不同光照強(qiáng)度對(duì)西瓜生長(zhǎng)及開花時(shí)間的影響

摘 要 以西瓜品種華玲為供試材料，在人工光植物工廠特定紅藍(lán)光配比（8∶2）下，以光照強(qiáng)度240 μmol·m-2·s-1為對(duì)照，另設(shè)4個(gè)光照強(qiáng)度梯度（260、280、300、320 μmol·m-2·s-1），以此探究不同光照強(qiáng)度對(duì)西瓜生長(zhǎng)及開花時(shí)間的影響，篩選出植物工廠中適宜西瓜生長(zhǎng)、促進(jìn)植株提前開花的人工光環(huán)境。結(jié)果表明：光照強(qiáng)度為300 μmol·m-2·s-1時(shí)西瓜植株生長(zhǎng)速度快、主蔓粗壯、葉片長(zhǎng)勢(shì)好，植株光合色素含量高，可誘導(dǎo)植株提前開花，促進(jìn)植株由營養(yǎng)生長(zhǎng)向生殖生長(zhǎng)轉(zhuǎn)化。300 μmol·m-2·s-1為植株工廠中西瓜栽培的適宜光照強(qiáng)度。

關(guān)鍵詞 西瓜；生長(zhǎng)；植物工廠；光照強(qiáng)度；開花時(shí)間

中圖分類號(hào)：S651 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2024.19.005

光是影響植物生長(zhǎng)、能量代謝的重要環(huán)境因子，光照強(qiáng)度是光環(huán)境的重要參數(shù)之一。不同的光照強(qiáng)度對(duì)植物的光合作用和生長(zhǎng)發(fā)育有顯著影響，光照條件的好壞也會(huì)間接影響植物的生長(zhǎng)及生理指標(biāo)。光照強(qiáng)度不但影響植物的產(chǎn)量、品質(zhì)及植株形態(tài)，還會(huì)對(duì)色素含量、光合特性等產(chǎn)生影響[1]。植物生長(zhǎng)需要特定的光照強(qiáng)度，高于或低于正常光照強(qiáng)度都會(huì)對(duì)植物生長(zhǎng)產(chǎn)生不利的影響，在弱光條件下生長(zhǎng)的植物通常會(huì)出現(xiàn)徒長(zhǎng)、植株瘦弱、葉片變薄等現(xiàn)象，而光照過強(qiáng)又會(huì)導(dǎo)致植物萎蔫、葉面積小且變黃[2]。弱光和強(qiáng)光都會(huì)引起植物生長(zhǎng)過程中的不良反應(yīng)，只有適宜的光照強(qiáng)度對(duì)植物生長(zhǎng)才有意義。

西瓜（Citrullus lanatus L.）起源于非洲熱帶地區(qū)，生長(zhǎng)過程喜溫喜陽，對(duì)光照強(qiáng)度需求較高[3]。光照充足時(shí)植株長(zhǎng)勢(shì)旺盛、抗病能力強(qiáng)、產(chǎn)量高，光照弱則易導(dǎo)致莖桿細(xì)弱，不利于生長(zhǎng)[4]。前人的研究多集中在弱光脅迫對(duì)西瓜生長(zhǎng)發(fā)育的影響，以此篩選出較耐弱光品種，但對(duì)設(shè)施內(nèi)適宜西瓜高效生長(zhǎng)的光照強(qiáng)度研究較少。

本試驗(yàn)在植物工廠環(huán)境中探究了不同光照強(qiáng)度對(duì)西瓜生長(zhǎng)及開花時(shí)間的影響，以此篩選出最適宜西瓜生長(zhǎng)的光照強(qiáng)度，為植物工廠中西瓜栽培及加代繁殖提供技術(shù)和理論支撐。

1 "材料與方法

1.1 "試驗(yàn)材料

供試西瓜品種華玲，由寧夏巨豐種苗責(zé)任有限公司提供。

1.2 "試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)在植物工廠環(huán)境中參照西瓜的喜光性及西瓜的光補(bǔ)償點(diǎn)和光飽和點(diǎn)，以光照強(qiáng)度240 μmol·m-2·s-1為對(duì)照（CK），共設(shè)4個(gè)不同光照強(qiáng)度處理，分別為T1（260 μmol·m-2·s-1）、T2（280 μmol·m-2·s-1）、T3（300 μmol·m-2·s-1）、T4（320 μmol·m-2·s-1）。試驗(yàn)期間各處理光質(zhì)設(shè)置均為紅藍(lán)光比為8∶2，光暗周期為12 h∶12 h，日間溫度維持在24～28 ℃，夜間溫度維持在15～18 ℃，空氣濕度維持在60%～80%。

1.3 "試驗(yàn)方法

將種子置于55～60 ℃的溫水中浸泡30 min，后轉(zhuǎn)移到30 ℃清水中繼續(xù)浸泡8 h，浸泡完成后轉(zhuǎn)移到基質(zhì)成分為砂礫∶珍珠巖=1∶4的穴盤中在自然光下進(jìn)行育苗，10 d后將幼苗定植到栽培槽中，采用Hoagland營養(yǎng)液配方進(jìn)行深液流栽培，營養(yǎng)液每天循環(huán)10～12 h。

1.4 "指標(biāo)測(cè)定

1.4.1 "生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定

每個(gè)處理選取10株樣本，分別在定植21、28、35 d時(shí)測(cè)量植株主蔓長(zhǎng)、主蔓莖粗、節(jié)間長(zhǎng)、葉片數(shù)、葉綠素含量；在定植35 d時(shí)測(cè)量植株最大葉面積，并采集葉片測(cè)量光合色素含量及植株光合參數(shù)；記錄各處理最早開花日期。用鋼制卷尺測(cè)量主蔓長(zhǎng)、節(jié)間長(zhǎng)、葉長(zhǎng)、葉寬；用游標(biāo)卡尺測(cè)量主蔓莖粗；采用日本SPAD-502便攜式葉綠素儀測(cè)定葉綠素含量。

1.4.2 "色素含量測(cè)定

葉綠素a（Ca）和葉綠素b（Cb）用浸提法測(cè)定，提取完成后用分光光度計(jì)分別在665 nm和649 nm處測(cè)定吸光度，利用公式（1）、（2）計(jì)算Ca、Cb含量，在470 nm處測(cè)定吸光度，利用公式（3）計(jì)算類胡蘿卜素含量（Cx）。

Ca=13.95 A665-6.88 A649 "（1）

Cb=24.96 A649-7.32 A665 " "（2）

Cx=（1 000 A470-2.05 Ca-114.8 Cb）/245 "（3）

1.4.3 "光合參數(shù)測(cè)定

采用L1-6800XT 便攜式光合作用測(cè)定儀測(cè)定植株的凈光合速率（Pn）、胞間二氧化碳濃度（Cr）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導(dǎo)度（Gs）。設(shè)定測(cè)定作用光照強(qiáng)度為400 μmol·m-2· s-1，測(cè)定部位為植株主蔓頂部第3片真葉。

1.5 "數(shù)據(jù)分析

本次試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2021和SPSS 27.0軟件進(jìn)行單因素方差分析。

2 "結(jié)果與分析

2.1 "不同光照強(qiáng)度對(duì)西瓜主蔓長(zhǎng)的影響

由圖1可知，在不同生長(zhǎng)階段，T3處理下的西瓜植株主蔓長(zhǎng)均最大，顯著高于其他處理；其次為T1處理，與CK及T2處理間差異不顯著；T4處理主蔓長(zhǎng)在不同時(shí)間段均為最低，與其他處理間存在顯著性差異。

2.2 "不同光照強(qiáng)度對(duì)西瓜莖粗的影響

由圖2可知，不同光照強(qiáng)度處理對(duì)西瓜莖粗的影響不同，處理21 d時(shí)，T3處理下西瓜莖粗值最大，與CK、T2、T4處理之間差異顯著；處理28 d時(shí)，T3、T1處理莖粗值較大，T4處理莖粗值最小，與其他處理之間差異顯著；處理35 d時(shí)，CK處理莖粗值增速最快，與T1、T3處理間無顯著性差異。

2.3 "不同光照強(qiáng)度對(duì)西瓜節(jié)間長(zhǎng)的影響

由圖3可知，光照強(qiáng)度處理21 d時(shí)，西瓜節(jié)間長(zhǎng)從大到小依次為T3＞T1＞CK＞T2＞T4，各處理之間差異不顯著；處理28 d時(shí)，西瓜節(jié)間長(zhǎng)從大到小依次為T3＞CK＞T1＞T2＞T4，T3處理與T2、T4處理之間差異顯著；處理35 d時(shí)，西瓜節(jié)間長(zhǎng)增長(zhǎng)趨勢(shì)與處理28 d時(shí)相同，T4處理節(jié)間長(zhǎng)仍最短，與CK、T3處理有顯著性差異。

2.4 "不同光照強(qiáng)度對(duì)西瓜葉片數(shù)的影響

由圖4可知，不同生長(zhǎng)階段各處理葉片數(shù)變化趨勢(shì)相同，葉片數(shù)最多的為T3處理，其次為T1處理， CK、T2、T4處理下的葉片數(shù)較少，3個(gè)處理間葉片數(shù)始終處于同一差異水平，且均與T3處理間有顯著差異；T1、T3處理葉片數(shù)增加速度較快。

2.5 "不同光照強(qiáng)度對(duì)西瓜葉面積的影響

由表1可知，CK、T1、T3處理下的葉長(zhǎng)、葉寬較大，3個(gè)處理處于同一水平，T4處理的葉長(zhǎng)、葉寬最小，與CK處理間有顯著性差異；葉面積從大到小依次為T3＞T1＞CK＞T2＞T4，由此可見光照強(qiáng)度較強(qiáng)不利于葉片的生長(zhǎng)。

2.6 "不同光照強(qiáng)度對(duì)西瓜葉綠素含量的影響

由圖5可知，光照強(qiáng)度處理21 d時(shí)，較低的光照強(qiáng)度有利于西瓜葉片中葉綠素含量的增加，而光照強(qiáng)度過強(qiáng)時(shí)（T4處理）葉綠素含量低；28 d時(shí)，T1處理下葉綠素含量最高，T2處理下葉綠素含量最低，T2處理與其他處理間差異顯著；35 d時(shí)，各處理之間的葉綠素含量差異不顯著，CK處理下葉綠素含量最高。

2.7 "不同光照強(qiáng)度對(duì)西瓜光合色素含量的影響

由表2可知，西瓜植株葉片中葉綠素a含量在不同光照強(qiáng)度處理下無顯著差異；T4處理不利于葉片中葉綠素b含量的積累，其他處理之間差異不顯著；葉綠素a和葉綠素b的比值在T3處理時(shí)最低，與T4處理之間差異顯著；植株總?cè)~綠素含量及類胡蘿卜素含量在T3處理時(shí)最高，其次是T2處理，而T4處理不利于葉綠素及類胡蘿卜素含量的積累。

2.8 "不同光照強(qiáng)度對(duì)西瓜光合參數(shù)的影響

由表3可知，T2處理下西瓜葉片凈光合速率最高，顯著高于其他處理，CK處理則不利于凈光合速率的增加；葉片胞間二氧化碳濃度從低到高依次為T3＜T4＜CK＜T2＜T1；葉片蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度在不同光照強(qiáng)度處理下無顯著差異。

2.9 "不同光照強(qiáng)度對(duì)西瓜開花時(shí)間的影響

由圖6可知，不同光照強(qiáng)度處理下西瓜植株開花時(shí)間（定植后天數(shù)）由短到長(zhǎng)依次為T3＜T1=T2＜T4＜CK。在T3處理下西瓜植株開花最早（27 d），比CK處理縮短了6 d；其次是T1和T2處理（29 d），比CK處理縮短了4 d。由此可見，T3處理能有效促進(jìn)西瓜提前開花，加快植株由營養(yǎng)生長(zhǎng)向生殖生長(zhǎng)的轉(zhuǎn)換。

3 "討論與結(jié)論

光能是植株進(jìn)行光合作用所需的主要能量來源，植株的生命活動(dòng)和能量積累主要來源于光合作用。光照強(qiáng)度不足會(huì)抑制植物的光合作用，影響植物的正常生長(zhǎng)，光照強(qiáng)度過強(qiáng)也會(huì)對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生不利的影響[5]。研究發(fā)現(xiàn)，弱光會(huì)顯著抑制葉用蔬菜的生長(zhǎng)[6]；光照過強(qiáng)則會(huì)抑制甜菊植株的生長(zhǎng)[7]；對(duì)水培生菜的研究中也發(fā)現(xiàn)相同的規(guī)律，強(qiáng)光和弱光均會(huì)抑制生菜生長(zhǎng)[8]，這與本試驗(yàn)研究結(jié)果相同。本研究中，光照強(qiáng)度為320 μmol·m-2·s-1時(shí)，對(duì)西瓜植株的生長(zhǎng)表現(xiàn)出顯著的抑制作用，光照強(qiáng)度較弱時(shí)植株生長(zhǎng)也受到抑制，但抑制程度不如強(qiáng)光處理。還有研究發(fā)現(xiàn)，隨著光照強(qiáng)度的減弱西瓜葉片中葉綠素含量降低，光合產(chǎn)物的積累受到影響[9]；而對(duì)油菜的研究卻發(fā)現(xiàn)，光照強(qiáng)度較低時(shí)油菜葉綠素含量顯著增加[10]。本試驗(yàn)中，光照強(qiáng)度較弱時(shí)西瓜葉綠素含量高，但到生長(zhǎng)后期各處理之間差異不顯著，這與前人研究結(jié)果不同，可能是由于本試驗(yàn)在特定的光環(huán)境下進(jìn)行，葉綠素含量同樣會(huì)受到光質(zhì)的影響。

光合色素是植物光合作用過程中吸收、傳遞光能或引起原初光化學(xué)反應(yīng)的重要色素，光照強(qiáng)度對(duì)光合色素含量也存在一定影響。研究發(fā)現(xiàn)，過高的光照強(qiáng)度會(huì)抑制植株葉綠素及類胡蘿卜素含量的增加[11]。本試驗(yàn)中，光照強(qiáng)度為320 μmol·m-2·s-1時(shí)葉片中光合色素及類胡蘿卜素含量低于其他處理，與前人研究結(jié)果一致。對(duì)煙草幼苗的研究中發(fā)現(xiàn)，植株凈光合速率在一定范圍內(nèi)會(huì)隨著光照強(qiáng)度的增加而增大，但葉片氣孔開度降低[12-13]；西瓜幼苗的凈光合速率與光照強(qiáng)度成正比[14]。本試驗(yàn)中，隨著光照強(qiáng)度的增加，植株凈光合速率加快，氣孔導(dǎo)度降低，這與前人在煙草及西瓜幼苗中的研究結(jié)果一致，但光照強(qiáng)度過強(qiáng)時(shí)則表現(xiàn)出相反的結(jié)果。這可能是由于光照強(qiáng)度過高會(huì)對(duì)植株光系統(tǒng)功能產(chǎn)生不利影響，從而降低植株對(duì)光能的吸收利用效率。

弱光抑制植株?duì)I養(yǎng)生長(zhǎng)的同時(shí)還顯著抑制植株的生殖生長(zhǎng)；植株開花數(shù)隨著光照的減弱顯著減少，同時(shí)植株生長(zhǎng)狀況差，開花較晚[15]。在對(duì)番茄和茄子的研究中也展現(xiàn)出同樣的趨勢(shì)，光照強(qiáng)度較弱時(shí)植株花粉活力降低，花芽分化延遲，開花期延遲[16]，這與本試驗(yàn)研究結(jié)果相同。本試驗(yàn)中，CK處理下植株開花最晚，與開花最早的300 μmol·m-2·s-1處理相比推遲了6 d。

綜上所述，在本試驗(yàn)條件下，不同的光照強(qiáng)度會(huì)對(duì)植株的生長(zhǎng)產(chǎn)生較大的影響。當(dāng)光照強(qiáng)度為300 μmol·m-2·s-1時(shí)植株生長(zhǎng)速度快、幼苗健壯、葉片長(zhǎng)勢(shì)較好、光合色素含量較高，同時(shí)能夠促進(jìn)植株提前開花，有效縮短營養(yǎng)生長(zhǎng)期。因此，光照強(qiáng)度300 μmol·m-2·s-1可為植物工廠中促進(jìn)西瓜生長(zhǎng)、縮短生育周期的適宜光照強(qiáng)度。

參考文獻(xiàn)：

[1] WHITEMAN P C S. Interactions of carbon dioxide concentration， light intensity and temperature on plant resistances to water vapour and carbon dioxide diffusion[J]. The New Phytologist， 1967，3（66）：463-473.

[2] 李思靜.不同 LED 光對(duì)先鋒橙和紅桔幼苗生長(zhǎng)發(fā)育及生理特性的影響[D]. 重慶：西南大學(xué)，2018.

[3] 陳文明，鮑婉雪，廖建杰，等．弱光脅迫對(duì)不同砧木西瓜嫁接苗生長(zhǎng)及生理指標(biāo)的影響[J]. 南方農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2016，47（3）：424-429．

[4] 許厚博，佟淑艷，郭俊健. 西瓜對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境條件的技術(shù)要求[J]. 蔬菜，2014（8）：50-50，51.

[5] 邵麗珊. 新疆野扁桃生物學(xué)特性、光合特性及抗寒性研究[D]. 烏魯木齊：新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)，2017.

[6] 王燦，蘇艷，李樹和，等. 不同光照強(qiáng)度對(duì)室內(nèi)水培葉用蔬菜生長(zhǎng)的影響[J]. 天津農(nóng)學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，21（2）：18-20，23.

[7] NAKONECHNAYA O V，GAFITSKAYA I V，BURKOVSKAYA E V，et al. Effect of light intensity on the morphogenesis of stevia rebaudiana under in vitro conditions[J]. Russian Journal of Plant Physiology，2019，66（4）：656-663.

[8] 劉杰，胡笑濤，王文娥，等. 光強(qiáng)和光周期對(duì)水培生菜光合及葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊慬J]. 西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2019，32（8）：1784-1790.

[9] 熊韜，胡國智，吳海波，等. 不同光照水平對(duì)西瓜生長(zhǎng)發(fā)育特性的影響[J]. 陜西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2019，65（2）：1-4.

[10] 蔡欣，李曉旭，王青，等.玉米、小麥、油菜對(duì)不同光照強(qiáng)度處理的響應(yīng)[J]. 南方農(nóng)業(yè)，2023，17（15）：6-11.

[11] 孫雨. 不同光質(zhì)配比、光照強(qiáng)度和UV-A強(qiáng)度對(duì)生菜生長(zhǎng)及品質(zhì)的調(diào)控研究[D]. 邯鄲：河北工程大學(xué)，2023.

[12] 賀國強(qiáng)，張鵬飛，張會(huì)慧，等. 弱光煙草幼苗低溫后不同光強(qiáng)下葉片的光能利用特點(diǎn)[J]. 核農(nóng)學(xué)報(bào)，2016，30（6）：1234-1239.

[13] 劉文海，高東升，束懷瑞. 不同光強(qiáng)處理對(duì)設(shè)施桃樹光合及熒光特性的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2006，39（10）：2069-2075.

[14] 陳年來，高艷梅，張玉鑫. 種子大小和光照強(qiáng)度對(duì)西瓜幼苗生長(zhǎng)的影響[J]. 中國瓜菜，2006，19（3）：1-3.

[15] 朱延姝，高紹森，阮燕曄，等. 果菜類蔬菜耐弱光性研究進(jìn)展[J]. 遼寧農(nóng)業(yè)科學(xué)，2005（2）：30-33.

[16] 嚴(yán)文一，賀忠群，王一鳴，等. 光周期對(duì)人參菜開花和品質(zhì)的調(diào)控作用[J]. 西北植物學(xué)報(bào)，2020，40（8）：1364-1371.

（責(zé)任編輯：易 "婧）