不同紅藍光配比LED光源對蔬菜育苗的影響

汪穎，楊新琴，徐沛，何潤云，善新民，王玲平，魯忠富，汪寶根，吳新義，吳曉花*

(1.浙江省農業科學院 蔬菜研究所，浙江 杭州 310021；2.浙江省農業技術推廣中心，浙江 杭州 310020；3.柯城區蔬菜技術推廣中心，浙江 衢州 324000；4.衢州中恒農業科技有限公司，浙江 衢州 324004)

光是植物光合作用的必需品，是影響植物生長發育的關鍵因素之一[1]。其中，紅色和藍色區域光譜通常被認為是植物光合作用的主要能量來源[2]。光環境是育苗工廠的核心，傳統育苗工廠光源以熒光燈、高壓鈉燈、低壓鈉燈、金屬鹵化物燈等為主，但發熱量大、光能利用率低。LED(light emitting diode，發光二極管)因其自身優良特性為全人工光照植物育苗工廠的發展提供了良好契機[3]。

LED具有體積小、發熱少、節能高效、安全可靠、壽命長等諸多優點[4-5]，目前，紅色和藍色LED光源在設施園藝中的應用逐漸增加，且不同紅藍光比例LED光譜對不同蔬菜幼苗生長具有不同的影響[6-9]。孫洪助等[10]研究發現，不同比例紅藍光下生菜種子萌發和幼苗生長不同，其中以紅藍光比為2∶1和4∶1最佳；林魁等[11]研究發現，紅藍光比為7∶3時最有利于生菜種子萌發和幼苗生長；Pennisi等[9]研究認為，紅藍光配比1∶3為羅勒的室內培養提供了最佳生長條件。

本試驗以生產上對育苗需求最為迫切的瓜類蔬菜黃瓜、茄果類蔬菜番茄和十字花科蔬菜西蘭花為代表，根據它們對光譜需求的共性和特性，通過改變LED紅光和藍光配比，比較所育秧苗的健壯程度、一致性、生長速度等，確定適合上述作物育苗的通用型LED光譜最佳配比。

1 材料與方法

1.1 材料與處理

黃瓜、番茄、西蘭花蔬菜種子由浙江省農科院蔬菜所提供，品種分別為：浙秀303、浙雜809、浙農松花75天。挑選均一、大小一致種子進行實驗。LED燈由衢州中恒農業科技有限公司定制，紅光(R)與藍光(B)比值分別為2∶1、3∶1、5∶1、7∶1、8∶1，以日光燈(CK)為對照，使用光強均為120 μmol·m-2·s-1。各種蔬菜種子分別播種于蛭石∶珍珠巖體積比為3∶1的穴盤中，分別置于溫室中上述紅藍配比光源下育苗，每天光照8 h，白天溫度28 ℃，晚上溫度18 ℃，相對濕度為75%。每個處理重復3次，每次重復至少30株苗。

1.2 測定指標

不同植株分別生長至一定大小，取樣拍照并測定各個指標。每次重復隨機取9株苗，分別用直尺測得不同蔬菜幼苗的株高、最大葉長、最大葉寬、根長；用天平測得不同蔬菜幼苗的鮮重、烘干后測得干重；利用手持葉綠素儀(JC-SPAD-DL葉綠素儀)測定葉綠素含量(SPAD值)；利用葉綠素熒光儀(PAM-2500)測定PSⅡ實際光化學量子效率(ΦPSⅡ)、有效電子傳遞速率(ETR)、光下最大熒光(Fm′)、光化學量子效率(Fv/Fm)、經過PSⅡ的電子傳遞情況(Fm/Fo)。

1.3 數據處理與分析

所有數據均采用Excel 2010和SPSS 19進行分析整理并作圖。

2 結果與分析

2.1 LED光源不同紅藍光配比對蔬菜培育壯苗的影響

蔬菜壯苗標準一般為幼苗不徒長、莖短粗、節間緊密，葉大而厚。試驗表明，不同R∶B比LED光源對黃瓜、番茄、西蘭花壯苗培育產生顯著影響。從外觀形態來看，不同R∶B比下培育的3種蔬菜幼苗均明顯好于對照，其中，R∶B比為5∶1時3種蔬菜幼苗生長最健壯，莖短粗、節間緊密、葉大而厚(圖1)。從表1～3可以看出，R∶B比為5∶1時，3種蔬菜幼苗的株高最小，最大葉長、最大葉寬、鮮重、干重均為最大，其中黃瓜幼苗的最大葉長、最大葉寬、鮮重、干重分別比對照增加了133.0%、60.3%、305.4%、368.0%；番茄幼苗的最大葉長、最大葉寬、鮮重、干重分別比對照增加了157.9%、205.9%、1301.9%、1211.1%；西蘭花幼苗的最大葉長、最大葉寬、鮮重、干重分別比對照增加了215.4%、230.2%、200.0%、200.0%。上述結果表明，R∶B比為5∶1是適合黃瓜、番茄和西蘭花這3種蔬菜的LED光譜的最佳配比。此外R∶B比值為7∶1、8∶1、3∶1、2∶1時育苗效果也明顯好于對照。

圖1 紅藍配比(R∶B比)為5∶1與日光燈(CK)下黃瓜幼苗生長情況

表1 不同R∶B比LED光源下黃瓜幼苗生長狀況

注：同列數據后無相同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。表2～6同。

表2 不同R∶B比LED光源下番茄幼苗生長狀況

表3 不同R∶B比LED光源下西蘭花幼苗生長狀況

2.2 不同紅藍光配比LED光源對蔬菜根系生長的影響

如圖2，不同R∶B比LED光源對不同蔬菜根系生長影響不同。R∶B比為5∶1時黃瓜根系生長最佳，表現為粗壯、須根多，根長比對照增加了42.2%；R∶B比為5∶1和7∶1對番茄根系的生長均較好，根長分別比對照增加了2.7和2.8倍；與黃瓜和番茄不同，西蘭花根系在R∶B比為2∶1時最長，極顯著高于對照以及R∶B比5∶1，說明不同蔬菜根系生長可能需要不同紅藍光譜配比。

同一蔬菜不同R∶B比LED光源處理間無相同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，圖3同。

2.3 不同紅藍光配比LED光源對蔬菜葉綠素含量的影響

如圖3所示，黃瓜葉綠素含量(SPAD值)在R∶B比為2∶1、5∶1、7∶1時無顯著性差異且均較高，分別為51.64、51.03、50.81，分別比對照增加了31.4%、29.8%、29.3%；番茄葉綠素含量在R∶B比為2∶1、5∶1、7∶1時也無顯著性差異，但均顯著高于對照，分別比對照增加35.1%、47.8%、42.1%；西蘭花葉綠素含量在R∶B比為2∶1、3∶1、5∶1、7∶1時均無顯著性差異，分別比對照增加12.1%、11.5%、5.8%、15.0%；說明這3種蔬菜的葉綠素合成對紅藍光譜有要求但不是很嚴格。

圖3 不同R∶B比LED光源下3種蔬菜幼苗的SPAD值

2.4 不同紅藍光配比LED光源對葉片葉綠素熒光參數的影響

表4～6展示了不同R∶B比LED光源下3種蔬菜的葉綠素熒光參數。Fm′表示光下最大熒光。從表中可見，黃瓜在R∶B比為5∶1時Fm′最小，7∶1時Fm′最大，為914.14±48.48，比對照增加6.85%；番茄和西蘭花均在對照(日光燈)下Fm′最大，但不同光譜間差異不顯著。ΦPSⅡ表示光存在時PSⅡ實際光化學量子效率。從表中可見，黃瓜和番茄在R∶B比7∶1時ΦPSⅡ最大，西蘭花ΦPSⅡ卻在此配比下最小；西蘭花ΦPSⅡ在R∶B比3∶1時最大，且與5∶1時無顯著差異。ETR代表著電子傳遞速率。試驗表明，黃瓜和西蘭花在R∶B比為7∶1時ETR最小，番茄ETR卻在此配比下最大；Fv/Fm是PSⅡ原初光能轉化效率，反映植物的潛在最大光合能力。Fm/Fo反應經過PSⅡ的電子傳遞情況。從表4～6中可以看出，R∶B比LED光源為7∶1時，黃瓜和番茄Fv/Fm與Fm/Fo值均最大，而R∶B比為3∶1時，西蘭花Fv/Fm與Fm/Fo值最大。

表4 不同R∶B比LED光源下黃瓜幼苗葉綠素熒光參數

表5 不同R∶B比LED光源下番茄幼苗葉綠素熒光參數

表6 不同R∶B比LED光源下西蘭花幼苗葉綠素熒光參數

3 小結與討論

不同紅藍光配比LED光源對不同蔬菜幼苗生長影響顯著。目前，關于紅藍光配比對單一蔬菜幼苗生長的研究較多，例如：Li等[12]研究認為，R∶B比3∶1對油菜幼苗生長最有利；肖春生等[13]認為，R∶B比3∶1煙草幼苗生長最佳；Hernández等[14]研究發現，R∶B比為9∶1時更有利于黃瓜幼苗生長。但是，關于不同蔬菜育苗通用型LED光譜最佳R∶B比的研究甚少。

合適的R∶B比能夠有效促進幼苗生長，張詩龍等[15]發現紅藍LED光源處理后生菜的地上部分和地下部分均增加顯著，林魁等[11]發現R∶B為7∶3時生菜幼苗生長最佳。本研究結果表明，不同R∶B比LED光源下培育的黃瓜、番茄、西蘭花幼苗均明顯好于對照，綜合分析株高、最大葉長、最大葉寬、鮮重、干重等指標，無論是黃瓜、番茄或者西蘭花，R∶B比為5∶1時幼苗生長最好，莖最短粗、節間最緊密、葉最大且厚。根系是植物吸收水分和養分的重要器官，不同R∶B比LED光源對不同蔬菜根系生長產生不同程度的影響。本研究結果表明，R∶B為5∶1時黃瓜根系生長最佳，粗壯、須根多；R∶B為5∶1和7∶1對番茄根系無顯著性影響，效果均較佳，但西蘭花根系在R∶B為2∶1時最長，其次是R∶B為5∶1時。綜合分析不同R∶B比對3種蔬菜生長的影響，發現R∶B為5∶1時的LED光譜最佳。

光合色素是植物光合作用的關鍵[16]。本研究發現，黃瓜和番茄的SPAD值在R∶B比為2∶1、5∶1、7∶1時無顯著性差異且明顯高于對照；西蘭花在R∶B為2∶1、3∶1、5∶1、7∶1時亦無顯著性差異且明顯高于對照；說明這3種蔬菜葉綠素合成對不同紅藍光譜反應不敏感，有要求但不是很嚴格。Fv/Fm是PSⅡ原初光能轉化效率，反映植物潛在的最大光合能力，一般植物恒定在0.75～0.85，脅迫條件下該參數明顯下降。本研究條件下黃瓜和番茄Fm/Fo都在正常范圍，西蘭花在R∶B為3∶1和8∶1時也在正常范圍，其他配比時Fm/Fo小于0.75，說明此時的西蘭花幼苗可能受到脅迫，我們推測可能是此配比光源不太適合西蘭花幼苗生長所致。本研究中不同R∶B比下3種蔬菜作物的熒光參數，無論是Fm′、ΦPSⅡ、ETR還是Fv/Fm、Fm/Fo，變化均無明顯規律。一方面可能和測定過程是在日光燈下而非生長過程的光譜有關；另一方面，葉綠素熒光儀測定熒光參數是根據太陽光原理設計[17]，我們推測可能并不適用于僅有紅藍光譜的LED光源。劉曉英等[18]曾研究不同光質LED弱光對櫻桃番茄光合性能的影響，發現不同光質LED弱光對櫻桃番茄Fv/Fm影響不顯著；孫洪助等[10]研究不同比例紅藍光對生菜幼苗影響時，也未發現葉綠素熒光參數與不同紅藍光譜配比具有明顯規律。

綜上研究表明，不同紅藍光配比對不同蔬菜幼苗生長影響顯著。本研究以對育苗需求最為迫切的瓜類蔬菜黃瓜、茄果類蔬菜番茄和十字花科蔬菜西蘭花為對象，通過分析它們對光譜需求的共性和特性，認為LED光源紅藍光配比為5∶1是黃瓜、番茄和西蘭花育苗的最佳配比。