不同LED光質對南瓜幼苗生長及田間性狀的影響

郭林鑫 劉振威 喬丹丹 孫麗 李新崢

摘? ? 要：以百蜜5號南瓜種子為材料，測定和分析了不同配比LED紅藍光源處理對南瓜幼苗的生長、生理特性及田間生長的影響，以期為南瓜育苗尋找最適光質配比提供理論依據。結果表明，單色紅光處理下，南瓜幼苗的株高、莖長、根數和地上鮮質量、葉面積和碳氮比均最大;在一定比例的紅藍復合光源處理下，南瓜的可溶性蛋白含量、游離氨基酸含量、根系活力、莖粗、總鮮質量、總干質量、下胚軸長、壯苗指數等達最大值，分別為46.07 mg·g-1、433.63 μg·g-1、76.88 μg·g-1·h-1、1.60 mm、4.53 g、0.34 g、30.62 mm、0.07，同時田間生長指標最佳，部分比例紅藍光源處理下的值小于CK;單色藍光處理下南瓜幼苗的可溶性糖含量最高，田間凈光合速率和氣孔導度也最大。綜上所述，與單色的紅光、藍光以及白光相比，紅藍復合光源更有利于南瓜的生長發育。

關鍵詞：南瓜;光質;生長指標;生理指標;光合特性

中圖分類號：S642.1 文獻標志碼：A 文章編號：1673-2871（2022）02-055-06

Effects of different LED lights on growth and field characteristics of the winter squash seedling

GUO Linxin1，2， LIU Zhenwei1，2， QIAO Dandan1，2， SUN Li1，2， LI Xinzheng1，2

（ 1. School of Horticulture and Landscape Architecture， Henan Institute of Science and Technology， Xinxiang 453003， Henan， China; 2. Henan Province Engineering Research Center of Horticultural Plant Resource Utilization and Germplasm Enhancement， Xinxiang 453003， Henan， China）

Abstract：An experiment was conducted using winter squash variety BaiMi-5 to understand the effects of different ratio of LED red and blue light on the growth， physiological characteristics and field growth of winter squash seedlings. The results show that the plant height， stem length， root number， ground fresh weight， leaf area and carbon-nitrogen ratio of the seedlings were the highest under monochrome red-light treatment. The soluble protein （46.07 mg·g-1）， free amino acid （433.63 μg·g-1）， root activity （76.88 μg·g-1·h-1）， total fresh weight （4.53 g）， total dry weight （0.34 g）， hypocotyl length （30.62 mm） and seedling strength index （0.07） were the highest for the treatment with red and blue light combination， this treatment also produced the best growth indexes in the field. The soluble sugar content of the seedlings was the highest under monochrome blue light， the net photosynthetic rate and stomatal conductance were also the highest in the field with this light treatment. The stem diameter of the seedlings was the largest under white light. Compared with the monochrome red， blue and white light， the combination of red and blue light is more beneficial to the growth and development of winter squash seedlings.

Key words： Winter squash; Light quality; Growth index; Physiological index; Photosynthetic characteristics

南瓜為葫蘆科（Cucurbitaceae）南瓜屬（Cucurbita）植物，南瓜果肉粉質香甜、營養豐富，且具有多種重要保健功能，可作蔬菜、糧食、籽用、觀賞和飼料等。前人對南瓜的研究主要集中在栽培技術以及生物育種等方面，而光質對南瓜影響的研究報道不多。光是植物獲取能量的主要來源，對植物的生長和產物積累非常重要[1]。其中，光質在植物的生長、光合作用、形態建成、物質代謝中起著非常重要的調控作用[2]。但不同的光質對植物的生物效應影響迥異[3]。前人研究表明，紅光可以促進莖的伸長、增加葉面積，提高植株地上鮮質量、干質量，有利于碳水化合物的合成[4-6]。藍光不僅對葉綠體的形成和葉綠素的合成影響較大，還可以促進根系增長，提高根系活力，也有利于蛋白質的合成[4，7-8]。因此，可以通過調節光質來調控植物的形態建成和生長發育。近些年來，隨著對LED光源技術的深入研究，人們逐漸發現，與傳統光源相比，其具有波普較窄、光譜性能好、光效率高、無污染、無任何噪音、使用壽命長等優勢[9-10]。

筆者旨在通過不同配比的紅藍光質對南瓜幼苗進行調控，從而探究不同光質對南瓜幼苗生長、生理特性以及田間生長、光合特性的影響，以期為找到適合南瓜生長的光質配比提供理論支撐和技術參考。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗于2020年4—7月在河南科技學院蔬菜實驗室及南瓜試驗基地進行。試驗材料是由河南科技學院園藝園林學院南瓜課題小組提供的百蜜5號南瓜種子。試驗所用LED光源由河南智圣普電子技術有限公司生產，紅光LED峰值波長為660 nm，藍光LED峰值波長為440 nm。

1.2 試驗設計

經過浸種催芽，將已露白的種子播于裝有基質（V草炭土∶V蛭石∶V珍珠巖=3∶1∶1）的塑料穴盤（每盤32穴）中，每個處理1個穴盤，3個重復，每個重復1個穴盤。試驗設置7個不同配比的紅藍光處理，以日光燈為對照，處理與對照的光強均為60 μmol·m -2·s -1（表1）。光照處理時間為12 h·d-1 （8：00—20：00）。

1.3 測定指標及方法

1.3.1? ? 生理指標? ? 試驗采用單因素完全隨機處理。當南瓜幼苗長到2葉1心時開始測定生理指標，每個處理隨機選3株南瓜幼苗，每個處理3次重復。可溶性蛋白質含量采用考馬斯亮藍G-250染色法測定，可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定，游離氨基酸含量采用茚三酮溶液顯色法測定，MDA（丙二醛）含量采用硫代巴比妥酸法測定，根系活力采用TTC定量法[14-15]測定。

1.3.2? ? 農藝性狀指標? ? 南瓜幼苗農藝性狀的測定時間與生理指標測定時間一致。測定其株高、莖長、莖粗、下胚軸長、根數、葉面積、地下鮮質量、地上鮮質量、地下干質量、地上干質量，計算總鮮質量、總干質量、根冠比、壯苗指數等;當南瓜幼苗定植到大田經過緩苗期后開始測定田間農藝性狀，分別在在緩苗后0、7、14、21、28 d對其田間株高、莖粗和開花節位進行觀測。

1.3.3? ? 光合指標? ? 用Li-6400便攜式光合測定儀（LICOR Inc，USA）對田間南瓜葉片的凈光合速率、氣孔導度、胞間CO2濃度、蒸騰速率指標進行測定，當南瓜幼苗定植到大田經過緩苗期后開始對其光合指標進行測定，分別測定其在緩苗期后10、15、20、25、30 d的光合數據。

1.4 數據處理

采用Microsoft Excel 2010和DPS 7.5系統進行數據處理，差異顯著性分析采用Duncan法。

2 結果與分析

2.1 不同LED光質對南瓜幼苗生理指標的影響

由表2可知，在所有處理中，T5處理南瓜幼苗可溶性蛋白質含量（w，后同）最高，達46.07 mg·g-1，比CK提高56.81%;僅T5處理南瓜幼苗可溶性蛋白質含量顯著高于CK，其他處理與CK無顯著差異，且從T5處理開始可溶性蛋白質含量呈現出隨著藍光比例增大逐漸下降趨勢。從T2處理開始南瓜幼苗可溶性糖含量呈現出隨著藍光比例增大逐漸升高趨勢，以T7處理可溶性糖含量最高，為1.051%，比對照顯著提高13.50%，其他處理可溶性糖含量均顯著低于CK。僅T1處理南瓜幼苗游離氨基酸含量顯著低于CK，其他處理游離氨基酸含量均顯著高于CK，其中，T3處理游離氨基酸含量最高，為433.63 μg·g-1，比對照提高173.64%。所有LED光處理南瓜幼苗丙二醛含量均高于CK，僅T3、T6處理與CK無顯著差異，其他處理均顯著高于CK。在所有LED光處理中，T3處理丙二醛含量最低，為1.82 μmol·g-1，比CK提高20.53%。所有LED光處理南瓜幼苗根系活力均與CK無顯著差異，僅T1、T6處理根系活力小于CK。在所有處理中，T3處理南瓜幼苗根系活力最大，達76.88 μg·g-1·h-1，比對照提高130.46%。T1處理南瓜幼苗碳氮比顯著大于CK，其他處理均顯著低于CK。其中，T1處理碳氮比最大，為11.02，比CK提高87.73%。

2.2 不同LED光質對南瓜幼苗生長指標的影響

由表3可知，在不同LED光質處理下，T1處理南瓜株高、莖長、根數、地上鮮質量和葉面積最大，分別為19.18 cm、8.42 cm、18.67、3.51 g和29.35 cm2，分別比對照提高8.48%、15.03%、5.66%、8.00%和24.73%;下胚軸長的最大值為T5處理，達30.62 mm，比對照提高89.60%;T3處理地上、地下鮮質量和總鮮質量均最大，分別為3.51 g、1.02 g和4.53 g，分別比對照提高8.00%、50.00%和15.27%;在T5處理下地上干質量和總干質量最大，分別比CK高了5.10%和8.40%;T4處理的根冠比最大，為0.31，比CK高了50.20%。

2.3 不同LED光質對南瓜田間生長指標的影響

由表4可知，經過不同LED光質處理后，南瓜第一雄花節位最低的是T4和T6處理，第一雄花節位均為3.20節，比CK降低27.27%;第一雌花節位最低的是T5處理，為9.20節，比對照降低26.98%。

由圖1可以看出，對其緩苗后0、7、14、21、28 d的調查表明，各處理株高均呈現出隨著時間變化逐漸增大，截至最后一次調查各處理株高均達到最大值。在緩苗期后28 d的調查中，T5處理株高值最大，為225.40 cm，比CK提高111.84%。各處理莖粗也呈現出隨著時間推移緩慢增加趨勢，到緩苗期后28 d調查時達最大值。其中，T5處理莖粗最大，達20.95 mm，比CK提高41.08%。

2.4 不同LED光質對南瓜田間光合特性的影響

由圖2可以看出，通過測定其緩苗后10、15、20、25、30 d的光合指標發現，T1處理凈光合速率最大值出現在緩苗后20 d，T5處理氣孔導度最大值出現在緩苗后30 d，除此之外，其他處理凈光合速率和氣孔導度均在緩苗后25 d達到最大值，且凈光合速率和氣孔導度均以T7處理為最大，分別為30.07 μmol·m-2·s-1和0.45 mmol·m-2·s-1，分別比CK提高29.22%和36.36%。除了T1處理胞間CO 2濃度最大值出現在緩苗后25 d，其他處理最大值均出現在緩苗后30 d，且此時T5處理胞間CO 2濃度最低，僅為276.42 mmol·m-2·s-1，比CK降低1.96%。T6和T7處理蒸騰速率最大值出現在緩苗后30 d，其他各處理蒸騰速率最大值均出現在緩苗后20 d，此時T5處理蒸騰速率值最大，為14.72 mmol·m-2·s-1，比CK提高30.50%。

3 討論與結論

紅光可以促進植株生長和莖伸長[4-5，16]，還可以提高作物的碳水化合物積累量[17]，在紅藍復合光中適當增加紅光比例可以促進植株根系生長[18]，一定比例的紅藍組合光源綜合了單色紅光和藍光的特點，從而促進植株生長，但具體的光質比例因植物種類而異[19]。有試驗表明，不結球白菜在紅藍比為8∶1、生菜在紅藍比為1∶1下最有利于植株生長[20-21]。本研究結果表明，單色紅光有利于促進南瓜幼苗的生長和莖伸長，而藍光則抑制了南瓜幼苗的生長;與對照相比，紅藍復合光源在一定比例下南瓜幼苗的下胚軸長，壯苗指數和根冠比大，根系活力高，總干質量和總鮮質量大。由此可見，紅藍復合光源對南瓜幼苗的生長發育起到了促進作用，有利于培育壯苗。這與前人在其他蔬菜上的研究結果一致。可能是由于紅藍光的光譜分布與葉綠素的吸收光譜峰值區基本一致，從而導致對植株的生長起到了促進作用[22]。

可溶性蛋白質含量是與植物抗性密切相關的重要指標之一[23]。本試驗表明，紅藍光比為6∶4時南瓜幼苗可溶性蛋白質含量最高，紅藍光比為8∶2時南瓜幼苗游離氨基酸含量最高。這表明紅藍組合光源有利于南瓜幼苗蛋白質的合成以及游離氨基酸的積累。這與前人在番茄[24]和煙草[25]上的研究結果一致。可溶性糖對植物的生長非常重要[26]。筆者試驗表明，單色藍光促進了南瓜幼苗可溶性糖含量的提高，這與高松等[27]在青蔥上的研究結果一致，這表明單色藍光對南瓜幼苗的可溶性糖合成有一定的促進作用。

藍光比紅光更有利于光合能力的形成，藍光可以促進氣孔的發育[28-29]。本試驗表明，在苗期對南瓜進行單色藍光處理后，南瓜田間的凈光合速率和氣孔導度最大。在苗期對南瓜進行紅藍復合光源處理，有利于促進南瓜田間的營養生長和雌花開放。可能是由于苗期對南瓜進行不同光質處理后，對南瓜的田間生長發育產生了影響。由于此類研究很少追蹤到田間生長階段，因此導致這一現象的具體原因還需進一步探討。

綜上所述，與單色藍光和單色紅光以及白光相比，紅藍組合光源更有利于南瓜培育壯苗，并且在苗期經過紅藍復合光源處理后，對于南瓜的田間生長也起到了一定促進作用。尤其是在紅藍光比為8∶2、7∶3、6∶4時對南瓜生長更加有利，為今后南瓜工廠化育苗和設施栽培提供了一定理論支撐和數據參考。

參考文獻

[1] 鐘軍，張寒，熊興耀.魚腥草幼苗生長發育和葉片顯微結構對不同光質的響應[J].中國瓜菜，2018，31（10）：27-34.

[2] 陳光彩，潘彤彤，毛琪，等.LED紅、藍光源對香蕉組培苗生長的影響[J].中國南方果樹，2019，48（2）：59-66.

[3] 喬新榮，段鴻斌，葉兆偉.植物向光素受體與信號轉導機制研究進展[J].生物技術通報，2014（8）：1-7.

[4] 陳祥偉.不同光質LED對烏塌菜生長生理特性及營養品質的影響[D].山東泰安：山東農業大學，2014.

[5] 韋峰.不同光質及補光時間對幾種蔬菜生長的影響[D].銀川：寧夏大學，2015.

[6] 高振，雷恒樹，吳雨霏，等.不同比例紅藍光對草莓生長和葉片光合特性的影響[J].中國農業大學學報，2016，21（12）：20-27.

[7] 何蔚，楊振超，蔡華，等.光質調控蔬菜作物生長和形態研究進展[J].中國農業科技導報，2016，18（2）：9-18.

[8] 任桂萍，王小菁，朱根發.不同光質的LED對蝴蝶蘭組織培養增殖及生根的影響[J].植物學報，2016，51（1）：81-88.

[9] 劉彤，劉雯，馬建設.可調紅藍光子比例的LED植物光源配光設計方法[J].農業工程學報，2014，30（1）：154-159.

[10] 岳崇勤，陳歡，姚力.LED植物生長燈在日光溫室結球生菜生產的試驗與應用[J].農業開發與裝備，2017（2）：92-93.

[11] DINI I，TENORE G C，DINI A.Effect of industrial and domestic processing on antioxidant properties of pumpkin pulp [J].LWT-Food Science and Technology，2013，53（1）：382-385.

[12] 侯成全，張有鐸.保健南瓜淺談[J].種業導刊，2017（6）：27-28.

[13] 臧茜茜，陳鵬，張逸，等.輔助降血糖功能食品及其功效成分研究進展[J].中國食物與營養，2017，23（7）：55-59.

[14] 李合生.植物生理生化實驗原理和技術[M].北京：高等教育出版社，2000.

[15] 高俊鳳.植物生理學實驗技術[M].北京：高等教育出版社，2006.

[16] 周華，劉淑娟，王碧琴，等.不同波長LED光源對生菜生長和品質的影響[J].江蘇農業學報，2015，31（2）：429-433.

[17] 李巖，王麗偉，文蓮蓮，等.紅藍光質對轉色期間番茄果實主要品質的影響[J].園藝學報，2017，44（12）：2372-2382.

[18] 梁宗鎖，李倩，徐文暉.不同光質對丹參生長及有效成分積累和相關酶活性的影響[J].中國中藥雜志，2012，37（14）：2055-2060.

[19] LI H M，XU Z G，TANG C M.Effect of light-emitting diodes on growth and morphogenesis of upland cotton（Gossypium hirsutum L.）plantlets in vitro[J].Plant Cell Tissue and Organ Culture，2010，103：155-163.

[20] LI H M，TANG C M，XU Z G，et al.Effects of different light sources on the growth of non-heading Chinese cabbage（Brassica campestris L.）[J].Journal of Agriculture Science，2012，4（4）：262-273.

[21] 余意，楊其長，趙姣姣，等.LED光質對三種葉色生菜光譜吸收特性、生長及品質的影響[J].照明工程學報，2013，24（S1）：139-145.

[22] 楊其長，徐志剛，陳弘達，等.LED光源在現代農業的應用原理與技術進展[J].中國農業科技導報，2011，13（5）：37-43.

[23] 尚文倩，王政，侯甲男，等.不同紅藍光質比LED光源對鐵皮石斛試管苗生長的影響[J].西北農林科技大學學報（自然科學版），2013，41（5）：155-159.

[24] 常濤濤，劉曉英，徐志剛，等.不同光譜能量分布對番茄幼苗生長發育的影響[J].中國農業科學，2010，43（8）：1748-1756.

[25] 史宏志，韓錦峰，遠彤，等.紅光和藍光對煙葉生長、碳氮代謝和品質的影響[J].作物學報，1999，25（2）：215-220.

[26] 王嘉佳，唐中華.可溶性糖對植物生長發育調控作用的研究進展[J].植物學研究，2014，3（3）：71-76.

[27] 高松，劉學娜，劉穎，等.人工氣候室控制條件下青蔥對LED光質的響應特性[J].中國農業科學，2020，53（14）：2919-2928.

[28] 許大全，高偉，阮軍.光質對植物生長發育的影響[J].植物生理學報，2015，51（8）：1217-1234.

[29] WANG H，GU M，CUI J X，et al.Effects of light quality on CO2 assimilation，chlorophyll fluorescence quenching，expression of Calvin cycle genes and carbohydrate accumulation in Cucumis sativus[J].Journal of Photochemistry and Photobiology B-Biology，2009，96（1）：30-37.