藍光量對萵苣生長和品質的影響范文

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《南京農業大學學報》2015年第五期

植物工廠是不受或很少受自然條件制約的一種可實現作物周年連續生產的高效農業系統和省力型生產方式。隨著工廠化育苗和工廠化栽培技術的發展，應用于植物生長的人工光源，逐漸從傳統的熒光燈、高壓鈉燈、鏑燈等向半導體植物照明方向發展。不同配比的LED(light-emittingdiodes)光源影響植物的生長發育、光合作用及形態建成。研究發現紅藍復合光，不僅能促進辣椒、黃瓜和生菜植株生物量的積累，而且還能增加辣椒、蘿卜和芽苗菜及葡萄新梢的干物質積累;同時也增大煙草、草莓和生菜的葉片面積。但由于研究條件不同，利于植物生長的紅藍LED復合光源的紅光量和藍光量研究結果各異，造成植物工廠生產的光調控無標準可循。

萵苣(LactucasativaL．)是重要的世界性綠葉蔬菜，富含蛋白質、糖類、維生素和礦物質等營養成分，具有預防貧血、防癌、抗衰老、降低血壓和防止心律紊亂等保健功能。萵苣具有生育期短，易于種植等特點，成為近年來工廠化生產的模式作物及工廠化栽培常用蔬菜之一。Yanagi等研究發現紅光處理的生菜莖長和葉片數都明顯大于藍光處理;陳文昊等研究發現不同品種生菜的生長對同一光質的響應無顯著差異，都在紅光和紅藍組合光下生長較好，品質較優，但仍不清楚萵苣對紅光和藍光量的需求。本研究調制不同藍光量的紅藍LED復合光源，對萵苣進行全生育期光照，旨在探明藍光量對萵苣生長和品質的影響，以期為植物工廠栽培萵苣的光譜選擇提供依據。

1材料與方法

1．1試驗設計試驗在南京農業大學LED植物光源研究中心開展。以‘綠領’散葉萵苣為試驗材料，種子催芽5d后，播于直徑為8cm的營養缽，采用蔬菜栽培專用基質育苗。待長至2葉1心時，以熒光燈為對照(CK)，分別置于光照強度為(200±5)μmol•m－2•s－1的5種不同配比的紅藍復合光下(光照強度通過控制LED燈數量和調整LED燈與萵苣冠層間的距離保持穩定)，藍光量分別為:0藍光(0B)、25%藍光+75%紅光(25B)、50%藍光+50%紅光(50B)、75%藍光+25%紅光(75B)、100%藍光(100B)。藍光主峰波長為445nm，半波寬為20nm，紅光的主峰波長為660nm，半波寬為20nm。日溫為(26±1)℃，夜溫為(18±1)℃，光照/黑暗時間為16h/8h，相對濕度為60%～80%，按需水肥管理，每處理栽植30株，3次重復。

1．2測定指標與方法植株培養40d后取樣，各處理隨機取樣3株。用直尺測量植株株高與根長;用電子天平稱量鮮樣質量;將植株于烘箱中105℃殺青15min后，85℃烘干至恒質量后，稱量植株干樣質量，并測定計算含水量:含水量=(植株葉片鮮質量－植株葉片干質量)/植株葉片鮮質量×100%。采用Xiao等［13］的方法測定葉面積，并計算比葉面積:比葉面積=葉面積/植株葉片鮮樣質量。用分光光度計法［14］測定維生素C的含量。葉綠素用80%丙酮提取，采用分光光度計測定;用TTC法測定根系活力;參照李合生的方法測定可溶性糖、蔗糖和淀粉含量;可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍法［15］測定;各指標均重復測定3次。萵苣的消費品質用外觀、顏色、甜度和脆度4個指標來進行評價。隨機選取50名不同年齡層次沒有經過訓練的志愿者，按其喜好對各處理打分(志愿者在品嘗不同處理的樣品時用水漱口從而使味覺保持一致)，取值為平均值。

1．3數據分析所有數據采用MicrosoftExcel2003進行整理，采用SPSS16．0的Duncan's多重比較法進行方差分析。

2結果與分析

2．1藍光量對萵苣形態指標、根系活力、生物量積累及含水量的影響如表1所示:25B和50B處理下，萵苣葉面積和根系活力顯著大于其他處理，0B處理的葉面積和根系活力都最小，因葉片較大、鮮樣質量較小，0B處理的比葉面積顯著大于其他處理。0B、50B及100B處理的株高顯著大于其他處理，0B處理的根長顯著小于其他處理，而25B處理的根長最長。隨著藍光比例的變化，干樣質量和鮮樣質量變化趨勢相同，都表現為先增高后下降的趨勢，25B和50B處理的鮮樣質表1藍光量對萵苣形態指標、根系活力、生物量積累及含水量的影響量顯著大于其他處理，而25B處理的干質量也顯著大于其他處理。藍光量在0%～75%的范圍內，各處理葉片含水量隨著藍光量的增大而呈逐漸降低的趨勢，在藍光量為100%時又出現峰值，但較0B處理的含水量小。表明25%和50%的藍光量可增大葉面積，使葉片增厚，有利于捕獲光能，同時可使根系發育良好，活性較強，有利于養分和水分吸收，促進植株生長。

2．2藍光量對生菜葉片光合色素含量的影響25B和50B及CK處理的葉綠素含量顯著大于其他處理，這3個處理間無顯著性差異，75B處理的葉綠素a含量最低，0B和75B處理的葉綠素(a+b)和葉綠素b含量顯著低于其他處理;0B處理的葉綠素a/b顯著大于其他處理，其他處理間無顯著性差異;0B、25B和50B處理的類胡蘿卜素含量無顯著性差別，75B處理的類胡蘿卜素含量最少(表2)。表明藍光量在25B和50B藍光量處理下，萵苣葉綠素、類胡蘿卜素含量較高，有利于光合作用，可合成更多的光合產物。

2．3藍光量對萵苣營養品質和硝酸鹽含量的影響0B處理的可溶性蛋白含量最低，顯著低于其他處理，其他處理的可溶性蛋白含量無顯著性差異(圖1－A)。100B處理的游離氨基酸含量最高，與CK處理無顯著差異，但顯著高于其他處理，而0B處理的游離氨基酸含量最低(圖1－B)。0B和25B處理的可溶性糖含量顯著高于其他處理，75B、50B與CK處理的可溶性糖含量無顯著差異，且可溶性糖含量顯著高于100B處理(圖1－C)。蔗糖含量隨著藍光比例的增大，其含量越來越低;0B和25B處理的蔗糖含量顯著高于其他處理，100B處理的蔗糖含量最低，但與75B及CK處理的蔗糖含量無顯著差異(圖1－D)。25B和100B處理的維生素C含量顯著高于其他處理，25B處理的維生素C含量最高，75B處理的維生素C含量最低，與CK處理無顯著差異，但顯著低于其他LED處理(圖1－E)。0B和CK處理的硝酸鹽含量顯著高于其他處理，其他處理間無顯著性差異(圖1－F)。

2．4藍光量對萵苣消費品質的影響25B和75B處理的外觀品質和顏色受到受試者的歡迎，受試者對100B和CK處理的外觀和顏色評價最低，且認為50B和75B處理比其他處理更脆，而0B和CK處理則過韌;受試者認為0B和50B處理更甜，而100B處理的甜度最低，其他處理的甜度無顯著差別。

3討論和結論

藍光是植物生長所需的主要光譜，藍光量顯著地影響著植物的生長。研究表明，50%的藍光有利于提高黃瓜幼苗比葉質量，14．3%的藍光量能顯著提高不結球白菜生物量的積累，20%的藍光量能促進香蕉試管苗芽和根的生長;50%的藍光量可提高菊花苗的凈光合速率且有利于生物量的積累，33．3%的藍光量顯著促進赤桉苗的生長。本研究發現25%和50%的藍光量均有利于生菜生物量的積累。可見植物對藍光量的需求因植物的不同而呈現差異，但也發現研究條件不同，既使同一種蔬菜所需藍光量也有差異。聞婧等對萵苣研究發現，在設置光照強度約為154μmol•m－2•s－1，紅光主峰波長為630nm時，發現11．1%的藍光量提高葉用萵苣的光合速率。而本研究的光照強度為200μmol•m－2•s－1，紅光主峰波長為660nm，25%和50%的藍光量均有利于萵苣生物量的積累。波長越短，光子的能量越高，短波紅光(630nm)相較長波紅光(660nm)的光子所含的能量高，這種光照強度上的差異一部分可能被波長630nm的紅光所彌補，所以在聞婧等的試驗條件下萵苣需要較少的藍光量。本研究25%和50%的藍光量處理光合色素含量多，有較大的葉面積，葉片較厚，有利于光合作用，同時根系發育良好，活性較強，有利于養分和水分吸收，長勢較其他處理較好。

藍光量同樣也影響植物產品的品質。研究發現，14．3%的藍光量提高不結球白菜可溶性糖、維生素C、粗蛋白等各種營養物質含量，且安全品質顯著提高;50%藍光量顯著提高了黃瓜維生素C含量，而11．1%藍光量處理的游離氨基酸含量較高;油菜葉片可溶性糖和維生素C的含量在75%藍光輻射下最多;0%藍光處理能促使可溶性糖、蔗糖在葉片中積累，并且有較高的干物質積累。這些結果表明，植物產品品質變化對藍光量的需求因物種變化呈現差異性。本研究發現，0(0B)和25%(25B)藍光處理的可溶性糖、蔗糖含量顯著的大于其他處理，甜度最高，但0%藍光量處理的干物質較少，可能無藍光量時，葉片糖分累積過多抑制了光合作用，導致了生物量積累的降低;而25%藍光量處理因為葉面積較大，而單位葉面積積累的糖含量相對較少，沒有對光合作用產生抑制。此外，碳水化合物含量的增加，有助于維生素C含量的提高。藍光能誘使線粒體進行暗呼吸，暗呼吸過程中產生的有機酸為氨基酸的合成提供碳架，從而促進蛋白質的合成。0%藍光量處理因缺少藍光誘導，導致蛋白質含量較低，同時硝酸還原酶的活性也受到影響，一定量的藍光還可以促進硝酸鹽代謝分解，所以0%藍光量處理的硝酸鹽含量也較高。綜上所述，25%(25B)和50%(50B)藍光量的紅藍光有利于萵苣生長，并提升消費品質，25%藍光量的紅藍光有利于生菜營養品質的提高，特別是葉片中維生素C含量得到很大程度的提高。由于植物對光量的需求并非是一個精確的數值，而是有一定寬度的閾值，建議植物工廠栽培萵苣選擇25%～50%藍光量的紅藍LED復合光源。

作者：徐文棟 劉曉英 焦學磊 徐志剛 單位：南京農業大學農學院