符 民， 文尚勝， 陳浩偉， 馬丙戌

( 1． 華南理工大學(xué) 發(fā)光材料與器件國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 廣東 廣州 510640;2． 華南理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院， 廣東 廣州 510640)

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基于LSD分析LED多重光質(zhì)配比對(duì)蘆薈生長(zhǎng)的影響

符 民1,2， 文尚勝1,2*， 陳浩偉2， 馬丙戌2

( 1． 華南理工大學(xué) 發(fā)光材料與器件國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 廣東 廣州 510640;2． 華南理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院， 廣東 廣州 510640)

利用LED精量調(diào)制光源，設(shè)置紅光、藍(lán)光、紅藍(lán)1∶1、紅藍(lán)7∶1共4個(gè)不同光質(zhì)配比的LED植物補(bǔ)光燈實(shí)驗(yàn)組，以室內(nèi)自然光(CK)為空白對(duì)照組，對(duì)蘆薈盆栽進(jìn)行補(bǔ)光處理，基于SPSS軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行LSD多重方差分析，研究不同光質(zhì)配比對(duì)蘆薈生長(zhǎng)的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：紅光能促進(jìn)蘆薈葉片的伸長(zhǎng)，藍(lán)光有利于促進(jìn)蘆薈葉片厚度的增加，紅藍(lán)7∶1光處理下的蘆薈生長(zhǎng)效果最好，是本次實(shí)驗(yàn)中的最佳光質(zhì)配比。

LED； 植物補(bǔ)光燈； 農(nóng)業(yè)照明； 光色配比； LSD

1 引 言

植物的生長(zhǎng)發(fā)育其實(shí)就是基因的表達(dá)過(guò)程，而基因的表達(dá)除了受到遺傳因素的影響外，也受到外在環(huán)境因子(溫度、光、濕度、氣體以及病原因子等)的調(diào)控。光作為環(huán)境影響因子，作為植物光合作用必須的因子，其光周期、光照強(qiáng)度以及光質(zhì)無(wú)時(shí)無(wú)刻不在影響著植物的生長(zhǎng)發(fā)育。光質(zhì)，即光的波長(zhǎng)，是光的重要屬性?？梢?jiàn)光的光譜波長(zhǎng)是390～770 nm，而植物的主要吸收光譜為640～660 nm的紅光部分和430～450 nm藍(lán)紫光部分[1]。在自然環(huán)境中，隨著氣候的不斷變化，照射到植物表面的可見(jiàn)光光譜組成也是在不斷變化的[2]，這就為人工光源補(bǔ)光提供了可能。隨著設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展，人工光源(主要有高壓鈉燈、熒光燈、金屬鹵素?zé)簟谉霟舻?在設(shè)施生產(chǎn)中己成為必要的光調(diào)控手段，但這些補(bǔ)光光源都具有能耗較大、運(yùn)行費(fèi)用高且與植物光合作用所吸收的光譜不能很好地匹配的缺點(diǎn)。作為新型照明光源，LED具有光電轉(zhuǎn)換效率高、節(jié)能環(huán)保、使用直流電、體積小、耗能低、波長(zhǎng)固定等優(yōu)點(diǎn)[3]，很適合作為植物補(bǔ)光光源。1982年，日本三棱公司就有關(guān)于將波長(zhǎng)650 nm的紅色LED光源作為溫室番茄補(bǔ)光光源的報(bào)道[4]。目前，LED光源已成功用于多種植物的栽培實(shí)驗(yàn)，如萵苣[5-7]、甜椒[8-9]、水稻[10]、小白菜[11]、石斛[12]和草莓[13]等。

蘆薈，是一種集藥食、美容保健和觀賞于一體的重要經(jīng)濟(jì)植物，生性喜陽(yáng)、畏寒，冬季多用于大棚溫室培養(yǎng)[14-15]。SPSS為一款統(tǒng)計(jì)分析軟件，由美國(guó)斯坦福大學(xué)的3位研究生共同研制開(kāi)發(fā)，并借助于數(shù)據(jù)管理窗口和主窗口的Data、File、Transform等菜單完成。方差分析(Analysis of variance，ANOVA)，又稱(chēng)“變異數(shù)分析”或“F檢驗(yàn)”，用于兩個(gè)及兩個(gè)以上樣本均數(shù)差別顯著性檢驗(yàn)[16]。本實(shí)驗(yàn)設(shè)置了不同光質(zhì)比的LED補(bǔ)光光源，在模擬溫室的條件下對(duì)蘆薈盆栽進(jìn)行培育，對(duì)其數(shù)據(jù)基于SPSS軟件進(jìn)行LSD多重方差分析[17](P<0.05)，研究其對(duì)溫室蘆薈的生長(zhǎng)發(fā)育的影響，從而為設(shè)施栽培中蘆薈生長(zhǎng)發(fā)育所需的光環(huán)境提供相應(yīng)的科學(xué)參考。

2 材料與方法

2.1 實(shí)驗(yàn)材料與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)所用植物材料為市場(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)的健康的統(tǒng)一規(guī)格的蘆薈盆栽，于2015年在自行搭建的模擬溫室平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。植物補(bǔ)光燈選用KW-ZW-14W型號(hào)的LED平板燈，工作電壓為220 V，功率為14 W。LED光處理：紅光(225顆LED紅燈珠)、藍(lán)光(225顆LED藍(lán)燈珠)、紅藍(lán)1/1(113顆紅珠和112顆藍(lán)珠)、紅藍(lán)7/1(195顆紅珠和30顆藍(lán)珠)。其中，LED紅色燈珠的峰值波長(zhǎng)為625 nm，LED藍(lán)色燈珠的峰值波長(zhǎng)為460 nm。其他實(shí)驗(yàn)儀器還有100 mL量筒、20 cm直尺、精度為0.02 mm的游標(biāo)卡尺、數(shù)字光度計(jì)MS6612及室內(nèi)溫度計(jì)等。

在模擬溫室平臺(tái)下，以室內(nèi)自然光為對(duì)照光源。室內(nèi)溫度、照度和濕度變化如圖1所示。每組補(bǔ)光光源處理兩盆蘆薈盆栽，保持每組補(bǔ)光光源處于同一水平高度，設(shè)定補(bǔ)光光源時(shí)間為7:00 am～7:00 pm共11 h的補(bǔ)光時(shí)間。

圖1 15 d內(nèi)室內(nèi)溫度(a)、照度(b)和濕度(c)變化情況。

Fig.1 Changes of room temperature (a), illumination (b), and humidity (c) in 15 d, respectively.

2.2 測(cè)定項(xiàng)目與數(shù)據(jù)處理

測(cè)量每組蘆薈株高，并隨機(jī)選取4片正在發(fā)育中的蘆薈葉片，測(cè)量其葉長(zhǎng)、葉寬和葉厚，每5 d測(cè)量一次，為期15 d。每次于上午10:00 am測(cè)量，數(shù)據(jù)記錄采用Excel2003，采集的數(shù)據(jù)利用origin8.5.1和SPSS19.0進(jìn)行整理和分析，采用多重比較LSD法進(jìn)行方差顯著性分析(P<0.05)。

3 結(jié)果與討論

3.1 不同光質(zhì)對(duì)蘆薈生長(zhǎng)的影響

蘆薈(Aloe)喜光，為多年生常綠肉質(zhì)多汁草本植物。 其生長(zhǎng)發(fā)育狀況可從其株高、葉長(zhǎng)、葉寬和葉厚來(lái)判斷。圖2為不同光質(zhì)比處理下的蘆薈各項(xiàng)指標(biāo)的生長(zhǎng)增長(zhǎng)量，可以看出不同光質(zhì)配比處理的蘆薈生長(zhǎng)發(fā)育狀況是不一樣的。從總體情況來(lái)看，光質(zhì)比R∶B=7∶1 的LED補(bǔ)光燈處理下的蘆薈各項(xiàng)指標(biāo)最好，其他各組蘆薈的生長(zhǎng)狀況各有不同，而空白對(duì)照組的一盆蘆薈在第10天時(shí)死亡，數(shù)據(jù)不計(jì)。

圖2 15 d內(nèi)不同光質(zhì)配比處理下的蘆薈株高(a)、葉長(zhǎng)(b)、葉寬(c)和葉厚(d)增長(zhǎng)量。

Fig.2 Height (a), leaf length (b), leaf width (c), and leaf thickness (d) of aloe under different light qualities ratio treatment in 15 d.

由圖2(a)可知，不同光質(zhì)比處理下的株高的增長(zhǎng)量分別為R∶B=7∶1組>R∶B=1∶1組>Red組>Blue組；由圖2(b)可知，葉長(zhǎng)的增長(zhǎng)量為R∶B=7∶1組>Red組>Blue組≈R∶B=1∶1組；由圖2(c)可以看出，除了R∶B=7∶1光處理下的蘆薈外，其余各組的蘆薈葉寬的增長(zhǎng)量相差不大，有待進(jìn)一步驗(yàn)證；由圖2(d)可以看出，葉厚的增長(zhǎng)量為R∶B=7∶1組>Blue組>Red組>R∶B=1∶1組。

3.2 LSD多重方差比較法顯著性分析

最小顯著差數(shù)(Least significant difference，LSD)是均差達(dá)到差異顯著水平的臨界值。當(dāng)均差大于或等于該臨界值時(shí)，為差異顯著；小于該臨界值時(shí)，則為差異不顯著。最小顯著差數(shù)通常是在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后統(tǒng)計(jì)分析出來(lái)的[18]?；蛘咴偻ㄟ^(guò)查表得到t分布雙尾概率，再用計(jì)算出的概率與顯著水平比較，如果大于顯著水平α，則說(shuō)明這兩個(gè)水平間顯著差異不明顯；如果小于顯著水平α，則說(shuō)明這兩個(gè)水平之間顯著差異[19]。

(1)

(2)

本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用單因素方差分析，用1、2、3和4來(lái)代表紅光組、藍(lán)光組、紅藍(lán)1∶1組和紅藍(lán)7∶1組，基于SPSS軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分別進(jìn)行LSD方差多重比較顯著性分析，得到各數(shù)據(jù)的顯著性概率，以此來(lái)獲取本實(shí)驗(yàn)最合適的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理后，可得到表1和表2。由表1 可以看出各組水平之間的顯著性概率都大于0.05，即組間的差異性不顯著，也即是不同光質(zhì)配比處理下的蘆薈株高和葉長(zhǎng)的增長(zhǎng)量差異不顯著。但是從均值來(lái)看，4代表的紅藍(lán)7∶1組最大，所以在表1中我們還是將增長(zhǎng)量均值最大的紅藍(lán)7∶1組作為最佳組。由表2葉寬數(shù)據(jù)可知，只有水平4與其他水平的顯著性概率小于0.05，即水平4與其他水平差異顯著；而且水平4的增長(zhǎng)量均值最大，即紅藍(lán)7∶1處理下的蘆薈葉寬增長(zhǎng)量相對(duì)于其他光處理增長(zhǎng)量差異最顯著。而由表2葉厚數(shù)據(jù)可知，水平4只相對(duì)于水平3差異顯著，即紅藍(lán)7∶1處理下的蘆薈葉厚增長(zhǎng)量效果比紅藍(lán)1∶1處理下的要好，而且差異很大。而且，水平4的蘆薈葉厚增長(zhǎng)量均值為最大。所以我們?nèi)赃x取4為最佳組。綜上，水平4(即R∶B=7∶1)為本實(shí)驗(yàn)的最佳光質(zhì)配比。

表1 LSD處理下的株高、葉長(zhǎng)均值差值和顯著性

表2 LSD處理下的葉寬、葉厚均值差值和顯著性

*以上表格均值差的顯著性水平為 0.05。

4 結(jié) 論

在單色光質(zhì)中，紅光(Red)能促進(jìn)蘆薈葉片的伸長(zhǎng)，藍(lán)光(Blue)有利于促進(jìn)蘆薈葉片厚度的增加。從復(fù)合光質(zhì)的角度來(lái)看，選取合適的紅藍(lán)光質(zhì)配比對(duì)蘆薈的生長(zhǎng)影響很大，需要選取合適的比例，即紅光比例要多于藍(lán)光。紅藍(lán)(R∶B=7∶1)復(fù)合光色配比處理下的蘆薈的各項(xiàng)指標(biāo)增長(zhǎng)量最大，對(duì)蘆薈生長(zhǎng)影響最大。不同的光質(zhì)通過(guò)觸發(fā)植物不同的光受體，來(lái)影響植物的光合特性、生長(zhǎng)發(fā)育等，而蘆薈的生長(zhǎng)發(fā)育的過(guò)程與光質(zhì)比沒(méi)有嚴(yán)格的函數(shù)關(guān)系，所以研究不同補(bǔ)光光質(zhì)比對(duì)蘆薈生長(zhǎng)的影響是相對(duì)復(fù)雜漫長(zhǎng)而又繁瑣的過(guò)程。本實(shí)驗(yàn)得到的利于蘆薈生長(zhǎng)的紅藍(lán)(R∶B=7∶1)復(fù)合光色配比也只是相對(duì)較好的一種，是為促進(jìn)蘆薈補(bǔ)光栽培技術(shù)所提供的技術(shù)理論依據(jù)，今后尚需進(jìn)一步完善以達(dá)到更適合蘆薈的生長(zhǎng)發(fā)育所需要的補(bǔ)光光質(zhì)配比。

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LSD Analysis Based on Multiple LED Light Quality Ratio on Growth of Aloe

FU Min1,2, WEN Shang-sheng1,2*, CHEN Hao-wei2, MA Bing-xu2

(1.StateKeyLaboratoryofLuminescenceMaterialsandDevices,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510640，China;2.SchoolofMaterialsScienceandEngineering,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510640，China)
*CorrespondingAuthor,E-mail:shshwen@scut.edu.cn

Red, blue, R∶B=1∶1, R∶B=7∶1 total 4 different light quality of LED plant lights were set as supplement light sources for potted aloe, and the influence of different light quality on the growth of aloe was researched using the indoor natural light as the blank control group. SPSS software was used for LSD multiple analysis of variance of the data. The results show that the red light source can promote aloe leaf elongation, the blue light source can promote the aloe leaf thickening, and the composite optical quality R∶B=7∶1 is the optimum light quality ratio with the best aloe growth effect.

light-emitting diode; plant light supplement lamp; agricultural lighting; light quality ratio; least significant difference

符民(1993-)，男，湖南常德人，碩士研究生，2015年于安徽大學(xué)獲得學(xué)士學(xué)位，主要從事LED農(nóng)業(yè)照明方面的研究。

E-mail： fmscut@163.com

文尚勝(1964-)，男，湖北黃岡人，博士，教授，2001年于華南師范大學(xué)獲得博士學(xué)位，主要從事有機(jī)及無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料與器件方面的研究。

E-mail： shshwen@scut.edu.cn

1000-7032(2016)03-0366-06

2015-11-16；

2015-12-20

廣州市科技計(jì)劃(2013J4300021)資助項(xiàng)目

S567.2

A

10.3788/fgxb20163703.0366