不同光周期對水培生菜生長和品質(zhì)的影響

孫朝華，李 開，雷喜紅，秦 清

（1.京東方后稷科技（北京）有限公司，北京 100043；2.北京市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，北京 100029）

光是植物生長不可缺少的條件之一，不僅是植物進行光合作用必需的能源，也是影響植物信號傳導的主要因素，同時還是植物形態(tài)建成的必要條件，對植物的生理活動、生長發(fā)育、產(chǎn)量品質(zhì)等起到十分重要的調(diào)節(jié)作用[1-2]。生產(chǎn)中如何解決溫室大棚弱光寡照，達到葉菜優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的目標是水培生菜無土栽培的核心問題。國內(nèi)外學者在LED光質(zhì)調(diào)控葉菜、果菜、芽苗菜、組培苗和種苗的生長發(fā)育方面做了大量的研究[3-6]，證實了LED光質(zhì)調(diào)控對植物幼苗的生物學效應(yīng)。多篇研究報道證明，延長光照時長有助于葉菜生長速率和產(chǎn)量的提升，主要表現(xiàn)為：提高株高、葉面積和植株干鮮質(zhì)量[7]，還可改善可溶性糖和硝酸鹽含量等品質(zhì)指標[8-9]；同時也有助于果菜提早開花，提高葉片生長速度、植物干物質(zhì)含量[10]。

溫室種植的水培葉菜，因地區(qū)和季節(jié)帶來的光照變化，生長周期延長，葉片顏色、葉片性狀和株型不穩(wěn)定，而通過使用LED光源，可以使水培葉菜的生產(chǎn)優(yōu)勢更為突出。本試驗在前人的研究基礎(chǔ)上探究不同光周期對水培生菜生長和品質(zhì)的影響，探討奶油生菜對光生長環(huán)境的需求關(guān)系，為發(fā)展水培葉菜工業(yè)化生產(chǎn)光環(huán)境調(diào)控技術(shù)和研發(fā)設(shè)施栽培領(lǐng)域LED光源提供科學依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試生菜品種為“綠碟”（下文中統(tǒng)一稱為“奶油生菜”），購自上海惠和種業(yè)有限公司。

1.2 試驗方法

試驗于2018年4—5月在北京市大興區(qū)京東方植物工廠人工光種植區(qū)進行。種子經(jīng)浸種催芽后播種于“FACAL”育苗基質(zhì)中，待“奶油生菜”幼苗6葉1心時，定植于淺液流栽培槽。試驗區(qū)域白天溫度為（24±2） ℃，夜溫（18±2） ℃，濕度為60%±5%。

LED光源燈管紅藍比（R/B）為7∶1，紅光波長為660 nm，藍光波長為450 nm，光量子密度為154 μmol/（m2·s），光源到種植板30 cm。光譜和光強采用臺灣Asensetek LED光譜儀測定，光照度為10 717 lx。光周期設(shè)7、10、13、16 h/d 4個處理，試驗采用日本山崎（生菜）配方和通用微量元素配方，每個處理定植96棵生菜，定植30 d后采收。

1.3 測定指標及方法

各處理均選擇長勢一致的5株植株，每5 d檢測1次，測定指標及方法如下：株高、主根長、最大葉長、葉寬、莖高用直尺測量，單株質(zhì)量、地上部鮮質(zhì)量使用電子天平測定，根鮮質(zhì)量、地上部干質(zhì)量、根干質(zhì)量使用千分之一分析天平測定。定植后20、25、30 d測定生菜焦邊率。根冠比＝根鮮質(zhì)量/地上部鮮質(zhì)量；地上部含水量＝（1-地上部干質(zhì)量）/地上部鮮質(zhì)量×100%；焦邊率＝焦邊棵數(shù)/總棵數(shù)×100%。

定植30 d后測定品質(zhì)指標。葉綠素含量用無水乙醇∶丙酮＝1∶1（V∶V）溶液提取測定；蛋白質(zhì)含量采用考馬斯亮藍法測定；可溶性總糖采用銅還原碘量法檢測；總膳食纖維檢測方法參照GB 5009.88—2014；維生素C含量的測定參照GB 5009.86；亞硝酸鹽參照食品安全國家標準GB 5009.33—2016《食品中亞硝酸鹽與硝酸鹽》進行測定。

隨機取樣，生長指標及營養(yǎng)品質(zhì)指標設(shè)3次重復，試驗數(shù)據(jù)的處理和做圖在Excel中進行，采用SPSS對試驗數(shù)據(jù)進行顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同光周期對奶油生菜形態(tài)的影響

不同光周期對奶油生菜的形態(tài)指標影響如圖1所示。光照時長同株高呈正相關(guān)，定植30 d時，光照時長越長株高越高，光照16 h/d比光照7 h/d顯著增高42.6%（圖1-a）；平均莖高隨著光照時長延長而增加，4個光照處理間沒有顯著性差異（圖1-b）。定植后每5 d記錄生菜形態(tài)，結(jié)果表明同一定植時間（30 d），光照時長越長，株高和莖高越高；直立型株型，株高越高，主根越長（圖1-d、圖2）。

記錄不同定植時間葉片數(shù)的變化，發(fā)現(xiàn)同一定植時間，葉片數(shù)均隨光照時長的延長而增加（圖1-c）。光照時長短時奶油生菜葉片呈細長狀，光照時長增加葉片隨之變得寬大，定植30 d時，葉寬在光照16 h/d時比光照7 h/d顯著增長27.8%（圖1-f）；光照10 h/d在定植30 d時，最大葉表型最大，最大葉長、葉寬均比其他處理長（圖1-e、1-f）。

定植20 d時光照13 h/d和16 h/d處理下的奶油生菜出現(xiàn)了輕微的焦邊，其中光照16 h/d時焦邊率達到了80%，25 d時光照13 h/d和16 h/d焦邊情況持續(xù)存在，25 d以后焦邊率沒有增長，光照13 h/d為23%，光照16 h/d為82%（表1）。說明光照時間過長會引起奶油生菜出現(xiàn)焦邊情況，光照超過10 h/d會出現(xiàn)不同程度的焦邊，光照時間越長焦邊越嚴重。

表1 光周期對奶油生菜焦邊率的影響

2.2 不同光周期對奶油生菜產(chǎn)量的影響

不同光照時間對奶油生菜定植30 d時的產(chǎn)量指標影響如表2所示。光照時長縮短為7 h/d時單株質(zhì)量、地上部鮮質(zhì)量均顯著低于其他光照處理，相比光照10 h/d處理，單株質(zhì)量顯著降低34%，地上部鮮質(zhì)量顯著降低35%。光照16 h/d地上部干質(zhì)量最大，含水量最低，干物質(zhì)含量最高。10、13、16 h/d光照處理時單株質(zhì)量和地上部鮮質(zhì)量差異不顯著，地上部干質(zhì)量隨著光照時間延長而增加。光照延長加快了根部的生長，干物質(zhì)增多，地上部含水量降低，保證光照時長為10 h/d可以達到奶油生菜的產(chǎn)量要求，短時間光照（7 h/d）會影響奶油生菜的產(chǎn)量。

2.3 光周期對奶油生菜品質(zhì)的影響

不同光照時長對奶油生菜品質(zhì)影響如表3所示。奶油生菜的蛋白質(zhì)、亞硝酸鹽含量隨著光照時間的延長而降低；而總膳食纖維、葉綠素含量隨著光照時長增加而增加；維生素C、可溶性總糖含量隨光照時長的增加呈先增加后降低趨勢。

光照10 h/d時蛋白質(zhì)含量為15.2 g/kg；光照10 h/d時可溶性總糖含量最高，比光照13 h/d提高14%，但差異不顯著；維生素C在光照10 h/d時含量最高，光照短于10 h/d維生素C含量降低3%，光照長于10 h/d維生素C含量降低6.0%～6.7%。

3 結(jié)論與討論

光照16 h/d比光照7 h/d能夠使奶油生菜的株高增長42.6%，最大葉寬增長27.8%。奶油生菜于光照10 h/d產(chǎn)量最高，之后增加光照時長對其產(chǎn)量指標的影響沒有顯著變化。光照時長超過10 h/d奶油生菜葉片出現(xiàn)不同程度的焦邊，雖然延長光照可以提高葉片數(shù)，但同時也增高了奶油生菜的株高和莖高，影響了原有的株型美觀度。此外，奶油生菜的維生素C含量在光照10 h/d時含量最高，光照太短或過長都會抑制維生素C的合成。因此，光照時長為10 h/d時奶油生菜的產(chǎn)量、品質(zhì)最佳。

很多研究證實，增大光照度能顯著提高蔬菜產(chǎn)量，但照度過高又會產(chǎn)生抑制現(xiàn)象。低光照度處理下生菜出現(xiàn)較嚴重的抽薹現(xiàn)象，生菜的莖比較細弱，無法直立生長，葉色變淡、葉脈變細，根細長纖細，缺少根毛，葉片數(shù)減少、葉片細長[11-13]。本試驗在光照度一定的情況下從7 h/d開始延長光照時長，研究結(jié)果顯示光照時長過短導致生菜葉片數(shù)少，葉片細長，根量少，主根長側(cè)根少。光照時長超過10 h/d，株高、葉片數(shù)、單株質(zhì)量、葉片鮮質(zhì)量等產(chǎn)量指標增長不顯著。證實了光對植物的影響，即光照度和光照時長呈正相關(guān)。光照時間短植物葉片數(shù)少，出葉的速度變慢、葉片細長、生育期延長且產(chǎn)量低，但光照時長過長，產(chǎn)量達到平臺期，又造成了資源的浪費。

LED光源下光照時間的延長，能夠有效地改善生菜品質(zhì)，促進離子吸收[9]。光照時間的延長能提高可溶性糖含量，降低可溶性蛋白和硝酸鹽的含量[14]。本研究表明，奶油生菜光照時間的延長降低了其亞硝酸鹽含量；同時還可以提高總膳食纖維和葉綠素的含量；而維生素C和可溶性總糖的含量均在光照10 h/d時最高，光照時長過短或過多反而造成了對維生素C、蛋白質(zhì)和可溶性總糖合成的抑制。總體而言，光周期設(shè)置在10 h/d時有利于促進奶油生菜生長和部分品質(zhì)改善，同時又可以達到節(jié)約能耗的效果。

表2 定植30 d光周期對奶油生菜產(chǎn)量指標的影響

表3 光周期對奶油生菜品質(zhì)特性的影響

本研究篩選出了水培奶油生菜的最適光照周期，但對水培種植過程中其他條件的管理，如光照度、環(huán)境溫度、水、液溫、通氣量、pH值、EC等與光周期之間的關(guān)系，均是目標作物生長發(fā)育所需的關(guān)鍵條件，這些影響因素都需要進一步深入研究。