龔婷+黃升雄+羅偉+周智+周南+劉曉穎+蓋淑杰+黃浩

（湖南農業(yè)大學理學院，湖南農業(yè)大學植物光學實驗室，長沙 410128）

【摘要】以熒光燈和自然光為對照組，分別選用4種不同的LED光譜用于辣椒、番茄和茄子的育苗補光試驗。育苗完成后測定不同茄果類蔬菜幼苗的生長指標及光合特性。結果表明：經適當光質的LED植物生長燈進行補光后，辣椒、番茄和茄子幼苗的株高、根長、莖粗、葉面積和整個幼苗的鮮質量、干質量均有明顯的增長，辣椒、番茄和茄子幼苗葉中的可溶性糖、類胡蘿卜素及含氮量均有不同幅度的提高；辣椒、番茄和茄子幼苗的光合能力增強，氣孔導度、胞間CO2濃度有一定程度的升高，蒸騰速率加快。LED補光使幼苗的品質得到了提高，其中以處理組3的LED燈最佳。

前言

光是植物生長所需能量的來源，植物的生長發(fā)育、開花結果都是通過光合作用、光形態(tài)建成、光周期調節(jié)來完成，這些過程都需要光的參與。因此光照條件的好壞直接影響植物的產量與品質。光照條件主要包含光質（光譜組成）、光照強度[能量密度，單位μmol/（m2·s）]和光照周期（光照時間的長短），其中不同光質對于植物生長發(fā)育的研究最為豐富。

從植物種類的角度，小白菜[1]、生菜[2]、青蒜苗[3]、蘿卜[4]、菠菜[5-8]、蘆薈[9]等20多種植物都已經被廣泛研究。陳祥偉等[1]認為紅/藍（7/1）光處理下小白菜植株莖粗、葉寬、葉面積及根系長度均顯著高于其他處理；光合速率、氣孔導度、蒸騰速率均以紅光處理最高，而藍光處理下所得樣品都具有較高的胞間CO2濃度。張歡等[4]認為不同光質對蘿卜芽苗菜生長和營養(yǎng)品質的影響在于促進芽苗菜下胚軸伸長、子葉擴張、促進光合速率，并提高干物質積累。劉文科等[10]以生菜為材料研究了不同LED光質對生菜生長和營養(yǎng)品質的影響，結果表明，藍光處理下生菜地上部生物量最大，花青素含量最低，并且藍光顯著降低了生菜地上部分硝酸鹽的含量。

從不同光質影響方式的角度，單色光的報道相對較多，主要集中在紅光、藍光和黃光。對于紅光，可以使番茄和茄子成熟期提前、產量提高；使茄子的株高上升[5]；也有研究認為，紅光對促進下胚軸伸長、子葉擴張、光合速率提高及干物質積累有重要作用[6]；紅光對煙草的株高和莖圍的增長有促進作用[11]，并且可以降低植物體內赤霉素（GA）的含量[12]，有利于葉綠素b和類胡蘿卜素的合成，增加葉片總碳、還原糖含量[13-14]；紅光可以降低硝酸鹽和草酸含量，提高菠菜品質[6]；紅光不僅能促進生菜干鮮重及根系活力，增加植物株高，還能提高生菜的可溶性糖含量[2]。對于藍光，用于水稻幼苗的研究表明藍光會降低水稻育苗的光合速率[15]；藍光處理下的菠菜地上部生長速度顯著降低[6]；藍光不僅提高生菜種子發(fā)芽指數[16]，還提高了生菜粗蛋白的含量[17]；藍光用于金銀花的研究結果表明，藍光對葉片的增長有抑制作用，但藍光卻能提高葉綠素a、葉綠素b和葉綠素（a+b）的含量。另外，黃光應用于煙草培育，有助于煙株根部游離氨基酸的積累[18]，但對植物株高和莖圍的生長有抑制作用[11]；黃光還可以用于促進蘆薈可溶性糖含量和葉綠素含量的升高[9]。混合光的報道相對較少，并且主要集中在紅光和藍光配比。

根據補光設備的不同，人工光源經歷了高壓鈉燈、金鹵燈、熒光燈和LED燈4個階段。高壓鈉燈和金鹵燈因其發(fā)熱量大、能耗高等問題正在逐步退出補光領域，熒光燈的光視效能大概在60～90 lm/W，使用壽命約為10000 h，被廣泛應用。雖然熒光燈需要使用水作為激發(fā)源，不環(huán)保，但在LED出現(xiàn)前，它是主要的補光光源。普通的白光LED光視效能可達到130～150 lm/W，使用壽命為100000 h，不含水銀、環(huán)保、體積小、便于個性封裝，價格雖高，但在設施農業(yè)中的應用逐漸增加。

茄果類蔬菜是指茄科植物中以漿果為食用器官的蔬菜，包括番茄、茄子、辣椒等，前3種茄果類蔬菜最為常見。茄果類蔬菜不但營養(yǎng)豐富，果實中含有較多的糖類、有機酸、多種維生素、蛋白質、礦物質等營養(yǎng)元素，而且結果期長、產量高、適應性強、分布范圍廣、栽培面積大，因此在生產、供應等方面都占有重要的地位。育苗質量直接決定了植物成活率和植物生長的整體素質，茄果類蔬菜亦是如此。普通育苗多采用塑料大棚育苗，對于環(huán)境因子（光、溫、水、氣、肥）很難做到精準控制，而智能溫室或植物工廠育苗能夠解決此問題。植物工廠光照采用人工光，但光質對于茄果類蔬菜影響的報道相對較少。有研究表明，補光改變了番茄葉片光合速率日變化規(guī)律，延長光合作用時間[19]。蔡鴻昌等[20]通過研究不同光質下番茄穴盤幼苗的生長情況，證實了苗期在白光的基礎上補充一定的紅光或紅藍光組合更有利于培育壯苗，因為紅藍光復合光質使得幼苗矮壯，比葉面積小，根冠比及壯苗指數高，從而有利于生長發(fā)育[21]。植物所含的葉綠素對強吸收波長400～480 nm的藍光和650～680 nm范圍內的紅光有吸收，對綠光吸收不明顯[22]。

本研究用自制發(fā)射波長為630 nm的紅色熒光粉和商用藍光芯片（455 nm）組合封裝得到LED光源，并根據熒光粉的封裝濃度調整光譜中紅色光譜和藍色光譜的比例，應用于番茄、茄子和辣椒育苗?？疾炝薒ED植物生長燈和熒光燈在相同功率輸出條件下對于茄果類蔬菜育苗的影響，探明了茄果類蔬菜在幼苗形態(tài)、生理特性和光合參數上面的差別，分析了不同波段的光質對于茄果類蔬菜育苗過程的作用方式和機理。

材料與方法

試驗材料與處理

試驗在湖南農業(yè)大學植物光學實驗室進行。種子用高錳酸鉀浸泡5～6 min，用蒸餾水清洗之后置于培養(yǎng)皿中，在26℃的恒溫箱里培養(yǎng)2～3天，發(fā)芽之后移到育苗專用基質中進行漂浮育苗，漂浮盆放置在四層鐵架臺上，鐵架臺安裝功率相同且不同光質的燈具。實驗室的溫度保持在25～28℃，濕度保持在75%～85%。

處理組LED光源為湖南農業(yè)大學植物光學實驗室自主研制的熒光粉激發(fā)型LED燈。光源為自制的紅色熒光粉Sr0.5Ca0.5SiAlN3：Eu2+與有機硅膠按照一定質量比混合，然后與藍光芯片封裝成長60 cm、寬30 cm的平面光源器件。設置6個處理組，分別為處理組1、2、3、4、5、6。處理組1～4的LED光源分別按照熒光粉與硅膠1：3、1：5、1：10、1：20的質量比制成的LED植物光源，以飛利浦熒光燈與自然光為對照。設置光照周期為12 h，時間為8：00～20：00。各處理組的光譜設置如表1所示。

測定指標及方法

幼苗形態(tài)的測定

待培養(yǎng)45天之后，隨機選取同一品種、不同漂浮盆里的幼苗，分別測量熒光粉激發(fā)型LED與普通熒光燈下辣椒、番茄與茄子的幼苗形態(tài)（株高、莖粗、根長、鮮樣質量、干樣質量、壯苗指數）。用直尺測定株高、根長；用游標卡尺測定莖粗；壯苗指數=莖粗/株高×全株干樣質量。

生理特性的測定

分別測定熒光粉激發(fā)型LED與普通熒光燈下辣椒、番茄與茄子的生理特性（可溶性糖、根系活力、類胡蘿卜素、含氮量）。根系活力用TTC法測定；可溶性糖用蒽酮比色法測定；類胡蘿卜素含量用UPLC（高效液相色譜法）；含氮量用凱式定氮法。

光合參數的測定

使用美國生產的LI-6400XT光合測定儀測定其凈光合速率、氣孔導度、胞間CO2濃度和蒸騰速率等光合作用參數。

數據處理

各處理數據測定3次，采用Excel 2003和SPSS 16.0進行統(tǒng)計分析與制圖。

結果與分析

不同光照對茄果類蔬菜幼苗形態(tài)的影響

分別采用處理組1～6共計6組光譜用于辣椒、番茄、茄子育苗，待育苗完成后測試辣椒、番茄、茄子幼苗的形態(tài)構成，如表2～4所示。

不同光照對辣椒幼苗形態(tài)的影響

由表2可知，分別從株高、莖粗、根長、鮮樣質量與干樣質量綜合比較，處理組1的幼苗形態(tài)最差，處理組3的幼苗形態(tài)最好。辣椒幼苗采用LED燈補光的幼苗形態(tài)均比采用熒光燈、自然光補光的幼苗形態(tài)好，所以LED光源對辣椒幼苗形態(tài)的促進作用更加明顯，LED光源是促進辣椒幼苗形態(tài)的最佳光源。

不同光照對番茄幼苗形態(tài)的影響

由表3可知，分別從株高、莖粗、根長、鮮樣質量與干樣質量綜合比較，處理組1的幼苗形態(tài)最差，處理組3的幼苗形態(tài)最好。番茄幼苗采用LED燈補光的幼苗形態(tài)均比采用熒光燈、自然光補光的幼苗形態(tài)要好，所以LED光源對番茄幼苗形態(tài)的促進作用更加明顯，LED光源是促進番茄幼苗形態(tài)的最佳光源。李軍等[23]采用3種不同光質（藍、紅、白）LED光源對秋番茄植株生長及果實產量、品質的影響進行研究，認為在藍光、紅光組合處理下，植株的相對株高、節(jié)間距、葉面積顯著降低，莖粗顯著增加。試驗處理組3的LED光源既能促進根與葉面積增長，也能促進株高、莖粗、鮮樣質量顯著增長。

不同光照對茄子幼苗形態(tài)的影響

由表4可知，分別從株高、莖粗、根長、鮮樣質量與干樣質量綜合比較，處理組1的幼苗形態(tài)最差，處理組3的幼苗形態(tài)最好。茄子幼苗采用LED燈補光的幼苗形態(tài)均比采用熒光燈、自然光補光的幼苗形態(tài)要好，所以LED光源對番茄幼苗形態(tài)的促進作用更加明顯，LED光源是促進番茄幼苗形態(tài)的最佳光源。

不同光照對辣椒、番茄與茄子幼苗生理特性的影響

分別采用處理組1～6共計6組光譜用于辣椒、番茄、茄子育苗，待育苗完成后測試辣椒、番茄、茄子幼苗的生理特性，如圖1～3所示。

不同光照對辣椒幼苗生理特性的影響

由圖1可知，綜合可溶性糖含量、類胡蘿卜素含量、含氮量及根系活力分析，處理組3的LED光源對辣椒幼苗形態(tài)的促進作用更加明顯，所以該光源是促進辣椒幼苗形態(tài)的最佳光源。本試驗采用的熒光粉激發(fā)型LED，在普通LED的基礎上更能顯著提高幼苗的可溶性糖含量、根系活力、類胡蘿卜素含量和含氮量。

不同光照對番茄幼苗生理特性的影響

由圖2可知，綜合可溶性糖含量、類胡蘿卜素含量、含氮量及根系活力分析，處理組3的LED光源對番茄幼苗形態(tài)的促進作用更加明顯，為最佳光源。唐大為等[24]以白色熒光燈為對照，采用LED光源研究紅光、藍光、紅藍組合光（R/B=9：1、8：2、7：3、6：4、5：5）對黃瓜幼苗生長和生理特性的影響，結果證明，紅光處理下黃瓜可溶性糖的含量顯著高于對照。由于紅光芯片較貴，本試驗采用的熒光粉激發(fā)型LED相對制作簡單而且價格便宜。

不同光照對茄子幼苗生理特性的影響

由圖3可知，相比于其他補光下的幼苗，處理組3的LED光源下的幼苗含氮量顯著提高，類胡蘿卜素含量大幅度增加，可溶性糖含量和根系活力也有一定程度上的增加。綜合上述分析，處理組3的LED光源為最佳光源。

不同光照對辣椒、番茄與茄子幼苗光合參數的影響

分別采用處理組1～6共計6組光譜用于辣椒、番茄、茄子育苗，待育苗完成后測試辣椒、番茄、茄子幼苗的光合參數，如圖4～6所示。

不同光照對辣椒幼苗光合參數的影響

由圖4可知，處理組3的LED光源下的辣椒幼苗相比其他補光下的幼苗，凈光合速率和蒸騰速率都有大幅度的提高，氣孔導度增加量相對比較小。綜合可溶性糖含量、類胡蘿卜素含量、含氮量及根系活力分析，處理組3的LED光源對茄子幼苗形態(tài)的促進作用更加明顯，為最佳光源。

不同光照對番茄幼苗光合參數的影響

由圖5可知，處理組3的LED光源下的番茄幼苗相比其他補光下的幼苗凈光合速率和蒸騰速率都有大幅度的提高，氣孔導度增加量相對比較小。綜合可溶性糖含量、類胡蘿卜素含量、含氮量及根系活力分析，處理組3的LED光源對番茄幼苗形態(tài)的促進作用更加明顯，為最佳光源。

不同光照對茄子幼苗光合參數的影響

由圖6可知，處理組3的LED光源下的辣椒幼苗相比其他補光下的幼苗凈光合速率和蒸騰速率都有大幅度的提高，氣孔導度增加量相對比較小。綜合可溶性糖含量、類胡蘿卜素含量、含氮量及根系活力分析，處理組3的LED光源對茄子幼苗形態(tài)的促進作用更加明顯，為最佳光源。

結論

本試驗通過自制紅色熒光粉封裝得到LED植物光源，并將組裝得到的LED植物燈燈具，成功應用于茄果類蔬菜育苗當中。

光是植物生長發(fā)育的必要因素之一，光質對植物幼苗的幼苗形態(tài)生理特性及光合參數均有一定的影響。本試驗中，熒光粉與硅膠按不同的質量比制成的LED光源對辣椒番茄和茄子幼苗的幼苗形態(tài)生理特性及光合參數均表現(xiàn)出了一定的調節(jié)作用。這與蘇娜娜等[25]研究LED光質補光對黃瓜幼苗生長和光合特性的影響，以及徐凱等[26]研究不同光質對草莓葉片光合作用和葉綠素熒光的影響相一致。

本試驗處理組1的LED光源補光幼苗的幼苗形態(tài)、生理特性及光合參數最差，處理組3的LED光源補光的幼苗的幼苗形態(tài)、生理特性及光合參數最好。但所有的熒光粉激發(fā)型LED光源補光的幼苗的幼苗形態(tài)、生理特性及光合參數均明顯高于對照組。

致謝

感謝湖南綠米科技有限公司提供試驗所涉及的LED燈具，感謝湖南農業(yè)大學植物光學實驗室提供試驗環(huán)境。

參考文獻

[1]陳祥偉，劉世琦，成波，等.不同LED光源對小白菜生長及品質的影響[J].長江蔬菜，2013（16）：36-40.

[2]陳文昊，徐志剛，劉曉英，等.LED光源對不同品種生菜生長和品質的影響[J].西北植物學報，2011（07）：1434-1440.

[3]楊曉建.不同光質對青蒜苗生理特性及品質的影響[D].泰安：山東農業(yè)大學，2011.

[4]張歡，徐志剛，崔瑾，等.不同光質對蘿卜芽苗菜生長和營養(yǎng)品質的影響[J].中國蔬菜，2009（10）：28-32.

[5]齊連東.光質對菠菜生理特性及其品質的影響[D].泰安：山東農業(yè)大學，2007.

[6]齊連東，劉世琦，許莉，等.光質對菠菜草酸、單寧及硝酸鹽積累效應的影響[J].農業(yè)工程學報，2007（04）：201-205.

[7]肖光輝，鄭素秋.光與菠菜葉片衰老及其延衰機理的探討[C]//中國園藝學會.中國園藝學會成立70周年紀念優(yōu)秀論文選編，1999：6.

[8]劉曉英，徐志剛，焦學磊，等.可調LED光源系統(tǒng)設計及其對菠菜生長的影響[J].農業(yè)工程學報，2012，28（1）：208-212.

[9]李雯琳，許青，王凱.不同光質對中華蘆薈生理生化物質的影響[J].現(xiàn)代園藝，2013（19）：6-8.

[10]劉文科，楊其長，邱志平，等.不同LED光質對生菜生長和營養(yǎng)品質的影響[J].蔬菜，2012（11）：63-65.

[11]龔婷，查宏波，黃韡，等.不同光質處理對云煙87生長及品質的影響[J].西南大學學報（自然科學版），2013（01）：29-34.

[12]聞婧.LED紅藍光波峰及R/B對密閉植物工廠作物的影響[D].中國農業(yè)科學院，2009.

[13]曹剛.不同LED光質對黃瓜和結球甘藍苗期生長、光合特性及內源激素的影響[D].蘭州：甘肅農業(yè)大學，2013.

[14]史宏志，韓錦峰，張國顯，等.單色藍光和紅光對煙苗葉片生長和碳、氮代謝的影響[J].河南農業(yè)大學學報，1998，32（3）：258-262.

[15]李韶山，潘瑞熾.藍光對水稻幼苗生長效應的研究[J].中國水稻科學，1994，8（2）：115-118.

[16]孫洪助，王虹，沈建華，等.不同比例紅藍光對生菜種子萌發(fā)及幼苗生長的影響[J].浙江農業(yè)學報，2014（03）：603-608.

[17]周華，劉淑娟，王碧琴，等.不同波長LED光源對生菜生長和品質的影響[J].江蘇農業(yè)學報，2015（02）：429-433.

[18]周宏.不同光強光質對烤煙生長發(fā)育和煙堿合成代謝的影響[D].南京：南京農業(yè)大學，2013.

[19]黃丹丹，張士秀，賈淑霞，等.LED補光對番茄光合特性的影響[J].中國農學通報，2014（22）：102-108.

[20]蔡鴻昌，崔海信，崔金輝.不同光質對番茄穴盤苗質量的影響[J].中國農業(yè)科技導報，2010（03）：114-118.

[21]徐志剛，崔瑾，常濤濤，等.不同光質補光對番茄幼苗生長的影響[C]//中國農業(yè)科學院、山東省壽光市人民政府.設施園藝研究進展——2009中國·壽光國際設施園藝高層學術論壇論文集，2009：6.

[22]杜爽，高志奎，薛占軍，等.紅藍單色光質下茄子葉片的光吸收與光合光響應特性[J].河北農業(yè)大學學報，2009（01）：19-22.

[23]李軍，劉鳳軍，徐君.不同發(fā)光二極管（LED）光源補光對大棚秋番茄植株生長及果實產量和品質的影響[J].江蘇農業(yè)學報，2011，06：339-343.

[24]唐大為，張國斌，張帆，等.LED光源不同光質對黃瓜幼苗生長及生理生化特性的影響[J].甘肅農業(yè)大學學報，2011（01）：44-48.

[25]蘇娜娜，鄔奇，崔瑾.LED單色光質對黃瓜幼苗葉片和下胚軸中內源激素含量的影響[J].應用與環(huán)境生物學報，2014（01）：45-49.

[26]徐凱，郭延平，張上隆.不同光質對草莓葉片光合作用和葉綠素熒光的影響[J].中國農業(yè)科學，2005（02）：369-375.

項目支持：湖南省自然科學基金資助項目（2016JJ3065）。

作者簡介：龔婷（1995-），湖南常德人，本科生，研究方向：植物光學。

通信作者：周智（1982-），湖南益陽人，博士，碩士生導師湖南農業(yè)大學植物光學實驗室主任，研究方向：植物光學。