王蒙蒙， 徐志剛， 焦學(xué)磊， 劉曉英

(南京農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院， 江蘇 南京 210095)

不同光照時(shí)間紅藍(lán)LED光對(duì)生菜生長(zhǎng)和品質(zhì)的影響

王蒙蒙， 徐志剛， 焦學(xué)磊， 劉曉英①

(南京農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)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(yíng)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(lèi)之一。光照時(shí)間能調(diào)控植物開(kāi)花、花性分化、發(fā)育進(jìn)程及光合生長(zhǎng)[2-3]。夜間補(bǔ)光和低光量子通量密度條件下延長(zhǎng)光照時(shí)間可以提高生菜的生物量和品質(zhì)[4-5]。全人工光照條件下，紅藍(lán)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(jié)果，采用光量子通量密度比3∶1的200 μmol·m-2·s-1紅藍(lán)LED光，研究不同光照時(shí)間對(duì)生菜生長(zhǎng)和品質(zhì)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(gòu)自江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院。浸種催芽后播于育秧盤(pán)，置于200 μmol·m-2·s-1白色熒光燈下育苗，待幼苗2葉1心時(shí)將長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗定植于栽培筐(長(zhǎng)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(lán)LED光下進(jìn)行不同光照時(shí)間的培養(yǎng)。光照時(shí)間設(shè)置為8、12和16 h·d-1。每處理2個(gè)栽培筐，共32株。實(shí)驗(yàn)在可控的植物生長(zhǎng)室內(nèi)進(jìn)行。其中，紅光主峰波長(zhǎng)660 nm，半波寬20 nm；藍(lán)光主峰波長(zhǎng)445 nm，半波寬20 nm；日溫(25±1) ℃，夜溫(18±1) ℃；空氣相對(duì)濕度60%～80%；定時(shí)通風(fēng)，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(jī)選取3株進(jìn)行生長(zhǎng)及品質(zhì)指標(biāo)的測(cè)定，2次重復(fù)，避開(kāi)葉脈部位取樣。葉面積大于等于4 cm2的葉片計(jì)為1枚葉片，葉面積小于4 cm2的葉片按比例估算葉片數(shù)。采用直尺(精度1 mm)測(cè)量株高和根長(zhǎng)，株高為地面到植株葉片的自然生長(zhǎng)最高點(diǎn)的距離，根長(zhǎng)為主根的長(zhǎng)度。采用Sartorius BSA124S天平(德國(guó)Sartorius公司，精度0.1 mg)分別測(cè)量生菜單株地上部和地下部鮮質(zhì)量后，將鮮樣置于105 ℃烘箱中殺青15 min，于80 ℃烘干至恒質(zhì)量，測(cè)定各部位干質(zhì)量。采用肖強(qiáng)等[10]的方法測(cè)定心部完全展開(kāi)葉的面積，即為單株葉面積；采用pH示差法[11]測(cè)定葉片中花青素含量；采用TTC法[12]119-120測(cè)定根系活力；采用無(wú)水乙醇丙酮提取法提取葉片中葉綠素和類(lèi)胡蘿卜素，采用分光光度法測(cè)定并計(jì)算葉片中葉綠素和類(lèi)胡蘿卜素的含量[12]134-137；采用蒽酮法[12]195-196測(cè)定葉片中可溶性糖含量；采用間苯二酚法[12]199-200測(cè)定葉片中蔗糖含量；采用比色法[12]248-249測(cè)定葉片中維生素C含量；采用水楊酸比色法[12]123-124測(cè)定葉片中硝酸鹽含量；采用考馬斯亮藍(lán)G-250法[12]184測(cè)定葉片中可溶性蛋白質(zhì)含量；采用清除有機(jī)自由基DPPH(二苯代苦味酞基自由基)法[13]測(cè)定葉片中DPPH清除率。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用EXCEL 2010和SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和統(tǒng)計(jì)分析，采用Duncan’s新復(fù)極差法進(jìn)行差異顯著性分析(P≤0.05)。

2 結(jié)果和分析

2.1 對(duì)生菜生長(zhǎng)和葉片中光合色素含量的影響

由表1可見(jiàn)：不同光照時(shí)間紅藍(lán)LED光對(duì)生菜單株葉片數(shù)、株高、單株根長(zhǎng)和根系活力均無(wú)顯著影響；光照時(shí)間12 h·d-1(T2組)時(shí)單株葉面積顯著高于光照時(shí)間8 h·d-1(T1組)，但與光照時(shí)間16 h·d-1(T3組)無(wú)顯著差異。

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

由表1還可見(jiàn)：T2和T3組生菜葉片中葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素含量總體上顯著高于T1組，但2組間無(wú)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(shí)間對(duì)葉片中類(lèi)胡蘿卜素含量無(wú)顯著影響。

2.2 對(duì)生菜品質(zhì)的影響

編號(hào)No．光照時(shí)間/h·d-1Illuminationtime單株葉片數(shù)Leafnumberperplant單株葉面積/cm2Leafareaperplant株高/cmPlantheight單株根長(zhǎng)/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(hào)No．光照時(shí)間/h·d-1Illuminationtime單株鮮質(zhì)量/g Freshweightperplant單株干質(zhì)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(hào)No．光照時(shí)間/h·d-1Illuminationtime葉綠素a含量/mg·g-1Chlorophyllacontent葉綠素b含量/mg·g-1Chlorophyllbcontent總?cè)~綠素含量/mg·g-1Totalchlorophyllcontent葉綠素a/bChlorophylla/b類(lèi)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(xiě)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(hào)No．光照時(shí)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(zhì)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(xiě)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(jiàn)：光照時(shí)間對(duì)生菜品質(zhì)指標(biāo)的影響總體上不顯著。隨著紅藍(lán)LED光光照時(shí)間的增加，生菜葉片中可溶性蛋白質(zhì)和維生素C含量及DPPH清除率總體上呈逐漸升高的趨勢(shì)，而其葉片中花青素和硝酸鹽含量則呈逐漸降低的趨勢(shì)。光照時(shí)間12 h·d-1時(shí)葉片中可溶性糖和蔗糖含量高于光照時(shí)間8和16 h·d-1，但與后2個(gè)光照時(shí)間無(wú)顯著差異。

3 討論和結(jié)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(zhuǎn)換光能的作用[14]。延長(zhǎng)光照時(shí)間，不僅能增加植物光合作用時(shí)間，還能刺激光敏色素傳導(dǎo)信號(hào)，誘導(dǎo)相關(guān)基因表達(dá)，調(diào)節(jié)植物生理代謝反應(yīng)，使其干質(zhì)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(lán)LED光，光照時(shí)間8 h·d-1時(shí)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(jìn)而限制生菜的光合生長(zhǎng)；光照時(shí)間由8 h·d-1增至12 h·d-1，生菜全株鮮質(zhì)量和干質(zhì)量均顯著升高；光照時(shí)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(zhì)量均無(wú)顯著變化。弱光條件下延長(zhǎng)光照時(shí)間利于生菜生物量的積累[5]。推測(cè)造成這種差異的原因?yàn)橹参锏墓夂仙L(zhǎng)特性與日累積光量總和有關(guān)，當(dāng)光照總量達(dá)到植物日需總光能時(shí)，延長(zhǎng)光照將導(dǎo)致光能過(guò)剩，而在弱光條件下，達(dá)到植物日需總光能的時(shí)間延長(zhǎng)，致使植物達(dá)到生長(zhǎng)飽和所需的光照時(shí)間延長(zhǎng)。

本研究中，光照時(shí)間對(duì)生菜品質(zhì)無(wú)顯著影響，但也有研究認(rèn)為延長(zhǎng)光照時(shí)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(zhì)含量[17]，顯著增加葉片中可溶性糖含量，推測(cè)由于光源的光譜和光照強(qiáng)度以及生菜品種的不同造成研究結(jié)果的差異性和復(fù)雜性。本研究中，光照時(shí)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?yàn)楣庹諘r(shí)間延長(zhǎng)促進(jìn)了生菜葉片的光合作用，進(jìn)而使光合產(chǎn)物增多；光照時(shí)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(zhǎng)光照時(shí)間反而降低光合代謝，致使光合產(chǎn)物減少?？扇苄缘鞍踪|(zhì)和維生素C含量不僅是生菜的品質(zhì)指標(biāo)，二者升高也是植物應(yīng)對(duì)脅迫的一種反應(yīng)[18]，說(shuō)明16 h·d-1的光照在一定程度上對(duì)生菜造成日光照總量過(guò)量的脅迫。

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

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(責(zé)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(lán)LED光； 光照時(shí)間； 生長(zhǎng)； 品質(zhì)

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

2016-12-22

國(guó)家農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(201303108)； 國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)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(xué)與環(huán)境調(diào)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