陳 瑤，史盼盼，萬(wàn)治成，陳 柵，趙 娜，高志奎，薛占軍

（河北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，河北 保定 071000）

隨著市場(chǎng)需求和蔬菜產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，我國(guó)生菜的設(shè)施栽培面積逐年增加，與其相配套的無(wú)公害生產(chǎn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、綠色生產(chǎn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、有機(jī)生產(chǎn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也在不斷完善和優(yōu)化，保證了生菜產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)和安全生產(chǎn)；而且，通過(guò)露地、塑料拱棚、日光溫室和智能連棟溫室多種栽培措施的相互補(bǔ)充，保證了生菜的周年均衡供應(yīng)。但是，無(wú)論采用何種栽培設(shè)施，均會(huì)受到范圍大、程度重、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、發(fā)生頻率高的霧霾天氣的影響，導(dǎo)致設(shè)施內(nèi)光照強(qiáng)度顯著降低、光譜組分的有效性明顯減弱和光照時(shí)間大幅度縮短，嚴(yán)重影響設(shè)施生菜的栽培生產(chǎn)。

近些年，采用LED光質(zhì)對(duì)植物進(jìn)行補(bǔ)光被認(rèn)為是改善溫室內(nèi)光照條件最直接、最有效的辦法[1]。但是，由于硬件成本和能耗成本過(guò)高，生物學(xué)效應(yīng)不穩(wěn)定，致使LED補(bǔ)光技術(shù)的推廣應(yīng)用困難重重。為了擺脫這種困窘，研究人員將補(bǔ)光時(shí)段從白天轉(zhuǎn)向夜間，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，夜間進(jìn)行弱光〔10 μmol/（m2·s）〕補(bǔ)光能促進(jìn)生菜秧苗生長(zhǎng)，使壯苗指數(shù)得到不同程度的提高[2，3]。一方面，可能與夜間呼吸釋放的CO2在弱光下再同化回收有關(guān)；另一方面可能與不同光質(zhì)調(diào)控物質(zhì)代謝有關(guān)。

針對(duì)設(shè)施蔬菜生產(chǎn)期間霧霾頻發(fā)導(dǎo)致寡照和白天弱光電照補(bǔ)光生物學(xué)效應(yīng)不穩(wěn)定的問(wèn)題，以探索生菜新的光照模式為切入點(diǎn)，利用不同的LED光質(zhì)，采用光補(bǔ)償點(diǎn)附近的光強(qiáng) 〔10～15 μmol/（m2·s）〕，在夜間時(shí)段（18∶00～24∶00） 進(jìn)行弱光補(bǔ)光處理，研究了不同LED光質(zhì)夜間補(bǔ)光對(duì)生菜秧苗生長(zhǎng)、干物質(zhì)積累分配和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響，旨為探索設(shè)施蔬菜栽培高效節(jié)能補(bǔ)光新技術(shù)，提升設(shè)施蔬菜對(duì)霧霾寡照天氣的應(yīng)對(duì)能力，促進(jìn)設(shè)施蔬菜生產(chǎn)從傳統(tǒng)型向現(xiàn)代型的轉(zhuǎn)變[4]。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

生菜品種為美國(guó)大速生。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 2016年在河北農(nóng)業(yè)大學(xué)東校區(qū)標(biāo)本園日光溫室內(nèi)，將生菜種子均勻地撒播于事先翻耕好的平畦內(nèi)，覆土0.5～1.0 mm。待秧苗長(zhǎng)至2葉1心時(shí)移栽到營(yíng)養(yǎng)缽內(nèi)，1棵/缽，遮光緩苗1 d后，進(jìn)行不同LED光質(zhì)的夜間補(bǔ)光處理。試驗(yàn)LED光質(zhì)設(shè)藍(lán)光（B，波長(zhǎng)442 nm）、綠光（G，波長(zhǎng)520 nm） 和紅光（R，波長(zhǎng)627 nm） 3個(gè)處理，補(bǔ)光時(shí)段為18∶00～24∶00，光源強(qiáng)度均為 10～15 μmol/（m2·s）；以夜間不補(bǔ)光處理為對(duì)照（CK）。每處理30缽，3次重復(fù)。白天光照為自然光，其他田間管理措施同常規(guī)。

1.2.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法 生菜達(dá)到商品成熟（12～15片真葉）時(shí)，進(jìn)行有關(guān)指標(biāo)的測(cè)定。

1.2.2.1 形態(tài)指標(biāo)。每處理隨機(jī)選取生菜5株，平鋪，用直尺測(cè)量株高（莖基部至生長(zhǎng)最高點(diǎn)的長(zhǎng)度）。然后，將根、莖、葉分離，用游標(biāo)卡尺測(cè)量莖粗（莖基部的粗度），用直尺測(cè)量所有葉片的長(zhǎng)和寬。計(jì)算單片葉面積（葉寬×葉長(zhǎng)×0.83）。

1.2.2.2 鮮重和干重。每處理隨機(jī)選取生菜5株，將根、莖、葉分離，用蒸餾水沖洗干凈后再用吸水紙將表面水分吸干，分別稱(chēng)量各器官的鮮重；隨后將鮮樣分裝于信封內(nèi)，置烘箱中105℃殺青15 min，80℃烘干至恒重，稱(chēng)量干重。

1.2.2.3 營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。隨機(jī)選取生菜3株，將倒數(shù)第3片葉剪碎后混勻，采用苯酚法測(cè)定可溶性糖含量，采用水合茚三酮法測(cè)定游離氨基酸含量，采用2，6-二氯酚靛法測(cè)定Vc含量。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析 利用DPS和Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，采用LSD法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 LED夜間補(bǔ)光對(duì)生菜形態(tài)指標(biāo)的影響

不同的LED光質(zhì)處理均可提高生菜的葉片數(shù)、葉寬、莖粗和單片葉面積，但僅對(duì)葉片數(shù)影響顯著（表1）。藍(lán)光處理的葉片數(shù)最多，綠光處理次之，二者差異不顯著，但均顯著＞CK；而紅光處理的葉片數(shù)與CK差異不顯著。表明采用藍(lán)光、紅光和綠光進(jìn)行夜間補(bǔ)光均可促進(jìn)生菜葉片數(shù)、葉寬、莖粗和葉面積的增加，其中藍(lán)光和綠光處理對(duì)葉片數(shù)增多效果明顯。

不同的LED光質(zhì)處理對(duì)生菜株高、葉長(zhǎng)和莖長(zhǎng)的影響不同，但與CK差異均未達(dá)到顯著水平。3種光質(zhì)處理的株高和葉長(zhǎng)差異均不顯著，其中，藍(lán)光處理的指標(biāo)值均＞CK，綠光處理的株高＜CK、葉長(zhǎng)＞CK，紅光處理的指標(biāo)值均＜CK；莖長(zhǎng)差異達(dá)到了顯著水平，其中，藍(lán)光處理的指標(biāo)值最大且顯著＞紅光處理，而綠光處理與其他光質(zhì)處理差異均不顯著。表明采用藍(lán)光進(jìn)行夜間補(bǔ)光可促進(jìn)生菜株高、葉長(zhǎng)和莖長(zhǎng)的生長(zhǎng)；采用綠光進(jìn)行夜間補(bǔ)光有利于促進(jìn)葉長(zhǎng)和莖長(zhǎng)的生長(zhǎng)，但對(duì)株高生長(zhǎng)有所抑制；而采用紅光進(jìn)行夜間補(bǔ)光對(duì)生菜株高、葉長(zhǎng)和莖長(zhǎng)的生長(zhǎng)均表現(xiàn)為抑制效應(yīng)。

綜上分析可以看出，藍(lán)光處理對(duì)改善生菜形態(tài)指標(biāo)效果最好，該處理下所有指標(biāo)均高于對(duì)照，其中葉片數(shù)增加明顯；綠光處理次之，除對(duì)株高表現(xiàn)為不顯著的抑制效應(yīng)外，對(duì)其他形態(tài)指標(biāo)均表現(xiàn)為促進(jìn)效應(yīng)，其中對(duì)增加葉片數(shù)效果明顯。

表1 LED夜間補(bǔ)光對(duì)生菜形態(tài)指標(biāo)的影響Table 1 Effect of LED fill light at night on the morphology indicators of lettuce

2.2 LED夜間補(bǔ)光對(duì)生菜鮮重和干重的影響

不同的LED光質(zhì)處理對(duì)根、葉和莖鮮重的影響不同，除藍(lán)光處理的莖鮮重顯著＞CK外，其他指標(biāo)與CK差異均不顯著；最終，全株鮮重＞CK，但差異均不顯著（表2）。表明采用藍(lán)光、紅光和綠光進(jìn)行夜間補(bǔ)光處理均可提高生菜的全株鮮重，但效果并不明顯。

表2 LED夜間補(bǔ)光對(duì)生菜鮮重和干重的影響Table 2 Effects of LED fill light at night on the dry and fresh weight of lettuce

不同的LED光質(zhì)處理對(duì)根、葉和莖干重的影響不同，其中，紅光和藍(lán)光處理的葉和莖干重均顯著＞CK，而綠光處理僅莖干重顯著＞CK；最終，紅光和藍(lán)光處理的全株干重顯著＞CK和綠光處理，而綠光處理與CK差異不顯著。表明采用藍(lán)光、紅光和綠光進(jìn)行夜間補(bǔ)光處理均可提高生菜的全株干重，其中紅光和藍(lán)光處理效果明顯。

2.3 LED夜間補(bǔ)光對(duì)生菜營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響

2.3.1 對(duì)生菜可溶性糖含量的影響 不同的LED光質(zhì)處理對(duì)生菜葉片可溶性糖含量的影響不同，且效果存在顯著差異（圖1）。其中，紅光處理的指標(biāo)值最高，藍(lán)光處理次之，二者差異顯著，且均顯著＞CK和綠光處理；而綠光處理的指標(biāo)值顯著＜CK。表明采用紅光和藍(lán)光進(jìn)行夜間補(bǔ)光均可明顯提高生菜葉片的可溶性糖含量，其中紅光處理的效果明顯優(yōu)于藍(lán)光處理。不同的LED光質(zhì)夜間補(bǔ)光對(duì)生菜可溶性糖含量的影響不同，可能與不同光質(zhì)對(duì)植物體中碳水化合物的吸收、合成和轉(zhuǎn)運(yùn)影響不同[6]有關(guān)。

圖1 LED夜間補(bǔ)光對(duì)生菜可溶性糖含量的影響Fig.1 Effect of LED fill light at night on the soluble sugar content of lettuce

2.3.2 對(duì)生菜氨基酸含量的影響 不同的LED光質(zhì)處理均可提高生菜葉片的氨基酸含量，但效果存在顯著差異（圖2）。其中，藍(lán)光處理的指標(biāo)值最高，顯著＞CK和其他光質(zhì)處理；而其他2個(gè)光質(zhì)處理與CK差異均不顯著。表明采用藍(lán)光、紅光和綠光進(jìn)行夜間補(bǔ)光均可提高生菜葉片的氨基酸含量，其中藍(lán)光處理效果明顯。

圖2 LED夜間補(bǔ)光對(duì)生菜氨基酸含量的影響Fig.2 Effect of LED fill light at night on the amino acids content of lettuce

2.3.3 對(duì)生菜Vc含量的影響 不同的LED光質(zhì)處理對(duì)生菜葉片Vc含量的影響不同，且效果存在顯著差異（圖3）。其中，藍(lán)光處理的指標(biāo)值最高，顯著＞CK和其他光質(zhì)處理；紅光處理的指標(biāo)值＞CK，但差異不顯著；而綠光處理的指標(biāo)值顯著＜CK。表明采用藍(lán)光和紅光進(jìn)行夜間補(bǔ)光均可提高生菜葉片的Vc含量，其中藍(lán)光處理效果明顯。綠光處理的生菜Vc含量明顯較低，與鄭冬梅等[7]在櫻桃番茄上的研究結(jié)果相一致，可能是因?yàn)榫G光照射影響了Vc合成和分解酶的活性。

圖3 LED夜間補(bǔ)光對(duì)生菜Vc含量的影響Fig.3 Effect of LED fill light at night on Vc content of lettuce

3 結(jié)論與討論

采用不同的LED光質(zhì)進(jìn)行夜間補(bǔ)光，生菜生長(zhǎng)和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)均存在顯著差異。與不補(bǔ)光對(duì)照相比，藍(lán)光處理對(duì)改善生菜形態(tài)指標(biāo)效果最好，該處理下生菜各形態(tài)指標(biāo)（株高、葉片數(shù)、葉長(zhǎng)、葉寬、莖長(zhǎng)、莖粗和葉面積）均優(yōu)于對(duì)照，其中葉片數(shù)增多明顯；綠光處理次之，對(duì)株高除外的其他形態(tài)指標(biāo)也均具有促進(jìn)效應(yīng)，其中葉片數(shù)增多明顯；紅光處理效果最差，對(duì)株高、葉長(zhǎng)和莖長(zhǎng)具有抑制效應(yīng)，對(duì)其他形態(tài)指標(biāo)均表現(xiàn)為促進(jìn)效應(yīng)，但與CK效果差異均不顯著。光對(duì)植物體內(nèi)的激素具有一定的調(diào)節(jié)功能，董皓[8]研究表明，紅光可以減少植物體內(nèi)赤霉素的含量，從而縮短節(jié)間長(zhǎng)度，降低株高。本研究結(jié)果支持了上述觀點(diǎn)。

與不補(bǔ)光對(duì)照相比，采用不同的LED光質(zhì)進(jìn)行夜間補(bǔ)光均可提高生菜的全株鮮重和干重，其中，對(duì)鮮重影響效果不明顯，而紅光和藍(lán)光處理可以明顯提高生菜的全株干重。

研究表明，采用紅光和藍(lán)光連續(xù)照射對(duì)提高設(shè)施土培生菜營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)效果最佳[9]。不同的光照條件下，植物對(duì)碳水化合物的吸收不同，因此，可溶性糖含量存在差異[10]。植物在藍(lán)光下生長(zhǎng)蛋白質(zhì)含量較高[11，12]，原因可能是藍(lán)光顯著促進(jìn)了線粒體的暗呼吸，為氨基酸的合成提供了碳架，從而影響了氨基酸的含量[13，14]。本研究條件下，采用藍(lán)光和紅光進(jìn)行夜間補(bǔ)光均可提高生菜葉片的可溶性糖、氨基酸和Vc含量，其中，紅光處理的可溶性糖含量最高，藍(lán)光處理次之，二者差異顯著且均顯著高于不補(bǔ)光對(duì)照；藍(lán)光處理的氨基酸和Vc含量最高，且均顯著高于不補(bǔ)光對(duì)照和其他光質(zhì)處理，而紅光處理與對(duì)照差異不顯著。綠光處理下葉片氨基酸含量雖較對(duì)照略有增加，但可溶性固形物和Vc含量明顯降低，生菜營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)未能得到提升。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中建議采用藍(lán)光進(jìn)行補(bǔ)光，能使生菜葉片的可溶性糖、氨基酸和Vc含量同時(shí)得到提高。

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