不同LED光源對溫室黃瓜幼苗生長和生理特性的影響

劉丹??+劉曉英+焦學磊+朱家春+徐志剛??唐燦明??

摘要：發光二極管（light-emitting diodes，LEDs）是新型的高效節能光源，具有體積小、能耗低、低發熱且與植物生長的光譜范圍相吻合等優點，已用于設施栽培補充光源。研究了不同比例LED光源對黃瓜品種露豐幼苗生長的影響，采用熒光燈（FL）、單色紅光（R）LEDs，紅藍組合光（R ∶[KG-*3]B=7 ∶[KG-*3]3、1 ∶[KG-*3]1、3 ∶[KG-*3]7）LEDs以及單色藍光（B）LEDs共6個不同的光源處理30 d。結果表明，紅光處理下的黃瓜幼苗株高和可溶性糖、淀粉含量最大；紅藍7 ∶[KG-*3]3 LEDs處理下的鮮質量、干質量、葉面積最大；紅藍1 ∶[KG-*3]1 LEDs處理下的蔗糖含量最高；紅藍3 ∶[KG-*3]7 LEDs處理的葉綠素含量、可溶性蛋白含量最高，紅藍3 ∶[KG-*3]7 LEDs處理的根系活力顯著高于其余LED光處理；藍光處理下的游離氨基酸含量最高。紅藍7 ∶[KG-*3]3 LEDs處理下的鮮質量、干質量、葉面積、葉綠素含量、可溶性蛋白和游離氨基酸的含量均顯著高于熒光燈處理，可作為日光溫室中黃瓜生產的補充光源。

關鍵詞：發光二極管；黃瓜；光質；幼苗；生長指標；生理指標

中圖分類號： S642.201文獻標志碼：

文章編號：1002-1302（2016）08-0238-04

我國利用日光溫室進行蔬菜反季節栽培已推廣十余年[1]。近年來，隨著設施栽培技術的發展，黃瓜的反季節生產技術逐步建立，已經能達到全年的生產與供應，采用日光溫室進行黃瓜反季節栽培能夠顯著增產、增收、提高黃瓜品質[2]。光質、光強和光周期對植物生長發育有重要調控作用[3]。黃瓜設施栽培中存在的問題是遇到長期陰雨天氣或冬季溫室蓋草簾后，常發生光照不足或無光照的問題，由于光合作用不能正常進行，黃瓜的生長、產量和品質均受到影響，因此需要篩選高效的人工光源對設施內黃瓜進行補充光照。

發光二極管（light-emitting diodes，LEDs）是一種新型的人工光源，具有體積小、重量輕、壽命長、光效率高、能耗小等優點[4-7]。LED可提供與植物生長所需的光譜范圍相吻合的波長[8-9]。通過將紅、藍等單色LED光組合，可以形成對植物光合作用形態建成有效的光譜，可提高植物的光能利用率，有利于植物的生長發育。

LED光源在蘿卜[10]、萵苣[11]、生菜[12]和番茄[13]等植物設施栽培中的效果已有報道，能夠顯著促進設施內植物的生長。LED光源對黃瓜生長的影響已有研究，但結果不同：唐大為等發現黃瓜幼苗在紅藍7 ∶[KG-*3]3 LEDs下生長最佳[14]；蘇娜娜等發現LED紅光下黃瓜幼苗生長最好[15]；段奇珍等發現白光有利于壯苗，增加紅藍光有利于同化物向地下部分運輸[16]；謝景等發現紅藍6 ∶[KG-*3]3 LEDs下黃瓜幼苗生長最好[17]。因此，適合黃瓜幼苗生長的LED光源還需要進一步研究。本試驗研究了不同比例紅、藍LED光對溫室內黃瓜幼苗生長的影響，篩選適合黃瓜設施栽培中使用的LED光源，為設施中黃瓜幼苗補光提供試驗依據。

1材料與方法

1.1材料

本研究所使用的黃瓜品種為露豐，該品種為春秋露地專用品種。

1.2處理

將黃瓜種子用蒸餾水沖洗2～3遍，37 ℃浸種1 d。露白后移栽到裝有栽培基質的育苗缽中，育苗缽為底面直徑 8 cm、高15 cm的圓柱形苗缽，栽培基質為蛭石 ∶[KG-*3]營養土=3 ∶[KG-*3]1，混合后高溫滅菌。

栽培條件是：溫度28～30 ℃，相對濕度40%～60%，光—暗周期12 h—12 h。光源為單色紅光（R）LEDs，紅藍組合光（R ∶[KG-*3]B=7 ∶[KG-*3]3、1 ∶[KG-*3]1、3 ∶[KG-*3]7）LEDs以及單色藍光（B）LEDs，育苗所用的植物生長架共3層，高2 m，每層高度 50 cm，每層配備10支LED燈，為東莞勤上光電股份有限公司生產的PT1 D2288條形植物照明燈，長1 m，內含72顆LED燈珠。紅光峰值波長為610～625 nm，額定功率12 W；藍光峰值波長為445～455 nm，額定功率為18 W。光照度為300 μmol/（m2·s）。育苗缽與光源的距離為30 cm左右。播種之后每3 d澆1次水，待幼苗2片子葉展開后，每2 d澆1次水，每周施用2次改良霍格蘭培養液[18]1/10稀釋液 50 mL。培養時間為 30 d，重復3次。對照組光源為熒光燈，其余條件與試驗組相同。

1.3測定方法

1.3.1生長指標測定隨機選取不同光處理的植株進行生長分析。干質量測定是將植株放置于80 ℃烘箱中烘干至恒質量，再用電子天平稱質量。株高的測定是測量植株莖基部到最頂端的長度。根長是從莖基部到根尖的長度，莖粗的測定部位是根基部的節間距。葉面積采用拍照分析法，將葉片平鋪在網格紙上，其中網格紙的每個網格面積為1 cm2，然后用數碼相機拍照，應用Photoshop CS 3.0軟件對照片像素進行計算，以網格為參照勾勒葉片輪廓來測量葉片的實際面積。

1.3.2葉片葉綠素的測定方法稱取0.05 g葉片放入試管，然后加入10 mL 80%葉綠素提取液（丙酮 式中：m為葉片質量，g；V為提取液體積，mL。

1.3.3根系活力的測定方法采用四氮唑法（TTC法）測定根系活力。稱取0.1 g的側根，放入試管中，加入5 mL磷酸緩沖液（PBS，pH值7.8）和5 mL四氮唑，混勻后37 ℃保溫 4～5 h，然后加入2 mL 1 mol/L的H2SO4終止反應。倒掉反應液，用蒸餾水沖洗3次，加入10 mL無水乙醇后試管加塞，95 ℃ 保溫30 min。然后用紫外分光光度計測定在490 nm波長下的光密度值[20]。

1.3.4糖含量的測定方法將葉片研磨至粉末狀，稱取 0.5 g 加5 mL磷酸緩沖液（PBS，pH值7.8）攪拌均勻，于 85 ℃ 保溫30～50 min，冷卻后4 000 r/min離心20 min，將上清液倒入刻度試管中，離心10 min，重復2次，合并上清液定容至刻度試管待用，保留殘渣。可溶性糖測定用蒽酮法。游離氨基酸含量采用水合茚三酮法。蔗糖含量采用間苯二酚法[19，21-22]。

1.3.5淀粉含量的測定方法淀粉含量測定采用蒽酮法[19]。將糖提取的殘渣于80 ℃烘箱中烘干，加1 mL蒸餾水，在沸水中糊化30 min不斷攪拌，取出混勻。冷卻后加 1 mL 9.2 mol/L高氯酸和2 mL蒸餾水，不斷攪拌10 min，8 000 r 離心6 min，取上清液倒入刻度試管中。加1 mL 4.6 mol/L 高氯酸和3 mL蒸餾水，不斷攪拌10 min，合并上清液，反復沖洗沉淀轉移上清液，冷卻后定容。

1.4數據整理與分析

數據整理分析采用Microsoft Excel 2003和SPASS 16.0，進行一維方差分析（ANOVA），采用Tukeys和Duncans法分析差異顯著性（α=0.05）。

2結果與分析

2.1LED光源對黃瓜幼苗生長的影響

3討論

LED光源對黃瓜生長的影響已有研究，但結果不同。蘇娜娜等發現光照度50 μmol/（m2·s）下紅光可作為設施內黃瓜生長的補充光源；段奇珍等采用30 μmol/（m2·s）光照度，發現白光下黃瓜生長最佳；謝景等發現光照度為 100 μmol/（m2·s） 下，紅藍6 ∶[KG-*3]3 LEDs下黃瓜幼苗生長最佳，本研究結果與之不同。本研究采用了300 μmol/（m2·s）光照度，與唐大為等在光照度為150 μmol/（m2·s）下發現的紅藍7 ∶[KG-*3]3 LEDs最適合用于黃瓜幼苗生長補光的研究結果相一致。紅藍組合光的光譜與植物光合作用光譜范圍相吻合，但在光照度低于100 μmol/（m2·s）時，組合光對黃瓜幼苗生長的促進作用不顯著，原因可能是植物的凈光合速率在光補償點和光飽和點之間會隨著光照度的增加而增加，通過總結不同的研究結果發現光照度不同導致了適合黃瓜幼苗生長光質的不同，光照度低于100 μmol/（m2·s）時，單色紅光、單色白光有利于黃瓜幼苗生長。

單色紅光下黃瓜幼苗葉片可溶性糖和淀粉的含量最大，這與Kowallik報道的光質可以調控高等植物碳水化合物的代謝、碳水化合物的含量在紅光下較高的結果[23]相一致。唐大為等發現紅光下黃瓜幼苗可溶性糖含量最高[14]，本研究結果與之相一致。這是因為紅光能夠抑制光合產物向葉片外轉運，造成淀粉的積累[24]。本研究結果表明紅藍1 下黃瓜幼苗葉片的蔗糖含量最大，其余各處理間與對照相比無顯著差異，表明紅藍1 ∶[KG-*3]1 LEDs不利于黃瓜幼苗葉片蔗糖向外運輸。

組合光下的植株生長較好，因為紅藍組合光的光譜能量分布和植物葉綠素吸收光譜一致[25]。LED組合光對香蕉、草莓以及百合生長的研究表明，組合光能顯著改善植物的生長狀態，增加光合產物積累，有利于植物生長[26-28]。本研究發現LED紅藍組合光處理下黃瓜幼苗葉片中葉綠素的含量顯著高于熒光燈對照和單色紅光、藍光處理。這可能是因為組合光產生了與植物光合作用相吻合的光譜，促進了植物的光合作用，促進了葉綠體中葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素的合成，這與Tanaka等的研究結果[29]一致。本研究發現在光照度為300 μmol/（m2·s）下紅藍3 ∶[KG-*3]7 LEDs的總葉綠素含量最高，但與紅藍7 ∶[KG-*3]3、1 ∶[KG-*3]1 LEDs相比無顯著差異，紅藍 7 ∶[KG-*3]3 LEDs能夠促進黃瓜幼苗干質量和鮮質量的增加，因此在設施內利用紅藍7 ∶[KG-*3]3 LEDs組合光對黃瓜幼苗進行補光處理，能顯著提高黃瓜幼苗的葉綠素含量，促進黃瓜幼苗的光合作用，增加有機物的合成和積累。

本研究單色紅光下的可溶性蛋白含量最小；組合光中，隨著藍光比例的增加，葉片中可溶性蛋白的含量也隨之增加，這與唐大為等發現的黃瓜幼苗葉片可溶性糖含量在LED紅光下含量最低的結果[14]一致；與蘇娜娜等發現的LED紅光下葉片可溶性蛋白含量最高的研究結果[15]不同，可能是光照度不同產生的差異。本研究發現單色紅光、藍光下的葉片可溶性蛋白含量較LED組合光低，說明單色LED光不利于黃瓜幼苗葉片中可溶性蛋白的積累。黃瓜幼苗葉片中的游離氨基酸含量藍光下顯著高于對照及其他LED光處理，原因可能是藍光可顯著促進線粒體的暗呼吸，暗呼吸過程中產生的有機酸為氨基酸的合成提供了碳架，從而促進了蛋白質的合成[30]。本研究發現藍光下黃瓜幼苗葉片淀粉含量顯著低于對照，蔗糖含量和可溶性糖含量顯著低于紅藍1 ∶[KG-*3]1 LEDs，可能是因為淀粉等有機物的合成和積累的量較小導致了葉片面積偏小。

4結論

本研究結果表明，光照度為300 μmol/（m2·s）下，黃瓜幼苗的干物質積累量、葉片面積、可溶性糖在紅藍7 ∶[KG-*3]3 LEDs光處理下最高，葉綠素含量顯著高于對照和單色LED光處理，因此，可在設施內采用該比例的LED光源對黃瓜幼苗進行補光處理，可促進植物生長。

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