不同比例紅藍光對番茄幼苗生長發育及光合特性的影響

張現征 王丹 董飛

摘要：以番茄品種Micro Tom為試材，采用發光二極管（LED）為精量調制光源，配置光強為300 μmol/（m2·s），紅藍光比例分別為1 ∶ 1、3 ∶ 1、5 ∶ 1、7 ∶ 1的光源照射番茄幼苗，以白光照射為對照，測定其株高、莖粗、壯苗指數、光合色素含量、光合參數等。結果表明，紅藍光比例為7 ∶ 1時番茄葉片的比葉面積相對最大;紅藍光比例為1 ∶ 1時番茄葉片葉綠素含量相對最高，凈光合速率相對最低;紅藍光比例為3 ∶ 1時番茄壯苗指數、凈光合速率相對最高，最有利于培育壯苗。

關鍵詞：番茄;光合特性;光質;光合色素;紅光;藍光

中圖分類號： S641.201 ?文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2019）14-0136-03

光是設施園藝作物生長的重要環境因素之一，不僅是植物光合作用的能量來源，還以光信號的形式參與調節一系列植物生長發育過程[1]。除光強和光周期外，光質在植物的生長發育、形態建成、生理代謝等方面具有明顯的調控作用[2-4]。有研究表明，植物吸收光集中在波段350～720 nm的可見光部分[5]，其中600～700 nm之間的紅橙光是植物最主要的吸收波段，約占被吸收生理輻射光能的85%，而400～500 nm之間的藍光約占12%[6]，因此，紅光、藍光是植物生長所必需的光質。紅光主要用于生成同化物，積累生物量，藍光是葉綠素合成和葉綠體形成的必要條件，通過控制氣孔形態影響植物形態[7]。在人工氣候條件下，植物光合作用所需的光能完全依靠人工光源提供，而選擇適宜的人工光源十分重要。

發光二極管（LED）是一種新型人工光源，是可以近距離照射植物的冷光源，可根據種植目的選用特定的光譜波長，能量轉化效率高[8]，在溫室高濕環境下，其使用壽命遠遠超過其他光源[9]。隨著LED生產技術的發展和制造成本的降低，國內外越來越多的學者致力于將其應用到設施農業生產領域，用于溫室補光和人工照明等方面[4，10]。有關LED紅、藍組合光質對番茄生理生化、光合作用及產量、品質的研究較多，但不同比例紅藍光源對番茄幼苗生長、光合特性的影響鮮見報道。本試驗采用番茄作為試材，研究LED不同比例紅藍光對番茄苗期生長及光合色素含量、光合特性的影響，以期篩選出最適合番茄幼苗生長的LED紅藍組合光，為其在番茄壯苗培育中的應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗于2017年5—8月在山東農業大學科技創新園日光溫室及智能人工氣候室進行，供試番茄品種為美國Pan American Seed公司培育的MicroTom（Solanum lycopersicum）。紅藍光LED，均購自深圳純英達業集團有限公司;3415FX型光度計，由美國Spectrum Technologies公司生產;CI-202型便攜式激光葉面積儀，由美國CID公司生產;Li-6400型便攜式光合測定儀，由美國Li-COR公司生產。

1.2 試驗設計

將番茄種子經溫湯浸種、催芽，日光溫室內播于50孔育苗穴盤中，育苗基質為草炭 ∶ 蛭石=2 ∶ 1;待子葉展平，用 1/2山崎番茄專用配方營養液澆灌1次/2 d;2葉1心時，選擇形態長勢一致的幼苗移入長、寬、高分別為6.5、6.5、10 cm的營養缽中，置于智能人工氣候室培養，并采用紅藍光LED數量配比分別為1 ∶ 1、3 ∶ 1、5 ∶ 1、7 ∶ 1的相應復合光源進行照射，以白光照射為對照，每處理60株;調節光源與幼苗距離，使光強均為300 μmol/（m2·s）[11]，光周期為12 h/d，人工氣候室晝、夜溫度分別為28、18 ℃，空氣濕度為（70±10）%。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 植株形態指標 于智能人工氣候室培養30 d，每處理隨機選取10株測定。植株株高，為植株地上部根部至生長點的距離，采用卷尺測量;于植株基部第1葉位下1 cm處，采用游標卡尺測量莖粗;比葉面積為全株鮮葉質量與葉面積之比，全株葉面積采用CI-202型便攜式激光葉面積儀測定;植株地上部與地下部干質量、鮮質量采用精度為 0.001 g 的電子天平測定。統計壯苗指數，計算公式為

壯苗指數=（莖粗/株高+地下部干質量/地上部干質量）×全株干質量。

1.3.2 葉片光合色素含量 于智能人工氣候室培養30 d，每處理選取長勢一致的幼苗3株，于10：00—11：00，選基部以上第2葉，參考鄒琦的方法[12]，測定葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素含量，計算葉綠素（a+b）含量。

1.3.3 葉片光合參數 于智能人工氣候室培養30 d，每處理選取長勢一致的幼苗3株，于10：00—11：00，采用Li-6400型便攜式光合測定儀測定基部以上第3葉的光合參數，包括凈光合速率（Pn）、氣孔導度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）及蒸騰速率（Tr）。光量子通量密度為300 μmol/（m2·s），溫度為 （23±1） ℃，CO2濃度為（400±10） μmol/mol。

1.4 統計分析

采用Excel 2010、DPS v14.10軟件對試驗數據進行統計分析，采用Duncans新復極差法進行多重比較和差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 不同比例紅藍光對番茄幼苗生長的影響

植株生長量大小一定程度上可反映幼苗同化產物的累積量及其生長的健壯程度。由表1可見，不同光質下番茄幼苗的株高有明顯差異，由高到低依次表現為紅光 ∶ 藍光（7 ∶ 1）>紅光 ∶ 藍光（5 ∶ 1）>紅光 ∶ 藍光（3 ∶ 1）>CK>紅光 ∶ 藍光（1 ∶ 1）;紅藍光比例為3 ∶ 1時，植株莖粗、單株鮮質量、單株干質量、壯苗指數分別為3.73 mm、8.14 g/株、0.85 g/株、0.188，均相對最大，明顯高于其他處理;不同處理之間番茄植株的比葉面積差異極顯著（P

2.2 不同光質對番茄幼苗光合色素含量的影響

由表2可見，不同光質處理的類胡蘿卜素含量差異明顯，由高到低依次表現為紅/藍（1 ∶ 1）>CK>紅光 ∶ 藍光（7 ∶ 1）>紅光 ∶ 藍光（3 ∶ 1）>紅光 ∶ 藍光（5 ∶ 1）;紅藍光比例為1 ∶ 1時，番茄葉片的葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+b含量分別為1.593、0.433、2.025 mg/g，其葉綠素含量相對最高;紅藍光比例為5 ∶ 1時，番茄葉片的葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+b含量分別為0.672、0.153、0.825 mg/g，其葉綠素含量相對最低。

2.3 不同光質對番茄幼苗光合特性的影響

由表3可見，不同比例紅、藍光質處理對番茄幼苗凈光合速率有明顯影響，紅藍光比例為3 ∶ 1處理的番茄幼苗凈光合速率相對最高，極顯著高于其他處理（P0.05）;蒸騰速率、氣孔導度的變化規律與凈光合速率相似，大小依次表現為紅光 ∶ 藍光（3 ∶ 1）>紅光 ∶ 藍光（7 ∶ 1）>紅光 ∶ 藍光（5 ∶ 1）>CK>紅光 ∶ 藍光（1 ∶ 1），這說明紅藍光比例為 3 ∶ 1 處理的番茄幼苗水分代謝較為旺盛;紅藍光比例為7 ∶ 1處理的胞間CO2濃度相對最高，較CK高14.46%，顯著高于其他紅藍光處理（P<0.05）。

3 結論與討論

目前，關于不同光質LED光源的研究主要集中于單色光或不同比例紅藍光對植物生理特性、光合特性及碳氮代謝等方面的影響[13]。徐文棟等研究發現，紅藍比為3 ∶ 1的LED復合光可作為設施培育黃瓜幼苗的最適光源[14];劉建福等認為，紅光比例為70%時最有利于姜黃次生代謝產物的生成[15];曹剛等研究表明，比例為8 ∶ 2的紅藍組合光有利于黃瓜幼苗株高的增加，壯苗指數相對最大[16]。本研究表明，紅藍光比例為 3 ∶ 1 時能夠促進番茄幼苗莖粗增加、比葉面積增大及干物質積累，最有利于番茄壯苗的培育，這與楊曉建等研究結果[17-18]一致。

光合色素能夠吸收、傳遞和轉換光能，是植物進行光合作用的物質基礎，其含量與組成直接影響葉片的光合速率[19]，而光質直接影響光合色素的合成，從而影響植株的光合作用[20-21]。陳穎等研究表明，不同比例光質對紅掌葉片葉綠素含量的影響不同，50%紅光+50%藍光處理的紅掌葉片葉綠素a、葉綠素a+葉綠素b含量及葉綠素a/b相對最大[22];周成波等認為，白+紅+藍光處理下，萵苣葉片葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素含量顯著大于其他處理（P

光合速率是影響植物同化能力和產量的關鍵因素[23]。李承志等研究發現，增加藍光成分可提高白菜、蘿卜葉片的凈光合速率[24]。本試驗中，與對照相比，紅藍光比例為3 ∶ 1時可極顯著提高番茄幼苗葉片凈光合速率（P

綜上所述，紅藍光比例為3 ∶ 1時，不僅有利于番茄幼苗干物質的積累，而且有利于光合性能的提高，可作為番茄育苗過程中較為優質的人工光源。

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