王蒙蒙， 徐志剛， 焦學磊， 劉曉英

(南京農業(yè)大學農學院， 江蘇 南京 210095)

不同光照時間紅藍LED光對生菜生長和品質的影響

王蒙蒙， 徐志剛， 焦學磊， 劉曉英①

(南京農業(yè)大學農學院， 江蘇 南京 210095)

生菜(Lactucasativavar.ramosaHort.)富含維生素、花青素和胡蘿卜素等營養(yǎng)成分，且具有抗衰老和抗癌功能[1]，是可控環(huán)境下主栽蔬菜種類之一。光照時間能調控植物開花、花性分化、發(fā)育進程及光合生長[2-3]。夜間補光和低光量子通量密度條件下延長光照時間可以提高生菜的生物量和品質[4-5]。全人工光照條件下，紅藍光是培育植物的適宜光譜[6-7]。

本研究參考徐文棟等[8-9]的研究結果，采用光量子通量密度比3∶1的200 μmol·m-2·s-1紅藍LED光，研究不同光照時間對生菜生長和品質的影響，以期尋找植物工廠低能耗培育生菜的光照策略。

1 材料和方法

1.1 材料

生菜品種‘糕華’(‘Gaohua’)種子購自江蘇省農業(yè)科學院。浸種催芽后播于育秧盤，置于200 μmol·m-2·s-1白色熒光燈下育苗，待幼苗2葉1心時將長勢一致的幼苗定植于栽培筐(長60 cm、寬40 cm、高13 cm)中，株距10 cm、行距15 cm，然后置于光量子通量密度比3∶1的200 μmol·m-2·s-1紅藍LED光下進行不同光照時間的培養(yǎng)。光照時間設置為8、12和16 h·d-1。每處理2個栽培筐，共32株。實驗在可控的植物生長室內進行。其中，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；日溫(25±1) ℃，夜溫(18±1) ℃；空氣相對濕度60%～80%；定時通風，CO2濃度與室外相同；正常水肥管理。

1.2 方法

處理50 d后，各處理組隨機選取3株進行生長及品質指標的測定，2次重復，避開葉脈部位取樣。葉面積大于等于4 cm2的葉片計為1枚葉片，葉面積小于4 cm2的葉片按比例估算葉片數。采用直尺(精度1 mm)測量株高和根長，株高為地面到植株葉片的自然生長最高點的距離，根長為主根的長度。采用Sartorius BSA124S天平(德國Sartorius公司，精度0.1 mg)分別測量生菜單株地上部和地下部鮮質量后，將鮮樣置于105 ℃烘箱中殺青15 min，于80 ℃烘干至恒質量，測定各部位干質量。采用肖強等[10]的方法測定心部完全展開葉的面積，即為單株葉面積；采用pH示差法[11]測定葉片中花青素含量；采用TTC法[12]119-120測定根系活力；采用無水乙醇丙酮提取法提取葉片中葉綠素和類胡蘿卜素，采用分光光度法測定并計算葉片中葉綠素和類胡蘿卜素的含量[12]134-137；采用蒽酮法[12]195-196測定葉片中可溶性糖含量；采用間苯二酚法[12]199-200測定葉片中蔗糖含量；采用比色法[12]248-249測定葉片中維生素C含量；采用水楊酸比色法[12]123-124測定葉片中硝酸鹽含量；采用考馬斯亮藍G-250法[12]184測定葉片中可溶性蛋白質含量；采用清除有機自由基DPPH(二苯代苦味酞基自由基)法[13]測定葉片中DPPH清除率。

1.3 數據處理

采用EXCEL 2010和SPSS 17.0統(tǒng)計分析軟件對實驗數據進行整理和統(tǒng)計分析，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 對生菜生長和葉片中光合色素含量的影響

由表1可見：不同光照時間紅藍LED光對生菜單株葉片數、株高、單株根長和根系活力均無顯著影響；光照時間12 h·d-1(T2組)時單株葉面積顯著高于光照時間8 h·d-1(T1組)，但與光照時間16 h·d-1(T3組)無顯著差異。

由表1還可見：隨著紅藍LED光光照時間的增加，生菜單株地上部和全株的鮮質量和干質量均呈先升高后降低的趨勢，且T2組顯著高于T1組，但與T3組無顯著差異；而單株地下部鮮質量和干質量則呈逐漸升高的趨勢。

由表1還可見：T2和T3組生菜葉片中葉綠素a、葉綠素b和總葉綠素含量總體上顯著高于T1組，但2組間無顯著差異；T1和T3組葉片中葉綠素a/b值顯著高于T2組；光照時間對葉片中類胡蘿卜素含量無顯著影響。

2.2 對生菜品質的影響

編號No．光照時間/h·d-1Illuminationtime單株葉片數Leafnumberperplant單株葉面積/cm2Leafareaperplant株高/cmPlantheight單株根長/cmRootlengthperplant根系活力/μg·g-1·h-1RootactivityT1828 0±2 3a96 22±12 21b19 63±0 09a6 81±2 75a0 073±0 002aT21227 0±2 1a162 57±19 25a23 90±1 91a13 77±1 43a0 081±0 003aT31624 0±1 1a144 26±18 22ab22 33±1 77a14 50±0 70a0 092±0 003a編號No．光照時間/h·d-1Illuminationtime單株鮮質量/g Freshweightperplant單株干質量/g Dryweightperplant地上部Above?groundpart地下部Under?groundpart全株Wholeplant地上部Above?groundpart地下部Under?groundpart全株WholeplantT182 21±0 37b0 75±0 42b2 96±0 75b63 04±4 51b3 74±0 35b66 78±4 62bT2125 50±1 07a2 85±0 82ab8 35±1 20a127 09±17 64a8 54±1 87b135 63±17 94aT3164 57±0 22ab2 96±0 91a7 53±1 31a115 43±2 89a14 31±1 06a129 74±3 09a編號No．光照時間/h·d-1Illuminationtime葉綠素a含量/mg·g-1Chlorophyllacontent葉綠素b含量/mg·g-1Chlorophyllbcontent總葉綠素含量/mg·g-1Totalchlorophyllcontent葉綠素a/bChlorophylla/b類胡蘿卜素含量/mg·g-1CarotenoidcontentT180 80±0 16b0 27±0 08b1 07±0 18b2 96±0 21a0 42±0 09aT2121 02±0 21ab0 99±0 15a2 01±0 19a1 03±0 16b0 53±0 10aT3161 52±0 28a0 60±0 13a2 12±0 20a2 53±0 20a0 61±0 11a

1)同列中不同的小寫字母表示差異顯著(P≤0.05) Different lowercases in the same column indicate the significant difference (P≤0.05).

編號No．光照時間/h·d-1IlluminationtimeCSP/mg·g-1CSS/mg·g-1CS/mg·g-1CVC/mg·g-1CA/μg·kg-1SRDPPH/%CN/mg·g-1T1859 32±1 39ab58 44±6 52ab78 88±4 33ab0 67±0 60ab18 71±1 84a0 72±0 05a0 15±0 01aT21265 33±18 74ab70 13±4 22a90 95±5 22a0 70±0 31ab16 64±2 29ab0 87±0 18a0 14±0 01aT31682 74±19 09a65 22±2 46ab83 25±4 93ab0 82±0 54a15 86±2 07ab0 87±0 17a0 14±0 01a

1)CSP： 可溶性蛋白質含量Soluble protein content； CSS： 可溶性糖含量Soluble sugar content； CS： 蔗糖含量Sucrose content； CVC： 維生素C含量Vitamin C content； CA： 花青素含量Anthocyanin content； SRDPPH： DPPH清除率DPPH scavenging rate； CN： 硝酸鹽含量Nitrate content. 同列中不同的小寫字母表示差異顯著(P≤0.05) Different lowercases in the same column indicate the significant difference (P≤0.05).

由表2可見：光照時間對生菜品質指標的影響總體上不顯著。隨著紅藍LED光光照時間的增加，生菜葉片中可溶性蛋白質和維生素C含量及DPPH清除率總體上呈逐漸升高的趨勢，而其葉片中花青素和硝酸鹽含量則呈逐漸降低的趨勢。光照時間12 h·d-1時葉片中可溶性糖和蔗糖含量高于光照時間8和16 h·d-1，但與后2個光照時間無顯著差異。

3 討論和結論

光照是植物葉綠體發(fā)育和葉綠素合成的必需條件，光合色素起著吸收、傳遞和轉換光能的作用[14]。延長光照時間，不僅能增加植物光合作用時間，還能刺激光敏色素傳導信號，誘導相關基因表達，調節(jié)植物生理代謝反應，使其干質量增大[15-16]。本研究中，采用光量子通量密度比3∶1的200 μmol·m-2·s-1的紅藍LED光，光照時間8 h·d-1時生菜葉片中葉綠素含量較低，光照不足影響葉綠素的合成，進而限制生菜的光合生長；光照時間由8 h·d-1增至12 h·d-1，生菜全株鮮質量和干質量均顯著升高；光照時間由12 h·d-1增至16 h·d-1，生菜的形態(tài)、根系活力和全株質量均無顯著變化。弱光條件下延長光照時間利于生菜生物量的積累[5]。推測造成這種差異的原因為植物的光合生長特性與日累積光量總和有關，當光照總量達到植物日需總光能時，延長光照將導致光能過剩，而在弱光條件下，達到植物日需總光能的時間延長，致使植物達到生長飽和所需的光照時間延長。

本研究中，光照時間對生菜品質無顯著影響，但也有研究認為延長光照時間能夠明顯降低生菜葉片中維生素C含量[5]和可溶性蛋白質含量[17]，顯著增加葉片中可溶性糖含量，推測由于光源的光譜和光照強度以及生菜品種的不同造成研究結果的差異性和復雜性。本研究中，光照時間由8 h·d-1增至12 h·d-1，生菜葉片中可溶性糖含量升高，這是因為光照時間延長促進了生菜葉片的光合作用，進而使光合產物增多；光照時間增至16 h·d-1，生菜葉片中可溶性糖含量降低，表明12 h·d-1的光照較適宜生菜的日光照總量需求，延長光照時間反而降低光合代謝，致使光合產物減少?？扇苄缘鞍踪|和維生素C含量不僅是生菜的品質指標，二者升高也是植物應對脅迫的一種反應[18]，說明16 h·d-1的光照在一定程度上對生菜造成日光照總量過量的脅迫。

綜合上述研究結果，認為采用光量子通量密度比3∶1的200 μmol·m-2·s-1紅藍LED光在光照時間12 h·d-1條件下可有效促進生菜的光合生長，且不影響生菜的品質，在植物工廠中使用此光照策略不僅可保證生菜健康生長，還具有合理的能效。

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(責任編輯： 張明霞)

Effects of different illumination times of red and blue LED lights on growth and quality ofLactucasativavar.ramosa

WANG Mengmeng， XU Zhigang， JIAO Xuelei， LIU Xiaoying①

(College of Agriculture， Nanjing Agricultural University， Nanjing 210095， China)，J.PlantResour. &Environ.， 2017， 26(2)： 113-115

Effects of different illumination times (8， 12 and 16 h·d-1) of 200 μmol·m-2·s-1red and blue LED lights with photon flux density ratio of 3∶1 on growth and quality ofLactucasativavar.ramosaHort. were investigated. The results show that different illumination times of red and blue LED lights have no significant influence on leaf number per plant， plant height， root length per plant and root activity ofL.sativavar.ramosa. Leaf area per plant, and fresh and dry weights of above-ground part per plant and whole plant in illumination time of 12 h·d-1(T2 group) are significantly higher than those in illumination time of 8 h·d-1(T1 group)， but have no significant difference with those in illumination time of 16 h·d-1(T3 group). In general， contents of chlorophylla， chlorophyllb， and total chlorophyll in leaf in T2 and T3 groups are significantly higher than those in T1 group， while illumination time has no significant influence on carotenoid content in leaf and quality ofL.sativavar.ramosa. Contents of soluble sugar and sucrose in leaf in T2 group are relatively high， while contents of soluble protein and vitamin C in leaf in T3 group are relatively high. Illumination time of 12 h·d-1of 200 μmol·m-2·s-1red and blue LED lights with photon flux density ratio of 3∶1 is recommended for promoting growth ofL.sativavar.ramosain plant factory.

生菜； 紅藍LED光； 光照時間； 生長； 品質

Lactucasativavar.ramosaHort.； red and blue LED lights； illumination time； growth； quality

2016-12-22

國家農業(yè)部公益性行業(yè)(農業(yè))科研專項(201303108)； 國家高技術研究發(fā)展計劃(863計劃)(2013AA103003)

王蒙蒙(1991—)，女，河北衡水人，碩士研究生，主要從事植物光生物學與環(huán)境調控方面的研究。

①通信作者E-mail： liuxy@njau.edu.cn

S625.5+2； S626.5； S636.2

A

1674-7895(2017)02-0113-03

10.3969/j.issn.1674-7895.2017.02.16