李聰聰 吉家曾 丁慧霞 陳增舉 彭旭

摘要? ? 以羅馬生菜為材料，研究在不同LED光質(zhì)下采前連續(xù)光照24、48、72 h對(duì)生物量和營養(yǎng)品質(zhì)的影響。結(jié)果表明，連續(xù)光照24 h后，生菜葉片中硝酸鹽含量大幅下降，隨著連續(xù)光照時(shí)間的增加，硝酸鹽含量趨于穩(wěn)定。地上鮮重、可溶性糖、VC含量在連續(xù)光照48 h后增幅最大，之后趨于穩(wěn)定?？扇苄缘鞍缀侩S連續(xù)光照時(shí)間的增長而輕微下降。R/B=4、連續(xù)光照48 h對(duì)生菜生物量及營養(yǎng)品質(zhì)的提高效果最好。

關(guān)鍵詞? ? 連續(xù)光照;光質(zhì);生菜;營養(yǎng)品質(zhì)

中圖分類號(hào)? ? S636.2? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼? ? A

文章編號(hào)? ?1007-5739（2019）16-0055-02? ? ? ? ? ? ? ? ? ?開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）

Abstract? ? Using Roman lettuce as the material，the effects of continuous lighting with different LED light quality for 24 h，48 h and 72 h before harvest on biomass and nutritional quality were studied. The results showed that nitrate content in lettuce leaves decreased significantly after 24 hours of continuous light. With the increase of continuous light time，nitrate content tended to stable. The content of fresh aboveground weight，soluble sugar and vitamin C increased most after 48 hours of continuous light and then stabilized. The soluble protein content decreased slightly with the increase of continuous light time. The R/B value was 4，and continuous light for 48 hours was the best way to improve the biomass and nutritional quality of lettuce.

Key words? ? continuous light;light quality;lettuce;nutritional quality

植物工廠是一種水肥一體化的高效生產(chǎn)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，但因其營養(yǎng)液及光照因素導(dǎo)致葉菜中的硝酸鹽含量過高，營養(yǎng)品質(zhì)有所降低[1]，對(duì)植物工廠的推廣不利。其中，光是影響植物硝酸鹽含量積累和調(diào)控營養(yǎng)品質(zhì)的重要因素[2-4]。光強(qiáng)、光質(zhì)、光周期都會(huì)影響植物的光合速率，從而影響植物對(duì)硝態(tài)氮的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和代謝過程。王忠全等[5]發(fā)現(xiàn)，水培蕹菜硝酸鹽含量隨著光強(qiáng)的增加而下降。周秋月等[6]發(fā)現(xiàn)，生菜中硝酸鹽含量積累與光強(qiáng)成顯著負(fù)相關(guān)。隨著人工光源LED燈技術(shù)的發(fā)展，對(duì)光質(zhì)的研究逐漸增多。聞? 婧等[7]指出，紅藍(lán)比為8的LED混合光下生長的硝酸鹽含量最低。目前，在植物工廠中降低葉菜硝酸鹽含量最多的方法是采收前連續(xù)光照。周晚來等[8]研究表明，采收前使用熒光燈進(jìn)行72 h連續(xù)光照，水培生菜的硝酸鹽含量顯著降低，同時(shí)生菜所含的可溶性糖和抗壞血酸含量顯著提高。余? 意等[9]研究發(fā)現(xiàn)，在紅藍(lán)組合光連續(xù)光照后，生菜葉柄、葉片中的硝酸鹽含量降低，抗壞血酸、可溶性糖及蛋白質(zhì)含量提高。

生菜作為植物工廠中最廣泛栽培的蔬菜[10]，如何調(diào)控其營養(yǎng)品質(zhì)尤為重要。目前，針對(duì)不同光質(zhì)在連續(xù)光照條件下對(duì)生菜生長的影響研究較少。本試驗(yàn)在強(qiáng)光條件下，研究了不同光質(zhì)在不同連續(xù)光照時(shí)間條件下對(duì)生菜生長及營養(yǎng)品質(zhì)的影響，以期為植物工廠環(huán)境下葉菜的品質(zhì)調(diào)控提供依據(jù)。

1? ? 材料與方法

1.1? ? 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2018年3—4月在廣州市八斗農(nóng)業(yè)科技有限公司密閉水培實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，供試作物為羅馬生菜。實(shí)驗(yàn)室溫度恒定在25 ℃。采用海綿塊育苗，15 d后選取長勢(shì)一致的羅馬生菜移栽到水培槽上，每個(gè)水培槽種植生菜12株，水培槽距燈光40 cm。燈光采用紅藍(lán)復(fù)合光，紅藍(lán)比為4∶1，總光強(qiáng)為250 μmol/（m2·s），光照時(shí)間為12 h。營養(yǎng)液為華南農(nóng)業(yè)大學(xué)葉菜改良B配方。長至22 d后，隨機(jī)取生菜5株作為對(duì)照。然后設(shè)置連續(xù)光照處理，設(shè)置3個(gè)不同光質(zhì)，分別為R/B=4∶1（T1）、R/B=1∶1（T2）、R/B=1∶4（T3），在連續(xù)光照24、48、72 h后分別取樣待測(cè)，每個(gè)處理3次重復(fù)。

1.2? ? 測(cè)定方法

每個(gè)處理及對(duì)照隨機(jī)取生菜5株，用電子天平測(cè)量地上鮮重。取新鮮葉片測(cè)定營養(yǎng)品質(zhì)，硝酸鹽含量采用水楊酸分光光度計(jì)法測(cè)定[11]，可溶性糖含量采用蒽酮比色法測(cè)定[11]，VC含量采用二甲苯萃取比色法測(cè)定[11]，可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250比色法測(cè)定[11]。

所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2007與SAS 8.2軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2? ? 結(jié)果與分析

2.1? ? 采前連續(xù)光照下生菜鮮重的變化

由圖1可知，在連續(xù)72 h光照下，不同R/B下生菜地上鮮重均隨著連續(xù)光照時(shí)間的增加呈現(xiàn)出先增加后輕微下降的趨勢(shì)。處理T1、T2、T3生菜鮮重在連續(xù)光照48 h后增幅最大，比對(duì)照分別增加了39.27%、47.61%、14.86%。相同的連續(xù)光照時(shí)間下，處理T2的地上鮮重均最大，與處理T3差異顯著。這表明R/B值為1時(shí)更利于提高生菜的地上鮮重。

2.2? ? 采前連續(xù)光照下生菜硝酸鹽含量的變化

由圖2可知，連續(xù)光照條件下，生菜硝酸鹽含量隨著時(shí)間的延長而下降，不同R/B的72 h連續(xù)光照處理下硝酸鹽含量降低了1.79～1.82 mg/g。各處理光質(zhì)下硝酸鹽含量變化過程基本一致，都表現(xiàn)為在連續(xù)光照的前24 h中迅速下降，降幅占72 h連續(xù)光照下全部降幅的82.9%，此后下降速度逐漸趨于緩慢，硝酸鹽含量趨于穩(wěn)定。在72 h連續(xù)光照下不同R/B處理間沒有顯著性差異。

2.3? ? 采前連續(xù)光照下生菜可溶性糖含量的變化

由圖3可知，連續(xù)72 h光照下，生菜可溶性糖含量呈現(xiàn)先增加后輕微下降的趨勢(shì)。在連續(xù)光照48 h后，生菜可溶性糖含量增幅最大，處理T1、T2、T3比對(duì)照分別增加192%、244%、178%。不同光質(zhì)之間在連續(xù)光照24 h時(shí)，處理T3與處理T1、T2可溶性糖含量差異顯著，在連續(xù)光照48 h和72 h時(shí)無顯著差異。

2.4? ? 采前連續(xù)光照下生菜VC含量的變化

由圖4可知，連續(xù)72 h光照下，生菜VC含量呈現(xiàn)先增加后輕微下降的趨勢(shì)。在連續(xù)光照48 h后，生菜VC含量增幅最大，處理T1、T2、T3比對(duì)照分別增加258%、172%、123%。不同光質(zhì)之間在連續(xù)光照24 h時(shí)，各處理VC含量差異不顯著;在連續(xù)光照48 h時(shí)，處理T1、T3差異顯著;在連續(xù)光照72 h時(shí)，處理T2與處理T1、T3之間差異顯著。

2.5? ? 采前連續(xù)光照下生菜可溶性蛋白含量的變化

由圖5可知，隨著連續(xù)光照時(shí)間的增長，生菜可溶性蛋白含量呈輕微下降趨勢(shì)，各光質(zhì)之間無顯著差異。

3? ? 結(jié)論與討論

本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，連續(xù)光照48 h，地上鮮重含量上升，但連續(xù)光照72 h時(shí)，地上鮮重比連續(xù)光照48 h有輕微下降，與一些學(xué)者研究結(jié)果不同[8]，這可能是由于本試驗(yàn)采取的光照強(qiáng)度為250 μmol/（m2·s），光強(qiáng)過大而又長時(shí)間照射對(duì)植物生長產(chǎn)生了光抑制作用。連續(xù)光照后，生菜中的硝酸鹽含量顯著降低。有研究表明，光可誘導(dǎo)硝酸還原酶編碼基因的表達(dá)并提高硝酸還原酶的活性，從而促進(jìn)植物硝酸鹽同化[12]。此外，光合產(chǎn)物除了提供植物硝酸鹽同化所需的能量及碳架外，葉片內(nèi)糖分的積累也提高了NR活性，這些都促進(jìn)植物硝酸鹽還原同化從而使硝酸鹽含量降低[13]。本試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在連續(xù)光照72 h后，硝酸鹽含量比連續(xù)光照48 h又出現(xiàn)輕微上升趨勢(shì)，一方面，可能是因?yàn)殚L時(shí)間連續(xù)光照引起植物光惡化能力降低和光能等價(jià)物的減少，進(jìn)而引起硝酸鹽同化量減少;另一方面，過量的連續(xù)光照產(chǎn)生了光脅迫，導(dǎo)致NiR活性迅速下降，為防止亞硝酸鹽在葉片中過量積累對(duì)細(xì)胞造成毒害作用，葉片中的亞硝酸鹽通過反饋調(diào)節(jié)使NR活性降低，最終引起硝酸鹽在葉片中的再次積累。也有研究表明，NO3-在調(diào)節(jié)植物側(cè)根生長、養(yǎng)分吸收、氮素代謝和有機(jī)酸代謝過程中有重要作用。因此，植物體內(nèi)必須維持一定量的硝酸鹽，以保證其正常生長發(fā)育[14]，這也一定程度解釋了連續(xù)72 h光照后硝酸鹽含量又有輕微上升的原因。

采前連續(xù)光照48 h后，生菜中的可溶性糖、VC含量均顯著提高。持續(xù)光照下，植物開始長時(shí)間的光合作用，產(chǎn)生大量碳水化合物，使可溶性糖含量迅速升高。此外，連續(xù)的光照又誘導(dǎo)VC合成代謝中多種編碼基因的表達(dá)和相應(yīng)酶?活性的增加，從而使VC合成代謝加快，VC含量增加[8]。葉片中可溶性蛋白含量隨著采前連續(xù)光照時(shí)間出現(xiàn)了下降但逐漸保持穩(wěn)定，這可能是因?yàn)檫^量的光脅迫導(dǎo)致植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)的破壞及蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)的降解。

有研究表明，不同R/B連續(xù)短期光照對(duì)生菜品質(zhì)影響不同，紅藍(lán)光比在4時(shí)最有利于降低水培生菜中的硝酸鹽含量而提高可溶性糖含量[15]。本試驗(yàn)也對(duì)不同的光質(zhì)進(jìn)行了研究。處理R/B=4∶1在連續(xù)光照48 h后硝酸鹽含量降到最低，VC含量最高，可溶性糖含量隨著光照時(shí)間增加一直提高。當(dāng)藍(lán)光比例逐漸增大時(shí)，硝酸鹽含量降低幅度逐漸減少，這可能是因?yàn)橄跛徇€原酶的輔基有黃素腺嘌呤二核苷酸和嘌呤，而藍(lán)光的受體的生色團(tuán)就含有黃素和嘌呤，所以藍(lán)光很可能對(duì)NR具有刺激作用。

綜上所述，通過采前連續(xù)光照可以提高生菜的地上鮮重和營養(yǎng)品質(zhì)。R/B值為4、連續(xù)光照時(shí)間為48 h時(shí)對(duì)生菜的營養(yǎng)品質(zhì)提升效果最好。

4? ? 參考文獻(xiàn)

[1] 楊其長，陳曉麗，李琨，等.人工光植物工廠系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù)，2018（7）：14-19.

[2] 劉立功，徐志剛，崔瑾，等.光環(huán)境調(diào)控及LED在蔬菜設(shè)施栽培中的應(yīng)用和前景[J].中國蔬菜，2009（14）：1-5.

[3] 余春梅，李斌，李世民，等.擬南芥和作物中維生素C生物合成與代謝研究進(jìn)展[J].植物學(xué)報(bào)，2009，44（6）：643-655.

[4] 齊連東，劉世琦，許莉，等.光質(zhì)對(duì)菠菜草酸、單寧及硝酸鹽積累效應(yīng)的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2007，23（4）：201-205.

[5] 王忠全，吳志鵬，周子平.氮源配比及光強(qiáng)對(duì)水培蔬菜生長和營養(yǎng)品質(zhì)的影響[J].上海蔬菜，2005（1）：70-71.

[6] 周秋月，吳沿友，許文祥，等.光強(qiáng)對(duì)生菜硝酸鹽積累的研究[J].農(nóng)機(jī)化研究，2009（1）：189-192.

[7] 聞婧，鮑順淑，楊其長，等.LED光源R/B對(duì)葉用萵苣生理性狀及品質(zhì)的影響[J].中國農(nóng)業(yè)氣象，2009，30（3）：413-416.

[8] 周晚來，劉文科，聞婧，等.短期連續(xù)光照下水培生菜品質(zhì)指標(biāo)變化及其關(guān)聯(lián)性分析[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2011，19（6）：1319-1323.

[9] 余意，楊其長，劉文科.弱光條件下光質(zhì)與連續(xù)光照對(duì)水培生菜生長與品質(zhì)的影響[J].照明工程學(xué)報(bào)，2016，27（2）：103-106.

[10] 滕星，高星愛，姚麗影，等.植物工廠水培生菜技術(shù)研究進(jìn)展[J].東北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，42（1）：40-45.

[11] 李合生.植物生理生化試驗(yàn)原理和技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2000.

[12] LILLO C.Light regulation of nitrate uptake，assimilation and metabolism[M]//Amancio S，Stulen I.Plant ecophysiology dordecht.Kluwer Academic Publisher，2004：149-184.

[13] HUBER S C，HUBER J L，CAMPBELL W H，et al. Comparative studies of the light modulation of nitrate reductase and sucrose phosphate synthase avtivities in spinach leaves[J].Plant Physiol，1992，100（2）：706-712.

[14] 田華，段美洋，王蘭.植物硝酸還原酶功能的研究進(jìn)展[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2009，25（10）：96-99.

[15] 楊其長，魏靈玲，劉文科.植物工廠系統(tǒng)與實(shí)踐[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012.