藍(lán)光量對萵苣生長和品質(zhì)的影響范文

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《南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)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(xiàn)作物周年連續(xù)生產(chǎn)的高效農(nóng)業(yè)系統(tǒng)和省力型生產(chǎn)方式。隨著工廠化育苗和工廠化栽培技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用于植物生長的人工光源，逐漸從傳統(tǒng)的熒光燈、高壓鈉燈、鏑燈等向半導(dǎo)體植物照明方向發(fā)展。不同配比的LED(light-emittingdiodes)光源影響植物的生長發(fā)育、光合作用及形態(tài)建成。研究發(fā)現(xiàn)紅藍(lán)復(fù)合光，不僅能促進(jìn)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(zhì)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(lán)LED復(fù)合光源的紅光量和藍(lán)光量研究結(jié)果各異，造成植物工廠生產(chǎn)的光調(diào)控?zé)o標(biāo)準(zhǔn)可循。

萵苣(LactucasativaL．)是重要的世界性綠葉蔬菜，富含蛋白質(zhì)、糖類、維生素和礦物質(zhì)等營養(yǎng)成分，具有預(yù)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(chǎn)的模式作物及工廠化栽培常用蔬菜之一。Yanagi等研究發(fā)現(xiàn)紅光處理的生菜莖長和葉片數(shù)都明顯大于藍(lán)光處理;陳文昊等研究發(fā)現(xiàn)不同品種生菜的生長對同一光質(zhì)的響應(yīng)無顯著差異，都在紅光和紅藍(lán)組合光下生長較好，品質(zhì)較優(yōu)，但仍不清楚萵苣對紅光和藍(lán)光量的需求。本研究調(diào)制不同藍(lán)光量的紅藍(lán)LED復(fù)合光源，對萵苣進(jìn)行全生育期光照，旨在探明藍(lán)光量對萵苣生長和品質(zhì)的影響，以期為植物工廠栽培萵苣的光譜選擇提供依據(jù)。

1材料與方法

1．1試驗設(shè)計試驗在南京農(nóng)業(yè)大學(xué)LED植物光源研究中心開展。以‘綠領(lǐng)’散葉萵苣為試驗材料，種子催芽5d后，播于直徑為8cm的營養(yǎng)缽，采用蔬菜栽培專用基質(zhì)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(qiáng)度為(200±5)μmol•m－2•s－1的5種不同配比的紅藍(lán)復(fù)合光下(光照強(qiáng)度通過控制LED燈數(shù)量和調(diào)整LED燈與萵苣冠層間的距離保持穩(wěn)定)，藍(lán)光量分別為:0藍(lán)光(0B)、25%藍(lán)光+75%紅光(25B)、50%藍(lán)光+50%紅光(50B)、75%藍(lán)光+25%紅光(75B)、100%藍(lán)光(100B)。藍(lán)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(fù)。

1．2測定指標(biāo)與方法植株培養(yǎng)40d后取樣，各處理隨機(jī)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(zhì)量;將植株于烘箱中105℃殺青15min后，85℃烘干至恒質(zhì)量后，稱量植株干樣質(zhì)量，并測定計算含水量:含水量=(植株葉片鮮質(zhì)量－植株葉片干質(zhì)量)/植株葉片鮮質(zhì)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(zhì)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(lán)法［15］測定;各指標(biāo)均重復(fù)測定3次。萵苣的消費(fèi)品質(zhì)用外觀、顏色、甜度和脆度4個指標(biāo)來進(jìn)行評價。隨機(jī)選取50名不同年齡層次沒有經(jīng)過訓(xùn)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(shù)據(jù)分析所有數(shù)據(jù)采用MicrosoftExcel2003進(jìn)行整理，采用SPSS16．0的Duncan's多重比較法進(jìn)行方差分析。

2結(jié)果與分析

2．1藍(lán)光量對萵苣形態(tài)指標(biāo)、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(zhì)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(lán)光比例的變化，干樣質(zhì)量和鮮樣質(zhì)量變化趨勢相同，都表現(xiàn)為先增高后下降的趨勢，25B和50B處理的鮮樣質(zhì)表1藍(lán)光量對萵苣形態(tài)指標(biāo)、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(zhì)量也顯著大于其他處理。藍(lán)光量在0%～75%的范圍內(nèi)，各處理葉片含水量隨著藍(lán)光量的增大而呈逐漸降低的趨勢，在藍(lán)光量為100%時又出現(xiàn)峰值，但較0B處理的含水量小。表明25%和50%的藍(lán)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(fā)育良好，活性較強(qiáng)，有利于養(yǎng)分和水分吸收，促進(jìn)植株生長。

2．2藍(lán)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(lán)光量在25B和50B藍(lán)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(chǎn)物。

2．3藍(lán)光量對萵苣營養(yǎng)品質(zhì)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(lán)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(lán)光量對萵苣消費(fèi)品質(zhì)的影響25B和75B處理的外觀品質(zhì)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(rèn)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(rèn)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(jié)論

藍(lán)光是植物生長所需的主要光譜，藍(lán)光量顯著地影響著植物的生長。研究表明，50%的藍(lán)光有利于提高黃瓜幼苗比葉質(zhì)量，14．3%的藍(lán)光量能顯著提高不結(jié)球白菜生物量的積累，20%的藍(lán)光量能促進(jìn)香蕉試管苗芽和根的生長;50%的藍(lán)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(lán)光量顯著促進(jìn)赤桉苗的生長。本研究發(fā)現(xiàn)25%和50%的藍(lán)光量均有利于生菜生物量的積累。可見植物對藍(lán)光量的需求因植物的不同而呈現(xiàn)差異，但也發(fā)現(xiàn)研究條件不同，既使同一種蔬菜所需藍(lán)光量也有差異。聞婧等對萵苣研究發(fā)現(xiàn)，在設(shè)置光照強(qiáng)度約為154μmol•m－2•s－1，紅光主峰波長為630nm時，發(fā)現(xiàn)11．1%的藍(lán)光量提高葉用萵苣的光合速率。而本研究的光照強(qiáng)度為200μmol•m－2•s－1，紅光主峰波長為660nm，25%和50%的藍(lán)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(qiáng)度上的差異一部分可能被波長630nm的紅光所彌補(bǔ)，所以在聞婧等的試驗條件下萵苣需要較少的藍(lán)光量。本研究25%和50%的藍(lán)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(fā)育良好，活性較強(qiáng)，有利于養(yǎng)分和水分吸收，長勢較其他處理較好。

藍(lán)光量同樣也影響植物產(chǎn)品的品質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)，14．3%的藍(lán)光量提高不結(jié)球白菜可溶性糖、維生素C、粗蛋白等各種營養(yǎng)物質(zhì)含量，且安全品質(zhì)顯著提高;50%藍(lán)光量顯著提高了黃瓜維生素C含量，而11．1%藍(lán)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(lán)光輻射下最多;0%藍(lán)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(zhì)積累。這些結(jié)果表明，植物產(chǎn)品品質(zhì)變化對藍(lán)光量的需求因物種變化呈現(xiàn)差異性。本研究發(fā)現(xiàn)，0(0B)和25%(25B)藍(lán)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(lán)光量處理的干物質(zhì)較少，可能無藍(lán)光量時，葉片糖分累積過多抑制了光合作用，導(dǎo)致了生物量積累的降低;而25%藍(lán)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(chǎn)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(lán)光能誘使線粒體進(jìn)行暗呼吸，暗呼吸過程中產(chǎn)生的有機(jī)酸為氨基酸的合成提供碳架，從而促進(jìn)蛋白質(zhì)的合成。0%藍(lán)光量處理因缺少藍(lán)光誘導(dǎo)，導(dǎo)致蛋白質(zhì)含量較低，同時硝酸還原酶的活性也受到影響，一定量的藍(lán)光還可以促進(jìn)硝酸鹽代謝分解，所以0%藍(lán)光量處理的硝酸鹽含量也較高。綜上所述，25%(25B)和50%(50B)藍(lán)光量的紅藍(lán)光有利于萵苣生長，并提升消費(fèi)品質(zhì)，25%藍(lán)光量的紅藍(lán)光有利于生菜營養(yǎng)品質(zhì)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(shù)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(lán)光量的紅藍(lán)LED復(fù)合光源。

作者：徐文棟 劉曉英 焦學(xué)磊 徐志剛 單位：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院