不同時段補光對日光溫室冬春茬黃瓜幼苗質量的影響

王冰華 孫風清 李娟起 田永強 高麗紅

（中國農業大學園藝學院，設施蔬菜生長發育調控北京市重點試驗室，北京 100193）

不同時段補光對日光溫室冬春茬黃瓜幼苗質量的影響

王冰華 孫風清 李娟起 田永強 高麗紅*

（中國農業大學園藝學院，設施蔬菜生長發育調控北京市重點試驗室，北京 100193）

日光溫室冬春茬黃瓜栽培，在幼苗子葉展平期至兩葉一心期分別進行不同時段的補光處理，試驗期間日光溫室保溫被開啟時間8：40～16：00。結果表明：與未補光的對照相比，T（6：40～9：40）、T（13：00～16：00）和T（15：00～18：00）補光處理均顯著增加了莖粗、壯苗指數、葉面積及第1片真葉葉綠素、類胡蘿卜素、可溶性糖、淀粉含量、幼苗的地下部干質量、地上部干質量、全株干質量。綜合來看，以上3個時段的補光效果顯著優于T（8：40～11：40）和對照，更有利于培育壯苗，且這3個時段的補光效果基本一致。

黃瓜；日光溫室；冬春茬；補光時段；幼苗質量

黃瓜（Cucumis sativus L.）是我國最主要的蔬菜作物之一，在我國的種植面積已超百萬公頃，且在我國保護地蔬菜栽培中位居第一位（張有為和李愚鶴，2011）。在我國華北地區，冬春茬是日光溫室黃瓜栽培的主要茬口之一，此茬口采收期長、產量高、經濟效益好。但冬春茬黃瓜播種期多在12月上旬至翌年1月中旬，正值嚴冬季節，光照處于一年中最弱的階段，加之受覆蓋物透光率的影響，溫室內光照明顯不足（Hao ＆ Papadopoulos，1999）。王惠哲等（2006）研究發現，黃瓜幼苗在弱光下植株生物量降低，形態上變弱，葉綠素和類胡蘿卜素含量下降。因此，為了培育出優質黃瓜苗，有必要改善苗期日光溫室的環境條件。

人工補光是改善日光溫室冬春茬黃瓜苗期光照環境的有效措施之一。關于補光對幼苗生長的影響，國內外學者做了大量研究。在設施生產過程中，傳統補光光源主要是白熾燈、高壓鈉燈、熒光燈，基本上都存在有效生理輻射少、光照不均一、光源能耗高（楊榮超 等，2015）、無效波長較多、產生熱量大、無法近距離照射植物（楊其長 等，2011）等問題。LED燈具有冷光、節能且光譜可調等諸多優點，被越來越廣泛地應用于補光研究中。光照強度和光照時間與幼苗質量密切相關。在光照強度方面，有研究表明隨著補光強度的增加，幼苗成苗質量提高（李愚鶴 等，2005；鐘越峰 等，2013），但補光強度也不宜過大，張林青和蔡小銘（2007）的研究結果顯示，4 000 lx光強下培育的秧苗質量及秧苗根系盤結力最好，6 000 lx光強下的秧苗質量次之，而1 000 lx下最差。在光照時間方面，有研究顯示延長光照時間能夠明顯促進幼苗的光合作用和生長（欒征 等，2007），且隨著補光時間的延長，幼苗葉面積、干質量增加，根冠比、壯苗指數提高（李海云和劉煥紅，2013）。除光照強度和光照時間外，光質對幼苗質量也有很大影響。有研究證實，紅光對幼苗莖的伸長有明顯的促進作用（杜洪濤等，2005；韋峰 等，2015），而藍光有利于葉綠素的合成和干物質的積累與分配（Novi?kovas et al.，2012；Hern á ndez ＆ Kubota，2016）。和單色光相比，紅藍組合光更有利于幼苗的生長（曹剛 等，2013），徐文棟等（2015）研究指出紅藍3∶1 LED復合光處理的植株生長健壯，生物量積累較多，可以作為設施培育黃瓜幼苗的適宜光譜。

綜上，已有的補光研究主要從補光強度、補光時間、補光光質等方面展開，而有關不同時段補光對幼苗質量影響的研究較少。在日光溫室育苗過程中，由于受外保溫被開啟時間的影響，不同時段補光可能對幼苗質量存在顯著影響。因此，本試驗以日光溫室冬春茬黃瓜穴盤苗為研究對象，在幼苗子葉展平期至兩葉一心期分別進行不同時段補光處理，研究不同時段補光對黃瓜幼苗生長及生理特性的影響，以確定苗期補光的適宜時段，從而為實際生產提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗期間溫室溫光條件

試驗于2016年12月至2017年1月在中國農業大學科學園2號日光溫室中進行，期間日光溫室揭、蓋保溫被的時間分別為8：40、16：00，全天自然光照時間為7 h 20 min。試驗期間，分別利用ESPEC溫度測量儀和AV-19Q光合有效輻射傳感器對日光溫室中部的溫度及光合有效輻射（PAR）進行監測。溫室內溫度日變化趨勢和光合有效輻射（PAR）日變化趨勢如圖1。

圖1 試驗期間溫室內光合有效輻射及溫度日變化趨勢

1.2 試驗補光設備

試驗補光設備為定制補光架，如圖2所示。每個補光架長1.3 m，寬0.7 m，高1.5 m；補光架下部放置塑料托盤，高度可調整；補光架上部懸掛燈光板，高度可調整；每個燈光板裝有10根KDLED-T5-W15型照明燈管（每根15 W，上海鼎鐸照明電器有限公司生產），紅、白燈珠以1∶5的比例排布于每根燈管上。通過調整燈光板高度、托盤高度或者熄滅的燈管數，可以控制到達托盤上植株頂層的人工光照強度。另外，每個補光架均配有遮光黑布，夜間補光時四周加蓋黑布可以防止處理之間相互影響。

圖2 補光設備

1.3 試驗材料與設計

供試黃瓜品種為津優35號，黃瓜種子經過催芽后播于72孔穴盤中，基質配比為草炭∶蛭石∶珍珠巖=2 V∶1 V∶1 V。幼苗子葉展平時，選取長勢一致的幼苗置于補光架塑料托盤上進行不同時段補光處理，各處理設置見表1。

各處理補光時，調整燈光板高度，使其距離黃瓜幼苗頂部60 cm，補光強度為100μmol·m-2·s-1（燈光板下、幼苗頂部，選取9個位點利用Li-250A光量子測量儀測量光合有效輻射，取平均值）。每個處理3次重復，每個重復72株。試驗期間，每天調整1次處理內、重復間的相對位置，每2 d調整1次處理間的相對位置，以減小環境不均勻造成的誤差。

待幼苗長至兩葉一心時，各處理選取12株代表性植株進行相關指標測定。

表1 處理設置情況

1.4 測定指標及測定方法

用直尺測量幼苗下胚軸長（莖基部到子葉節的高度）、株高（莖基部到生長點的高度），用游標卡尺測量幼苗莖粗（子葉節下1 cm處、平行于子葉節方向的莖粗）。用EPSON Perfection V800 Photo掃描儀對去了葉柄的葉片進行掃描，然后通過WinRizo 2007根系分析軟件對葉面積進行分析，得到各葉片葉面積，各真葉葉面積之和即為總葉面積。用千分之一天平對幼苗各部位稱重，之后在105 ℃下殺青15 min，在 85 ℃下烘干至恒重，再用千分之一天平分別稱量各部位干質量。根據以上所測數據，分別計算根冠比（地下部干質量/地上部干質量）、比葉重（第1片真葉干質量/第1片真葉葉面積）和壯苗指數（莖粗/株高×全株干質量）。

取幼苗第1片真葉，去主葉脈并經95%乙醇充分浸提后，利用紫外分光光度計比色法測定葉綠素和類胡蘿卜素含量（李合生，1998）；另外，取幼苗第1片真葉，去主葉脈后采用蒽酮比色法測定可溶性糖含量（李合生，1998），采用高氯酸法測定淀粉含量（Wang et al.，1993）。

另外，幼苗兩葉一心時，在晴朗天氣下使用Li 6400光合儀分別于7：40、9：40、12：30、14：30、16：30測定各處理幼苗的光合速率，各時段光合儀參數設置情況見表2。

1.5 數據分析

數據通過 SPSS 22.0 軟件采用 Duncan 新復極差法在 0.05 水平進行單因素顯著性分析。

表2 Li 6400光合儀參數設置

2 結果與分析

2.1 不同時段補光對黃瓜幼苗形態指標的影響

2.1.1 不同時段補光對黃瓜幼苗植株形態的影響 植物對環境的改變會做出一定的反應，形態變化是這種反應最直觀的體現。由表3可以看出，T（13：00～16：00）、T（15：00～18：00）處理的幼苗下胚軸長度顯著低于對照。株高方面，T（6：40～9：40）顯著高于對照，T（13：00～16：00）顯著低于對照；莖粗方面，補光能夠顯著增加幼苗的莖粗，其中以T（15：00～18：00）效果最為顯著。壯苗指數是評價幼苗質量的重要指標之一，T（6：40～9：40）、T（13：00～16：00）、T（15：00～18：00）的壯苗指數均顯著高于對照，增幅分別為33.49%、45.34%和44.09%；但補光處理下幼苗的根冠比略有降低，其中T（8：40～11：40）幼苗的根冠比顯著低于對照。

2.1.2 不同時段補光對黃瓜幼苗葉片形態的影響

植物的葉面積大小能夠反映出其光合能力強弱，同一環境條件下的植株，葉面積越大，其光合能力越強。對于兩葉一心的黃瓜幼苗，其光合產物的形成主要靠第1片真葉。由表4可以看出，補光促進了幼苗第1片真葉葉面積、總葉面積的增加，其中T（6：40～9：40）、T（13：00～16：00）、T（15：00～18：00）3個處理幼苗的第1片真葉葉面積、總葉面積均顯著大于對照，與對照相比，第1片真葉葉面積的增幅分別為36.23%、25.89%、37.52%，總葉面積的增幅分別為37.27%、37.94%、46.36%。比葉重是衡量葉片光合作用性能的參數之一，補光增加了幼苗葉片的比葉重，其中T（6：40～9：40）、T（13：00～16：00）處理的比葉重顯著高于對照。

表3 不同時段補光對黃瓜幼苗形態指標的影響

表4 不同時段補光對黃瓜幼苗葉片形態的影響

2.2 不同時段補光對黃瓜幼苗生物量及其分配的影響

2.2.1 不同時段補光對黃瓜幼苗生物量的影響 在補光條件下，黃瓜幼苗可以獲得更多的光照用于光合作用，從而合成更多的有機物來滿足生長發育的需要。由表5可以看出，補光增加了幼苗的地下部干質量、地上部干質量和全株干質量，其中，T（6：40～9：40）、T（13：00～16：00）、T（15：00～18：00）在這3個指標上均顯著高于對照，全株干質量的增幅分別達到30.12%、27.11%、27.11%。

2.2.2 不同時段補光對黃瓜幼苗干物質分配的影響 由圖3可以看出，T（6：40～9：40）、T（15：00～18：00）處理對干物質的分配影響不大；T（8：40～11：40）處理明顯抑制干物質向根部分配；T（13：00～16：00）處理有利于干物質向葉片分配，而不利于干物質向莖部分配。

表5 不同時段補光對黃瓜幼苗生物量的影響

圖3 不同時段補光處理對黃瓜幼苗干物質分配的影響

2.3 不同時段補光對黃瓜幼苗生理指標的影響

由表6可知，各補光處理的幼苗第1葉真葉葉綠素含量和類胡蘿卜素含量均顯著高于對照，但各補光處理之間的葉綠素含量和類胡蘿卜素含量并沒有顯著性差異。

另外，試驗結果顯示，補光處理能夠提高黃瓜幼苗葉片的可溶性糖含量，其中T（6：40～9：40）、T（13：00～16：00）、T（15：00～18：00）處理的可溶性糖含量顯著高于對照，增幅分別為41.01%、24.00%、49.60%。另外，補光提高了黃瓜幼苗葉片的淀粉含量，其中T（6：40～9：40）、T（13：00～16：00）、T（15：00～18：00）處理的淀粉含量顯著高于對照，增幅分別達127.33%、118.29%、160.78%，T（8：40～11：40）處理與對照雖不存在顯著性差異，但增幅也達到了27.06%。

表6 不同時段補光對黃瓜幼苗生理指標的影響mg·g-1（FW）

2.4 不同時段補光對黃瓜幼苗光合速率的影響

由圖4可以看出，在揭保溫被前的7：40，由于T（6：40～9：40）正在進行補光，幼苗能夠進行正常的光合作用，其他處理的幼苗處于黑暗狀態，不進行光合作用；揭保溫被后的9：40，T（6：40～9：40）、T（13：00～16：00）、T（15：00～18：00）的凈光合速率均顯著高于對照。在12：30，除T（6：40～9：40）的凈光合速率顯著低于對照外，其他各處理的凈光合速率與對照均不存在顯著性差異；在14：30，T（13：00～16：00）正在進行補光，它與T（8：40～11：40）的凈光合速率均顯著大于對照。在蓋保溫被后的16：30，T（15：00～18：00）正在進行補光，幼苗能夠進行正常的光合作用，其他處理的幼苗處于黑暗狀態，不進行光合作用。

圖4 不同處理下黃瓜幼苗在不同時刻的光合速率

3 結論與討論

光環境調節是設施農業栽培中對植物生長發育、形態建成具有重要作用的一項措施（陳炎華和張善端，2013）。由本試驗結果可知，冬春季利用日光溫室進行黃瓜育苗時，苗期人工補光能夠提高黃瓜幼苗品質。與對照相比，各補光處理的莖粗顯著增大，這與陳頤等（2012）的研究結果相似。壯苗指數是評價幼苗質量的重要指標之一，本試驗中補光處理能夠提高幼苗的壯苗指數，其中T（6：40～9：40）、T（13：00～16：00）、T（15：00～18：00）的壯苗指數均顯著高于對照。

葉片是綠色植物進行光合作用的最主要器官，本試驗結果表明，補光能夠增加幼苗的第1片真葉葉面積和總葉面積，這與李愚鶴等（2005）的研究結果相近。葉片中的葉綠素和類胡蘿卜素是高等植物體內重要的色素，能將光能轉化為植物生長所需的化學能。葉綠素主要吸收紅光和藍紫光，類胡蘿卜素主要吸收藍紫光，它們的含量和組成對植物的光能利用率影響很大（Maxwell ＆ Johnson，2000）。而光照強度對植物的色素合成起到調控作用，長期光照不足會影響色素的合成（華勁松 等，2009），從而限制光合碳同化，不利于同化產物的積累以及植物體的生長，而在光照較弱的條件下，適當補光可以促進色素的合成。本試驗結果表明，各補光處理均顯著提高了葉片的葉綠素和類胡蘿卜素含量，這與王惠哲等（2006）的研究結果相似。葉面積增加、主要光合色素含量提高，是各補光處理能夠促進幼苗干物質積累的基礎。

冬春季節利用日光溫室進行黃瓜育苗時，溫室夜間溫度較低，黃瓜苗易受冷害，而可溶性糖是冷害條件下細胞內的保護物質，多數植物的耐冷性與其含量成正相關（胡文海，2001）。本試驗結果顯示，不同補光處理能夠不同程度地提高黃瓜幼苗的可溶性糖含量，其中T（6：40～9：40）、T（15：00～18：00）的效果較為顯著，增幅分別為41.01%、49.60%；另外，不同補光處理能夠提高黃瓜幼苗葉片的淀粉含量，其中T（6：40～9：40）、T（13：00～16：00）、T（15：00～18：00）的淀粉含量顯著高于對照，增幅分別達127.33%、118.29%、160.78%。

植物中的許多生理和生化反應都表現出一種內源的近似于24 h的晝夜節律現象，這些晝夜節律現象受生物鐘的調節。一般認為植物生物鐘主要由3 個相聯系的部分組成：使生物鐘機制與晝夜循環同步化的輸入途徑、控制并產生該晝夜節律振蕩的內部中心振蕩器和調節特定過程的輸出途徑（Hsu & Harmer，2014）。光信號可通過光敏色素和隱花色素進入生物鐘，改變生物鐘的輸出信號，從而引起各種生理反應（房邁莼 等，2005）。綜合來看，本試驗不同時段補光處理均能在不同程度上提高黃瓜幼苗的品質，這可能是因為各補光時段與幼苗的生物鐘存在不同程度的協同作用。但T（6：40～9：40）、T（13：00～16：00）、T（15：00～18：00）在多項指標上顯著優于T（8：40～11：40）和對照，更有利于培育壯苗。這可能是因為，在補光強度、補光量一致的條件下，T（6：40～9：40）、T（15：00～18：00）延長了光周期，而T（13：00～16：00）時段的平均溫度高于T（8：40～11：40），從而更有利于光合作用積累有機物。但是，T（6：40～9：40）、T（13：00～16：00）、T（15：00～18：00）3個補光處理在根冠比、壯苗指數、第1真葉面積及總葉面積、地上部干質量、地下部干質量、全株干質量等多項指標上不存在顯著性差異，說明3個時段的補光效果基本一致。

另外，本試驗僅設置了4個補光時段，對于其他時段的補光效果尚不清楚；而且，對于T（6：40～9：40）和T（15：00～18：00）處理，補光的部分時間溫室處于關棚狀態，補光時加蓋黑布，形成半閉合環境，有可能提高小環境溫度，這可能對試驗結果有一定影響；同時，對于不同時段補光處理的黃瓜幼苗在移栽后的表現，本試驗未做探究，需要在接下來的試驗中進一步改進與完善。

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Effects of Supplementary Light at Different Time on Quality of Cucumber Seedlings in Solar Greenhouse

WANG Bing-hua，SUN Feng-qing，LI Juan-qi，TIAN Yong-qiang，GAO Li-hong*
（College of Horticulture，China Agricultural University，Beijing Key Laboratory of Growth and Development Regulation for Protected Vegetable Crops，Beijing 100193，China）

This study was conducted in solar greenhouse where cucumber was cultivated in winter-spring season．During cotyledon flattened period to the second leaf starting flattened，cucumber seedlings was treated with supplementary light at different time．During experiment period heat preservation quilt was uncovered from 8：40-16：00 in solar greenhouse．The results showed that compared with the contrast without supplementary light，supplementary light treatment at T（6：40-9：40），T（13：00-16：00） and T（15：00-18：00）could significantly increase seedling stem diameter，healthy seedling index，leaf area，contents of chlorophyll，carotene，soluble sugar，starch，etc．and seedling dry weights of underground，over ground parts and whole plant．To sum up，the effects of supplementary light by the above 3 treatments are obviously superior than that of T（8：40-11：40） and the contrast．These 3 treatments are in favor of cultivating healthy seedlings．The effects of these 3 treatments are basically the same．

Cucumber；Solar greenhouse；Winter-spring season；Supplementary light at different time；Seedling quality

王冰華，男，碩士研究生，專業方向：園藝專業，E-mail：wangbh2017@126.com

*通訊作者（Corresponding author）：高麗紅，女，教授，博士生導師，專業方向：設施菜田退化土壤生物修復與水肥高效利用，E-mail：gaolh@cau.edu.cn

2017-05-20；接受日期：2017-08-01

農業部公益性行業科研專項（201303014-11），國家重點研發計劃項目（2016YED0201003）