不同時(shí)段補(bǔ)光對(duì)日光溫室早春茬馬鈴薯光合特性、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

彭佃亮，遲文娟，信國(guó)琛，唐玉海，張敬敏

（山東省高校設(shè)施園藝重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·濰坊科技學(xué)院 山東壽光 262700）

馬鈴薯塊莖營(yíng)養(yǎng)豐富，含有人體必需的七大類(lèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，是重要的菜糧兼?zhèn)渥魑铩ＴO(shè)施栽培蔬菜的發(fā)展?jié)M足了我國(guó)北方居民冬春季的蔬菜需求。為解決春季鮮薯供應(yīng)難的問(wèn)題，馬鈴薯日光溫室冬春季栽培面積連年增加。光是植物生長(zhǎng)發(fā)育及形態(tài)建成的關(guān)鍵生態(tài)因子，弱光脅迫成為馬鈴薯日光溫室冬春生產(chǎn)的瓶頸。

光合作用是植物生長(zhǎng)、產(chǎn)量和品質(zhì)形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，氣孔導(dǎo)度、胞間CO濃度和凈光合速率等是植物光合特性的重要指標(biāo)。弱光環(huán)境會(huì)造成馬鈴薯徒長(zhǎng)、節(jié)間細(xì)長(zhǎng)、營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)受限，從而導(dǎo)致產(chǎn)量降低、品質(zhì)變劣。研究表明弱光脅迫增加胞間CO濃度，降低氣孔導(dǎo)度和凈光合速率，影響植物光合作用。弱光條件下植物光合性能下降、物質(zhì)積累降低從而導(dǎo)致塊莖產(chǎn)量下降品質(zhì)變劣。

設(shè)施生產(chǎn)中，采用人工光源是植物正常生長(zhǎng)發(fā)育、高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要保障方式。LED 燈具有高效節(jié)能、安全穩(wěn)定等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于設(shè)施農(nóng)作物的栽培。目前，補(bǔ)光在甜椒、番茄等作物的增產(chǎn)提質(zhì)上作用顯著。補(bǔ)光能夠優(yōu)化甜椒營(yíng)養(yǎng)吸收積累與分配，進(jìn)而改善甜椒產(chǎn)量與品質(zhì)。開(kāi)花前后補(bǔ)光均可顯著增加番茄果實(shí)中可溶性固形物、可溶性糖、維生素C 含量，顯著降低有機(jī)酸含量，進(jìn)而改善果實(shí)品質(zhì)。補(bǔ)光和增施CO同時(shí)處理可顯著促進(jìn)番茄生長(zhǎng)和凈光合速率的提高，提高產(chǎn)量和改善品質(zhì)。目前，關(guān)于補(bǔ)光對(duì)日光溫室早春茬馬鈴薯光合特性、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響了解尚少。筆者在日光溫室早春茬馬鈴薯生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)設(shè)置不同時(shí)段補(bǔ)光處理，研究其對(duì)馬鈴薯葉片葉綠素相對(duì)含量、氣孔導(dǎo)度、凈光合速率以及塊莖產(chǎn)量、品質(zhì)的影響，以期為馬鈴薯保護(hù)地栽培提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)于2019 年1—4 月在濰坊科技學(xué)院試驗(yàn)基地日光溫室進(jìn)行。供試品種為生育期相同（90 d）的馬鈴薯品種田園1 號(hào)（淀粉含量13.00%，非持綠品種）與希森6 號(hào)（淀粉含量為16.00%，持綠品種），為市售原種，由壽光市童旭農(nóng)業(yè)科技有限公司提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

馬鈴薯種植壟長(zhǎng)3 m，行株距為50 cm×25 cm，切塊（約50 g）催芽播種。于馬鈴薯幼苗期開(kāi)始給予補(bǔ)光處理，用LED 人工光源（深圳厚屹節(jié)能技術(shù)有限公司生產(chǎn)的HY-115CM-36×3 W-RB 型，額定功率108 W，LED 光源下10 cm 處的光照度為18 760 lx，紅光∶藍(lán)光=7∶2，其中，藍(lán)光的峰值波長(zhǎng)為460 nm，紅光的峰值波長(zhǎng)為660 nm）在馬鈴薯植株頂端上方約10 cm 處進(jìn)行補(bǔ)光，每壟間各安裝一排LED 燈，光源高度隨馬鈴薯生長(zhǎng)期適時(shí)調(diào)整；共設(shè)置未補(bǔ)光（CK）、揭簾前補(bǔ)光4 h（T1）、蓋簾后補(bǔ)光4 h（T2）3個(gè)處理，各處理間用遮光幕隔離，采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每處理4 行，3 次重復(fù)。

1.3 試驗(yàn)測(cè)定指標(biāo)

于馬鈴薯現(xiàn)蕾期（S1）、塊莖形成期（S2）、塊莖膨大初期（S3）和塊莖膨大末期（S4）用葉綠素測(cè)定儀測(cè)定頂部倒2 功能葉葉綠素相對(duì)含量（SPAD值）、用Li-6400 型便攜式光合作用測(cè)量系統(tǒng)測(cè)定葉片凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO濃度。于S2、S4時(shí)期用刻度尺測(cè)量株高、用游標(biāo)卡尺測(cè)量莖粗。于收獲期進(jìn)行馬鈴薯單株測(cè)產(chǎn)、并另隨機(jī)選擇5 株大小一致的塊莖樣品混合用于品質(zhì)測(cè)定；用電子秤測(cè)定單行馬鈴薯塊莖質(zhì)量，計(jì)算667 m產(chǎn)量/kg=單行產(chǎn)量×667/單行面積。測(cè)產(chǎn)時(shí)分級(jí)稱(chēng)量，單薯質(zhì)量＜100 g 為小薯，≥100 g 為大薯；采用烘干稱(chēng)重法測(cè)定干物質(zhì)含量、采用2，6-二氯靛酚滴定法測(cè)定維生素C 含量、采用考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定可溶性蛋白含量（FW）、采用蒽酮比色法測(cè)定塊莖淀粉含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用DPS 15.10 軟件進(jìn)行單因素方差分析，用LSD 法對(duì)比各處理間差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同時(shí)段補(bǔ)光對(duì)日光溫室馬鈴薯葉片葉綠素相對(duì)含量的影響

在所有處理?xiàng)l件下，馬鈴薯葉片葉綠素相對(duì)含量隨著生育進(jìn)程呈先上升后下降的趨勢(shì)（表1）。相較CK，不同時(shí)段補(bǔ)光均提高了2 個(gè)品種不同生育時(shí)期的葉綠素相對(duì)含量，且除田園1 號(hào)T2 處理的S1、S4 時(shí)期外，其他處理差異均達(dá)到顯著水平；其中田園1 號(hào)、希森6 號(hào)在T1 處理的S4 時(shí)期葉綠素相對(duì)含量較對(duì)照分別提高7.37%、17.10%，T2 處理下的S4 時(shí)期田園1 號(hào)、希森6 號(hào)葉綠素相對(duì)含量較對(duì)照分別提高3.95%、5.04%。T1 處理2 個(gè)品種不同生育時(shí)期的葉綠素相對(duì)含量均高于T2 處理，且品種田園1 號(hào)差異均達(dá)到顯著水平。結(jié)果表明，不同時(shí)段補(bǔ)光均能提高日光溫室馬鈴薯葉片葉綠素相對(duì)含量，且早晨揭簾前補(bǔ)光4 h 優(yōu)于晚上蓋簾后補(bǔ)光4 h。

表1 不同時(shí)段補(bǔ)光對(duì)日光溫室馬鈴薯葉片葉綠素相對(duì)含量的影響 SPAD

2.2 不同時(shí)段補(bǔ)光對(duì)日光溫室馬鈴薯葉片氣孔導(dǎo)度的影響

氣孔導(dǎo)度與植物光合作用、呼吸作用密切相關(guān)。由表2 可知，與對(duì)照相比，不同時(shí)段補(bǔ)光均提高了2 個(gè)品種不同生育時(shí)期的葉片氣孔導(dǎo)度，其中，僅S2、S3 時(shí)期差異達(dá)到顯著水平。除品種田園1 號(hào)S2 時(shí)期外，T1、T2 處理下2 個(gè)品種不同生育時(shí)期的葉片氣孔導(dǎo)度無(wú)顯著差異。結(jié)果表明，不同時(shí)段補(bǔ)光均能提高日光溫室馬鈴薯葉片氣孔導(dǎo)度，且T1、T2 處理間整體無(wú)顯著差異。

表2 不同時(shí)段補(bǔ)光對(duì)日光溫室馬鈴薯葉片氣孔導(dǎo)度的影響 （mmol·m-2·s-1）

2.3 不同時(shí)段補(bǔ)光對(duì)日光溫室馬鈴薯葉片胞間CO2濃度的影響

由表3 可知，較CK，T1 處理顯著降低了2 個(gè)品種不同生育時(shí)期的葉片胞間CO濃度。其中，田園1 號(hào)、希森6 號(hào)在S4 時(shí)期葉片胞間CO濃度較對(duì)照分別下降了4.34%、5.29%；與對(duì)照相比，T2 處理也降低了2 個(gè)品種不同生育時(shí)期葉片胞間CO濃度，且除S1 外、其他各時(shí)期差異均顯著。其中，田園1 號(hào)、希森6 號(hào)在S4 時(shí)期葉片胞間CO濃度較對(duì)照分別下降2.81%、4.28%。T1 處理的2 個(gè)品種不同生育時(shí)期的葉片胞間CO濃度均低于T2 處理。其中，除田園1 號(hào)S3、S4 時(shí)期和希森6 號(hào)S4時(shí)期外，其他各時(shí)期處理差異均達(dá)顯著水平。結(jié)果表明，不同時(shí)段補(bǔ)光均能降低日光溫室馬鈴薯葉片胞間CO濃度。其中，T1 處理的差異最為顯著。

表3 不同時(shí)段補(bǔ)光對(duì)日光溫室馬鈴薯葉片胞間CO2濃度的影響 （μmol·mol-1）

2.4 不同時(shí)段補(bǔ)光對(duì)日光溫室馬鈴薯葉片凈光合速率的影響

由表4 可知，較對(duì)照處理，不同時(shí)段補(bǔ)光T1、T2 處理均提高了2 個(gè)品種不同生育時(shí)期的葉片凈光合速率，且差異均達(dá)到顯著水平；其中，田園1號(hào)、希森6 號(hào)在T1 處理的S4 時(shí)期葉片凈光合速率較對(duì)照分別提高22.34%、10.46%，T2 處理下的S4時(shí)期田園1 號(hào)、希森6 號(hào)葉片凈光合速率較對(duì)照分別提高13.60%、5.62%。T1 處理下2 個(gè)品種不同生育時(shí)期的葉片凈光合速率均高于T2 處理。其中，田園1 號(hào)S1、S4 和希森6 號(hào)S1、S3 時(shí)期的差異顯著。說(shuō)明補(bǔ)光能顯著提高馬鈴薯葉片凈光合速率，且早晨揭簾前補(bǔ)光4 h 優(yōu)于晚上蓋簾后補(bǔ)光4 h。

表4 不同時(shí)段補(bǔ)光對(duì)日光溫室馬鈴薯葉片凈光合速率的影響 （μmol·m-2·s-1）

2.5 不同時(shí)段補(bǔ)光對(duì)日光溫室馬鈴薯株高及莖粗的影響

從表5 可以看出，較CK，不同時(shí)段補(bǔ)光T1、T2處理均提高了2 個(gè)品種不同生育時(shí)期的植株高度，且差異達(dá)到顯著水平；其中，田園1 號(hào)、希森6 號(hào)在T1 處理的S4 時(shí)期株高較對(duì)照分別提高10.20%、8.78%，T2 處理下的S4 時(shí)期田園1 號(hào)、希森6 號(hào)株高較對(duì)照分別提高9.20%、6.00%；T1、T2 處理均較對(duì)照顯著提高了2 個(gè)品種不同生育時(shí)期的植株莖粗。T1、T2 處理間2 個(gè)品種不同生育時(shí)期的植株株高及莖粗無(wú)顯著差異。

表5 不同時(shí)段補(bǔ)光對(duì)日光溫室馬鈴薯株高及莖粗的影響

2.6 不同時(shí)段補(bǔ)光對(duì)日光溫室馬鈴薯塊莖數(shù)及產(chǎn)量的影響

表6 所示為不同時(shí)段補(bǔ)光對(duì)日光溫室馬鈴薯塊莖數(shù)及產(chǎn)量的影響。與對(duì)照相比，不同時(shí)段補(bǔ)光對(duì)2 個(gè)品種單株塊莖數(shù)無(wú)顯著影響。較對(duì)照，T1、T2 處理均顯著提高了2 個(gè)品種馬鈴薯大薯率；T1處理下2 個(gè)品種大薯率顯著高于T2 處理。較對(duì)照，田園1 號(hào)、希森6 號(hào)在T1 處理下產(chǎn)量分別提高25.42%、23.51%，T2 處理下的田園1 號(hào)、希森6 號(hào)產(chǎn)量分別提高了15.16%、8.87%；2 個(gè)品種T1 處理下馬鈴薯產(chǎn)量均顯著高于T2 處理。

表6 不同時(shí)段補(bǔ)光對(duì)日光溫室馬鈴薯塊莖數(shù)及產(chǎn)量的影響

2.7 不同時(shí)段補(bǔ)光對(duì)日光溫室馬鈴薯塊莖品質(zhì)的影響

由表7 可知，T1、T2 處理下的2 個(gè)品種塊莖干物質(zhì)含量均顯著高于未補(bǔ)光處理；T1 處理下塊莖干物質(zhì)含量高于T2，其中，田園1 號(hào)差異顯著。與對(duì)照相比，不同時(shí)段補(bǔ)光對(duì)2 個(gè)品種的維生素C 含量無(wú)顯著影響，T1、T2 處理下2 個(gè)品種塊莖可溶性蛋白含量均顯著高于對(duì)照；T1、T2 處理間可溶性蛋白含量無(wú)差異顯著；較對(duì)照，T1、T2 處理顯著提高了2個(gè)品種塊莖淀粉含量；2 個(gè)品種T1 處理下塊莖淀粉含量均高于T2 處理，且差異達(dá)到顯著水平。

表7 不同時(shí)段補(bǔ)光對(duì)日光溫室馬鈴薯塊莖品質(zhì)的影響

3 討論與結(jié)論

馬鈴薯冬春季保護(hù)地栽培的推廣極大地緩解了春季鮮薯供應(yīng)難的現(xiàn)狀，然而設(shè)施內(nèi)弱光的生態(tài)環(huán)境限制了植株的生長(zhǎng)與產(chǎn)量品質(zhì)的形成。光照與植物營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)密切相關(guān)，光合作用是植物生物量形成的基礎(chǔ)。前人研究表明，弱光會(huì)降低馬鈴薯葉片相對(duì)葉綠素含量與光合速率；耐陰材料對(duì)光強(qiáng)利用范圍發(fā)生變化，提高對(duì)弱光的利用能力，進(jìn)而遮光后葉片具有較高的相對(duì)葉綠素含量及凈光合速率。筆者在本試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，不同時(shí)段補(bǔ)光不僅能提高日光溫室早春茬馬鈴薯葉片葉綠素含量，且顯著提高了馬鈴薯葉片凈光合速率，說(shuō)明相對(duì)葉綠素含量的提高與光合作用的碳同化密切相關(guān)；而李晨陽(yáng)等研究發(fā)現(xiàn)遮光處理對(duì)葉片相對(duì)葉綠素含量的影響，存在生長(zhǎng)時(shí)期效應(yīng)，與葉片凈光合速率無(wú)關(guān)；研究差異的產(chǎn)生可能與試驗(yàn)開(kāi)展的季節(jié)及光處理強(qiáng)弱有關(guān)，需要進(jìn)一步的研究。

植物的光合作用不僅與植株自身生長(zhǎng)特性有關(guān)，而且外界環(huán)境因素對(duì)其有顯著影響。通過(guò)對(duì)水分虧缺、弱光等逆境下植物光合特性的研究，發(fā)現(xiàn)水分虧缺導(dǎo)致葉片氣孔導(dǎo)度、胞間CO濃度和凈光合速率下降，而遮陰處理提高了葉片胞間CO濃度，降低氣孔導(dǎo)度和凈光合速率，說(shuō)明葉片凈光合速率與葉片氣孔導(dǎo)度無(wú)關(guān)。本試驗(yàn)研究表明補(bǔ)光處理提高了2 個(gè)品種不同生育時(shí)期的葉片氣孔導(dǎo)度和凈光合速率，降低了葉片胞間CO濃度，結(jié)果說(shuō)明凈光合速率主要受非氣孔因素的影響，這與前人研究結(jié)果一致。筆者還發(fā)現(xiàn)，揭簾前補(bǔ)光4 h處理的馬鈴薯葉片葉綠素相對(duì)含量以及凈光合速率均高于蓋簾后補(bǔ)光4 h 處理，可能與溫室內(nèi)CO濃度差異有關(guān)。

弱光可導(dǎo)致馬鈴薯植株徒長(zhǎng)、降低莖粗。補(bǔ)光可以提高作物植株株高、莖粗，本試驗(yàn)結(jié)果與之相同，不同時(shí)段補(bǔ)光均顯著提高了馬鈴薯株高與莖粗。李彩斌等研究發(fā)現(xiàn)，弱光處理會(huì)降低馬鈴薯商品薯率、單株質(zhì)量、產(chǎn)量，同時(shí)塊莖干物質(zhì)和淀粉含量亦減少，導(dǎo)致馬鈴薯產(chǎn)量下降、品質(zhì)變劣。設(shè)施生產(chǎn)中，生育期補(bǔ)光在蔬菜等作物的穩(wěn)產(chǎn)保質(zhì)上起到了積極作用。研究發(fā)現(xiàn)LED 補(bǔ)光顯著促進(jìn)甜瓜植株生長(zhǎng)，提高果實(shí)產(chǎn)量和特征香氣物質(zhì)含量。董飛等研究表明，補(bǔ)光可顯著提高番茄綠熟期、轉(zhuǎn)色期、成熟期果實(shí)揮發(fā)性物質(zhì)含量及代謝關(guān)鍵酶活性。本試驗(yàn)結(jié)果表明，與未補(bǔ)光相比，揭簾前補(bǔ)光4 h、蓋簾后補(bǔ)光4 h 處理均顯著提高了2個(gè)品種馬鈴薯大薯率、塊莖產(chǎn)量以及塊莖干物質(zhì)與淀粉含量，且揭簾前補(bǔ)光4 h 的處理效應(yīng)顯著優(yōu)于蓋簾后補(bǔ)光4 h 處理。

綜上可知，不同時(shí)段補(bǔ)光緩解了設(shè)施內(nèi)弱光脅迫對(duì)早春茬馬鈴薯葉片光合特性、產(chǎn)量及品質(zhì)的不利影響，通過(guò)補(bǔ)光提高日光溫室早春茬馬鈴薯凈光合速率，優(yōu)化光合特性，促進(jìn)馬鈴薯營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)及生物量積累，進(jìn)而提高馬鈴薯產(chǎn)量、改善塊莖品質(zhì)，且以揭簾前補(bǔ)光4 h 對(duì)馬鈴薯的提產(chǎn)增質(zhì)效果最優(yōu)，可為馬鈴薯抗保護(hù)地栽培提供技術(shù)支持。