不同LED藍光能量對生菜生長及光合特性的影響

馬 健

（福建省中科生物股份有限公司光生物產業研究院，福建廈門 361008）

0 引言

生菜（lactuca sativa）作為被廣泛食用的世界性蔬菜，在設施園藝蔬菜生產中占有重要地位，隨著人民生活品質的提高，對健康、綠色蔬菜的需求越來越旺盛。我國生菜設施栽培面積逐年增加，特別是全人工光植物工廠的產業化，其垂直多層栽培生產模式對人工光源提出更高的要求，不僅要節能，更要實現植物的高效生長。近些年，采用LED光質對植物進行補光被認為是改善溫室內光照條件最直接、最有效的辦法。

植物的生長發育、光合產物和次生代謝物質累積等過程均受光的調控，不同光質對植物生長的影響存在差異，不同植物種類及品種對光質的響應特點也不完全一致[1-3]。因此，為植物選擇合適光質的植物燈具有重要的應用價值。生菜品種在400~499 nm藍光范圍內、不同能量的LED藍光，對其生長發育影響的研究較少，本文以生菜綠蝶為材料，探究不同峰值波長的藍光LED對其生長指標及光合特性的影響，旨在為人工光植物工廠和溫室補光栽培生菜提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及培養

采用生菜綠蝶品種為材料，種子由山東省壽光市宏偉種業有限公司提供。選擇籽粒飽滿的種子，將其放到50℃溫水中浸泡10 min，后放到30℃清水中浸種8 h，播到育苗海綿塊里，每穴1粒種子，后放到25℃催芽箱中進行催芽，濕度保持80%，種子露白后，將其放置在育苗設備上。當生菜幼苗長至4~5葉1心時，選擇長勢一致的幼苗分栽到水培模組上，每平米種植30株，隨機放置在5種光源下栽培。營養液的EC為1.8 mS/cm，pH為6.0~7.0，營養液溫度為22℃，溶氧量為6 mg/L。環境溫度條件為白天23℃，夜間18℃。平均光強為200 μmol·m-2·s-1，光周期為10 h/天，光質處理24天后，采集相關形態指標，并進行葉綠素和光合參數的測定。

1.2 光質設置

設置5組不同光源，其光譜能量分布如圖1，熒光燈為對照（CK）。平均光照強度為200 μmol·m-2·s-1，光周期為10 h/天，各光質處理詳見表1。熒光燈采用飛利浦公司的T5燈管，4種LED光源由福建省中科生物股份有限公司提供。

表1?不同光質處理

圖1?不同光質能量分布

1.3 測定項目與方法

1.3.1 光譜光強測。采用UPRtek PG100光譜儀器測試光譜形態和光照強度。

1.3.2 形態指標。包括株高、冠幅、根上鮮重、根系鮮重。

1.3.3 光合參數。使用光合儀（LI-6800，美國LICOR公司）進行光合參數的測定，主要包含凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導度（Gs）、胞間二氧化碳濃度（Ci）。

1.3.4 葉綠素含量。采用混合液提取法[4]，進行葉綠素含量的測定，提取溶劑為45%無水乙醇+45%丙酮+10%蒸餾水。

2 結果與分析

2.1 不同光質對綠蝶生菜形態指標的影響

由表2可知，4種不同能量藍光對綠蝶生菜的株高和冠幅存在差異影響，其中峰值波長為436 nm的藍光處理，株高和冠幅最大，其中冠幅比CK組提高7.2%；長波藍光B450和B480有利于生菜矮化，緊湊。根上鮮重和根系鮮重，不同處理存在顯著性差異，B436的處理，在根上鮮重比CK組提高9.9%，即可食用部分增產9.9%，同時根系鮮重，B436處理最優，顯著高于CK組，有利于吸收營養，促進葉片生物量的積累。而峰值為480 nm的藍光不利于綠蝶生菜生物量的積累。

表2?不同光質對綠蝶生菜形態指標的影響

2.2 不同光質對綠蝶生菜葉綠素含量的影響

不同藍光能量處理下，葉綠素含量存在顯著的差別（表3）。葉綠素a+b總量依次為B436＞B450＞B480＞CK＞B414，B414處理下最低，可能是因為該波段波長最短，對應的光子能量最大，不利于葉綠素a和b的積累；B436處理組顯著高于CK組，葉綠素a+b總量提高8.9%。類胡蘿卜素依次為B436＞B450≈CK＞B480＞B414，B414處理下最低，可能是因為該波段波長最短，對應的光子能量最大，不利于類胡蘿卜素的積累。

表3?不同光質對綠蝶生菜葉片葉綠素含量的影響

2.3 不同光質對綠蝶生菜光合參數的影響

不同藍光能量處理下，凈光合速率Pn依次為B436＞B450＞B414≈CK＞B480，B436處理下凈光合速率最大，與CK組存在顯著性差異，高于CK組9.6%；蒸騰速率Tr依次為B436＞B450＞B414≈CK＞B480，B436處理蒸騰速率最大，與CK組存在顯著性差異，高于CK組9.2%；氣孔導度Gs依次為B436＞CK＞B414＞B450＞B480，B436氣孔導度最大，但與CK組無顯著性差異；胞間CO2Ci依次為B436＞CK＞B450＞B414＞B480，各處理之間無顯著性差異。顯然B480處理下，光合參數指標均低于CK組，不利于促進綠蝶生菜的生長（表4）。

表4?不同光質對綠蝶生菜葉片光合參數的影響

3 結語

不同峰值的LED藍光，所發射的光譜能量分布圖類似二次函數曲線，光譜半高寬為16~21 nm，為窄帶發射，能量集中，而且波長越短，光子能量越高。本試驗研究表明，峰值波長從414~480 nm的藍光，中間波長B436 nm、B450 nm的藍光利于綠蝶生菜的生長，在形態指標、光合參數、葉綠素含量優于B414 nm和B480 nm藍光。B414 nm不利于葉綠素a和b、類胡蘿卜素的積累。可能因為其光譜組成中6.4%為400 nm以下的短波，而該波段是植物光合作用不能利用的能量，因此植物體中降低葉綠素a和b、類胡蘿卜素的合成。B480 nm處理的綠蝶生菜的生物量積累最低，而且凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度均最低，這與呂鎮城等[5]在金線蓮的研究結果類似。

綜上所述，B436 nm處理下的綠蝶生菜產量、葉片葉綠素含量和光合參數均較CK組高，表現出最佳的優勢，其次為B450 nm，二者可單獨或組合，用于栽培生菜的人工光源中。