補光光照強度對室內盆栽生菜生長發育的影響

鐘懷榮，郭煒，張燕，李德文，陳高

(1. 山東省農業科學院生物技術研究中心/山東省作物遺傳改良與生態生理重點實驗室，山東 濟南 250100; 2. 黑龍江省農業科學院農村能源研究所，黑龍江 哈爾濱 150086；3. 山東省水稻研究所，山東 濟南 250100)

隨著社會發展和人民生活水平的提高，對蔬菜的需求從滿足量的供應逐漸向追求內在營養品質轉換，設施蔬菜生產由數量型向質量效益型轉變是發展的必然趨勢。低溫寡照導致設施反季節蔬菜生產處于亞適宜或不適宜條件，難以獲得良好的產品質量，人工補光技術應運而生。

目前，人工補光技術的研究主要是從光照強度、光質和補光方法等角度來探討光環境對作物生長、生理生化等方面的影響[1-7]。針對不同植物的高效補光途徑，張海輝等設計出了能夠根據植物的需要進行調整的補光系統，為實現精確補光提供了硬件支撐[8-10]。

本研究通過對室內盆栽生菜進行不同強度的光照處理，測定不同光照強度下生菜的形態指標、生理生化指標和產量，來衡量在各照度處理下生菜的品質，從而確定最有利于生菜生長發育和形成良好品質的光照條件。

1 材料與方法

1.1 試驗材料、儀器

試驗材料是由瑞克斯旺種子公司生產的、在青島農業大學溫室內的72孔育苗穴盤中采用草炭、蛭石和珍珠巖按1∶1∶1配制的育苗基質中培育的‘Levitro’品種生菜。

補光燈具是由濰坊恒信電器公司生產的XED氙氣燈。泰仕電子工業股份有限公司TES-1332A數位式照度計，V-1200型分光光度計，UV-5100型分光光度計。

1.2 試驗方法

在青島農業大學上馬實驗基地育苗，待出苗后，將幼苗連同育苗盤轉移到青島農業大學生物樓N312實驗室，每兩天補水一次。4～5葉期將苗定植到1 m×0.6 m×0.15 m塑料栽培箱內，按園土∶腐熟菇渣=2∶1配制栽培土，每個栽培箱中栽植3行，每行4株，行距23 cm，株距24 cm，澆足定植水。

通過調整補光光源和栽培箱距離控制光照強度，從9∶00到20∶00每隔30 min用照度計測定各處理的光照強度，以各次測量的平均值作為該日的平均光照強度，從而得到各處理的日平均光照強度。試驗設4個補光處理，以實驗室自然光為CK，T1、T2、T3、T4、CK的日平均光照強度分別為8 219.1、6 418.0、4 715.6、2 732.5、910.5 lx。各個處理除了光照強度外，其他條件均相同。重復3次。

圖1 各處理光照強度的日變化

1.3 測定指標和方法

1.3.1 形態指標的測定 定植前從試驗材料中隨機選取4株生菜植株，用刻度尺分別測量株高、株幅、葉長，然后將葉長值帶入回歸方程：y=8.4302x-17.224(R2=0.8426，其中y是葉片的葉面積，x為葉長，R是相關性系數。此方程由測量50片葉的葉長、葉面積所得)計算各株生菜的葉面積。用電子天平測量各株生菜的地上部干鮮重和地下部干鮮重。之后每6天對各處理進行一次株高、株幅、葉面積等形態指標的測定。

1.3.2 生理指標測定 參考文獻[11]，采用95%的乙醇提取葉片中的葉綠素并用分光光度計測定葉綠素含量，考馬斯亮藍G-250法測葉片組織中的可溶性蛋白含量，比色法測葉片組織內抗壞血酸(維生素C)含量，TTC還原法測定根系活力，蒽酮比色法測葉片組織可溶性糖含量；采用對氨基苯磺酸(磺胺)比色法測葉片硝酸還原酶活性[12]。

1.4 數據處理與統計分析

運用DPS 7.05軟件進行試驗數據的計算分析，用LSD法進行多重比較和差異顯著性分析，用Microsoft Excel 2010作圖。

2 結果與分析

2.1 光照強度對生菜形態指標的影響

由表1、表2、圖2、圖3可知，隨著處理時間的推移，各處理的株高、株幅、葉面積和葉片數等指標均逐漸增大。其中T1處理生菜的各項形態指標數值自定植后第6天起始終高于其他處理，而CK的各項形態指標自定植后第6天起始終低于各補光處理，各項形態指標數值的排序均為T1﹥T2﹥T3﹥T4﹥CK。表明在910.5～8 219.1 lx光強范圍內，隨光照強度的增加，生菜的株高、株幅及其葉面積、葉片數均呈增大趨勢。

表1 不同光照強度對生菜株高的影響 (cm)

注：同列不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著。下同。

表2 不同光照強度對生菜株幅的影響 (cm)

圖2 不同光照處理下生菜葉面積隨時間的變化

圖3 不同光照處理下生菜的葉片數隨時間的變化

這與方舒玲等高光強抑制植物莖伸長的結論[13-15]不一致，原因可能是本試驗補光處理的光照強度不高，光照強度較強的T1、T2處理沒有達到產生光抑制的程度，光照較弱的T4、CK處理生長后期甚至出現了株高、株幅、葉面積、葉片數等指標停止增長的現象；也可能是所用試驗材料不同所致。

2.2 不同光照強度對生菜生理生化指標的影響

由表3和圖4～圖8可知，除根系活力外，T1處理生菜各項生理生化指標數值均高于CK及其他各補光處理，CK的各項生理生化指標最低，各項生理生化指標數值的排序均為T1﹥T2﹥T3﹥T4﹥CK；根系活力與其他生理生化指標變化趨勢相反。表明在910.5～8 219.1 lx范圍內，隨光照強度的增加，生菜中的葉綠素、可溶性蛋白、抗壞血酸(VC)、可溶性糖含量及硝酸還原酶活性均呈增大趨勢。與Mortensen等[16]的研究結果一致，說明在弱光條件下，采取補光措施可提高生菜品質，在910.5～8 219.1 lx范圍內光照強度越大效果越明顯。

本試驗中生菜根系活力隨著光照強度的增加卻呈下降趨勢，這與侯欣[1]等用黃瓜幼苗做試驗材料的結論一致，原因可能是高光強處理的植株生長速度較快，隨著植株生長其根系老化程度提高，根系活力下降。

表3 不同補光光照強度對生菜葉片葉綠素含量的影響 (mg/g)

圖4 不同光照強度對生菜葉片可溶性蛋白含量的影響

圖5 不同光照強度對生菜葉片抗壞血酸含量的影響

圖6 不同光照強度對生菜硝酸還原酶活性的影響

圖7 不同光照強度對生菜根系活力的影響

圖8 不同光照強度對生菜葉片可溶性糖含量的影響

2.3 不同光照強度對生菜單株產量的影響

由表4可知，補光處理T1的生菜地上、地下部干、鮮重數值均最大，CK最小，單株產量各項指標數值的排序均為T1﹥T2﹥T3﹥T4﹥CK。表明在910.5～8 219.1 lx范圍內，隨光照強度的增加，生菜的地上、地下部干、鮮重均呈增大趨勢。說明在弱光條件下，采取補光措施可提高生菜產量，在910.5～8 219.1 lx范圍內光照強度越大效果越明顯。

表4 不同光照強度對生菜形態的影響 (g)

3 討論與結論

光照是植物生長發育必不可少的條件，只有滿足植物生長發育對光照的需求才能保證產品的產量和品質。本試驗結果表明，在弱光條件下采取補光措施可提高生菜產量和品質，在910.5～8 219.1 lx范圍內光照強度越大效果越明顯。

農業生產上的補光，不僅要考慮產品產量和質量，還要根據植物對光照條件的需求做到節約成本、精準補光[17]，這方面應該是以后的努力方向和研究重點。