LED紅藍光配比對生菜生長及生理特性的影響

王濤 蘭婕 陳永快

摘要：以意大利生菜為試材，在植物工廠光照培養架上，以紅藍光R ∶ B=1 ∶ 1作為對照，紅藍光配比分別設為 R ∶ B=6 ∶ 3、R ∶ B=5 ∶ 4、R ∶ B=4 ∶ 5、R ∶ B=3 ∶ 6、R ∶ B=2 ∶ 7等5個水平，設置光強為 150 μmol/（m2·s），每天照光12 h，研究不同紅藍光配比對生菜生長及生理特性的影響。結果表明，在相同紅藍光配比條件下，隨著處理天數的延長，生菜的生物量、光合色素、可溶性蛋白、可溶性糖、維生素C、硝態氮含量都顯著提高，而類胡蘿卜素含量呈現下降趨勢。在同一光強條件下，紅光比例最大的處理生物量積累顯著優于其他處理，還有利于促進葉綠素a及可溶性糖的積累，而增加藍光則有利于葉綠素b、可溶性蛋白及維生素C含量的累積。R ∶ B=6 ∶ 3時最有利于生菜生長。

關鍵詞：LED;紅藍光配比;生菜;生長;生理

中圖分類號： S636.201 ?文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2019）22-0199-05

植物整個生長周期都離不開光的參與與調節，通過調節光質配比，控制植株生長發育，是設施栽培領域中一項重要技術。光為植物生長提供了輻射能，并提供信號用于調節植物生長，主要是通過影響光形態建成、光合特性、光周期效應、物質代謝等[1-2]。光照影響植物形態建成，如莖的高低、葉的展開度等。同時光照還能影響植物的發芽率，大部分情況下，種子受光后促進其萌發，但需暗種子受到光照則會抑制其萌發作用。植物在整個生長過程中一直處在一個多變的光環境下，在漫長的進化過程中，不僅適應了光環境的改變，而且還能與光環境互相作用，相輔相成[3-4]。

植物工廠內光環境的調節對植物生長有著重要影響，是提高果實產量和品質的先決條件。利用光環境調控技術不僅高效節能、環保經濟，并在實際生產應用中簡單易行，在植物生長過程中具有顯著優勢[5]。植物工廠通過高精度的環境控制，實現周年生產，是未來農業產業化的重要發展方向之一[6]。發光二極管LED作為新型光源，與傳統光源比較，具有體積小、能效高、發熱量低、光譜窄、使用壽命長、無污染等特點，可近距離照射植物，能顯著減少能耗，降低成本[7-8]。迄今，LED已成功運用于生菜[9]、黃瓜[10]、番茄[11]、金線蓮[12]等作物，并取得了重要的成果。

生菜是一種全球性蔬菜，在植物工廠中應用廣泛[13]。生菜不僅富含多種營養成分，而且具有抗衰老、降血壓、防止癌細胞形成等保健功能，深受消費者歡迎[14]。目前不少學者進行光質配比對植物生長發育的研究，余意等研究表明，短期的LED紅藍光連續光照可以提高生菜的生物量及產量品質[15];謝景等研究表明，紅藍光配比為R ∶ B=6 ∶ 3時，葉綠素a、葉綠素b含量顯著升高[16];李偉等研究表明，在同一光質配比下總葉綠素和類胡蘿卜素的含量都顯著上升[17];劉振威等研究表明，不同光質配比對植物幼苗處理的可溶性糖、可溶性蛋白、維生素C含量都顯著提高[18];楊其長研究表明，紅藍光配比為R ∶ B=4 ∶ 1，連續光照下生菜中的硝態氮含量隨光照強度的增加而降低[19]。

本試驗以LED紅藍光為試驗光源，研究不同光質配比對生菜生長及生理特性的影響，以期為生菜在植物工廠中紅藍光組合的選擇上提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

福建省農業科學院玻璃溫室內植物工廠及生理生化實驗室。

1.2 試驗條件

以意大利全年耐抽薹生菜為試驗品種，播種日期為2018年4月17日，定植LED栽培架時間為5月10日。光強設置為150 μmol/（m2·s），紅藍光配比設置分別為R ∶ B=6 ∶ 3、R ∶ B=5 ∶ 4、R ∶ B=4 ∶ 5、R ∶ B=3 ∶ 6、R ∶ B=2 ∶ 7等5個水平，以紅藍光R ∶ B=1 ∶ 1作為對照，包括對照共組成6個處理組合。光照培養架為層高為30 cm的栽培架，光源固定于培養架頂部，距離植株 25 cm。培養架內層各層之間不透光，每層層架周邊用黑色塑料布遮擋，以防止外界光源對試驗產生影響。每天照光9 h，植物工廠溫度采用中央空調調節，白天溫度不高于28 ℃，夜間溫度不低于18 ℃。LED層架培養7、14、21 d各取樣1次，隨機取樣，每個處理重復3次，進行形態指標和生理指標的測定。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 形態指標 株高（根莖部到生長點）、展開度、根長用直尺測量;記錄生菜植株的葉片數;用感量為0.000 1 g的電子分析天平測出各處理生菜植株地上部和地下部的鮮干質量。根冠比=植物地下部分鮮質量/地上部鮮質量。

1.3.2 葉片生理指標 光合色素含量的測定采用混合液提取法[20]，可溶性糖含量的測定采用蒽酮比色法[21]，可溶性蛋白含量的測定采用考馬斯亮藍G-250染色法[21]，維生素C含量的測定采用楊芳芳等的紫外分光光度法[22]，硝態氮含量的測定采用王學奎的紫外分光光度計法[23]。

1.4 數據處理

試驗數據采用Excel、DPS（7.05）軟件進行統計和分析。

2 結果與分析

2.1 不同紅藍光配比對生菜生長的影響

由表1可知，隨著栽培時間的延長，生菜的形態指標均增大。在株高上，栽培時間為21d時以處理R ∶ B=6 ∶ 3表現最好，可達29.73 cm，處理R ∶ B=5 ∶ 4次之，處理R ∶ B=2 ∶ 7 表現最差，僅24.83cm，最高處理與最低處理之間相差4.90 cm;在展開度方面，栽培時間21 d時，處理R ∶ B=6 ∶ 3>處理R ∶ B=5 ∶ 4>對照R ∶ B=1 ∶ 1>處理R ∶ B =4 ∶ 5>處理R ∶ B=3 ∶ 6>處理R ∶ B=2 ∶ 7，最高處理與最低處理之間相差3.37 cm;栽培時間為21 d時葉片數范圍在8～12張之間，處理R ∶ B=6 ∶ 3葉片數最多;根系長度上，栽培時間為21d時以處理R ∶ B=6 ∶ 3表現最佳，處理R ∶ B=5 ∶ 4次之，處理R ∶ B=2 ∶ 7表現最差，僅12.83 cm。試驗結果表明，在處理R ∶ B=6 ∶ 3紅藍光配比條件下，能夠有效促進生菜的株高、展開度的生長，紅光比例增大能夠促進生菜葉片數和根長的增加。

2.2 不同紅藍光配比對生菜生物量的影響

由表2可知，在地上部鮮質量上，栽培時間為21 d時以處理R ∶ B=6 ∶ 3表現最好，比其余處理高了15.10%、1.28%、26.03%、28.95%、38.03%，與R ∶ B=5 ∶ 4以外的處理差異顯著;地下部鮮質量以栽培時間為21 d的處理R ∶ B=6 ∶ 3表現最好，與R ∶ B=5 ∶ 4外其余處理（栽培時間為21 d）之間存在顯著差異;地上部干質量和地下部干質量均以栽培時間為21 d的處理R ∶ B=6 ∶ 3表現最好，與其余處理（栽培時間為21 d）之間存在顯著差異;栽培時間為21 d的根冠比范圍在0.116%～0.172%之間，以處理R ∶ B=6 ∶ 3表現最好，與R ∶ B=5 ∶ 4外其余處理之間存在顯著差異。結果表明，在R ∶ B=6 ∶ 3紅藍光配比條件下，生菜的地上部鮮質量、地下部鮮質量、地上部干質量、地下部干質量、根冠比均表現最佳，說明增加紅光比例能顯著提高生菜生物量的積累。

2.3 不同紅藍光配比對生菜葉片光合色素含量的影響

由表3可知，不同紅藍光配比對生菜葉片光合色素含量有不同的影響;葉綠素a含量隨紅光比例的增多而增加，栽培時間為21 d時以處理R ∶ B=6 ∶ 3表現最好，處理R ∶ B=5 ∶ 4 次之，處理R ∶ B=2 ∶ 7表現最差;葉綠素b含量隨藍光比例的增多而增加，葉綠素b含量最高的是栽培時間為 21 d 的處理R ∶ B=3 ∶ 6，處理R ∶ B=4 ∶ 5次之，對照R ∶ B=1 ∶ 1表現最差;葉綠素總量以栽培時間為21 d的處理 R ∶ B=3 ∶ 6表現最好，比栽培時間為21 d時的其余處理高了44.54%、35.17%、20.28%、13.91%、25.55%，差異顯著;類胡蘿卜素含量以栽培時間為7 d的處理R ∶ B=6 ∶ 3最高。試驗結果表明，增加紅藍光配比中紅光比例可以促進葉綠素a合成，而增加藍光比例則有利于促進葉綠素b合成，但隨著栽培時間的延長，類胡蘿卜素的合成又受到抑制。

2.4 不同紅藍光配比對生菜葉片營養品質的影響

2.4.1 可溶性蛋白含量 由表4可知，在紅藍光配比條件相同的情況下，各栽培時間生菜葉片的可溶性蛋白含量呈逐漸上 升的趨勢，在 21 d 時可溶性蛋白含量積累最多;其中在21 d 時，處理R ∶ B=2 ∶ 7可溶性蛋白含量最高，比其他處理提高11.35%、39.14%、36.52%、28.31%、2.83%，差異顯著。試驗結果表明，紅藍光配比中增大藍光比例，可以促進生菜葉片中可溶性蛋白含量的累積，以處理R ∶ B=2 ∶ 7表現最好。

2.4.2 可溶性糖含量 在同一紅藍光配比條件下，生菜葉片中可溶性糖含量隨著栽培時間的延長呈現逐漸上升的趨勢，其中，21 d時，處理R ∶ B=6 ∶ 3生菜葉片中可溶性糖含量最高，比其他處理分別提高了60.29%、40.17%、46.93%、28.85%，比處理R ∶ B=2 ∶ 7顯著提高了129.45%。各處理生菜葉片中可溶性糖含量均在21 d時達到最大值（表4）。試驗結果表明，通過延長栽培的時間，有利于生菜葉片中可溶性糖含量的積累，以處理R ∶ B=6 ∶ 3表現最好。

2.4.3 維生素C含量 在相同的紅藍光配比條件下，各栽培時間生菜葉片中的維生素C含量隨著栽培時間延長呈現上升的趨勢，在21 d時維生素C含量最高。在不同光質配比下，處理R ∶ B=2 ∶ 7維生素C含量最高，達到531.60 mg/g，比其他處理增加了23.84%、44.31%、17.63%、9.88%、6.39%（表4）。試驗結果表明，紅藍光配比中增大藍光比例，可以促進生菜葉片中維生素C含量的積累，且維生素C含量以處理R ∶ B =2 ∶ 7最高。

2.4.4 硝態氮含量 隨著栽培時間的延長，生菜葉片中的硝態氮含量表現上升的趨勢，并以處理21 d時最高。在不同光質配比下，21 d時，生菜葉片中硝態氮含量以處理R ∶ B=2 ∶ 7最高，比對照R ∶ B=1 ∶ 1提高了45.11%（P<0.05）。試驗結果表明，生菜葉片中硝態氮含量隨著藍光比例的增加而呈上升趨勢，藍光促進生菜葉片中硝態氮含量的積累，以處理R ∶ B=2 ∶ 7含量最高（表4）。

3 討論與結論

3.1 光質對生菜生長的影響

光質對蔬菜作物有著促進生長發育和提高產量的重要作用[24]。朱永卉研究表明，植物的光合器官長時間受到光的控制，紅光影響植物農藝性狀，藍光則控制植物光合色素合成及葉綠體的發育過程[25]。本試驗結果表明，在相同光強下，紅藍配比中增大紅光比例，生菜的株高、展開度、葉片數、根長、地上部鮮干質量、地下部鮮干質量、根冠比等生長指標都顯著提高，表明在光強一致的情況下，紅光促進生菜生長發育，與陳文昊等在生菜栽培上得到的結論[26]相似。

3.2 光質對生菜葉片光合色素含量的影響

葉綠素含量高低是衡量植物生長發育的一項重要指標[27-28]。聞婧等研究表明，各試驗組總葉綠素含量隨處理天數增加有上升趨勢[29]。本試驗結果表明，在栽培7～21 d期間，生菜葉片中的光合色素含量均隨著栽培時間的延長而增加，栽培21 d時，各色素指標均有所下降，這與林魁在生菜上測得的結果[30]相一致，說明適當地增加紅藍光配比中紅光比例可以促進葉綠素a合成，增加藍光比例則有利于葉綠素b合成，但隨著時間的延長，類胡蘿卜素合成受到抑制。

3.3 光質對生菜葉片營養品質的影響

本次試驗結果表明，隨著栽培時間延長，不同紅藍光配比下生菜各營養指標總體呈上升趨勢，與劉莎莎等在菠菜上栽培上得到的結果[31]相似。不同紅藍光配比下，可溶性糖含量隨紅光比例增加而增大，說明紅光有利于可溶性糖分的積累，可能是紅光下生長植物有較高的光合作用以及藍光對植物葉綠體光合片層結構的破壞，導致光合速率的降低，從而影響植物的碳同化作用，導致可溶性糖質量分數下降[32-34]，與林小蘋等研究結論[35]一致。隨著藍光比例的增大，生菜葉片中可溶性蛋白、維生素C、硝態氮含量隨之增加，這與黃碧陽等在菠菜上得到的結論[36]相一致。

相同紅藍光配比條件下，隨著處理天數的延長，生菜生物量、營養品質都顯著提高。不同紅藍光配比條件下，增大紅光比例促進生菜葉片數和根長的增加，顯著提高生菜生物量的積累，有利于促進葉綠素a合成和可溶性糖的積累，而增大藍光比例有利于葉綠素b合成、可溶性蛋白和維生素C含量的累積。經篩選，處理R ∶ B=6 ∶ 3為最佳植物工廠生菜栽培光源組合。

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