不同紅藍(lán)LED光照強(qiáng)度變化模式對(duì)水培菠菜生長(zhǎng)及品質(zhì)的影響

郭玉姣 蔣建萍

摘 要 將菠菜定植在環(huán)境可控的密閉植物實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行水培，菠菜每天18 h的光期平均分為6個(gè)階段，設(shè)置4種LED紅藍(lán)光光強(qiáng)模式對(duì)菠菜進(jìn)行照射，控制日累計(jì)光積分（Daily Light Integral，DLI）相等，其中對(duì)照組為200 μmol·cm-2·s-1恒定光強(qiáng)，L1處理光強(qiáng)模式為150-200-250-250-200-150（μmol·cm-2·s-1），L2處理光強(qiáng)模式為250-150-250-150-250-150（μmol·cm-2·s-1），L3處理光強(qiáng)模式為250-200-150-150-200-250（μmol·cm-2·s-1），測(cè)定指標(biāo)包括形態(tài)（株高、莖直徑、葉片數(shù)量、最大葉面積）、產(chǎn)量（地上部鮮質(zhì)量、地下部鮮質(zhì)量、根冠比）和品質(zhì)（可溶性糖含量、蛋白質(zhì)含量、維生素C含量、硝酸鹽含量）。結(jié)果表明：LED紅藍(lán)光光照日強(qiáng)度的變化，主要影響菠菜株高、莖直徑和最大葉面積3個(gè)形態(tài)指標(biāo)，通過影響根系生長(zhǎng)狀況加快菠菜生長(zhǎng)速度，并進(jìn)一步提高菠菜中可溶性糖、蛋白質(zhì)和維生素C的含量，降低硝酸鹽含量，從而提升菠菜的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。處理L1（光強(qiáng)強(qiáng)度先增強(qiáng)后減弱）能夠更好地兼顧水培菠菜的生長(zhǎng)速度和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，適合推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 LED紅藍(lán)光；光強(qiáng)日變化模式；水培菠菜；生長(zhǎng)；品質(zhì)

中圖分類號(hào)：S636.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2023.13.028

在植物生長(zhǎng)過程中，其所處環(huán)境的光照、空氣、養(yǎng)分、水分及溫度等因素都會(huì)對(duì)其生長(zhǎng)產(chǎn)生影響，其中光照強(qiáng)度是影響植物生長(zhǎng)發(fā)育的重要因素之一。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，水培技術(shù)逐漸成熟，利用水培技術(shù)種植菠菜可有效提高土地利用率，同時(shí)通過智能管理體系對(duì)菠菜種植過程中的各項(xiàng)環(huán)境條件進(jìn)行精準(zhǔn)控制，能有效提升菠菜產(chǎn)量和品質(zhì)。本試驗(yàn)探究不同紅藍(lán)LED光強(qiáng)變化模式對(duì)水培菠菜生長(zhǎng)和品質(zhì)的影響，以期培養(yǎng)出品質(zhì)更好、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值更高的菠菜產(chǎn)品。

1? 材料與方法

1.1? 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)時(shí)間為2021年10月1日至11月6日，試驗(yàn)地點(diǎn)為岳陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院密閉植物實(shí)驗(yàn)室。試驗(yàn)過程中將實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境溫度控制在18～20 ℃、濕度保持在40%～50%。

供試菠菜品種為原產(chǎn)于荷蘭的三季豐菠菜王。將菠菜種子播種在2.5 cm×2.5 cm×2.5 cm的海綿塊中心凹槽中，當(dāng)菠菜幼苗生長(zhǎng)出2片真葉后，選擇大小一致且生長(zhǎng)健壯的幼苗移栽到45.0 cm×45.0 cm×10.0 cm的水培床上，并進(jìn)行光照處理[1]。

營(yíng)養(yǎng)液配方：0.75 mmol·L-1硫酸鉀、0.5 mmol·L-1磷酸二氫鉀、0.65 mmol·L-1七水合硫酸鎂、1.0×10-3 mmol·L-1硼酸、1.0×10-3 mmol·L-1一水硫酸錳、1.0×10-4 mmol·L-1五水硫酸銅、1.0×10-3 mmol·L-1七水硫酸鋅、5×10-6 mmol·L-1四水鉬酸氨、0.1 mmol·L-1乙二胺四乙酸鐵鈉及4 mmol·L-1四水硝酸鈣[2]。

1.2? 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

通過LED紅藍(lán)光組合燈板對(duì)菠菜進(jìn)行光照處理。紅藍(lán)燈板的尺寸為50 cm×50 cm，其中紅光（R）波長(zhǎng)為658 nm，藍(lán)光（B）波長(zhǎng)為447 nm。將菠菜的光照時(shí)間設(shè)置在每天的06：00—24：00，并平均分為6個(gè)時(shí)間段（06：00—9：00、09：00—12：00、12：00—15：00、15：00—18：00、18：00—21：00、21：00—24：00），同一時(shí)間段內(nèi)試驗(yàn)條件保持不變。試驗(yàn)共設(shè)置4個(gè)處理，將實(shí)驗(yàn)光質(zhì)按照紅藍(lán)光比例R∶B=4∶1設(shè)計(jì)，并控制各處理的日累計(jì)光積分相等[3]。對(duì)照組（CK）為恒定強(qiáng)光，光照強(qiáng)度為200 μmol·cm-2·s-1；L1處理為光照強(qiáng)度先增強(qiáng)后減弱，光照強(qiáng)度變化情況為150-200-250-250-200-150（單位為μmol·cm-2·s-1，下同）；L2處理為光照強(qiáng)度減弱增強(qiáng)循環(huán)，光照強(qiáng)度變化情況為250-150-250-150-250-150；L3處理為光照強(qiáng)度先減弱后增強(qiáng)，光照強(qiáng)度變化情況為250-200-150-150-200-250。

1.3? 測(cè)量指標(biāo)和方法

在處理后的7 d、14 d、21 d，每個(gè)處理隨機(jī)選取3株參試植株，分別對(duì)被選取菠菜的株高、莖直徑、葉片數(shù)量、最大葉面積、地上部分鮮質(zhì)量和地下根部鮮質(zhì)量進(jìn)行測(cè)定，計(jì)算菠菜的生物產(chǎn)量和根冠比，并在處理后21 d測(cè)量菠菜的生長(zhǎng)品質(zhì)指標(biāo)（可溶性糖含量、蛋白質(zhì)含量、維生素C含量、硝酸鹽含量）。

用直尺測(cè)量菠菜的株高；用游標(biāo)卡尺測(cè)量菠菜的莖直徑；直接計(jì)算菠菜的葉片數(shù)量；用EPSON Expression 11000XL掃描測(cè)量菠菜的最大葉面積；利用電子天平測(cè)定菠菜地上部鮮質(zhì)量和地下部鮮質(zhì)量；采用蒽酮比色法測(cè)定菠菜可溶性糖含量；采用考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定菠菜蛋白質(zhì)含量；采用二甲苯萃取比色法測(cè)定菠菜維生素C含量；采用水楊酸法測(cè)定菠菜硝酸鹽含量[4]。

1.4? 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 22.0軟件對(duì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并進(jìn)行方差分析和多重比較[5]。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 不同處理對(duì)菠菜形態(tài)指標(biāo)的影響

由表1可知，在處理后7 d，各處理菠菜株高表現(xiàn)為L(zhǎng)1＞CK＞L2＞L3；在處理后14 d，各處理菠菜株高表現(xiàn)為CK＞L2＞L1＞L3；在處理后21 d，各處理菠菜株高表現(xiàn)為L(zhǎng)1＞L2＞CK＞L3。由此可見，隨著時(shí)間變化，處理L1菠菜株高顯著優(yōu)于其他處理；對(duì)照組在7～14 d生長(zhǎng)速度較快，但后期生長(zhǎng)速度下降，最終表現(xiàn)與L2一致；L3表現(xiàn)最差。

在處理后7 d，各處理菠菜莖直徑表現(xiàn)為L(zhǎng)1＞L2＞CK＞L3；在處理后14 d，各處理菠菜莖直徑表現(xiàn)為CK＞L1＞L2＞L3；在處理后21 d，各處理菠菜莖直徑表現(xiàn)為L(zhǎng)1＞L2＞CK＞L3。其中，生長(zhǎng)初期各處理莖直徑差異不大，生長(zhǎng)后期L1處理莖直徑顯著高于其他處理組。

在處理后7 d，各處理菠菜最大葉面積表現(xiàn)為L(zhǎng)3＞L1＞L2＞CK；在處理后14 d，各處理菠菜最大葉面積表現(xiàn)為L(zhǎng)2＞L3＞CK＞L1；在處理后21 d，各處理菠菜最大葉面積表現(xiàn)為L(zhǎng)3＞L2＞L1＞CK。雖然L3處理的株高和莖直徑表現(xiàn)不佳，但最大葉面積顯著大于其他處理；對(duì)照組最大葉面積表現(xiàn)最差。

在整個(gè)生長(zhǎng)周期，各處理菠菜葉片數(shù)量差異不顯著，說明不同紅藍(lán)LED光照強(qiáng)度變化模式對(duì)菠菜葉片數(shù)量的影響不大。

根據(jù)上述分析，不同紅藍(lán)LED光照強(qiáng)度變化模式對(duì)水培菠菜形態(tài)指標(biāo)的影響主要表現(xiàn)在株高、莖直徑和最大葉面積3個(gè)方面。處理L1對(duì)菠菜的株高和莖直徑的促進(jìn)作用較為顯著；處理L3對(duì)菠菜最大葉面積的促進(jìn)作用較為顯著。這說明改變LED紅藍(lán)光光強(qiáng)能夠改變菠菜的生長(zhǎng)速度，在相同DLI下，處理L1可以提升菠菜的生長(zhǎng)速度，而處理L3則可以增大菠菜的最大葉面積。

2.2? 不同處理對(duì)菠菜生物量及根冠比的影響

由表2可知，在處理后7 d，處理L3菠菜地上部鮮質(zhì)量為2.01 g，優(yōu)于其他3種處理方式；處理L2菠菜地下部鮮質(zhì)量最大，為0.061 g。隨著菠菜的生長(zhǎng)，在處理后14 d，處理L1菠菜地上部鮮質(zhì)量最大，為4.01 g；處理L2菠菜地下部鮮質(zhì)量最大，為0.213 g。在處理后21 d，處理L3菠菜地上部鮮質(zhì)量最大，為6.17 g；處理L2菠菜地下部鮮質(zhì)量最大，為0.331 g。這說明光照強(qiáng)度的變化對(duì)菠菜的生物量會(huì)產(chǎn)生顯著的影響。處理L2的根冠比在整個(gè)生長(zhǎng)周期內(nèi)均較高，對(duì)照組的根冠比在整個(gè)生長(zhǎng)周期內(nèi)均較低，說明L2處理更有利于菠菜的根系發(fā)育。

2.3? 不同處理對(duì)菠菜品質(zhì)的影響

由表3可知，處理后21 d，處理L3菠菜的可溶性糖含量最高，為11.54 mg·g-1。由此可見，光照強(qiáng)度先降后升能夠提高菠菜可溶性糖的含量。處理L1菠菜的蛋白質(zhì)含量和維生素C含量最高，分別為12.56 mg·g-1和44.23 μg·g-1，說明將光照強(qiáng)度調(diào)整為先升高再降低的模式有利于菠菜蛋白質(zhì)和維生素C的累積。此外，處理L3菠菜的硝酸鹽含量最低，而對(duì)照組最高，說明光照強(qiáng)度變化模式有利于菠菜的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累和降低硝酸鹽含量，有助于改善菠菜品質(zhì)。

3? 結(jié)論

試驗(yàn)結(jié)果表明，改變LED紅藍(lán)光光照強(qiáng)度會(huì)對(duì)水培菠菜的生長(zhǎng)產(chǎn)生影響。相較于恒定的光照強(qiáng)度模式，不同紅藍(lán)LED光照強(qiáng)度變化模式對(duì)水培菠菜形態(tài)指標(biāo)的影響主要表現(xiàn)在株高、莖直徑和最大葉面積3個(gè)方面，能夠加快菠菜的生長(zhǎng)速度；L3處理模式能夠保證水培菠菜具備較高的地上部鮮質(zhì)量；LED紅藍(lán)光光強(qiáng)變化可以有效增加菠菜中可溶性糖含量、蛋白質(zhì)含量及維生素C含量，降低硝酸鹽含量。綜上，L1處理（光強(qiáng)強(qiáng)度先增強(qiáng)后減弱）不僅能夠更好地兼顧水培菠菜的生長(zhǎng)速度和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，而且有利于培育出更加優(yōu)質(zhì)的菠菜產(chǎn)品，適合推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王奇，劉文科.LED紅藍(lán)光光強(qiáng)日變化模式對(duì)水培生菜生長(zhǎng)與品質(zhì)的影響[J].中國照明電器，2022（3）：6-12.

[2] 王奇，劉文科.LED紅藍(lán)光生育期光強(qiáng)變化模式對(duì)水培生菜生長(zhǎng)與品質(zhì)的影響[J].中國照明電器，2022（9）：1-8.

[3] 黃碧陽，林碧英，李彩霞，等.LED紅藍(lán)光配比對(duì)菠菜生長(zhǎng)及品質(zhì)的影響[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018，46（7）：131-135.

[4] 黃碧陽，林碧英，李彩霞，等.LED光質(zhì)對(duì)菠菜生長(zhǎng)和光合生理特性的影響[J].福建農(nóng)林大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2018，47（4）：403-408.

[5] 張旭.光質(zhì)對(duì)葉用萵苣與菠菜生長(zhǎng)及生理特性的影響[D].泰安：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，2015.