機(jī)選取5株長(zhǎng)勢(shì)一致的生菜，選取完全展開(kāi)的成熟葉片測(cè)量其主葉脈一側(cè)的中間位置。生菜葉片的透過(guò)率和反射率在采收時(shí)使用分光光度計(jì)（UV-3150，島津制作所，日本）進(jìn)行測(cè)量。分光光度計(jì)的掃描波長(zhǎng)為300～800 nm。依次測(cè)量葉片的透過(guò)率和反射率并計(jì)算其吸收率。

◆水培生菜的生長(zhǎng)特性

每實(shí)驗(yàn)區(qū)隨機(jī)選取6株長(zhǎng)勢(shì)一致的生菜，分別測(cè)量其地上部和地下部鮮重，隨后將鮮樣置于105℃的烘箱中進(jìn)行殺青處理，3 h后將烘箱溫度調(diào)至80℃后，烘干至恒重。待樣本冷卻至室溫后用萬(wàn)分之一天平（FA1204B，BioonGroup，上海）分別稱量其地上部干重和地下部干重。

◆水培生菜的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)

在每個(gè)處理中隨機(jī)選取6株長(zhǎng)勢(shì)均勻的生菜作為待測(cè)樣本。將葉片樣品剪碎，混合均勻后分別采用2，6-二氯酚靛酚滴定法[36]、水楊酸-濃硫酸比色法[37]和分光光度法[38]檢測(cè)水培生菜葉片中的維生素C、硝酸鹽和花青素含量。用上述分光光度計(jì)在410 nm波長(zhǎng)下測(cè)定硝酸鹽含量，用530 nm和600 nm波長(zhǎng)下提取液的吸光度計(jì)算花青素含量。

◆光能和電能利用效率

根據(jù)Kozai和Niu[39]計(jì)算光能利用效率（LUE）和電能利用效率（EUE），定義為：LUE = f×D/PAR，EUE = h×LUE。式中f為單位干物質(zhì)植物具有的化學(xué)能（約20 MJ/kg），D為單位栽培面積的植物干物重增加量[kg/（m2·h）]，PAR為栽培周期光合有效輻射積算值[MJ/（m2·h）]，h為電能到光合有效輻射能量的轉(zhuǎn)化系數(shù)。白色LED、白紅LED、紅藍(lán)LED、紅藍(lán)紫外LED、紅藍(lán)綠LED和紅藍(lán)遠(yuǎn)紅LED的h值分別為0.455、0.368、0.343、0.332、0.333和0.337。人工光源的耗電量使用微型電力檢測(cè)儀（TP9004，深圳市北電儀表有限公司，中國(guó)）進(jìn)行測(cè)量。百克鮮重耗電量和每克干重耗電量根據(jù)Zhang等[17]計(jì)算。

數(shù)據(jù)分析

統(tǒng)計(jì)處理和圖表繪制分別使用SPSS 18.0 （IBM， Inc.， Chicago， IL， USA）和Microsoft Excel 2010軟件完成。數(shù)據(jù)的方差分析是基于LSD（Least-Significant Difference）法進(jìn)行的多重比較（P< 0.05）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果的表達(dá)方式為均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差。

結(jié)果與討論

LED光質(zhì)對(duì)水培生菜葉片的葉綠素含量、光合特性和分光光譜特性的影響

在紅藍(lán)LED中補(bǔ)充紫外、綠光或遠(yuǎn)紅光對(duì)2個(gè)品種生菜的葉綠素含量無(wú)顯著性影響（表2）。綠葉生菜葉片的凈光合速率的變化趨勢(shì)與之相似。然而，與紅藍(lán)LED光照條件下培育的生菜相比，補(bǔ)充4.4%綠光降低了紫葉生菜的凈光合速率，這是由于綠光未被上部葉片有效吸收（圖2）。Kang等[24]觀察到，在紅藍(lán)LED中補(bǔ)充10%的綠光降低了綠葉生菜葉片的凈光合速率。然而，在紅藍(lán)LED和白紅LED中分別補(bǔ)充5%和24%的綠光時(shí)，綠葉生菜的葉綠素含量和凈光合速率無(wú)顯著性變化[23，40]。同時(shí)，與紅藍(lán)LED光照條件下培育的生菜相比，在紅藍(lán)LED中補(bǔ)充綠光降低了紫葉生菜葉片的凈光合速率，而紫葉生菜葉片的葉綠素含量在兩種處理之間無(wú)顯著性差異。這可能是由類胡蘿卜素含量的差異造成的，因?yàn)轭惡}卜素作為葉綠素的輔助光感受器，主要吸收光譜的藍(lán)光區(qū)域[2]。兩個(gè)品種生菜在紅藍(lán)LED和白紅LED實(shí)驗(yàn)區(qū)的葉綠素含量和凈光合速率沒(méi)有顯著差異，這與Mickens等[41]研究結(jié)果一致。

生菜葉片的吸收光譜主要在紅橙光（600～699 nm）和藍(lán)紫光（400～499 nm）區(qū)域，吸收峰在680 nm左右，2個(gè)品種生菜葉片的吸收率在680 nm以上急劇下降（圖2）。不同LED光照條件下水培生菜葉片的吸收光譜在藍(lán)紫光和紅橙光區(qū)域相似，而紫葉生菜葉片的吸收光譜在綠光（500～599 nm）區(qū)域差異顯著。生菜葉片在綠光區(qū)域的光譜吸收率較低，這是由于該區(qū)域具有較高的透過(guò)率和反射率。紫葉生菜葉片在綠光區(qū)域的吸收率分別在紅藍(lán)LED和紅藍(lán)綠LED光照條件下最高和最低，這種差異是由于紅藍(lán)LED光照條件下培育的紫葉生菜比紅藍(lán)綠LED光照條件下培育的紫葉生菜含有更多的花青素含量（圖3）。前人也發(fā)現(xiàn)了類似的趨勢(shì)[42-43]，表明綠光區(qū)域吸收光譜的差異是由花青素含量引起的。在紅藍(lán)LED中補(bǔ)充4.4%的綠光增加了紫葉生菜葉片的反射率，綠光區(qū)域的反射率明顯高于紅光和藍(lán)光區(qū)域，說(shuō)明較大比例的可見(jiàn)光透過(guò)上部葉片，這一結(jié)果與Son和Oh[25]的研究結(jié)果一致，他們觀測(cè)到在含有綠光的LED光照條件下培育的生菜在綠光區(qū)域的透過(guò)率高于紅光和藍(lán)光區(qū)域。

LED光質(zhì)對(duì)水培生菜生長(zhǎng)的影響

與紅藍(lán)LED實(shí)驗(yàn)區(qū)相比，在紅藍(lán)LED中補(bǔ)充紫外光、綠光或遠(yuǎn)紅光對(duì)紫葉生菜地上部鮮重?zé)o顯著性影響。然而，在紅藍(lán)LED中補(bǔ)充4.4%綠光和7.4%遠(yuǎn)紅光時(shí)，綠葉生菜的地上部鮮重分別增加了22.9%和27.5%（表3）。上述結(jié)果表明不同品種生菜對(duì)LED光質(zhì)響應(yīng)不同。Meng和Runkle[28]發(fā)現(xiàn)在紅藍(lán)LED中補(bǔ)充遠(yuǎn)紅光可提高紅橡葉生菜種苗（cv. Cherokee）的地上部和地下部鮮重，而綠葉生菜（cv. Rex）種苗沒(méi)有顯著性變化。在白色熒光燈中補(bǔ)充遠(yuǎn)紅光提高了紅葉生菜（cv. Red Cross）的地上部鮮重28.2%[16]，這可能是由于補(bǔ)充遠(yuǎn)紅光導(dǎo)致具有較低R：Fr的光照環(huán)境，R：Fr對(duì)植物起信號(hào)作用，并導(dǎo)致植物產(chǎn)生避蔭反應(yīng)，例如莖節(jié)的伸長(zhǎng)和葉面積的增加。因此，遠(yuǎn)紅光通過(guò)增加生菜葉面積從而增加光能截獲面積來(lái)促進(jìn)生物量的積累[26-27]。Lee等[44]發(fā)現(xiàn)在R：Fr為1.2的光環(huán)境下培育的紅葉生菜的地上部和地下部鮮重比在R：Fr為4.1光環(huán)境下培育的分別提高1.3和1.6倍。在紅藍(lán)LED中補(bǔ)充4.4%的綠光或3.4%的紫外光對(duì)兩個(gè)品種生菜的地上部和地下部干重?zé)o顯著影響（表3）。同樣，Kim等[40]發(fā)現(xiàn)在紅藍(lán)LED中補(bǔ)充5%綠光時(shí)，生菜的葉面積、總?cè)~綠素含量和地上部干重均無(wú)顯著性變化。在白色LED中補(bǔ)充9%的綠光在生菜播種后28天也未改變生菜葉片葉綠素含量、鮮重和干重[41]，這一結(jié)果可能是由于LED中補(bǔ)光的比例或強(qiáng)度太小未導(dǎo)致碳水化合物積累的差異。

較高比例的紅光結(jié)合藍(lán)光或白光導(dǎo)致生菜[5，34]、辣椒種苗[45]和甜羅勒[12]生物量的增加。與白色LED相比，白紅LED提高了紫葉生菜的地上部和地下部鮮重，但對(duì)綠葉生菜無(wú)顯著性影響。前人研究表明，在白色LED中補(bǔ)充14.0%[41]、18.0%[20]和24.4%[34]的紅光可提高生菜產(chǎn)量。然而，在白色熒光燈中補(bǔ)充33.4%的紅光對(duì)紅葉生菜鮮重和干重沒(méi)有顯著影響[16]。白色LED和白紅LED光照條件下培育的綠葉生菜的地上部鮮重分別比紅藍(lán)LED光照條件下培育的綠葉生菜高22.6%和25.9%。然而，紅藍(lán)LED和白紅LED光照條件下培育的紫色生菜的地上部和紫葉生菜地下部鮮重?zé)o顯著性差異（表3）。Mickens等[41]發(fā)現(xiàn)含有32.0%紅光的白色LED或含有46.0%紅光的白紅LED實(shí)驗(yàn)區(qū)培育的生菜的鮮重高于含有60.0%紅光的紅藍(lán)LED實(shí)驗(yàn)區(qū)。同樣，Han等[46]觀察到寬光譜或窄光譜白色LED下培育的生菜的葉面積和總鮮重高于紅藍(lán)LED實(shí)驗(yàn)區(qū)培育的生菜。與含有66.7%紅光的紅藍(lán)LED實(shí)驗(yàn)區(qū)相比，含有54.6%紅光的暖白LED光照條件下培育的綠葉和紅葉生菜地上部鮮重更高[47]。以上研究表明，白色LED或白紅LED在生菜生物量積累上與紅藍(lán)LED相似或更高，可用于不同品種生菜的生產(chǎn)。

LED光質(zhì)對(duì)水培生菜營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響

在紅藍(lán)LED中補(bǔ)充紫外光、綠光或遠(yuǎn)紅光對(duì)綠葉和紫葉生菜葉片硝酸鹽含量無(wú)顯著性影響（圖3）。在紅藍(lán)LED中分別加入8.5 μmol/（m2·s）的紫外光和18.5 μmol/（m2·s）的遠(yuǎn)紅光時(shí)，紫葉生菜葉片的花青素含量無(wú)顯著性差異（圖3）。同樣，Samuoliene等[48]發(fā)現(xiàn)補(bǔ)充光照強(qiáng)度為4 μmol/（m2·s）的紫外光沒(méi)有引起花青素含量的顯著性變化。這些研究結(jié)果與Li和Kubota[16]的研究結(jié)果略有不同，他們發(fā)現(xiàn)在白色LED中補(bǔ)充16.3 μmol/（m2·s）的紫外光和154 μmol/（m2·s）的遠(yuǎn)紅光時(shí)，生菜葉片的花青素含量分別增加了11.2%和降低了40.5%，這些差異可能與補(bǔ)光強(qiáng)度、其它光譜組成或品種有關(guān)。在紅藍(lán)LED光源中補(bǔ)充綠光降低了綠葉生菜44.3%的維生素C含量和紫葉生菜29.5%的花青素含量。前人研究表明，補(bǔ)充1.7%[29]或17.8%[16]的綠光對(duì)生菜葉片的花青素含量無(wú)顯著性影響。2個(gè)品種生菜的花青素含量和維生素C含量在白紅LED和紅藍(lán)LED光照條件下無(wú)顯著性差異。白色LED和白紅LED光照條件下培育的紫葉生菜葉片的硝酸鹽、維生素C和花青素含量無(wú)顯著性差異，這一結(jié)果與前人研究結(jié)果一致，在白色熒光燈中補(bǔ)充33.4%的紅光[16]和白紅LED中補(bǔ)充14.1%的紅光[17]對(duì)生菜葉片花青素和硝酸鹽含量無(wú)顯著性影響。

水培生菜生產(chǎn)的能源利用效率

適宜植物生長(zhǎng)的LED光譜組成應(yīng)最大限度地提高生物量的積累并考慮能源利用效率。在紅藍(lán)LED中補(bǔ)充紫外光、綠光或遠(yuǎn)紅光對(duì)紫葉生菜的百克鮮重耗電量、每克干重耗電量、LUE和EUE無(wú)顯著性影響（表4）。然而，在紅藍(lán)LED中補(bǔ)充遠(yuǎn)紅光導(dǎo)致綠葉生菜較低的百克鮮重耗電量和每克干重耗電量，以及較高的LUE和EUE。這一結(jié)果歸因于在紅藍(lán)LED中補(bǔ)充遠(yuǎn)紅光提高了生菜產(chǎn)量。紫葉生菜的能源利用效率在紅藍(lán)LED和白紅LED之間無(wú)顯著性差異。然而，與紅藍(lán)LED實(shí)驗(yàn)區(qū)相比，白紅LED導(dǎo)致綠葉生菜更高的LUE和EUE。白紅LED光照條件下生長(zhǎng)的紫葉生菜的LUE和EUE分別比白色LED光照條件下生長(zhǎng)的紫葉生菜提高45.5%和18.2%，這與Yan等[34]研究結(jié)果一致，他們發(fā)現(xiàn)在白色LED中補(bǔ)充24.4%的紅光，LUE和EUE分別提高了22.7%和7.1%以上。

結(jié)論

水培生菜的生長(zhǎng)、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和能源利用效率可以通過(guò)在紅藍(lán)LED或白色LED中補(bǔ)充其它光質(zhì)進(jìn)行調(diào)整。此外，水培生菜生產(chǎn)中的光環(huán)境管理與生菜品種相關(guān)。與紅藍(lán)LED光照條件相比，白紅LED光照條件下培育的兩個(gè)品種生菜的鮮重、光能和電能利用效率更優(yōu)或達(dá)到同等水平。綜上所述，白紅LED光質(zhì)可替代紅藍(lán)LED光質(zhì)用于綠葉和紫葉生菜（cv. 綠蝶和紫雅）的立體水培生產(chǎn)。（文中參考文獻(xiàn)請(qǐng)參見(jiàn)英文全文。）

版權(quán)說(shuō)明：該文曾收錄在2019年高附加值植物生產(chǎn)的環(huán)控技術(shù)國(guó)際研討會(huì)（2019ECTV）論文集中，英文全文首發(fā)在《國(guó)際農(nóng)業(yè)與生物工程學(xué)報(bào)》（IJABE）2020年第2期（文章題目及相關(guān)信息附后）。經(jīng)作者與首發(fā)期刊IJABE許可授權(quán)，賀冬仙教授團(tuán)隊(duì)將論文全文翻譯成中文后，以中文形式全文刊發(fā)于《農(nóng)業(yè)工程技術(shù)》溫室園藝專輯，以便中文讀者更好閱讀理解和參閱。

1.Yan Z N， He D X*， Niu G H， Zhou Q， Qu Y H. Growth， nutritional quality， and energy use efficiency in two lettuce cultivars as influenced by white plus red versus red plus blue LEDs[J]. International Journal of Agricultural and Biological Engineering， 13（2）： 33-40.

*項(xiàng)目支持：國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“設(shè)施種苗生產(chǎn)LED關(guān)鍵技術(shù)研究于應(yīng)用示范”（2017YFB0403901）。

作者簡(jiǎn)介：閆征南（1991-），男，河北保定人，博士，研究方向?yàn)橹参锃h(huán)境生理。

**通信作者：賀冬仙（1970-），女，山西太谷人，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)樯锃h(huán)境工程。

[引用信息]閆征南，賀冬仙，鈕根花，等.白紅與紅藍(lán)LED光照環(huán)境對(duì)兩種生菜生長(zhǎng)、品質(zhì)和能量利用效率的影響[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù)，2020，40（25）：40-46.