LED補光對日光溫室脫毒馬鈴薯微型薯結薯特性的影響

錢創建 宿飛飛 王紹鵬 劉振宇 張微 夏善勇 盛萬民

摘 要：為了探究LED光源在馬鈴薯微型薯日光溫室繁育中的作用，以馬鈴薯脫毒試管苗克新13號為試材，以溫室內自然光照為對照，利用LED混合光源綠光∶藍光∶紅光= 1∶1∶3對脫毒試管苗進行補光，研究現代化全光溫室中LED光源補光對微型薯結薯特性的影響。結果表明，LED光源補光后微型薯的結薯數量和總質量分別提高了10.0%和14.4%;除了0～10 g級別的微型薯外，其他級別微型薯的結薯總數量和結薯總質量均有所提高。綜上所述，LED混合光源綠光∶藍光∶紅光= 1∶1∶3處理可以增加日光溫室微型薯生產的數量和質量，LED人工補光條件下11～20 g、21～30 g、31～40 g各級別微型薯質量和微型薯數量分別為對照條件下的1.1、1.7、2.4倍和1.3、1.6、2.4倍，這將為馬鈴薯微型薯日光溫室生產中補充光源的選擇提供參考。

關鍵詞：馬鈴薯;微型薯;LED光源;日光溫室

中圖分類號：S532 文獻標志碼：A 文章編號：1673-2871（2021）07-054-04

Effect of LED lighting on the production characteristics of virus-free potato minituber in solar greenhouse

QIAN Chuangjian1，2， SU Feifei2， WANG Shaopeng2， LIU Zhenyu2， ZHANG Wei3， XIA Shanyong2， SHENG Wanmin2

（1. Postdoctoral Programme， Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences， Harbin 150086， Heilongjiang， China; 2. Potato Institute， Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences， Harbin 150086， Heilongjiang， China; 3. Biotechnology Institute， Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences， Harbin 150086， Heilongjiang， China）

Abstract： In order to find out the action of LED light source in production of potato minituber in solar greenhose， Kexin 13 hao was taken as experimental material， natural light in the greenhouse as CK， the LED mixed light source green ： blue ： red = 1：1：3 was used to supplement the light of virus-free test tube seedlings， and study the influence of LED light source on the production characteristics of potato minituber. The results showed that the effect of LED on the production of potato minituber is very obvious. Compared with CK， the number and the total weight of potato minituber increased by 10.0% and 14.4%， respectively in LED lighting treatment. The total number and the total weight of other grades were improved except for 0-10 g grade potato minituber. In conclution that the treatment of LED mixed light source green ： blue ： red = 1：1：3 could increase the quantity and weight of potato minituber in solar greenhouse. The weight and quantity of potato minituber of 10-20 g， 20-30 g， 30-40 g in LEDs lighting treatment were 1.1， 1.7， 2.4 times and 1.3， 1.6， 2.4 times as big as control， respectively. These provide guide for the selection of supplementary light source in the production of potato minituber in solar greenhouse.

Key words： Potato; Potato minituber; LED light source; Solar greenhouse

隨著農業產業結構的調整和馬鈴薯主糧化戰略的提出，以及馬鈴薯加工業的飛速發展，馬鈴薯栽培成為種植業結構調整和增加農民收入的一項重要戰略選擇。馬鈴薯脫毒種薯（微型薯）是種薯繁育的關鍵環節，各級種薯的生產與應用都會受到微型薯質量和數量的影響[1]。光既是植物葉片進行光合作用的根本能源，也是植物生長、發育和分化的調節因子，植物體通過不同的光受體感受不同性質的光信號，察覺生長環境中光質、光強、光照時間和方向的變化來啟動生存所必需的生理和形態結構的變化[2-4]。光對設施內（日光溫室）作物生長發育和產量品質形成的影響十分顯著[5]。LED光源由于具有波譜寬度小、波長專一，以及與植物光合作用和光形態建成的光譜范圍吻合、光能有效利用率高、發熱量少等顯著優點，已被廣泛應用于植物生理或栽培領域研究中[6-9]。目前LED光源在植物產業中主要應用于植物工廠，大批量組培育苗，生產經濟價值高的經濟作物等，日本、美國等偏重于植物工廠，荷蘭、比利時等偏重于溫室補光，國內主要用于設施農業生產高產值的蔬菜作物，如西紅柿、黃瓜和生菜等[2]。LED光源在馬鈴薯種質資源試管苗保存中也有廣泛應用[10-12]，陳麗麗等[13]研究表明，單色紅、綠光源LED培養的組培苗可以縮短培養周期，節約成本;單色藍光下培養的早熟馬鈴薯組培苗移栽后表現出良好的結薯性能;紅藍和紅藍綠復色光更有利于培育壯苗。柳紅[14]研究表明，紅光、紅藍光更有利于組培苗形態與生理的健康生長，有利于營養物質的大量積累，紅藍紫光下組培苗的莖粗和株高較大，根數較多。

然而LED光源在馬鈴薯微型薯日光溫室繁育中的研究尚未見報道。因此，筆者以自育馬鈴薯新品種脫毒試管苗為材料，在日光溫室中研究LED 補光對微型薯結薯特性的影響，明確LED 光源在馬鈴薯微型薯生產中的作用，為提高微型薯的生產效率、降低微型薯的生產成本提供參考，同時為新光源在馬鈴薯微型薯日光溫室設施栽培中的推廣應用提供理論依據和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 材料

供試馬鈴薯品種為克新13號，由黑龍江省農業科學院馬鈴薯研究所提供，為中晚熟品種。

1.2 方法

試驗于2019年4—10月在黑龍江省馬鈴薯工程技術研究中心現代化全光溫室內（45 °41 ′2 ″N，126 °36 ′51 ″E）進行。溫室為節能型日光溫室，苗床長17 m，寬1.6 m。移苗前15 d左右進行苗床準備。苗床基質為草炭土，厚度約為10 cm，用50%辛硫磷乳油2000倍液和50%多菌靈可濕性粉劑1000倍液進行滅菌殺蟲。移苗前，對試管苗進行煉苗，以試管苗綠色小葉展開為煉苗結束。選用健壯無菌、葉子展開較大的幼苗定植于苗床，行株距為7.0 cm×5.0 cm，采用隨機區組設計，3次重復，小區面積4.8 m2，馬鈴薯總株數1370株。溫室環境溫度控制在18～25 ℃，日常管理參照黑龍江省馬鈴薯工程技術研究中心《脫毒馬鈴薯原原種標準化生產操作規程》。

光源采用易生石木（北京）生物科技有限公司生產的LED特定光譜燈（植物組織培養專用），型號YS-LED-18 E，電壓AC 100～270 V，功率18 W，綠光、藍光和紅光光源的設置為1∶1∶3（選取的燈源為前期黑龍江省馬鈴薯生物學與品質改良重點實驗室研究總結而來，綠光、藍光和紅光的峰值波長分別為525、450、660 nm），光源距離苗床高度85 cm，此處光照度為770 lx（圖1）。待幼苗展開3片真葉進行LED補光（T），以日光溫室自然光為對照（CK）。補光時間為每天8：00—17：00，收獲前2周結束補光。

收獲時使用精確至0.1 g的電子天平（JY5001）對各小區馬鈴薯原原種塊莖質量按照大小分為五級，即0～10 g、11～20 g、21～30 g、31～40 g、41～50 g，分別統計各級塊莖的數量和質量。

1.3 數據統計處理及分析

采用Microsoft Excel 2013整理數據，采用 SPSS 26.0 （IBM Corp.， Armonk， NY， US）統計分析軟件處理數據，對處理組與對照組調查數據的平均值進行方差分析（ANOVA）（LSD）。使用GraphPad Prism 8.0進行繪圖[15]。

2 結果與分析

2.1 LED補光對單位面積微型薯質量和塊莖數量的影響

由圖2～3可知，LED補光對溫室微型薯生產有一定影響。從塊莖外部形態上看， LED補光處理后微型薯塊莖多數大于溫室自然光下塊莖。LED補光處理后單位面積微型薯塊莖數量高于溫室自然光處理，但2個處理之間塊莖數量差異不顯著;LED補光處理后單位面積塊莖總質量顯著高于溫室自然光處理。溫室自然光下微型薯結薯數量為239.9?！-2，微型薯總產量為1.25 kg·m-2;進行LED補光后微型薯的結薯數量為264.0?！-2，微型薯總產量為1.43 kg·m-2，LED補光處理單位面積微型薯數量和產量分別提高10.0%、14.4%。

2.2 LED補光對單位面積不同級別微型薯質量的影響

由圖4可知，溫室自然光下0～10 g級別的微型薯質量高于LED人工補光條件處理，其他級別的微型薯生產質量均表現為LED人工補光處理高于溫室自然光處理，但2個處理相同級別的微型薯質量差異不顯著。LED人工補光下10～20 g、21～30 g、31～40 g各級別微型薯質量分別為對照的1.1、1.7、2.4倍，溫室自然光下無41～50 g級別的微型薯形成。

2.3 LED補光對單位面積不同級別微型薯塊莖數量的影響

由見圖4、圖5可知，LED補光對單位面積不同級別微型薯塊莖數量和質量的影響趨勢一致。除了0～10 g級別的微型薯外，在其他微型薯級別中，LED人工補光均有利于微型薯數量的增加。LED人工補光下11～20 g、21～30 g、31～40 g各級別微型薯數量分別為對照的1.3、1.6和2.4倍。41～50 g級別的微型薯生產中進行LED人工補光后可達1.67?！-2。

3 討論與結論

光作為一種環境信號和能源，通過光合作用對設施作物生長發育和產量品質有顯著影響[4]。植物周圍環境光強和光質的變化可以改變植物的生長特性、葉的品質、花的形成以及病蟲害的防控。由于LED具有體積小、波長專一、安全、質量輕和壽命長等優點[16]，它目前主要用于植物工廠、組培育苗、溫室補光等方面[2]。可是LED光源在馬鈴薯微型薯日光溫室繁育研究中少見，本研究表明綠、藍、紅光混合色的LED光源在馬鈴薯微型薯日光溫室繁育中也有較好的表現，LED補光對溫室微型薯的生產影響十分明顯，從塊莖形態上看，LED補光處理后塊莖大。進行LED補光后微型薯的結薯數量和總質量均有所提高，分別提高了10.0%和14.4%。從微型薯的不同級別比較來看，除了0～10 g級別外，其他級別的微型薯結薯總數和結薯總質量均表現為綠、藍、紅光混合色LED人工補光后要提高一些。這些都可能與紅藍組合光譜有利于植物光合產物的積累有關，紅藍組合光譜可以增加植株幼苗葉片的光合速率，提高可溶性蛋白、可溶性糖、碳水化合物和游離氨基酸等的含量，促進光合產物在植株根、葉、莖中的均衡分布[17-20]。同時，紅光藍光配比也可以增大葉片柵欄組織厚度、氣孔密度、氣孔開張度和光合速率[21]，這也可能是促進微型薯結薯總數量和結薯總質量增加的原因。另外，以前大家認為綠光被植物葉片吸收的較少，是植物無用的光譜[22]，但是隨著研究的不斷深入，發現綠光可以滲透進入植物的下層葉片，促進下層葉片的發育，在紅藍光組合光譜中添加綠光有利于光合產物、干物質的積累[23]。在紅藍組合光譜中添加綠光，菊花組培苗的可溶性糖、碳水化合物和游離氨基酸的含量均最高[24]，番茄幼苗的總淀粉含量最高[20]。因此本試驗中綠、藍、紅光組合光譜為馬鈴薯微型薯的生長積累了大量的有機物質，從而可以提高微型薯的結薯率和薯塊質量。光質影響可溶性糖含量的原因很多，可能是影響了碳水化合物的吸收改變了可溶性糖含量[25]，也可能是光質的改變誘導了光敏色素對蔗糖代謝酶的調控，促進了蔗糖代謝相關酶活性的提高，從而積累更多的光合作用產物[26-27]。

綜上所述，與對照光源處理相比，LED混合光源綠光∶藍光∶紅光= 1∶1∶3處理可以增加日光溫室微型薯生產的數量和質量。因此，綠光∶藍光∶紅光= 1∶1∶3配比的LED混合光源可以作為馬鈴薯微型薯日光溫室生產中補充光源的選擇依據。

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