樊小雪 楊亞娜 徐剛

摘要：[目的]探索紅藍LED光源在番茄設施栽培生產(chǎn)上的精準化應用，為番茄苗高品質(zhì)栽培提供理論依據(jù)。[方法]以櫻桃番茄千禧為材料，設置6個不同光處理：對照白光（CK）、紅/藍=1：1（1R1B）、紅/藍=7：3（7R3B）、紅/藍=3：7（3R7B）、單紅光（R）和單藍光（B）。于3葉1心期開始進行光照處理，研究不同光處理30d后對櫻桃番茄生長的影響。測定不同光處理下番茄植株生長狀態(tài)指標（干鮮重、壯苗指數(shù)、根冠比）、葉片光合色素含量、葉綠素熒光參數(shù)、過氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）及丙二醛（MDA）含量變化。[結果]LED光處理下番茄植株鮮重均高于對照，其中7R3B最高，比對照增加了50.5%，其次為1R1B處理比對照增加了31.3%;番茄植株干重在1R1B下最高，比對照（1.11g）增加了61.0%;壯苗指數(shù)在1R1B下數(shù)值最高，顯著高于對照及其他處理。研究還發(fā)現(xiàn)3個紅藍組合光下的植株壯苗指數(shù)均高于對照，而兩個單色光處理下的壯苗指數(shù)均低于對照。使用LED光照處理后，單色紅光處理對番茄葉片中葉綠素含量有抑制作用，其他光處理下葉綠素a和葉綠素b的含量都有所上升。POD活性隨著處理中紅光比例的增加而提高，藍光會降低POD活性;SOD活性在6個光處理下沒有顯著性差異;MOD活性在1R1B下數(shù)值最高，在紅光下數(shù)值最低。[結論]紅藍1：1組合光下植株生長健壯，番茄植株的干物質(zhì)積累量大，光合效率較高，可以作為人工栽培光源的有效參數(shù)。

關鍵詞：櫻桃番茄;LED光;質(zhì)量;葉綠素熒光

中圖分類號：S571.1文獻標志碼：A 文章編號：1008-0384（2019）09-1026-06

0引言

（研究意義）櫻桃番茄是喜光植物，對光環(huán)境的要求較高。而在設施栽培中易形成弱光環(huán)境，不利于番茄的正常生產(chǎn)，導致其生長受限、產(chǎn)量下降、品質(zhì)降低，因此對設施內(nèi)光環(huán)境調(diào)控技術的研究是現(xiàn)階段實際生產(chǎn)中亟待解決的關鍵問題。（前人研究進展）前人關于LED光質(zhì)對番茄的形態(tài)生長、生理生化、光合作用，以及產(chǎn)量和品質(zhì)的研究較多。研究發(fā)現(xiàn)，單色紅光容易引起幼苗徒長、比葉面積增大，單色藍光可以促進幼苗莖粗和生物量增加。紅藍組合光使番茄幼苗株高和葉面積減小，同時提高了根冠比以及壯苗指數(shù)。合適的紅藍光比例對番茄植株中可溶性糖含量、游離氨基酸含量均有所促進，并提高氮代謝相關酶活性。總體來說，紅藍組合光有利于番茄幼苗生長，但是關于不同比例紅藍光參數(shù)細化的相關報道較少，明確最適宜櫻桃番茄使用的LED光照參數(shù)，對櫻桃番茄高品質(zhì)栽培具有重要意義。（本研究切入點）目前關于番茄栽培使用的LED光照參數(shù)和配比還有待進一步精確，本研究在前人基礎上細化了不同光譜分布比例，為后續(xù)研究提供適宜櫻桃番茄生長的最優(yōu)光參數(shù)提供了理論基礎。（擬解決的關鍵問題）通過研究用于櫻桃番茄栽培的紅藍LED燈光參數(shù)配比，確定其光譜能量分布特性，探討不同光質(zhì)對櫻桃番茄的生長發(fā)育，以及對其色素、葉綠素熒光的影響，以明確最適宜櫻桃番茄使用的LED光照參數(shù)，為櫻桃番茄高品質(zhì)栽培提供理論依據(jù)和實踐指導。

1材料與方法

1.1試驗材料

試驗在江蘇省農(nóng)業(yè)科學院蔬菜研究所光環(huán)境實驗室內(nèi)進行，試驗材料為千禧櫻桃番茄品種。番茄在溫室中育苗，待生長至3葉1心時，選取長勢一致的幼苗定植在營養(yǎng)缽中（18cm×14cm），營養(yǎng)缽中有0.7L的復合基質(zhì)（草炭：珍珠巖：蛭石體積比3：1：1）。緩苗一周后分別放置在LED光源下培養(yǎng)，以鏑燈（白光）作為對照光源，調(diào)節(jié)燈架高度，使光源距離植物頂部的高度始終為20cm，每個處理36盆，并進行編號。實驗室的環(huán)境設定為白天溫度為（26±2）℃，夜間溫度為（18±2）℃，光周期設置為12h·d，每隔4d澆1次營養(yǎng)液，營養(yǎng)液為上海永通化工有限公司提供的普樂收無土栽培番茄AB肥，按使用方法進行配置.

1.2光源設計

LED光源由南京植生照明有限公司提供，以鏑燈為對照，設置6個試驗處理：對照白光（CK）、紅/藍=1：1（1R1B）、紅/藍=7：3（7R3B）、紅/藍=3：7（3R7B）、單紅光（R）和單藍光（B）。LED燈的光質(zhì)光強均可任意調(diào)節(jié)，使用OHSP-350P光譜照度計手持儀調(diào)整光通量子密度，使3個處理的光強均穩(wěn)定在（300±10）umol·m·S，各處理的光譜分布如表1所示。

1.3測定指標及方法

1.3.1全株干鮮重測定處理30d后進行取樣。采用電子天平稱量全株鮮重，以子葉為界，分為地上、地下鮮重;將鮮樣在105℃干燥箱中殺青30min后放置于75℃恒溫烘箱烘干至恒重，然后用天平分別稱量地上、地下干重。每個處理3次重復。并計算壯苗指數(shù)[壯苗指數(shù)=（莖粗/株高+地下部干重/地上部干重）×全株干重]和根冠比（根冠比=地下部干重/地上部干重）。

1.3.2生理指標取樣及測定 試驗在處理30d后隨機在3株植株上選取葉齡一致的葉片，剪碎混勻，用錫箔紙包好放置于80%保存，以便后續(xù)指標測定。

超氧化物歧化酶活性采用氮藍四唑法測定;丙二醛含量用硫代巴比妥酸法測定;過氧化物酶活性用愈創(chuàng)木酚法測定;脯氨酸含量用磺基水楊酸法測定。

1.3.3光合色素及葉綠素熒光參數(shù)的測定光合色素含量：處理30d后隨機選取3株幼苗同一節(jié)位的新鮮葉片，剪碎混勻后取0.1g采用95%乙醇提取法測定，每個處理重復3次。

處理30d后于上午9：00-11：00，隨機選取3株番茄葉片從上至下第3-4節(jié)位成熟的功能葉采用MINI-PAM-Ⅱ超便攜式葉綠素熒光儀進行測定。測定時首先要將植株暗適應15-20min，之后點擊儀器按鈕進行測定，得到初始熒光量Fo、最大光化學效率Fv/Fm、光化學淬滅系數(shù)qL、非光化學淬滅系數(shù)NPQ、電子傳遞速率ETR以及PSⅡ的實際光合效率Yield。

1.4數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用Excel進行圖表的繪制，采用SPSS20進行差異顯著性分析（P<0.05）。

2結果與分析

2.1光質(zhì)對番茄植株生物量分配的影響

由表2可知，LED光處理下番茄植株鮮重均高于對照，其中7R3B最高，全株鮮重為13.47g，比對照（8.95g）增加了50.5%;其次為1RIB處理11.75g，比對照增加了31.3%，但1R1B下的植株干重1.79g顯著高于對照，比對照（1.11s）增加了61.0%，表明紅藍1：1處理有利于植株干物質(zhì)的積累，研究發(fā)現(xiàn)不同光質(zhì)對植株根冠比的分布無顯著影響。1R1B處理下壯苗指數(shù)為0.47，顯著高于對照及其他處理，比對照（0.25）增加了87.1%。研究還發(fā)現(xiàn)3個紅藍比例組合光下的植株壯苗指數(shù)均高于對照，比對照增加了3.4%-87.1%，而兩個單色光處理下的壯苗指數(shù)均低于對照，比對照降低了22.1%-23.5%，表明相比于單色光，紅藍組合光更適合作為植物生長發(fā)育的光源使用。

2.2光質(zhì)對番茄葉片光合色素的影響

由表3可知，對照白光下植株葉片中的葉綠素a和葉綠素含量分別為1.34mg·g和1.97mg·g，低于在1R1B和3R7B處理，1R1B下含量分別為1.72mg·g和2.48mg·g，比對照增加了28.4%和25.6%，3R7B下的葉綠素a和葉綠素含量最高，分別為1.76mg·g和2.47mg·g，各比對照分別增加了31.3%和25.2%。葉綠素b的含量在7R3B下最高，為0.80mg·g，比對照（0.63mg·g）增加了27.5%。

研究發(fā)現(xiàn)單紅光下葉片中的葉綠素a含量為1.28mg·g，低于單藍光下的1.45mg·g，且3R7B處理下的葉綠素a含量為1.76mg·g高于7R3B的1.53mg·g，而葉綠素b的含量則正好相反，紅光比例較高的處理高于藍光比例高的處理，表明紅光比例增加可促進葉綠素b含量的增加，葉綠素a的含量下降，而藍光則可促進葉綠素a含量的增加，降低葉綠素b的含量。此外，研究還發(fā)現(xiàn)葉綠素a/b的值在藍光下最高，比值為2.62，相比對照（2.13）增加了23.0%;紅光處理下最低，為1.81，比對照降低了14.8%;比較3個組合光下的葉綠素a/b的值發(fā)現(xiàn)，紅光比例增加，其比值降低，增加藍光比例后其比值增加，這可能是由于紅光促進葉綠素a含量的增加或者是藍光促進葉綠素b含量增加導致的。類胡蘿卜素在1RIB處理憫，為0.16mg·g，比對照（0.12mg·g）增加了33.3%。

2.3光質(zhì)對番茄葉片葉綠素熒光參數(shù)的影響

不同光質(zhì)對番茄幼苗葉綠素熒光參數(shù)的影響如表4所示：實際光合效率（Yield）、電子傳遞速率（ETR）和光化學淬滅系數(shù)（QL）的變化規(guī)律相同，除處理1R1B外，其余各處理均顯著低于對照。非光化學淬滅系數(shù)（NPQ）的變化則相反，除處理1R1B外，其余各處理均高于對照。而初始熒光量（Fo）和最大光化學效率（Fv/Pm）在各處理下無顯著差異，最大光化學效率的數(shù)值在0.82左右浮動，表明植株處于健康生長狀態(tài)。

2.4光質(zhì)對番茄葉片抗氧化酶系統(tǒng)及脯氨酸、丙二醛含量的影響

圖1為不同光質(zhì)配比對番茄葉片抗氧化酶活性以及丙二醛含量的影響。研究發(fā)現(xiàn)，不同光質(zhì)配比下葉片中的超氧化物歧化酶（SOD）與對照無顯著差異。單紅光處理30d后，番茄葉片中的過氧化物酶活性（POD）達到43.5U·g，比對照26.1U·g增加了66.8%;而單藍光處理下的POD活性顯著低于對照，僅為16.8U·g，比對照降低了35.5%。7R3B處理下葉片中的POD活性為32.2U·g，高于3R7B處理的21.4U·g，綜合單色光下的處理發(fā)現(xiàn)紅光比例增加后，POD活性增加，而藍光會減少POD活性的增加.1R1B處理下，葉片中的丙二醛（MDA）含量最高，為2.96umol·g，比對照增加了19.6%，而單紅光下，MDA含量最低，為2.42umol·g;而其他處理與對照無顯著差異。

3討論與結論

3.1不同LED光質(zhì)對番茄植株重量的影響

蔬菜幼苗的健壯與否會直接影響蔬菜作物后期的生長發(fā)育以及產(chǎn)量品質(zhì)，使用LED光源調(diào)控培育壯苗是目前研究的熱點.研究發(fā)現(xiàn)，紅光和藍光光譜對于植物生物量具有重要的影響，紅藍組合光促進了番茄、生菜和水稻五葉期幼苗生物量的積累。本試驗發(fā)現(xiàn)紅藍1：1組合下植株的干物質(zhì)積累量最大，且植株生長健壯，壯苗指數(shù)最大，這與崔瑾等的研究結果相似。

3.2不同LED光質(zhì)對番茄葉綠素含量和葉綠素熒光的影響

光合色素吸收的光譜不同，因此不同光質(zhì)對光合色素的調(diào)控作用不同。前人的研究發(fā)現(xiàn)，藍光能夠促進葉片中光合色素含量的增加，而紅光對葉綠素合成有抑制作用。本試驗中發(fā)現(xiàn)紅光和藍光處理下植株葉綠素含量無顯著差異，但紅藍組合光下的葉綠素含量較高，表明組合光更有利于葉片葉綠素的形成，這與Fan等在小青菜上的研究結果相似。本研究還表明紅光有利于葉綠素b的合成，葉綠素a//b的值較小，而藍光有利于葉綠素a的合成，葉綠素a/b的值較大，這與在生菜、一品紅等作物研究下得出的結果相同。

葉綠素熒光可用于環(huán)境變化對植物光系統(tǒng)Ⅱ光合結構影響的研究。電子傳遞效率越高，表明PSⅡ光化學效率越高，Yield則可反應出植株的光能轉化效率。光質(zhì)顯著地影響植物的葉綠素熒光參數(shù)，且光質(zhì)對PSⅡ活性的影響與植物種類相關。在對黃瓜的研究中發(fā)現(xiàn)，紅光處理下PSⅡ活性高于白光和藍光，而彩色甜椒的PSⅡ活性在白光處理下最高。本研究發(fā)現(xiàn)1R1B處理下的ETR和Yield均較高，表明紅藍1：1組合光下植株PSⅡ的光合電子傳遞速率較高，葉片捕獲和利用光的能力較強。qL是指由光化學反應引起的熒光水平的降低，其越大表明PSⅡ的電子傳遞活性越高，紅藍1：1組合光下qL數(shù)值是最高的.本試驗表明紅藍1：1組合光下較大部分的光能用于光化學反應而用于非光化學的能量卻很少。光質(zhì)可以調(diào)控光系統(tǒng)II的能量分配，這可能是引起不同光質(zhì)條件下作物光合作用差異的主要原因之一。NPQ代表不能用于光化學而以熱能釋放的能量，可反應植株的光保護能力，紅藍1：1組合光下NPQ數(shù)值較小，說明番茄植株以熱能的形式耗散的光能較少。Fv/Fm為暗適應下PSⅡ最大光化學效率，表示植株葉片吸收的光能轉化為光化學反應的最大效率，其值一般都比較恒定，本試驗中不同光處理下該數(shù)值沒有顯著性差異。

3.3不同LED光質(zhì)對番茄抗氧化酶的影響

超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）可以阻止膜脂過氧化，保護細胞膜不受傷害。前人研究發(fā)現(xiàn)，番茄和生菜幼苗葉片中的SOD和POD活性在藍光處理下顯著提高，而CAT活性則無明顯變化。本研究發(fā)現(xiàn)不同的光譜分布對抗氧化酶活性有影響，但是不顯著，只有POD的活性在紅光下顯著高于其他處理，說明單色紅光可能使番茄植株處于一定逆境環(huán)境。SOD是抗氧化酶系統(tǒng)中的第一道屏障，研究發(fā)現(xiàn)光質(zhì)對其的影響差異不大。丙二醛（MDA）含量能夠反映植株膜脂過氧化程度。本研究發(fā)現(xiàn)，植株MDA含量在紅藍1：1組合光下有所增加，但處理間無顯著差異.這些結果表明，光質(zhì)對不同植物的抗氧化酶活性影響不同，且單一色光與組合光對其影響也不完全相同。

綜上所述，本研究通過LED光源設置不同紅藍比例光質(zhì)，研究其對櫻桃番茄植株重量、葉綠素含量、葉綠素熒光參數(shù)以及抗氧化酶的影響，試驗發(fā)現(xiàn)使用紅藍組合光更適宜番茄植株的生長，其中以紅藍1：1組合光下植株的生長最佳，為后續(xù)的研究提供適宜櫻桃番茄生長的最優(yōu)光質(zhì)配比提供了理論基礎。