不同比例LED光源對(duì)生菜生長(zhǎng)相關(guān)特性的影響

潘江偉，廖 敏，武 恒，呂夢(mèng)冉，張永梅，田勝尼*

(1.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，安徽合肥 230036；2.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與園林學(xué)院，安徽合肥 230036)

光在植物生長(zhǎng)過(guò)程中起著關(guān)鍵作用，決定它們的光形態(tài)發(fā)生和光合作用速率[1]。同時(shí)，光作為植物的最終能源與信號(hào)物質(zhì)，影響設(shè)施內(nèi)蔬菜的生長(zhǎng)發(fā)育、形態(tài)建成、生理代謝、產(chǎn)量和品質(zhì)等[2]。到達(dá)植物的光譜成分通過(guò)植物感光細(xì)胞的參與影響它們的生長(zhǎng)和發(fā)育[3]。隨著發(fā)光二極管的出現(xiàn)及其在園藝設(shè)施中的廣泛應(yīng)用，使用固態(tài)照明系統(tǒng)的綠、黃光的功能已經(jīng)逐漸顯現(xiàn)[3]。目前作物栽培的光源采用基于發(fā)光二極管的紅藍(lán)組合光源，能有效地促進(jìn)葉片光合作用。然而，缺乏綠燈可能對(duì)作物生長(zhǎng)不利，因?yàn)榫G燈在植物發(fā)育中起著重要作用[4]。生菜(Lactucasativavar.ramosa)是一種全球性蔬菜，在植物工廠中應(yīng)用廣泛[5]。生菜不僅富含多種營(yíng)養(yǎng)成分，而且具有抗衰老、降血壓、防止癌細(xì)胞形成等保健功能，深受消費(fèi)者歡迎[6]。筆者以LED紅藍(lán)綠白光為試驗(yàn)光源，研究不同光源配比對(duì)生菜生長(zhǎng)及生理特性的影響，探究在紅藍(lán)光中介入綠光對(duì)生菜的影響，旨在為生菜在植物工廠中光組合的選擇提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料供試材料為生菜種子，于2021年9月1日從壽禾種業(yè)種子公司購(gòu)入。

1.2 試驗(yàn)方法以生菜種子為試驗(yàn)材料，營(yíng)養(yǎng)液采用霍格蘭配方營(yíng)養(yǎng)液，播種日期為2021年9月8日，定植 LED 栽培架時(shí)間為9月14日。光強(qiáng)設(shè)置為100 cd，LED光質(zhì)配比分別為 R∶B∶W=3∶1∶3、R∶B∶W=3∶1∶1、R∶B∶G=8∶3∶1這3個(gè)模式。光照培養(yǎng)架層高為30 cm的栽培架。光源固定于培養(yǎng)架頂部，距離植株 30 cm。培養(yǎng)架之間不透光，每個(gè)光源之間用紙板隔開(kāi)遮擋，以防止外界光源對(duì)試驗(yàn)產(chǎn)生影響。每天照光12 h(08：00—20：00)，白天溫度不高于24 ℃，夜間溫度不低于 18 ℃。待生菜長(zhǎng)到第24天，隨機(jī)取樣，每個(gè)處理重復(fù)3次進(jìn)行形態(tài)指標(biāo)、生理指標(biāo)以及光合特性的測(cè)定。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1生長(zhǎng)指標(biāo)。用直尺測(cè)量株高(根莖部到生長(zhǎng)點(diǎn)的距離)、根長(zhǎng)；記錄生菜植株的葉片數(shù)；用感量為 0.000 1 g的電子分析天平測(cè)定各處理生菜植株地上部和地下部鮮干質(zhì)量。

1.3.2品質(zhì)指標(biāo)。選取生長(zhǎng)點(diǎn)往下第 3～4 片鮮葉，采用蒽酮比色法[7]測(cè)定可溶性糖含量，采用考馬斯亮藍(lán) G-250染色法[7]測(cè)定可溶性蛋白含量，采用定糖比色法[7]測(cè)定纖維素含量。

1.3.3光合指標(biāo)。每處理隨機(jī)選取 5 株，取生長(zhǎng)點(diǎn)往下第 4 片功能葉測(cè)量相關(guān)指標(biāo)。葉綠素含量、類胡蘿卜素含量測(cè)定采用乙醇提取法[8]；光合參數(shù)采用Li-6800光合儀測(cè)量，穩(wěn)定10 min 后記錄其凈光合速率(Pn)、胞間CO2濃度(Ci)、氣孔導(dǎo)度(Gs)和蒸騰速率(Tr)。

1.4 數(shù)據(jù)處理采用 Excel 2021和SPSS 25.0統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同光質(zhì)比例對(duì)生菜生長(zhǎng)的影響由表1可知，不同比例的光質(zhì)處理對(duì)生菜生長(zhǎng)影響存在差異，葉片數(shù)、地上部重量、地下部重量、全株重量均以T3最大。株高表現(xiàn)為T(mén)2>T1>T3。說(shuō)明紅藍(lán)光中加入綠光可以促進(jìn)生菜葉片數(shù)的增加，增加生菜重量。

表1 不同光質(zhì)配比對(duì)生菜生長(zhǎng)的影響Table 1 Effects of different light quality ratio on lettuce growth

2.2 不同光質(zhì)比例對(duì)生菜光合特性的影響由表2可知，不同比例的光質(zhì)處理對(duì)生菜光合特性影響存在差異，葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總含量、類胡蘿卜素以及凈光合速率均以T2最大。胞間二氧化碳含量表現(xiàn)為T(mén)3>T1>T2。蒸騰速率表現(xiàn)為T(mén)1>T2>T3。氣孔導(dǎo)度表現(xiàn)為T(mén)1>T2>T3。說(shuō)明減少白光的比例可以增加植物的光合作用和葉綠素、類胡蘿卜素含量，紅光比例過(guò)多可能會(huì)減少植物的光合作用以及葉綠素和類胡蘿卜素的含量。

表2 不同光質(zhì)配比對(duì)生菜光合特性的影響Table 2 Effects of different light quality ratio on photosynthetic characteristics of lettuce

2.3 不同光質(zhì)比例對(duì)生菜品質(zhì)的影響由表3可知，不同比例的光質(zhì)處理對(duì)生菜光合特性影響存在差異?？扇苄蕴呛勘憩F(xiàn)為T(mén)3>T1>T2，且不同處理間差異顯著?？扇苄缘鞍缀勘憩F(xiàn)為T(mén)2>T3>T1，T3與T2含量差異不顯著。纖維素含量表現(xiàn)為T(mén)1>T3>T2，T1與T3含量差異不顯著。T3處理下的生菜品質(zhì)最佳，可見(jiàn)加入綠光對(duì)生菜品質(zhì)的提升具有積極作用。

表3 不同光質(zhì)配比對(duì)生菜品質(zhì)的影響Table 3 Effects of different light quality ratio on lettuce quality 單位：mg/g

3 結(jié)論與討論

在目前的紅色和藍(lán)色光譜中加入綠光可能是有益的，因?yàn)檫@將使輻照度光譜與太陽(yáng)光譜更具可比性[9]。該試驗(yàn)加入綠光的T3處理蔬菜品質(zhì)高于其他2組只有紅藍(lán)光的處理。在T3模式下生菜的可溶性糖高于其他處理60.67%和23.28%，其可溶性蛋白與纖維素含量較最佳處理僅降低13.07%和6.32%，差異不顯著。

在紅光、藍(lán)光和綠光組合下生長(zhǎng)的生菜植株比單獨(dú)在紅光或藍(lán)光下生長(zhǎng)的生菜植株具有更高的鮮重和干重[10-11]。該試驗(yàn)中加入綠光的T3處理鮮重明顯高于其他2組處理。T3處理下全株重量高于其他處理108.81%和21.41%，與Kim等[10-11]的研究結(jié)果一致。綠色光已被證明有利于光合作用和植物生長(zhǎng)，這意味著在植物栽培中使用綠色光的必要性。“綠光”感覺(jué)系統(tǒng)通過(guò)與紅色和藍(lán)色傳感器相互作用來(lái)調(diào)節(jié)[12]，在該試驗(yàn)中也被證明是正確的。在紅藍(lán)光中混合少量白光能夠顯著增加葉片柵欄組織和海綿組織厚度，改善光系統(tǒng) II 性能，提高凈光合速率(Pn)及光合電子傳遞速率[13]。隨著白光比例增加，其光合性能逐漸降低，可能是單位面積內(nèi)有活性的反應(yīng)中心數(shù)目逐漸下降，使單位面積葉片光能吸收、捕獲和用于電子傳遞的能力下降[13]。該試驗(yàn)中T2處理下生菜的葉綠素a含量、葉綠素b含量、葉綠素總含量、類胡蘿卜素含量以及凈光合速率均高于其他處理，證明紅光相同比例的情況下較少的白光組合更有利于生菜的光合速率以及葉綠素的積累。這與文蓮蓮[13]的結(jié)果一致。較高比例紅光更能提高蔗糖代謝相關(guān)酶活性，影響作物的碳水化合物積累[14]。提高紅光比例時(shí)黃葉白菜可溶性糖含量顯著提高，這與在烏塌菜[15]、小白菜[16]、生菜[17-18]、韭菜[19]、芹菜[20]中的研究結(jié)果相同，可能是較高比例紅光更能提高蔗糖代謝相關(guān)酶活性，影響作物的碳水化合物積累，高紅光處理下蔬菜的可溶性糖含量增加，會(huì)提高蔬菜的品質(zhì)，與鐘劍富等[14]的研究結(jié)果一致。鐘劍富等[14]研究結(jié)果表明提高紅光比例可以增加“黃葉白菜”的可溶性糖含量。該試驗(yàn)結(jié)果表明較少的白光可以增加生菜的可溶性蛋白含量。

該研究結(jié)果表明，綠光的加入會(huì)增加生菜中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的積累且增加蔬菜的葉片數(shù)以及蔬菜重量。由此可見(jiàn)R∶B∶G=8∶3∶1為最適宜生菜生長(zhǎng)光模式。