光質(zhì)對(duì)豌豆芽苗菜生長(zhǎng)與生理特性的影響

余 婷，陳鵬飛，閔騰輝，田 強(qiáng)，王前貴，秦 勇

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與園藝學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052)

0 引言

豌豆(PisumsativumL.)別名為龍須菜、豌豆尖等，是一年生攀援型的草本植物，起源于小亞細(xì)亞西邊、地中海地區(qū)，以及埃塞俄比亞、亞州西部等地區(qū)，以其嫩莢、嫩梢、嫩葉和種子供人食用，做法多樣，可燒湯、炒菜或做涼菜，在《本草綱目》中也有對(duì)豌豆醫(yī)藥方面用途的介紹[1-2]。豌豆苗含有多種人體所需的氨基酸、礦物質(zhì)、豐富的維生素和大量的維生素B，而維生素B可以去除油質(zhì)皮膚上過(guò)多的油脂，起到嫩滑皮膚的作用。豌豆苗還具有利尿、消腫、止痛和促進(jìn)消化等保健功能[3-4]。豌豆種子易購(gòu)買(mǎi)，便于規(guī)模化生產(chǎn)，生產(chǎn)周期較短，周年均衡供應(yīng)，能增加就業(yè)崗位、促進(jìn)就業(yè)，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益較好，發(fā)展前景十分廣闊[5]。在眾多的環(huán)境因素中，光照在植株生長(zhǎng)、發(fā)育及內(nèi)部某些功能性化學(xué)物質(zhì)的積累過(guò)程中具有重要作用[6-7]。LED作為光源可近距離的照射植物，不僅可以充分利用種植空間，提高單位面積產(chǎn)量，還能降低生產(chǎn)成本。通過(guò)調(diào)整LED的光質(zhì)和光強(qiáng)，探究其對(duì)植物的影響，方法簡(jiǎn)便易行，還能提高植株體內(nèi)部的某些功能性化學(xué)物質(zhì)的濃度[8-10]。LED光對(duì)植株生長(zhǎng)的影響已有諸多報(bào)道。CRAVER J K等[11]發(fā)現(xiàn)，在紅光∶藍(lán)光=87∶13的條件下，芥菜、球莖甘藍(lán)芽苗菜中的總綠葉素含量較高。ZHOU Y M等[12]發(fā)現(xiàn)，苦蕎在6 d的發(fā)芽過(guò)程中，蘆丁含量在不斷地增加并在第5天時(shí)含量達(dá)到最大。LIU H K等[13]發(fā)現(xiàn)，相比于對(duì)照，藍(lán)光照射下豌豆芽的鐵還原力、自由基清除活性和芽苗的還原力會(huì)顯著增加，尤其會(huì)增加所有單酚類(lèi)物質(zhì)的含量。VALE A P等[14]研究發(fā)現(xiàn)，黑暗有利于甘藍(lán)苗菜所有營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的積累。耿靈靈等[15]發(fā)現(xiàn)，植物吸收的主要光源是紅光和藍(lán)光，許多蔬菜在紅藍(lán)組合光下的生長(zhǎng)營(yíng)養(yǎng)狀況優(yōu)于在單色紅光或藍(lán)光下的生長(zhǎng)營(yíng)養(yǎng)狀況。班甜甜等[16]指出，紅光∶藍(lán)光=4∶1最適合豌豆芽苗菜的生產(chǎn)。余碧霞等[17]發(fā)現(xiàn)，在室內(nèi)、光線不足的地方進(jìn)行蔬菜種植的光源可選擇紅光∶藍(lán)光=5∶1、紅光∶藍(lán)光∶白光=3∶2∶1。

目前，我國(guó)主要從品種、播種密度、采收時(shí)間、光條件及化學(xué)物質(zhì)引誘等方面對(duì)芽苗菜進(jìn)行了研究，在LED紅藍(lán)復(fù)合光種植豌豆芽苗菜方面的研究相對(duì)較少，并且存在復(fù)合光處理數(shù)量偏少的問(wèn)題[18]。本試驗(yàn)以“綠山谷麻豌豆2號(hào)”為研究對(duì)象，用10種不同比例的LED紅藍(lán)復(fù)合光進(jìn)行處理，通過(guò)觀測(cè)并比較豌豆芽苗菜的生長(zhǎng)及品質(zhì)指標(biāo)，探究不同光質(zhì)對(duì)豌豆芽苗菜生長(zhǎng)及品質(zhì)的影響，篩選出適宜豌豆芽苗菜生長(zhǎng)的LED紅藍(lán)復(fù)合光，為豌豆芽苗菜的工廠化種植提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)時(shí)間、地點(diǎn)及材料

本試驗(yàn)于2020年8—9月在新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與園藝學(xué)院綜合實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

供試品種：綠山谷麻豌豆2號(hào)(北京綠山谷芽苗菜有限責(zé)任公司)。

試驗(yàn)材料及藥品：GLZ-C-G型光合有效輻射計(jì)(浙江托普云農(nóng)科技股份有限公司)；LED植物補(bǔ)光燈(鹽城市賽瑞特半導(dǎo)體照明有限公司)；育苗盤(pán)：24 cm×16 cm×2 cm(北京綠山谷芽苗菜有限責(zé)任公司)；育苗紙(北京綠山谷芽苗菜有限責(zé)任公司)；遮光布(杭州泛客買(mǎi)電子商務(wù)有限公司)；游標(biāo)卡尺、直尺、電子天平、燒杯、量筒和高錳酸鉀等。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，以LED紅藍(lán)復(fù)合光的不同比例為變量設(shè)置單因素試驗(yàn)，以白光為對(duì)照(CK)，共10個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)3次，每個(gè)重復(fù)1盤(pán)。LED紅藍(lán)復(fù)合光的不同比例如表1所示。

表1 不同比例的LED紅藍(lán)復(fù)合光

1.2.2 試驗(yàn)方法

首先將育苗盤(pán)、托盤(pán)使用0.1%的高錳酸鉀溶液浸泡消毒后洗凈備用，然后選取大小均勻、顆粒飽滿的種子，每盤(pán)稱(chēng)取(干質(zhì)量)92.2 g(2.4 kg/m2)，清洗干凈后放置于燒杯中，使用室溫水浸泡24 h，清洗種子2～3遍[19]。將種子均勻放置于鋪好濕潤(rùn)育苗紙的育苗盤(pán)中，將育苗盤(pán)放置在栽培架上，用遮光布遮擋光線，進(jìn)行避光催芽[19]。

待種子發(fā)芽2～3 cm時(shí)，進(jìn)行LED照光培養(yǎng)，照光期間每隔2～3 h噴施一次清水，以便維持種皮的濕度[20]。光周期為12 h亮-12 h暗，光照強(qiáng)度30 μmol/(m2·s)。

待豌豆芽苗菜生長(zhǎng)至第8天進(jìn)行采收，采樣全部結(jié)束后，進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)的測(cè)定。

1.2.3 測(cè)定指標(biāo)

每盤(pán)取5棵幼苗，測(cè)定株高、莖粗。每個(gè)處理隨機(jī)選取15株，完整取出洗凈，吸水紙吸干水分，用電子天平測(cè)定地上部鮮質(zhì)量、地下部鮮質(zhì)量和全株鮮質(zhì)量，直尺測(cè)定根系長(zhǎng)度，排水法測(cè)定根體積。測(cè)定完成后分裝并進(jìn)行標(biāo)記，放置于105 ℃的烘箱中15 min進(jìn)行殺青處理，調(diào)整至75 ℃烘干至質(zhì)量，電子天平測(cè)定地上部干質(zhì)量、地下部干質(zhì)量和全株干質(zhì)量。根據(jù)測(cè)定數(shù)值進(jìn)行計(jì)算：干鮮比=全株干質(zhì)量/全株鮮質(zhì)量；根冠比=地下部鮮質(zhì)量/地上部鮮質(zhì)量。可食率/%=(地上部鮮質(zhì)量/全株鮮質(zhì)量)×100%；含水率/%=(全株鮮質(zhì)量-全株干質(zhì)量)/全株鮮質(zhì)量×100%。生物產(chǎn)量=單位面積莖質(zhì)量+子葉質(zhì)量+根質(zhì)量；經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量=單位面積莖質(zhì)量+子葉質(zhì)量[19]。

植株的可溶性糖含量、可溶性蛋白質(zhì)含量、葉綠素含量、總酚含量、維生素C含量分別采用硫酸-蒽酮比色法、考馬斯亮藍(lán)G-205法、酒精萃取法、福林酚法、2，6-二氯靛酚鈉法進(jìn)行測(cè)定[21-22]。

1.3 數(shù)據(jù)處理和分析

采用Microsoft Excel 2016對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，SPSS 19.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 生長(zhǎng)狀況

不同比例紅藍(lán)復(fù)合光對(duì)豌豆芽苗菜的生長(zhǎng)影響較大。由表2可知，處理7的植株株高最高，且顯著高于其他處理，其次是處理3、處理1，兩個(gè)處理之間達(dá)到顯著差異水平；莖粗方面，處理1>處理5>處理2>處理3>處理4，處理1、處理5之間無(wú)顯著差異；處理1的植株根系長(zhǎng)度、根體積最大；處理1的植株根冠比具有最大值，且與其他處理均達(dá)到顯著差異水平。說(shuō)明LED紅藍(lán)復(fù)合光在一定程度上能促進(jìn)豌豆芽苗菜的生長(zhǎng)，相比于CK，處理1(紅光∶藍(lán)光=3∶1)有利于豌豆芽苗菜的莖粗、根系長(zhǎng)度及根體積的增加。

表2 不同LED紅藍(lán)復(fù)合光條件下豌豆芽苗菜生長(zhǎng)對(duì)比

2.2 干鮮質(zhì)量

由表3可知，不同比例紅藍(lán)復(fù)合光影響豌豆芽苗菜的干鮮質(zhì)量。處理7的植株地上部鮮質(zhì)量最大，其次是處理3、處理2；處理3的植株地上部干質(zhì)量最大，顯著高于其他處理，處理2、處理5、處理7次之，且這3個(gè)處理之間無(wú)顯著差異；地下部鮮質(zhì)量、地下部干質(zhì)量方面均是處理1的植株最大；處理3的植株全株鮮質(zhì)量、全株干質(zhì)量為最大，與其他處理均達(dá)到顯著差異。說(shuō)明處理1(紅光∶藍(lán)光=3∶1)的照射有利于豌豆芽苗菜地下部的生長(zhǎng)及干物質(zhì)的積累，而處理3(紅光∶藍(lán)光=5∶1)有利于豌豆芽苗菜全株的生長(zhǎng)及干物質(zhì)積累。

表3 不同LED紅藍(lán)復(fù)合光條件下豌豆芽苗菜干鮮質(zhì)量對(duì)比

2.3 產(chǎn)量

由表4可知，處理3的生物產(chǎn)量、生物產(chǎn)率顯著高于其他處理及對(duì)照，其次是處理7，處理6的生物產(chǎn)量、生物產(chǎn)率最低；處理7的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)率、可食率最高，處理3次之，且處理7、處理3之間無(wú)顯著差異；含水率方面，處理1具有最大值，其他各處理之間無(wú)顯著差異。由以上可知，處理3(紅光∶藍(lán)光=5∶1)、處理7(紅光∶綠光∶藍(lán)光=9∶1∶0)均能有效提高豌豆芽苗菜的生物量。

表4 不同LED紅藍(lán)復(fù)合光條件下豌豆芽苗菜產(chǎn)量對(duì)比

2.4 葉綠素含量

豌豆芽苗菜葉綠素含量受不同紅藍(lán)復(fù)合光的影響，如圖1所示。處理3的葉綠素a含量最高，顯著大于其他處理，CK的葉綠素a含量最低；葉綠素b含量最高的是處理3，處理2、處理7和處理2、處理6、處理8之間無(wú)顯著差異，葉綠素b含量最低的處理為CK；處理3的葉綠素a+b、類(lèi)胡蘿卜素含量顯著高于其他處理，CK的葉綠素a+b、類(lèi)胡蘿卜素含量最低。以上說(shuō)明LED紅藍(lán)復(fù)合光可有效提高豌豆芽苗菜的葉綠素含量，其中處理3(紅光∶藍(lán)光=5∶1)的效果最為理想。

圖1 不同LED紅藍(lán)復(fù)合光條件下豌豆芽苗菜葉綠素含量對(duì)比Fig.1 Comparison of chlorophyll content of pea sprout seedlings under different LED red-blue compound light conditions

2.5 營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)

由圖2可知，LED紅藍(lán)復(fù)合光處理的植株可溶性糖含量、可溶性蛋白含量都比CK的植株高。處理7的可溶性糖含量最高，其次是處理5>處理8>處理2>處理9，都顯著高于CK；可溶性蛋白方面，處理9最高，處理7次之，兩個(gè)處理之間無(wú)顯著差異，可溶性蛋白含量最低的是CK。維生素C含量最高的是處理1，與其他處理達(dá)到顯著差異，處理8的維生素C含量最低；處理1的總酚含量最高，總酚含量最低的是處理7，處理4、處理6、處理8的總酚含量與CK無(wú)顯著差異。

圖2 不同LED紅藍(lán)復(fù)合光條件下豌豆芽苗菜品質(zhì)對(duì)比Fig.2 Comparison of pea sprout quality under different LED red-blue compound light conditions

3 討論

3.1 生長(zhǎng)狀況

不同LED紅藍(lán)復(fù)合光影響著豌豆芽苗菜的生長(zhǎng)及發(fā)育。SCHUERGER A C等[23]研究發(fā)現(xiàn)，LED光質(zhì)在植物生長(zhǎng)發(fā)育、形態(tài)建成的過(guò)程中起著重要的作用。CHRISTIE J M等[24]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)UV-A和藍(lán)光等單波長(zhǎng)的光處理后，植物的反應(yīng)會(huì)表現(xiàn)在促進(jìn)根系發(fā)育、節(jié)間距縮短、向光性和葉綠體分布等方面。黃枝等[8]發(fā)現(xiàn)紅光能促進(jìn)豌豆芽苗菜生長(zhǎng)；而張立偉等[25]研究發(fā)現(xiàn)紅光同樣能促進(jìn)蘿卜芽苗菜的生長(zhǎng)。KIM H H等[26]發(fā)現(xiàn)在LED紅藍(lán)光中添加24%綠光時(shí)能促進(jìn)萵苣的生長(zhǎng)。在本研究中，隨著紅藍(lán)光比例的變化，豌豆芽苗菜的生長(zhǎng)指標(biāo)的數(shù)值沒(méi)有明顯的規(guī)律可循，這與徐文棟等[27]的研究結(jié)果相同。莖粗、根系長(zhǎng)度、根體積方面，處理1(紅光∶藍(lán)光=3∶1)具有最大值，而處理7(紅光∶綠光∶藍(lán)光=9∶1∶0)株高最高，說(shuō)明LED紅藍(lán)光中添加適量綠光能促進(jìn)豌豆芽苗菜的生長(zhǎng)。

植株的生長(zhǎng)狀況、產(chǎn)量性狀及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)是評(píng)價(jià)芽苗菜的重要指標(biāo)[28]。譚仁豪等[29]研究發(fā)現(xiàn)，1∶5藍(lán)紅光質(zhì)能促進(jìn)綠豆芽苗菜地下部及全株生物量的增加。LU N S[30]發(fā)現(xiàn)紅光能促進(jìn)植株的生長(zhǎng)。在本試驗(yàn)中，處理3(紅光∶藍(lán)光=5∶1)的全株鮮質(zhì)量、全株干質(zhì)量最大，經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)率相對(duì)較高，說(shuō)明處理3(紅光∶藍(lán)光=5∶1)能夠滿足豌豆芽苗菜生長(zhǎng)的需求，使得植株積累較多的干物質(zhì)，從而具有較高產(chǎn)量；處理7(紅光∶綠光∶藍(lán)光=9∶1∶0)地上部鮮質(zhì)量最大，經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)率最高，這與汪玉潔等[31]的研究結(jié)果一致。

3.2 營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)

維生素C是人體所必需的維生素之一，而人們?nèi)粘Ｉ钪械木S生素C大部分是來(lái)自于蔬菜，所以維生素C是評(píng)定蔬菜品質(zhì)的關(guān)鍵指標(biāo)[27]。光會(huì)在不同程度上影響植株中的維生素C含量、蛋白質(zhì)含量及可溶性糖含量等，由于植物的種類(lèi)不同，對(duì)光的響應(yīng)也會(huì)有所差異[32]。蒲高斌等[33]發(fā)現(xiàn)，紅光處理的植株可溶性糖、可溶性蛋白含量等都比白光處理的植株高。本研究中，處理7(紅光∶綠光∶藍(lán)光=9∶1∶0)可溶性糖含量最高，處理9(紅光∶綠光∶藍(lán)光=7∶1∶2)可溶性蛋白含量最高，CK(白光)的可溶性糖、可溶性蛋白含量最低；處理1(紅光∶藍(lán)光=3∶1)的維生素C含量、總酚含量最高，而處理3(紅光∶藍(lán)光=5∶1)的可溶性蛋白、維生素C含量相對(duì)較低，這與陳祥偉等[34]、譚仁豪等[29]的研究結(jié)果相似。

3.3 葉綠素含量

葉綠素在光能的吸收和利用過(guò)程中起著不可替代的作用，是植物進(jìn)行光合作用的主要色素[31]。許大全等[35]發(fā)現(xiàn)光合作用的基本能源來(lái)源于紅光和藍(lán)光。BUKHOV N G等[36]發(fā)現(xiàn)在LED紅藍(lán)光中，適當(dāng)?shù)乃{(lán)光比例能促進(jìn)植株高光合能力的形成。蘇爍等[37]發(fā)現(xiàn)豌豆苗的色素含量與維生素C含量、類(lèi)黃酮含量及可溶性蛋白含量呈正相關(guān)。HOGEWONING S W等[38]發(fā)現(xiàn)植株的光合能力與單位面積的葉片質(zhì)量、葉綠素含量及氣孔導(dǎo)度相關(guān)，隨著藍(lán)光從0增加到50%，植株葉片的光合能力也在不斷提高，當(dāng)藍(lán)光高于50%時(shí)，植株的光合能力會(huì)逐漸降低。在本研究中，LED紅藍(lán)光處理過(guò)的植株葉綠素含量均高于CK。葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+b及類(lèi)胡蘿卜素含量均是處理3(紅光∶藍(lán)光=5∶1)的植株效果最為顯著，說(shuō)明處理3的植株轉(zhuǎn)化光能的速率較快，適量的藍(lán)光可增加植株光合色素的積累，這與WU M C等[39]的研究結(jié)果一致。

4 結(jié)論

不同比例紅藍(lán)光對(duì)豌豆芽苗菜的生長(zhǎng)及發(fā)育的影響是繁瑣而復(fù)雜的，豌豆芽苗菜的生長(zhǎng)是新陳代謝與光合作用相協(xié)調(diào)的一個(gè)過(guò)程，同時(shí)也是LED紅藍(lán)光疊加的作用效果。本試驗(yàn)紅光∶藍(lán)光=5∶1的植株全株鮮質(zhì)量最大，生物產(chǎn)量最高，其干物質(zhì)積累較多，光合色素含量最多，有利于光合作用的進(jìn)行。從產(chǎn)量、干物質(zhì)積累及光合作用方面考慮，建議在采用LED種植豌豆芽苗菜時(shí)采用紅光∶藍(lán)光=5∶1。