不同時段補光對日光溫室早春茬馬鈴薯光合特性、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

彭佃亮，遲文娟，信國琛，唐玉海，張敬敏

（山東省高校設(shè)施園藝重點實驗室·濰坊科技學(xué)院 山東壽光 262700）

馬鈴薯塊莖營養(yǎng)豐富，含有人體必需的七大類營養(yǎng)物質(zhì)，是重要的菜糧兼?zhèn)渥魑铩ＴO(shè)施栽培蔬菜的發(fā)展?jié)M足了我國北方居民冬春季的蔬菜需求。為解決春季鮮薯供應(yīng)難的問題，馬鈴薯日光溫室冬春季栽培面積連年增加。光是植物生長發(fā)育及形態(tài)建成的關(guān)鍵生態(tài)因子，弱光脅迫成為馬鈴薯日光溫室冬春生產(chǎn)的瓶頸。

光合作用是植物生長、產(chǎn)量和品質(zhì)形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，氣孔導(dǎo)度、胞間CO濃度和凈光合速率等是植物光合特性的重要指標(biāo)。弱光環(huán)境會造成馬鈴薯徒長、節(jié)間細(xì)長、營養(yǎng)生長受限，從而導(dǎo)致產(chǎn)量降低、品質(zhì)變劣。研究表明弱光脅迫增加胞間CO濃度，降低氣孔導(dǎo)度和凈光合速率，影響植物光合作用。弱光條件下植物光合性能下降、物質(zhì)積累降低從而導(dǎo)致塊莖產(chǎn)量下降品質(zhì)變劣。

設(shè)施生產(chǎn)中，采用人工光源是植物正常生長發(fā)育、高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要保障方式。LED 燈具有高效節(jié)能、安全穩(wěn)定等特點，廣泛應(yīng)用于設(shè)施農(nóng)作物的栽培。目前，補光在甜椒、番茄等作物的增產(chǎn)提質(zhì)上作用顯著。補光能夠優(yōu)化甜椒營養(yǎng)吸收積累與分配，進而改善甜椒產(chǎn)量與品質(zhì)。開花前后補光均可顯著增加番茄果實中可溶性固形物、可溶性糖、維生素C 含量，顯著降低有機酸含量，進而改善果實品質(zhì)。補光和增施CO同時處理可顯著促進番茄生長和凈光合速率的提高，提高產(chǎn)量和改善品質(zhì)。目前，關(guān)于補光對日光溫室早春茬馬鈴薯光合特性、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響了解尚少。筆者在日光溫室早春茬馬鈴薯生產(chǎn)過程中，通過設(shè)置不同時段補光處理，研究其對馬鈴薯葉片葉綠素相對含量、氣孔導(dǎo)度、凈光合速率以及塊莖產(chǎn)量、品質(zhì)的影響，以期為馬鈴薯保護地栽培提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗于2019 年1—4 月在濰坊科技學(xué)院試驗基地日光溫室進行。供試品種為生育期相同（90 d）的馬鈴薯品種田園1 號（淀粉含量13.00%，非持綠品種）與希森6 號（淀粉含量為16.00%，持綠品種），為市售原種，由壽光市童旭農(nóng)業(yè)科技有限公司提供。

1.2 試驗設(shè)計

馬鈴薯種植壟長3 m，行株距為50 cm×25 cm，切塊（約50 g）催芽播種。于馬鈴薯幼苗期開始給予補光處理，用LED 人工光源（深圳厚屹節(jié)能技術(shù)有限公司生產(chǎn)的HY-115CM-36×3 W-RB 型，額定功率108 W，LED 光源下10 cm 處的光照度為18 760 lx，紅光∶藍(lán)光=7∶2，其中，藍(lán)光的峰值波長為460 nm，紅光的峰值波長為660 nm）在馬鈴薯植株頂端上方約10 cm 處進行補光，每壟間各安裝一排LED 燈，光源高度隨馬鈴薯生長期適時調(diào)整；共設(shè)置未補光（CK）、揭簾前補光4 h（T1）、蓋簾后補光4 h（T2）3個處理，各處理間用遮光幕隔離，采用完全隨機區(qū)組設(shè)計，每處理4 行，3 次重復(fù)。

1.3 試驗測定指標(biāo)

于馬鈴薯現(xiàn)蕾期（S1）、塊莖形成期（S2）、塊莖膨大初期（S3）和塊莖膨大末期（S4）用葉綠素測定儀測定頂部倒2 功能葉葉綠素相對含量（SPAD值）、用Li-6400 型便攜式光合作用測量系統(tǒng)測定葉片凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO濃度。于S2、S4時期用刻度尺測量株高、用游標(biāo)卡尺測量莖粗。于收獲期進行馬鈴薯單株測產(chǎn)、并另隨機選擇5 株大小一致的塊莖樣品混合用于品質(zhì)測定；用電子秤測定單行馬鈴薯塊莖質(zhì)量，計算667 m產(chǎn)量/kg=單行產(chǎn)量×667/單行面積。測產(chǎn)時分級稱量，單薯質(zhì)量＜100 g 為小薯，≥100 g 為大薯；采用烘干稱重法測定干物質(zhì)含量、采用2，6-二氯靛酚滴定法測定維生素C 含量、采用考馬斯亮藍(lán)法測定可溶性蛋白含量（FW）、采用蒽酮比色法測定塊莖淀粉含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用DPS 15.10 軟件進行單因素方差分析，用LSD 法對比各處理間差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同時段補光對日光溫室馬鈴薯葉片葉綠素相對含量的影響

在所有處理條件下，馬鈴薯葉片葉綠素相對含量隨著生育進程呈先上升后下降的趨勢（表1）。相較CK，不同時段補光均提高了2 個品種不同生育時期的葉綠素相對含量，且除田園1 號T2 處理的S1、S4 時期外，其他處理差異均達(dá)到顯著水平；其中田園1 號、希森6 號在T1 處理的S4 時期葉綠素相對含量較對照分別提高7.37%、17.10%，T2 處理下的S4 時期田園1 號、希森6 號葉綠素相對含量較對照分別提高3.95%、5.04%。T1 處理2 個品種不同生育時期的葉綠素相對含量均高于T2 處理，且品種田園1 號差異均達(dá)到顯著水平。結(jié)果表明，不同時段補光均能提高日光溫室馬鈴薯葉片葉綠素相對含量，且早晨揭簾前補光4 h 優(yōu)于晚上蓋簾后補光4 h。

表1 不同時段補光對日光溫室馬鈴薯葉片葉綠素相對含量的影響 SPAD

2.2 不同時段補光對日光溫室馬鈴薯葉片氣孔導(dǎo)度的影響

氣孔導(dǎo)度與植物光合作用、呼吸作用密切相關(guān)。由表2 可知，與對照相比，不同時段補光均提高了2 個品種不同生育時期的葉片氣孔導(dǎo)度，其中，僅S2、S3 時期差異達(dá)到顯著水平。除品種田園1 號S2 時期外，T1、T2 處理下2 個品種不同生育時期的葉片氣孔導(dǎo)度無顯著差異。結(jié)果表明，不同時段補光均能提高日光溫室馬鈴薯葉片氣孔導(dǎo)度，且T1、T2 處理間整體無顯著差異。

表2 不同時段補光對日光溫室馬鈴薯葉片氣孔導(dǎo)度的影響 （mmol·m-2·s-1）

2.3 不同時段補光對日光溫室馬鈴薯葉片胞間CO2濃度的影響

由表3 可知，較CK，T1 處理顯著降低了2 個品種不同生育時期的葉片胞間CO濃度。其中，田園1 號、希森6 號在S4 時期葉片胞間CO濃度較對照分別下降了4.34%、5.29%；與對照相比，T2 處理也降低了2 個品種不同生育時期葉片胞間CO濃度，且除S1 外、其他各時期差異均顯著。其中，田園1 號、希森6 號在S4 時期葉片胞間CO濃度較對照分別下降2.81%、4.28%。T1 處理的2 個品種不同生育時期的葉片胞間CO濃度均低于T2 處理。其中，除田園1 號S3、S4 時期和希森6 號S4時期外，其他各時期處理差異均達(dá)顯著水平。結(jié)果表明，不同時段補光均能降低日光溫室馬鈴薯葉片胞間CO濃度。其中，T1 處理的差異最為顯著。

表3 不同時段補光對日光溫室馬鈴薯葉片胞間CO2濃度的影響 （μmol·mol-1）

2.4 不同時段補光對日光溫室馬鈴薯葉片凈光合速率的影響

由表4 可知，較對照處理，不同時段補光T1、T2 處理均提高了2 個品種不同生育時期的葉片凈光合速率，且差異均達(dá)到顯著水平；其中，田園1號、希森6 號在T1 處理的S4 時期葉片凈光合速率較對照分別提高22.34%、10.46%，T2 處理下的S4時期田園1 號、希森6 號葉片凈光合速率較對照分別提高13.60%、5.62%。T1 處理下2 個品種不同生育時期的葉片凈光合速率均高于T2 處理。其中，田園1 號S1、S4 和希森6 號S1、S3 時期的差異顯著。說明補光能顯著提高馬鈴薯葉片凈光合速率，且早晨揭簾前補光4 h 優(yōu)于晚上蓋簾后補光4 h。

表4 不同時段補光對日光溫室馬鈴薯葉片凈光合速率的影響 （μmol·m-2·s-1）

2.5 不同時段補光對日光溫室馬鈴薯株高及莖粗的影響

從表5 可以看出，較CK，不同時段補光T1、T2處理均提高了2 個品種不同生育時期的植株高度，且差異達(dá)到顯著水平；其中，田園1 號、希森6 號在T1 處理的S4 時期株高較對照分別提高10.20%、8.78%，T2 處理下的S4 時期田園1 號、希森6 號株高較對照分別提高9.20%、6.00%；T1、T2 處理均較對照顯著提高了2 個品種不同生育時期的植株莖粗。T1、T2 處理間2 個品種不同生育時期的植株株高及莖粗無顯著差異。

表5 不同時段補光對日光溫室馬鈴薯株高及莖粗的影響

2.6 不同時段補光對日光溫室馬鈴薯塊莖數(shù)及產(chǎn)量的影響

表6 所示為不同時段補光對日光溫室馬鈴薯塊莖數(shù)及產(chǎn)量的影響。與對照相比，不同時段補光對2 個品種單株塊莖數(shù)無顯著影響。較對照，T1、T2 處理均顯著提高了2 個品種馬鈴薯大薯率；T1處理下2 個品種大薯率顯著高于T2 處理。較對照，田園1 號、希森6 號在T1 處理下產(chǎn)量分別提高25.42%、23.51%，T2 處理下的田園1 號、希森6 號產(chǎn)量分別提高了15.16%、8.87%；2 個品種T1 處理下馬鈴薯產(chǎn)量均顯著高于T2 處理。

表6 不同時段補光對日光溫室馬鈴薯塊莖數(shù)及產(chǎn)量的影響

2.7 不同時段補光對日光溫室馬鈴薯塊莖品質(zhì)的影響

由表7 可知，T1、T2 處理下的2 個品種塊莖干物質(zhì)含量均顯著高于未補光處理；T1 處理下塊莖干物質(zhì)含量高于T2，其中，田園1 號差異顯著。與對照相比，不同時段補光對2 個品種的維生素C 含量無顯著影響，T1、T2 處理下2 個品種塊莖可溶性蛋白含量均顯著高于對照；T1、T2 處理間可溶性蛋白含量無差異顯著；較對照，T1、T2 處理顯著提高了2個品種塊莖淀粉含量；2 個品種T1 處理下塊莖淀粉含量均高于T2 處理，且差異達(dá)到顯著水平。

表7 不同時段補光對日光溫室馬鈴薯塊莖品質(zhì)的影響

3 討論與結(jié)論

馬鈴薯冬春季保護地栽培的推廣極大地緩解了春季鮮薯供應(yīng)難的現(xiàn)狀，然而設(shè)施內(nèi)弱光的生態(tài)環(huán)境限制了植株的生長與產(chǎn)量品質(zhì)的形成。光照與植物營養(yǎng)生長密切相關(guān)，光合作用是植物生物量形成的基礎(chǔ)。前人研究表明，弱光會降低馬鈴薯葉片相對葉綠素含量與光合速率；耐陰材料對光強利用范圍發(fā)生變化，提高對弱光的利用能力，進而遮光后葉片具有較高的相對葉綠素含量及凈光合速率。筆者在本試驗中發(fā)現(xiàn)，不同時段補光不僅能提高日光溫室早春茬馬鈴薯葉片葉綠素含量，且顯著提高了馬鈴薯葉片凈光合速率，說明相對葉綠素含量的提高與光合作用的碳同化密切相關(guān)；而李晨陽等研究發(fā)現(xiàn)遮光處理對葉片相對葉綠素含量的影響，存在生長時期效應(yīng)，與葉片凈光合速率無關(guān)；研究差異的產(chǎn)生可能與試驗開展的季節(jié)及光處理強弱有關(guān)，需要進一步的研究。

植物的光合作用不僅與植株自身生長特性有關(guān)，而且外界環(huán)境因素對其有顯著影響。通過對水分虧缺、弱光等逆境下植物光合特性的研究，發(fā)現(xiàn)水分虧缺導(dǎo)致葉片氣孔導(dǎo)度、胞間CO濃度和凈光合速率下降，而遮陰處理提高了葉片胞間CO濃度，降低氣孔導(dǎo)度和凈光合速率，說明葉片凈光合速率與葉片氣孔導(dǎo)度無關(guān)。本試驗研究表明補光處理提高了2 個品種不同生育時期的葉片氣孔導(dǎo)度和凈光合速率，降低了葉片胞間CO濃度，結(jié)果說明凈光合速率主要受非氣孔因素的影響，這與前人研究結(jié)果一致。筆者還發(fā)現(xiàn)，揭簾前補光4 h處理的馬鈴薯葉片葉綠素相對含量以及凈光合速率均高于蓋簾后補光4 h 處理，可能與溫室內(nèi)CO濃度差異有關(guān)。

弱光可導(dǎo)致馬鈴薯植株徒長、降低莖粗。補光可以提高作物植株株高、莖粗，本試驗結(jié)果與之相同，不同時段補光均顯著提高了馬鈴薯株高與莖粗。李彩斌等研究發(fā)現(xiàn)，弱光處理會降低馬鈴薯商品薯率、單株質(zhì)量、產(chǎn)量，同時塊莖干物質(zhì)和淀粉含量亦減少，導(dǎo)致馬鈴薯產(chǎn)量下降、品質(zhì)變劣。設(shè)施生產(chǎn)中，生育期補光在蔬菜等作物的穩(wěn)產(chǎn)保質(zhì)上起到了積極作用。研究發(fā)現(xiàn)LED 補光顯著促進甜瓜植株生長，提高果實產(chǎn)量和特征香氣物質(zhì)含量。董飛等研究表明，補光可顯著提高番茄綠熟期、轉(zhuǎn)色期、成熟期果實揮發(fā)性物質(zhì)含量及代謝關(guān)鍵酶活性。本試驗結(jié)果表明，與未補光相比，揭簾前補光4 h、蓋簾后補光4 h 處理均顯著提高了2個品種馬鈴薯大薯率、塊莖產(chǎn)量以及塊莖干物質(zhì)與淀粉含量，且揭簾前補光4 h 的處理效應(yīng)顯著優(yōu)于蓋簾后補光4 h 處理。

綜上可知，不同時段補光緩解了設(shè)施內(nèi)弱光脅迫對早春茬馬鈴薯葉片光合特性、產(chǎn)量及品質(zhì)的不利影響，通過補光提高日光溫室早春茬馬鈴薯凈光合速率，優(yōu)化光合特性，促進馬鈴薯營養(yǎng)生長及生物量積累，進而提高馬鈴薯產(chǎn)量、改善塊莖品質(zhì)，且以揭簾前補光4 h 對馬鈴薯的提產(chǎn)增質(zhì)效果最優(yōu)，可為馬鈴薯抗保護地栽培提供技術(shù)支持。