LED光質對水培瞿麥生長及氮磷吸收的影響

趙姣姣 楊其長 劉文科

(中國農業科學院農業環境與可持續發展研究所，農業部設施農業節能與廢棄物處理重點實驗室，北京 100081)

瞿麥 (dianthus superbus)，別名十竹子花、野麥、石桂花，石竹科多年生草本藥用植物，全草入藥有通經、利尿的功效［1］。因為其花色艷麗，常用來布置花壇、花境或巖石園，也可用于盆栽花卉或切花［2］。目前瞿麥的栽培主要為陸地土壤栽培。然而隨著藥用植物的連年種植，藥用植物連作障礙問題日益凸顯，而且栽培過程中化肥農藥的大量使用導致土壤中硝態氮、重金屬及其它有害元素殘留超標，并且通過植物的富集作用進入藥用植物體內，影響藥用植物產量和品質，調查數據表明，我國中藥材總銅、鉛、砷、鎘、汞的超標率分別為21.0%、12.0%、9.7%、28.5%、6.9%［3］。無土栽培技術因其特有的優點，環境可控、病蟲害可控、清潔無污染等日益受到人們的青睞，然而目前無土栽培技術多用于蔬菜的栽培，藥用植物無土栽培技術的研究只限定在幾種貴重藥材上，如西洋參［4］、石斛［5］。對常用藥用植物的無土栽培研究，尤其是瞿麥的無土栽培研究未見報道。

作為植物生長最重要的環境因子，光對植物生長有重要作用。光通過光質、光強和光周期影響植物的生長發育，其中光質調控植物的生長、形態建成、物質代謝及基因表達等。LED即發光二極管，具有結構簡單、重量輕、體積小、抗震性好、安全性高等屬性特點，以及光效高、窄波普、光質純、低能耗、冷光源、壽命長、響應快、使用方便和環保型高等光電優勢，而廣泛應用于設施園藝作物的栽培上［6］，如黃瓜［7］、生菜［8］、烤煙［9］、鐵皮石斛［10］。本文以LED紅藍光質為切入點研究不同光質對水培瞿麥的生長及氮磷吸收的影響，以期為瞿麥無土栽培的實現提供科學根據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

瞿麥種子購于安國市藥材市場。2012年9月14日育苗，9月28日移栽至營養液中，營養液中氮濃度 5mmol·L－1，基礎營養組成為 (mmol·L－1):0.5Ca(NO3)2，0.75K2SO40.5KH2PO4，0.1KCl，0.65MgSO4，1.0x10－3H3BO3，1.0x10－3MnSO4，1.0x10－4CuSO4，1.0x10－3ZnSO4，5x10－6(NH4)6Mo7O24，0.1EDTA－Fe。每桶營養液4.3L，每個處理重復4次，每盆4株。2012年11月23日開始光處理，光處理一個月。

1.2 試驗設計

光質處理設3個處理即白光、紅光、紅藍:1:3，栽培盆上邊緣到LED燈20cm處光強為200μmol·m－2·s－1，每天光處理12小時。試驗采用70W的LED筒燈進行照射，每個燈下一處理，光強用Licor－250A照度計測定。

1.3 樣品測定

光處理一個月后，分別收獲瞿麥地上部和根系，地上部測定鮮重、干重、株高、莖粗，根系測定鮮重、干重、根長等生物學形狀。地上部和根系105℃殺青，80℃烘干后，用粉碎機粉碎磨細后，測定植株中全氮和全磷含量。全氮采用凱氏定氮法測定，全磷采用釩鉬藍比色法測定［11］。

1.4 數據分析

應用Excel2003和SAS8.2統計軟件對數據進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 LED光質對瞿麥生長的影響

2.1.1 LED光質對瞿麥生物量的影響

由表1可以看出，不同LED光質對瞿麥的地上部鮮重、株高和根長無顯著影響，各處理之間沒有差異，但是紅藍光處理下瞿麥莖粗、根鮮重、地上部干重和根干重最大。同時，在地上部鮮重在3個光質處理相似的情況下，紅藍光下的地上部干重顯著大于其它兩個處理，說明紅藍光3:1處理有利于地上部干物質的積累，為根系生物量及干物質量的增加奠定基礎。紅藍光下根系鮮重和干重大于白光和紅光處理，與白光和紅光相比，紅藍3:1處理更有利于根系生物量和干物質的積累，在白光和紅光之間，白光較紅光有利于干物質的累積。由此可見，紅藍1:3可促進瞿麥莖的增粗和生物量的增加，但是對株高和根長沒有顯著地促進作用。

表1 光質對瞿麥生物量的影響Table 1 Effect of light quality on biomass of Dianthus Superbus

2.1.2 LED光質對瞿麥開花的影響

光處理20天后，紅藍光處理瞿麥首先現蕾開花其次為紅光處理，至收獲白光處理下瞿麥始終沒有開花 (圖1)。而且，紅藍光處理瞿麥開花時間比比紅光早了10天，白光處理下始終沒有開花。由此可見，紅藍1:3的組合處理可促進水培瞿麥開花。

圖1 不同光質下瞿麥開花現蕾情況 (由左到右依次是白光、紅光、紅藍1:3)Fig.1 Blossom situation of Dianthus Superbus under light qualities(From left to right in turn is white light，red light，red and blue 1:3)

2.2 LED光質對瞿麥氮吸收的影響

由表2可以看出，不同光質處理下瞿麥地上部和根系含氮量無差異。紅藍光下地上部氮吸收量最大，紅光次之，白光下最低。紅光處理下根系氮吸收量最大，其次為白光和紅藍光。由此可見，光質對瞿麥氮含量沒有影響，紅光有益于根系氮吸收，紅藍1:3則有益于地上部氮吸收。

表2 不同光質下瞿麥地上部和根系氮含量及氮吸收量Table 2 Nitrogern content and uptake of Dianthus Superbus under different light quality

2.3 LED光質對瞿麥磷吸收的影響

由表3可以看出，瞿麥地上部及根系含磷量和根系磷吸收量在不同光質處理之間沒有顯著性差異，但在紅光處理下地上部磷吸收量顯著降低。由此可見，紅光抑制了瞿麥地上部磷的吸收。

表3 不同光質下瞿麥地上部和根系磷含量及磷吸收量Table 3 Phosphorus content and uptake of Dianthus Superbus under different light quality

3 結論與討論

前人研究表明不同光質對植物生長的影響不同，由于研究選用的植物種類、生長條件、生長時期及環境條件不同，不同光質對植物生長的影響的結論也不盡相同。與白光相比，LED藍光處理生菜可提高生菜的生物量［12］，補充紅光處理提高了黃瓜幼苗的株高、干鮮質量等農藝性狀［13］。曹剛等［14］研究發現與單色光處理相比紅藍組合光更有利于黃瓜幼苗的生長。同時，光質影響作物對營養物質的吸收，如藍光促進水稻黃化幼苗吸收NO3－，增加體內NO3－含量，并促進NR(硝酸還原酶)的誘導，紅光對初級氮的同化過程表現出抑制作用;光質能調節高等植物的碳水化合物和蛋白質的代謝，藍光下生長植物的蛋白質含量較高，而紅光下生長的植物碳水化合物含量通常較高［15－17］。植株干物質的累積與分配也受光質的影響，紅光與紅外光的比值降低能減少植株干物質的累積，且大量物質分配到葉片［18］，藍光處理可顯著促進水稻幼苗蛋白質合成代謝［16］。植物開花主要受低溫春化、光周期、光照條件的影響，而光照控制植物開花的生理效應主要與植物體內光敏色素的轉化有關。光敏色素在植物體內主要以兩種形式存在:一種是紅光吸收型，簡稱Pr，另外一種是遠紅光吸收型簡稱Pfr。植物成花主要取決于二者比例的大小，當Pfr/Pr的比值高時，促使長日照植物開花，反之則促進短日照植物開花［19］。

本文研究結果表明在本試驗條件下可實現水培瞿麥的生長，且紅藍光有助于水培瞿麥生物量的累積以及促進瞿麥開花，而紅光則有助于瞿麥氮磷的吸收。然而，本試驗中紅光和紅藍光對瞿麥生長和氮磷吸收的反應不同，其原因可能是光質處理時間較短。本文研究中紅藍組合光瞿麥優先開花的原因可能是紅藍組合光照射瞿麥導致瞿麥體內兩種類型的光敏色素發生改變，誘導瞿麥開花。有研究證實［20，21］遠紅光、藍光可通過光敏色素和隱花色素促進植物開花，紅光通過光敏色素抑制開花。但有關LED光質對瞿麥開花影響的機理還需要進一步研究。本研究結果表明與紅光和白光相比，紅藍1:3組合光提高瞿麥中干物質的累積，與前人的研究結果相似。

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