劉曉英, 徐文棟, 焦學磊, 徐志剛

(南京農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院, 江蘇 南京 210095)

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不同配比紅藍LED光對黃瓜果實產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

劉曉英, 徐文棟, 焦學磊, 徐志剛①

(南京農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院, 江蘇 南京 210095)

摘要:以熒光燈為對照，研究不同配比紅藍LED光處理〔包括100%紅光、75%紅光-25%藍光(R31)、50%紅光-50%藍光(R11)、25%紅光-75%藍光(R13)和100%藍光〕對黃瓜(Cucumis sativus Linn.)果實性狀、產(chǎn)量及營養(yǎng)品質(zhì)的影響。結果表明：100%紅光處理組黃瓜植株生長緩慢，果實發(fā)育異常，果實單株產(chǎn)量及VC、可溶性糖和可溶性蛋白質(zhì)的含量均低于其他處理組。100%藍光處理組的果實發(fā)育正常，果實單株產(chǎn)量顯著低于紅藍LED光組合處理組，而果實中可溶性糖、蔗糖、游離氨基酸和可溶性固形物的含量總體上顯著高于其他處理組，可溶性蛋白質(zhì)含量也較高。R31處理組黃瓜果實的單果鮮質(zhì)量顯著高于其他處理組；R31和R11處理組的果實單株產(chǎn)量顯著高于其他處理組，R11處理組的黃瓜果實中VC和可溶性蛋白質(zhì)含量明顯高于其他處理組。上述研究結果顯示：黃瓜果實的單株產(chǎn)量和營養(yǎng)品質(zhì)受紅藍光協(xié)同作用的影響，設施栽培黃瓜生產(chǎn)的較適宜光照比例為50%紅光-50%藍光。

關鍵詞：黃瓜; 紅藍LED光; 果實; 單株產(chǎn)量; 營養(yǎng)品質(zhì)

光譜能量分布顯著影響植物的生長發(fā)育、光合作用、形態(tài)建成及產(chǎn)量品質(zhì)[1]。波長640～660 nm的紅光與波長430～450 nm的藍紫光是植物進行光合作用和光形態(tài)建成的主要光譜[2]。其中，由紅橙光輻射吸收的光能約占植物生理輻射光能的55%，由藍紫光輻射吸收的光能約占植物生理輻射光能的8%[3]。紅藍復合光能明顯促進辣椒(CapsicumannuumLinn.)[4]、南非醉茄〔Withaniasomnifera(Linn.) Dunal.〕[5]、菊花〔Dendranthemamorifolium(Ramat.) Tzvel.〕[6]、黃瓜(CucumissativusLinn.)[7-8]和東方百合(Liliumorientalhybrid ‘Pesaro’)[9]等植物的生物量積累，紅藍光已成為設施栽培植物全人工光照或補光的主要作用光譜[10]。

人工補光及光環(huán)境精準調(diào)控是設施作物產(chǎn)量和品質(zhì)提高的重要技術之一。LED(light-emitting diode)能柔性調(diào)制光譜，而適合的光譜能促進植物生長，提高產(chǎn)量和品質(zhì)。香蕉(MusaacuminataColla)試管苗在光密度60 μmol·m-2·s-1的紅藍復合光(光密度比4∶1)下，芽和根鮮質(zhì)量較高[11]；菊花幼苗在紅藍光(光密度比1∶1)的復合LED光下葉片的凈光合速率、干質(zhì)量和鮮質(zhì)量均最高[6]；光密度比2∶1的紅藍復合光對赤桉(EucalyptuscamaldulensisDehnh.)幼苗的生長有顯著促進作用[12]。上述研究結果表明，植物對紅光和藍光的需求量因種類不同而存在一定的差異。

黃瓜是葫蘆科(Cucurbitaceae)重要的蔬菜作物之一，也是設施栽培的主要蔬菜之一，因果實具有豐富的營養(yǎng)價值和預防保健功能深受消費者的青睞。曹剛等[13]認為，光密度比8∶2的紅藍復合光有利于黃瓜幼苗的生長；Hao等[14]研究認為，在溫室中采用LED補光能明顯提高黃瓜的感觀品質(zhì)，并且顯著增加黃瓜結果初期的產(chǎn)量。但有關全生育期光照對黃瓜產(chǎn)量和品質(zhì)影響的研究還比較少見，LED所提供的光環(huán)境雖與自然光環(huán)境有所差異，但可以研究精確調(diào)控光環(huán)境下植物的生長反應，揭示植物的生長機制[15]，因而，目前研究者多采用LED模擬光照進行相關研究。

本研究中，作者調(diào)制紅藍LED的光譜能量分布對黃瓜進行全生育期照光，旨在探明不同配比紅藍LED光對黃瓜果實性狀和產(chǎn)量以及維生素C(VC)、可溶性固形物、可溶性糖、蔗糖、可溶性蛋白質(zhì)和游離氨基酸的含量等品質(zhì)指標的影響，以期尋找設施生產(chǎn)高效優(yōu)質(zhì)黃瓜的光調(diào)控參數(shù)。

1材料和方法

1.1材料和實驗設計

實驗在南京農(nóng)業(yè)大學LED植物光源研究中心進行，以黃瓜品種‘露豐’(‘Lufeng’)為實驗材料。種子催芽5 d后，于2014年3月5日播種于直徑20 cm的營養(yǎng)缽中，采用蔬菜栽培專用基質(zhì)育苗。待長至兩葉一心時進行光照處理，以熒光燈(CK)為對照，分別置于5種不同配比的紅藍LED光組合下，光密度設為(300±5) μmol·m-2·s-1。LED光源處理分別設置為：100%紅光(R)、75%紅光-25%藍光(RB31)、50%紅光-50%藍光(RB11)、25%紅光-75%藍光(RB13)和100%藍光(B)。紅光主峰波長660 nm，半波寬20 nm；藍光主峰波長445 nm，半波寬20 nm。栽培環(huán)境為晝溫(28±1) ℃， 夜溫(18±1) ℃， 空氣相對濕度60%～80%，光照時間12 h·d-1；生長過程進行精細管理。 每處理栽植9株， 3次重復。 3月5日至4月30日為黃瓜的幼苗期和初花期， 5月份為結果初期， 6月份為結果中期，7月份為結果后期。各個時期分別取樣，進行各指標的測定。

1.2測定指標與方法

單果鮮質(zhì)量用Sartorius BSA124S天平稱量；單果長與單果直徑用游標卡尺測量；單株產(chǎn)量為各時期單果鮮質(zhì)量總和；果實中VC含量采用分光光度法[16]248進行測定；可溶性固形物含量使用WYT-32型手持式折射計(糖量計)(福州泉州光學儀器廠)進行測定；可溶性糖和蔗糖含量使用蒽酮比色法[16]195進行測定；可溶性蛋白質(zhì)含量采用考馬斯亮藍法[16]184進行測定；游離氨基酸含量采用水合茚三酮比色法[16]192進行測定。各指標均重復測定3次，結果取平均值。

1.3數(shù)據(jù)處理

采用EXCEL 2003和SPSS 16.0軟件進行數(shù)據(jù)分析，然后進行方差分析(ANOVA)，并采用Duncan’s新復極差法進行差異顯著性分析(P<0.05)。

2結果和分析

2.1不同配比紅藍LED光對黃瓜果實性狀及產(chǎn)量的影響

不同配比紅藍LED光對黃瓜果實性狀及產(chǎn)量的影響見表1。由表1可見：各紅藍LED光組合處理組黃瓜單果鮮質(zhì)量和單株產(chǎn)量高于100%紅光、100%藍光和對照(熒光燈)處理組。100%紅光處理組黃瓜的植株弱小，果實發(fā)育異常，單果鮮質(zhì)量、單株產(chǎn)量、果實長和果實直徑總體上顯著低于其他處理組；100%藍光處理組的黃瓜單果鮮質(zhì)量和單株產(chǎn)量均低于紅藍LED光組合處理組；75%紅光-25%藍光(RB31)處理組黃瓜的單果鮮質(zhì)量顯著高于其他處理組，RB31與50%紅光-50%藍光(RB11)處理組的黃瓜單株產(chǎn)量顯著高于其他處理組。在3個紅藍LED光組合處理組中，隨著紅光比例的降低，黃瓜的單果鮮質(zhì)量和果實長呈逐漸下降的趨勢，而果實直徑和單株產(chǎn)量呈先升后降的趨勢，以50%紅光處理組最高。

處理Treatment單果鮮質(zhì)量/gFreshweightperfruit果實長/cmFruitlength果實直徑/cmFruitdiameter單株產(chǎn)量/gYieldperplant100%紅光100%redlight(R)178.62±6.63c22.74±0.82b2.67±0.22c 386.81±18.42d75%紅光-25%藍光75%redlight-25%bluelight(RB31)296.51±1.55a41.08±2.81a3.35±0.36b1227.24±21.65a50%紅光-50%藍光50%redlight-50%bluelight(RB11)264.31±2.25b39.92±1.94a4.32±0.35a1318.15±12.37a25%紅光-75%藍光25%redlight-75%bluelight(RB13)248.56±1.42b32.63±2.72a3.82±0.37ab1179.61±15.32b100%藍光100%bluelight(B)229.63±2.43bc34.66±1.03a3.41±0.56b907.33±10.27c熒光燈Fluorescentlamp(CK)200.62±2.71c33.52±0.94a4.81±0.15a861.54±12.83c

1)同列中不同的小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05) Different small letters in the same column indicate the significant difference among different treatments (P<0.05).

2.2不同配比紅藍LED光對黃瓜果實營養(yǎng)品質(zhì)的影響

不同配比紅藍LED光對黃瓜果實營養(yǎng)品質(zhì)的影響見表2。

2.2.1對VC和可溶性固形物含量的影響 由表2可見： 50%紅光-50%藍光(RB11)處理組的黃瓜果實VC含量顯著高于其他處理組，100%藍光和75%紅光-25%藍光(RB31)處理組的VC含量也較高；100%紅光處理組的黃瓜果實VC含量最低，但與25%紅光-75%藍光(RB13)和對照(熒光燈)處理組間無顯著差異。100%藍光處理組的黃瓜果實中可溶性固形物含量顯著高于其他處理組，RB31和RB11處理組的可溶性固形物含量也較高；100%紅光和對照處理組的可溶性固形物含量顯著低于其他處理組(RB13處理組除外)；RB13處理組的可溶性固形物含量與100%紅光和對照處理組無顯著差異。

2.2.2對可溶性糖和蔗糖含量的影響 由表2還可見：100%藍光處理組的黃瓜果實中可溶性糖含量最高，顯著高于其他處理組；100%紅光處理組的黃瓜果實中可溶性糖含量最低，但與對照組無顯著差異。100%藍光和RB31處理組的黃瓜果實中蔗糖含量較高，顯著高于其他處理組；100%紅光、RB11和RB13處理組的黃瓜果實中蔗糖含量次之，且3個處理組間無顯著差異； 對照組的黃瓜果實中蔗糖含量最低， 顯著低于其他處理組。

處理2)Treatment2)VC含量/mg·g-1VCcontent可溶性固形物含量/%Solublesolidcontent可溶性糖含量/mg·g-1Solublesugarcontent蔗糖含量/mg·g-1Sucrosecontent可溶性蛋白質(zhì)含量/mg·g-1Solubleproteincontent游離氨基酸含量/mg·kg-1FreeaminoacidcontentR18.11±0.54c1.51±0.12c0.60±0.07c0.52±0.02b0.21±0.05c293.3±22.5cRB3141.62±0.71b3.92±0.15b1.57±0.04b0.70±0.04a0.60±0.06b535.1±13.1bRB1157.55±0.72a3.63±0.14b1.70±0.05b0.64±0.02b0.77±0.02a601.2±19.3bRB1338.91±0.81bc2.92±0.09bc1.73±0.02b0.50±0.03b0.45±0.03b379.2±15.2cB46.68±0.69b4.64±0.13a2.06±0.02a0.71±0.03a0.72±0.04a714.1±14.2aCK25.85±0.66c2.25±0.11c1.42±0.04bc0.27±0.04c0.37±0.02c483.2±15.3bc

1)同列中不同的小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05) Different small letters in the same column indicate the significant difference among different treatments (P<0.05).

2)R: 100%紅光100% red light; RB31: 75%紅光-25%藍光75% red light-25% blue light; RB11: 50%紅光-50%藍光50% red light-50% blue light; RB13: 25%紅光-75%藍光25% red light-75% blue light; B: 100%藍光100% blue light; CK: 熒光燈Fluorescent lamp.

2.2.3對可溶性蛋白質(zhì)和游離氨基酸含量的影響 由表2還可見：100%藍光和RB11處理組的黃瓜果實中可溶性蛋白質(zhì)含量較高，顯著高于其他處理組；RB13和RB31處理組的黃瓜果實中可溶性蛋白質(zhì)含量次之；100%紅光和對照處理組的黃瓜果實中可溶性蛋白質(zhì)含量較低，顯著低于其他處理組。100%藍光處理組的黃瓜果實中游離氨基酸含量最高，顯著高于其他處理組；RB31和RB11處理組的黃瓜果實中游離氨基酸含量次之；100%紅光、RB13和對照處理組的黃瓜果實中游離氨基酸含量較低。

3討論和結論

植物產(chǎn)量與光環(huán)境密切相關，設施補光能明顯促進植物的光合作用和生長發(fā)育，提高果實的產(chǎn)量和品質(zhì)[17]。由于紅光和藍光的光譜能量分布與葉綠素吸收光譜峰值區(qū)域一致[18]，因此對植物的生長發(fā)育能產(chǎn)生有益作用。本研究結果表明：單一紅光(100%紅光)處理組的黃瓜植株弱小、生長緩慢、果實發(fā)育異常、單果鮮質(zhì)量小、單株產(chǎn)量低，這可能是由于單一紅光使葉片光合機構功能紊亂[15]，不利于植株生長所致。Yanagi等[19]的研究結果顯示：藍光能增強葉綠素和類胡蘿卜素的捕光能力，刺激植物體內(nèi)隱花色素的活性，從而促進植物的光合作用和生長發(fā)育。本研究中也有類似的現(xiàn)象：單一藍光(100%藍光)下黃瓜植株生長正常，果實發(fā)育良好，單果鮮質(zhì)量和單株產(chǎn)量均高于對照。這也與藍光能夠提高蔬菜作物的抗氧化水平，提高類胡蘿卜素[20]、VC[21]和花青素[22]等影響葉片著色因子的含量有關。紅藍組合光能顯著促進生菜(LactucasativaLinn.)[23]和甘藍(BrassicaoleraceaLinn.)[20]生物量的積累。本研究中，紅藍LED光組合處理能顯著提高黃瓜果實的單株產(chǎn)量，但不同配比紅藍光處理對黃瓜果實單株產(chǎn)量的影響不同，其中在50%紅光-50%藍光處理下黃瓜果實的單株產(chǎn)量最高，單果鮮質(zhì)量也較大。雖然不同植物光受體的種類一樣，但每種光受體的數(shù)量不同[24]。對于黃瓜而言，當紅光比例在50%～75%之間時，紅藍復合光可能使藍光受體和紅光受體數(shù)量接近高效協(xié)同工作狀態(tài)，因而光合效能高、單株產(chǎn)量較高。

不同配比紅藍光譜影響溫室蔬菜的品質(zhì)，適宜的紅藍光配比能有效提高蔬菜營養(yǎng)物質(zhì)的含量[25]。糖是植物光合作用的直接產(chǎn)物，也是生菜營養(yǎng)品質(zhì)最重要的評價依據(jù)[21]。本研究中，100%紅光處理組的黃瓜果實中可溶性糖和蔗糖含量較低，這可能與100%紅光處理下黃瓜葉片的光合作用機能失調(diào)，無法大量合成光合產(chǎn)物有關[15]。植物碳代謝和氮代謝過程對立統(tǒng)一：一方面，碳代謝為氮代謝提供能量和碳架[26]，有利于氨基酸的合成；另一方面，CO2的同化和NO3-的還原因?qū)夥磻a(chǎn)物的競爭而相互抑制[27]。本研究中，100%藍光處理下黃瓜果實中可溶性糖、蔗糖、游離氨基酸和可溶性固形物含量都明顯高于其他處理組，這可能是由于藍光誘發(fā)了隱花色素和花青素等植物色素活性，從而促進了黃瓜的碳代謝和氮代謝，使代謝產(chǎn)物含量增加[22]。通常藍光有利于蛋白質(zhì)的合成，但25%紅光-75%藍光處理組黃瓜果實中可溶性蛋白質(zhì)含量卻低于50%紅光-50%藍光處理組，推測在25%紅光-75%藍光處理下氨基酸合成量較少，阻礙了蛋白質(zhì)的合成。光譜分布不僅影響碳氮代謝，還可通過提高可溶性碳水化合物含量而增加VC含量[28]。本研究中，50%紅光-50%藍光處理組的黃瓜果實中可溶性糖和蔗糖含量較高，VC含量也顯著高于其他處理組，提升了黃瓜的營養(yǎng)品質(zhì)。

綜上所述，紅光比例為50%～75%的紅藍復合光有利于提高黃瓜的單株產(chǎn)量，紅光比例為50%的紅藍復合光以及100%藍光下黃瓜的營養(yǎng)品質(zhì)較好。根據(jù)先高產(chǎn)后優(yōu)質(zhì)的需求，設施栽培黃瓜推薦紅光比例為50%的紅藍復合光，既可保證產(chǎn)量也能獲得品質(zhì)較好的商品黃瓜。不同配比紅藍光對黃瓜產(chǎn)量及品質(zhì)的影響是一個復雜的過程，受到各方面因素的制約，需要進一步的深入研究。

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(責任編輯： 張明霞)

收稿日期：2015-02-03

基金項目：國家高技術研究發(fā)展計劃(863計劃)項目(2013AA103003); 國家農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(201303108)

作者簡介：劉曉英(1972—)，女，新疆奇臺人，博士，副教授，主要從事植物光生物學與環(huán)境調(diào)控研究。 ①通信作者E-mail: xuzhigang@njau.edu.cn

中圖分類號：S625.5+2; S642.2

文獻標志碼：A

文章編號：1674-7895(2016)02-0080-05

DOI:10.3969/j.issn.1674-7895.2016.02.10

Effect of different proportions of red and blue LED lights on yield and quality of fruit ofCucumissativus

LIU Xiaoying, XU Wendong, JIAO Xuelei, XU Zhigang①

(College of Agriculture, Nanjing AgriculturalUniversity,Nanjing210095,China),J.PlantResour. &Environ., 2016, 25(2): 80-84

Abstract:Taking fluorescent lamp as the control, effect of different proportions of red and blue LED lights 〔including 100% red light, 75% red light-25% blue light (R31), 50% red light-50% blue light (R11), 25% red light-75% blue light (R13) and 100% blue light〕 on traits, yield and nutritional quality of fruit of Cucumis sativus Linn. were researched. The results show that in the treatment group of 100% red light, seedling of C. sativus grows slowly, development of fruit is abnormal, and yield per plant and contents of VC, soluble sugar and soluble protein in fruit are lower than those in other treatment groups. In the treatment group of 100% blue light, development of fruit is normal, fruit yield per plant is significantly lower than that in the combined treatment groups of red and blue LED lights, while contents of soluble sugar, sucrose, free amino acids and soluble solid in fruit are generally significantly higher than those in other treatment groups, and soluble protein content is also high. Fresh weight per fruit of C. sativus in R31 treatment group is significantly higher than that in other treatment groups, fruit yield per plant in R31 and R11 treatment groups is significantly higher than that in other treatment groups, and also, contents of VC and soluble protein in fruit in R11 treatment group are significantly higher than those in other treatment groups. It is suggested that yield per plant and nutritional quality of fruit of C. sativus is affected by synergistic effect of red and blue lights, and more suitable light proportion for culturing C. sativus in greenhouse is 50% red light-50% blue light.

Key words:Cucumis sativus Linn.; red and blue LED lights; fruit; yield per plant; nutritional quality