吉家曾,李聰聰,丁慧霞,陳增舉

(廣州市八斗農(nóng)業(yè)科技有限公司，廣東 廣州 510760)

引言

人工光利用型植物工廠是設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展的高級(jí)階段，具有生產(chǎn)效率高、環(huán)保、控制精度高、潔凈無(wú)污染等特點(diǎn)，發(fā)展前景非常廣闊。但也存在高成本、高能耗、低收益等諸多弊端[1]。前人的研究表明，人工光植物工廠的運(yùn)行成本中電費(fèi)高達(dá)了29%，而植物工廠的耗能主要以人工光的耗能為主[2]，所以通過(guò)光環(huán)境調(diào)控，提高植物的光合作用能力，近而降低植物工廠的運(yùn)行成本，對(duì)植物工廠的發(fā)展和推廣具有重要的意義。

目前，有關(guān)于光環(huán)境因子的交互作用對(duì)生菜的影響研究較少，所以對(duì)光強(qiáng)和光周期組合研究具有重要意義。本試驗(yàn)研究不同光強(qiáng)和光周期組合對(duì)紅葉生菜生長(zhǎng)及品質(zhì)的影響，以期尋求因素間的最優(yōu)組合，旨在為植物工廠光環(huán)境調(diào)控提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料為香港紅邊生菜，LED燈由廣州某公司提供，營(yíng)養(yǎng)液選用華南農(nóng)業(yè)大學(xué)葉菜B改良配方。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2016年3月在廣州某公司栽培試驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，栽培室環(huán)境控制：溫度25 ℃，二氧化碳濃度595～660 ppm，相對(duì)濕度60%～75%。試驗(yàn)設(shè)置3個(gè)光周期梯度T1、T2、T3，分別為8、12、16 h·d-1，3個(gè)光強(qiáng)梯度S1、S2、S3，分別為 250、350、450 μmol·m-2·s-1，采用雙因素完全隨機(jī)試驗(yàn)，共12個(gè)處理：T1S1、T1S2、T1S3、T2S1、T2S2、T2S3、T3S1、T3S2、T3S3，每處理5次重復(fù)。待生菜幼苗長(zhǎng)至3葉1心時(shí)移栽至栽培架上，栽培方式采用深液流法。

1.3 指標(biāo)測(cè)定

1.3.1 生理指標(biāo)測(cè)定

在采收后用直尺測(cè)量生菜的生長(zhǎng)株高、葉長(zhǎng)、葉寬，并統(tǒng)計(jì)其葉片數(shù)，用天平秤稱量生菜的干鮮重。

1.3.2 品質(zhì)指標(biāo)測(cè)定

硝酸鹽含量采用比色法測(cè)定，可溶性糖含量采用蒽酮比色法測(cè)定，可溶性蛋白質(zhì)含量采用考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定，維生素C含量采用2,6-二氯酚靛酚滴定法測(cè)定[3]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用EXCEL和SAS 9.0軟件分別進(jìn)行數(shù)據(jù)整理分析和方差分析。

2 結(jié)果與分析

由圖1可知，在短光周期12 h·d-1時(shí)，植株的葉片數(shù)隨光強(qiáng)的增大呈現(xiàn)出先增后減的趨勢(shì)，葉片數(shù)最大值在350 μmol·m-2·s-1；在長(zhǎng)光周期14 h·d-1及16 h·d-1時(shí)，增大光強(qiáng)可促進(jìn)植株的增長(zhǎng)，光強(qiáng)對(duì)植株葉片數(shù)的影響表現(xiàn)為正相關(guān)；延長(zhǎng)光周期可促進(jìn)植株的生長(zhǎng)。

從移栽至14天前，植株生長(zhǎng)較為緩慢；14 d之后，植株進(jìn)入快速生長(zhǎng)期，此段時(shí)間內(nèi)(14～28 d)植株生長(zhǎng)較快，葉片數(shù)快速增長(zhǎng)。

圖1 光強(qiáng)及光周期對(duì)生菜植株葉片數(shù)的影響Fig. 1 Effects of light intensity and photoperiod on leaf number of lettuce

由圖2可知，短光周期下(12 h·d-1、14 h·d-1)，增大光強(qiáng)植株的葉幅寬表現(xiàn)為先增后減，在350 μmol·m-2·s-1前，表現(xiàn)為明顯的正相關(guān)，超過(guò)350 μmol·m-2·s-1后，則表現(xiàn)為明顯的負(fù)相關(guān)。長(zhǎng)光周期(16 h·d-1)下，光強(qiáng)對(duì)植株葉幅寬的影響表現(xiàn)為明顯的負(fù)相關(guān)。光周期對(duì)植株葉幅寬的增長(zhǎng)無(wú)顯著相關(guān)。

生長(zhǎng)前期(21 d前)，植株葉幅寬增長(zhǎng)較快；說(shuō)明生長(zhǎng)的生長(zhǎng)前期主要儲(chǔ)存生長(zhǎng)物質(zhì)，生長(zhǎng)后期葉幅寬逐漸減緩，而葉片數(shù)快速增加。

圖2 光強(qiáng)及光周期對(duì)生菜植株葉幅寬的影響Fig.2 Effects of light intensity and photoperiod on leaf width of lettuce

由圖3可知，不同光周期處理對(duì)植株生長(zhǎng)的影響是顯著的，植株的單株鮮重隨光周期的延長(zhǎng)呈現(xiàn)遞增的趨勢(shì)，以16 h·d-1的光周期下植株的單株重量最高，在12 h·d-1及16 h·d-1光周期下，不同光強(qiáng)處理對(duì)植株單株鮮重的影響是不顯著的。但在14 h·d-1光周期下，植株單株鮮重隨著光強(qiáng)的增加呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)。

圖3 光強(qiáng)及光周期對(duì)生菜單株鮮重的影響Fig.3 Effects of light intensity and photoperiod on fresh weight of lettuce

由圖4可看出，各處理間對(duì)生菜植株可溶性蛋白含量的影響是顯著的，其中，以12 h+450下植株的可溶性蛋白含量最高，其次為14 h+450。短光周期下(12 h·d-1)，植株可溶性蛋白含量隨光照強(qiáng)度的增大而提高，中長(zhǎng)光周期下(14、16 h·d-1)，植株可溶性蛋白含量隨光照強(qiáng)度呈現(xiàn)為先減后增的趨勢(shì)。

圖4 光強(qiáng)及光周期對(duì)生菜可溶性蛋白含量的影響Fig.4 Effects of light intensity and photoperiod on soluble protein content of lettuce

如圖5所示，同一光周期下，不同光照強(qiáng)度對(duì)生菜植株的可溶性糖含量的影響是顯著的，且隨著光照強(qiáng)度的增大而提高，這表明提高光強(qiáng)有利于植株光合產(chǎn)物及糖分的積累；而在同一光照強(qiáng)度下，植株可溶性糖隨著光周期的延長(zhǎng)而提高。

圖5 光強(qiáng)及光周期對(duì)生菜可溶性糖含量的影響Fig.5 Effects of light intensity and photoperiod on soluble sugar content of lettuce

由圖6可知，同一光周期下，生菜植株的維生素C含量隨著光照強(qiáng)度增大呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)，均在350 μmol·m-2·s-1下含量最高，這表明在350 μmol·m-2·s-1光強(qiáng)下有利于植株維生素C的積累；在250 μmol·m-2·s-1光強(qiáng)下，延長(zhǎng)光周期有助于生菜植株維生素C含量的提高，但在光強(qiáng)為350 μmol·m-2·s-1和450 μmol·m-2·s-1下，不同光周期對(duì)植株維生素C含量的影響是不顯著的。

圖6 光強(qiáng)及光周期對(duì)生菜維生素C含量的影響Fig.6 Effects of light intensity and photoperiod on vitamin C content of lettuce

如圖7所示，同一光周期下，不同光照強(qiáng)度對(duì)植株的硝酸鹽含量的影響是顯著的，且隨著光照強(qiáng)度的增大而降低；而在同一光照強(qiáng)度下，植株的硝酸鹽含量隨著光周期的延長(zhǎng)而降低。這表明 ，提高光照強(qiáng)度及延長(zhǎng)光周期均有利于降低蔬菜的硝酸鹽含量。

圖7 光強(qiáng)及光周期對(duì)生菜硝酸鹽含量的影響Fig.7 Effects of light intensity and photoperiod on nitrate content of lettuce

3 討論與分析

光是植物生長(zhǎng)的敏感的環(huán)境因子之一，一方面光是植物光合作用的必需能量來(lái)源，另一方面還能通過(guò)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)和物質(zhì)運(yùn)輸[4，5]。因此，光照強(qiáng)度的強(qiáng)弱及光照時(shí)間的長(zhǎng)短必定會(huì)對(duì)生菜植株的生長(zhǎng)發(fā)育及品質(zhì)產(chǎn)生影響。本試驗(yàn)結(jié)果表明：在長(zhǎng)光周期14 h·d-1及16 h·d-1時(shí)，增大光強(qiáng)可增加植株的葉片數(shù)，但光強(qiáng)對(duì)生菜植株鮮重的影響并無(wú)顯著性的差異。延長(zhǎng)光周期均可促進(jìn)生菜植株葉片數(shù)的增長(zhǎng)和鮮重的提高。這與在生菜[6，7]、番茄[8]上研究結(jié)果一致，但與王蒙蒙等[9]的研究結(jié)果不一致，推測(cè)其原因可能是試驗(yàn)條件及品種差異引起的，其試驗(yàn)光強(qiáng)是200 μmol·m-2·s-1，比本試驗(yàn)的光強(qiáng)要低；也有試驗(yàn)表明弱光條件下延長(zhǎng)光照時(shí)間利于生菜生物量的積累[10]，這說(shuō)明光照強(qiáng)度與光周期是有一定的互作作用的。

從品質(zhì)分析結(jié)果來(lái)看，延長(zhǎng)光周期、增大光強(qiáng)有助于提高生菜可溶性糖的合成，與方舒玲等[11]、王君等[12]研究結(jié)果一致；同時(shí)可降低生菜硝酸鹽含量，增大光強(qiáng)有助于降低生菜硝酸鹽含量[13]，長(zhǎng)光照有利于降低硝酸鹽含量[14]。短光照有利于茄子幼苗蛋白質(zhì)的合成[15]，而光周期對(duì)生菜可溶性蛋白質(zhì)含量的影響無(wú)顯著差異[16]，這可能是因?yàn)樽魑锲贩N不同和試驗(yàn)光周期設(shè)置水平不同導(dǎo)致的。本試驗(yàn)研究結(jié)果表明，生菜的維生素C隨著光照強(qiáng)度的增加而呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)，維生素C 以350 μmol·m-2·s-1處理下最佳。這與劉杰等[6]、方舒玲等[17]研究結(jié)果不同，這可能是由于作物品種不同和試驗(yàn)光強(qiáng)設(shè)置水平不同引起的。

綜合分析得出，光強(qiáng)提高有利于提高生菜的品質(zhì)，但不利于生菜的生長(zhǎng)，在350 μmol·m-2·s-1+14 h·d-1組合處理下生菜均有較好的生長(zhǎng)和品質(zhì)指標(biāo)，是本試驗(yàn)生菜栽培最佳的組合處理。