LED紅藍光連續光照對辣椒苗生長和壯苗指數的影響

林坤明，劉文科，劉家源，陳艷琦

(中國農業科學院農業環境與可持續發展研究所，農業部設施農業節能與廢棄物處理重點實驗室，北京 100081)

引言

蔬菜生產是農業生產的重要組成部分，不僅滿足了人們日常生活的需求，還給菜農們帶來了巨大的經濟效益。蔬菜育苗是蔬菜生產的首要環節，幼苗的質量對定植后蔬菜的產量和品質至關重要[1]。傳統育苗方式受惡劣天氣的影響，不可避免地面臨著幼苗生長緩慢、徒長、病蟲害等諸多挑戰[2]。隨著LED照明技術的發展，利用人工光進行蔬菜工廠化育苗具有育苗效率高、病蟲害少、易標準化等傳統蔬菜育苗方式難以比擬的優勢。新一代LED光源較傳統光源具有節能高效、壽命長、環保耐用、體積小、熱輻射低、波長幅度小的特點[3]，能夠在植物工廠的環境下根據幼苗生長發育需要制定合適的光照配方，精確調控幼苗生理代謝過程，實現蔬菜育苗的無公害、標準化和快速生產，縮短育苗周期。

植物幼苗個體對光環境的變化十分敏感，幼苗期的品質對于育苗來說至關重要。植物對光譜具有選擇性吸收的特性，不同波長的光能調控植物形態建成、光合作用和物質代謝等生理活動。近年來，利用光質調節蔬菜生長的研究受到了國內外學者的廣泛關注，已有研究表明光質對番茄[4-6]、茄子[7]、白菜[8，9]、辣椒[10，11]等園藝作物的生長發育具有重要的調控作用。前人研究表明：藍光通過降低植物體內的IAA水平來抑制作物生長，紅光可以促進植物子葉伸長，但抑制莖的過度生長[12]；增加光環境中的紅光比率，可以提高草莓葉片葉綠素含量，增加藍紫光比率可提高萵苣和番茄葉片的葉綠素含量，有利于作物光合作用生產[13，14]；紅光可通過抑制光合產物從葉中的輸出來增加葉片的淀粉積累[15]。

連續光照(Continuous Light，CL)是指區別于自然界原有的24 h光周期晝夜交替的光環境，給植物提供連續24 h的明暗條件[16]。連續光照延長了植物進行光合作用的時間，也是植物工廠中除強光照射之外另一種增加光量子投入、促進植物生長的有效手段。研究發現，連續光照可以加速植物的生長、增加生物量、提高品質[17-19]。辣椒作為光周期不敏感作物[20]，在連續光照環境下可以提高其生長。吳根良等[21]利用紅藍光組合與高光強延長光周期，以此提高辣椒的生長。但少有研究通過利用辣椒作物的光周期不敏感性進行紅藍光連續光照育苗。光環境中光強、光質和光周期是相互聯系與制約，本試驗在保持現日累積光照量(Daily Light Integral，DLI)相同的條件下，分別采用不同的光質和光周期處理，來探究紅藍光連續光照對辣椒苗期生長的影響。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

試驗以海豐23號牛角椒為試驗對象，選擇飽滿、大小均勻、有光澤的種子，在55 ℃的溫水中浸泡15 min消毒處理。浸泡后將種子撈出洗凈，用清水浸泡8 h。用生菜育苗托盤，在網格上面鋪4層紗布，然后將浸泡后的種子均勻鋪在紗布上面，上面蓋2層紗布，用純水澆透。托盤里面加入50 ml的清水，以保證潮濕的環境。托盤放入28 ℃的恒溫培養箱中，黑暗條件下催芽。每天觀察發芽情況，適當補充水分，預計4 d可以出芽良好。育苗基質配比為V(草炭)∶V(蛭石)∶V(珍珠巖)=3∶1∶1。營養液采用Hoagland營養液配方，營養液pH調為5.5～6.5，EC值調為1.5～1.8 mS/cm。每個處理下種植兩個品種辣椒，同一辣椒品種放入一個穴盤內，穴盤規格為72孔，外觀尺寸為540 mm×280 mm×40 mm，密度為476 株/m2，株距為4.5 cm，穴盤洗凈晾干后使用。

當種子“露白”后，選擇均勻健康種子用鑷子點播到穴盤中：①播種前將混合基質均勻鋪在孔穴中，基質距離上表面1 cm左右，穴盤每穴中的基質要均勻、疏松，也不能出現中空，然后用“潮汐式”法將基質澆透(所有用水均為蒸餾水)。②每穴輕輕播入1粒種子。播種時需注意種子應平放在穴孔內，不可豎立，避免出現“帶帽”出土。③用基質覆蓋播種后的穴盤，用刮板刮去穴格上面多余的基質，使穴格清晰可見。然后用“潮汐式”法澆透。澆水后，穴盤晾干10 min左右，以便基質中的明水流完。④用保鮮膜(或黑布)將穴盤孔封住(2 d)，防止基質水分蒸發過快(當觀察到第一株苗出土時，撤去保鮮膜)。

1.2 試驗設計

試驗采用LED紅藍光對辣椒進行栽培，見表1，所有光照處理的DLI相等，均為15.552 mol/m2·d。明期時段為16：00—10：00，暗期時段為10：00—16：00。

表1 試驗光照處理

處理一為常規光照(RB-NL)，明期光強為240 μmol·m-2·s-1，光質為R∶B=4∶1(紅光∶藍光=4∶1，下同)，暗期光強為0 μmol·m-2·s-1。處理二為紅藍光連續光照(RB-CL)，光強和光質均一直分別保持為180 μmol·m-2·s-1和R∶B=4∶1。處理三為純紅光連續光照(R-CL)，光強一直保持為180 μmol·m-2·s-1，光質為R。處理四為純藍光連續光照(B-CL)，光強一直保持為180 μmol·m-2·s-1，光質為B。

1.3 測定項目及方法

分別在發芽后第15 d、20 d和25 d進行破壞性測量。各處理組每個品種辣椒的穴盤中隨機選取生長一致的辣椒幼苗10株，用清水沖洗干凈，用量角器測定幼苗葉向值(葉柄和主莖的角度)，用直尺測量幼苗株高，用游標卡尺測量幼苗莖粗(子葉下方1/3處的莖粗)，用電子天平分別稱地上部和地下部鮮重質量，用葉面積儀測定葉面積，計算壯苗指數。然后，在105 ℃殺青25 min后72 ℃烘干48 h至恒重后稱總干重量。比葉重、壯苗指數的計算式為：比葉重=總葉片重/總葉面積；壯苗指數1=(莖粗/株高×總干重)×10；壯苗指數2=(莖粗/株高×總鮮重)×10。

1.4 數據處理

采用Microsoft Excel 2010和SPSS 23軟件處理數據，用方差分析軟件對數據進行單因素方差分析，并運用Duncan檢驗法對顯著性差異(P<0.05)進行多重比較，采用Origin 2021軟件制圖。

2 結果與分析

2.1 LED紅藍光連續光照對辣椒苗生長形態的影響

本次試驗處理期間，R-CL處理辣椒苗株高一直顯著高于其他處理[圖1(a)]。辣椒苗定值15 d時，除R-CL外，其他三個處理株高沒有明顯差異，隨著種植天數增加，差異逐漸體現，在種植25 d時，B-CL處理辣椒苗株高經過一個快速增長期，株高僅次于R-CL處理下，然后是RB-CL處理，RB-NL處理下辣椒苗株高最低(圖2)。不同光處理下，辣椒苗莖粗差異相對較小[圖1(b)]。定值15 d時R-CL處理辣椒苗莖粗顯著高于其他處理，在20 d時各處理沒有表現明顯差異性，而在25 d時R-CL處理辣椒苗莖粗小于B-CL和RB-CL處理下，RB-NL處理下辣椒苗莖粗最小。

圖1 不同處理對辣椒苗株高和莖粗隨時間的變化情況的影響Fig.1 The effects of different treatments on seedling height and stem diameter of pepper注：圖中小寫字母表示處理間差異顯著性(p<0.05)，誤差線表示標準差。Notes：Small letters in the figure indicate the significance of differences between treatments (p<0.05)，and error lines indicate standard deviations.

2.2 LED紅藍光連續光照對辣椒苗葉片的影響

辣椒葉向值、葉面積直接影響植株的株型及對光能的利用和品種的生產潛力。由表2可知，R-CL處理下，辣椒苗葉向值顯著高于其他處理，其葉面積也最高，但其葉片重低于B-CL處理，最后通過方差分析發現該處理下比葉重顯著低于其他處理。B-CL和RB-Cl比葉重最高，其中B-CL處理下，葉向值顯著最低，葉片重顯著最高。說明B-Cl處理下，辣椒苗葉片光能利用率最高，其株型也更加利用后期生長。

表2 不同處理對辣椒苗葉片的影響(25 d)

2.3 LED紅藍光連續光照對辣椒苗干鮮重的影響

由表3、4可以發現，在辣椒苗種植15 d時，R-CL處理下辣椒苗快速增長，其地上部鮮重、總干鮮重均顯著高于其他處理，地下部除了RB-NL處理，其他處理間沒有差異。隨著種植時間的延長，R-Cl處理下辣椒苗生長增勢相比其他處理減緩，在25 d時，B-CL處理在地上部鮮重、地下部鮮重、總干鮮重均顯著高于其他處理，而RB-NL處理下各指標均顯著最低。

表3 不同處理對辣椒苗地上部和地下部鮮重的影響

表4 不同處理對辣椒苗總鮮重和總干重的影響

2.4 LED紅藍光連續光照對辣椒苗壯苗指數的影響

由表5可知，壯苗指數1、2在辣椒苗種植前期各處理間差異較小，隨著種植時間的延長各處理間差異顯著增大。在15 d時，B-CL處理下辣椒苗壯苗指數1最高，而其他處理間則沒有明顯差異，這一結果和壯苗指數2類似；而在25 d時，辣椒苗壯苗指數1中，B-CL和RB-CL處理下壯苗指數1均表現最高，RB-NL和R-CL次之，壯苗指數2中各處理間差異更加明顯，其中B-CL處理下壯苗指數2顯著高于其他處理，然后是RB-CL、RB-NL，R-CL處理下壯苗指數2最低。

表5 不同處理對辣椒苗壯苗指數的影響

3 討論

CL增加了植物的光合作用和同化作用的時間，同時避免了暗期呼吸作用的消耗，從而增加了干物質和營養物質的累計[22]。Kozai等[23]研究表明，CL促使番茄干重、鮮重及葉面積顯著提高；Zha等[24]研究CL對生菜的影響發現，與同光強正常光周期處理相比，CL下生菜地上部干鮮重較高，且生物量的提升依賴于比葉重而非葉面積，顯著促進了生菜幼苗的生長。本研究表明，相比較常規光照，連續光照均可以有效促進辣椒苗期生物量的積累。

Jishi等[25]測定了LED紅藍光交錯照射對生菜生長的影響，發現DLI相同條件下，隨著單色藍光照射時間的增加，生菜葉片變長、產量增加。本研究發現，連續藍光照射下，辣椒苗地上部鮮重、地下部鮮重、比葉重和壯苗指數顯著高于其他處理，葉向值顯著低于其他處理。其中葉向值作為可以同時反映葉片“直”和“立”兩個特性的綜合指標[26]。葉向值小，導致葉面向上伸展，整株占用空間面積小，更有利于光能利用和株間通風。蒲高斌等[27]研究發現苗期照射藍光亦可以促進番茄幼苗的生長，有利于培育壯苗，并認為藍光照射下番茄幼苗光合速率顯著高于對照，原因可能是藍光促進葉片氣孔開放，增加了胞間CO2濃度；白生文等[28]研究了藍光和紫光對辣椒幼苗生長生理的影響，試驗發現藍光處理下植株株高、干重、鮮重、光合速率、氣孔導度等顯著增高，其中植株干重、光合速率含量均在白光處理兩倍以上。楊振超等[29]試驗中也發現，藍光比例更高的處理組，辣椒幼苗光合性能顯著提高，更利于在植物工廠環境下生長。

綜上所述，連續光照促進了辣椒苗生物量的積累，其中連續紅光處理下株高顯著上升，連續藍光處理下總干重、總鮮重、壯苗指數和比葉重均顯著上升，并且較低的葉向值表明連續藍光處理下辣椒苗的株型更好，更利于植物工廠育苗。