錢創(chuàng)建 宿飛飛 王紹鵬 劉振宇 張微 夏善勇 盛萬民

摘 要：為了探究LED光源在馬鈴薯微型薯日光溫室繁育中的作用，以馬鈴薯脫毒試管苗克新13號為試材，以溫室內(nèi)自然光照為對照，利用LED混合光源綠光∶藍光∶紅光= 1∶1∶3對脫毒試管苗進行補光，研究現(xiàn)代化全光溫室中LED光源補光對微型薯結(jié)薯特性的影響。結(jié)果表明，LED光源補光后微型薯的結(jié)薯數(shù)量和總質(zhì)量分別提高了10.0%和14.4%;除了0～10 g級別的微型薯外，其他級別微型薯的結(jié)薯總數(shù)量和結(jié)薯總質(zhì)量均有所提高。綜上所述，LED混合光源綠光∶藍光∶紅光= 1∶1∶3處理可以增加日光溫室微型薯生產(chǎn)的數(shù)量和質(zhì)量，LED人工補光條件下11～20 g、21～30 g、31～40 g各級別微型薯質(zhì)量和微型薯數(shù)量分別為對照條件下的1.1、1.7、2.4倍和1.3、1.6、2.4倍，這將為馬鈴薯微型薯日光溫室生產(chǎn)中補充光源的選擇提供參考。

關(guān)鍵詞：馬鈴薯;微型薯;LED光源;日光溫室

中圖分類號：S532 文獻標志碼：A 文章編號：1673-2871（2021）07-054-04

Effect of LED lighting on the production characteristics of virus-free potato minituber in solar greenhouse

QIAN Chuangjian1，2， SU Feifei2， WANG Shaopeng2， LIU Zhenyu2， ZHANG Wei3， XIA Shanyong2， SHENG Wanmin2

（1. Postdoctoral Programme， Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences， Harbin 150086， Heilongjiang， China; 2. Potato Institute， Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences， Harbin 150086， Heilongjiang， China; 3. Biotechnology Institute， Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences， Harbin 150086， Heilongjiang， China）

Abstract： In order to find out the action of LED light source in production of potato minituber in solar greenhose， Kexin 13 hao was taken as experimental material， natural light in the greenhouse as CK， the LED mixed light source green ： blue ： red = 1：1：3 was used to supplement the light of virus-free test tube seedlings， and study the influence of LED light source on the production characteristics of potato minituber. The results showed that the effect of LED on the production of potato minituber is very obvious. Compared with CK， the number and the total weight of potato minituber increased by 10.0% and 14.4%， respectively in LED lighting treatment. The total number and the total weight of other grades were improved except for 0-10 g grade potato minituber. In conclution that the treatment of LED mixed light source green ： blue ： red = 1：1：3 could increase the quantity and weight of potato minituber in solar greenhouse. The weight and quantity of potato minituber of 10-20 g， 20-30 g， 30-40 g in LEDs lighting treatment were 1.1， 1.7， 2.4 times and 1.3， 1.6， 2.4 times as big as control， respectively. These provide guide for the selection of supplementary light source in the production of potato minituber in solar greenhouse.

Key words： Potato; Potato minituber; LED light source; Solar greenhouse

隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略的提出，以及馬鈴薯加工業(yè)的飛速發(fā)展，馬鈴薯栽培成為種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和增加農(nóng)民收入的一項重要戰(zhàn)略選擇。馬鈴薯脫毒種薯（微型薯）是種薯繁育的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，各級種薯的生產(chǎn)與應(yīng)用都會受到微型薯質(zhì)量和數(shù)量的影響[1]。光既是植物葉片進行光合作用的根本能源，也是植物生長、發(fā)育和分化的調(diào)節(jié)因子，植物體通過不同的光受體感受不同性質(zhì)的光信號，察覺生長環(huán)境中光質(zhì)、光強、光照時間和方向的變化來啟動生存所必需的生理和形態(tài)結(jié)構(gòu)的變化[2-4]。光對設(shè)施內(nèi)（日光溫室）作物生長發(fā)育和產(chǎn)量品質(zhì)形成的影響十分顯著[5]。LED光源由于具有波譜寬度小、波長專一，以及與植物光合作用和光形態(tài)建成的光譜范圍吻合、光能有效利用率高、發(fā)熱量少等顯著優(yōu)點，已被廣泛應(yīng)用于植物生理或栽培領(lǐng)域研究中[6-9]。目前LED光源在植物產(chǎn)業(yè)中主要應(yīng)用于植物工廠，大批量組培育苗，生產(chǎn)經(jīng)濟價值高的經(jīng)濟作物等，日本、美國等偏重于植物工廠，荷蘭、比利時等偏重于溫室補光，國內(nèi)主要用于設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)高產(chǎn)值的蔬菜作物，如西紅柿、黃瓜和生菜等[2]。LED光源在馬鈴薯種質(zhì)資源試管苗保存中也有廣泛應(yīng)用[10-12]，陳麗麗等[13]研究表明，單色紅、綠光源LED培養(yǎng)的組培苗可以縮短培養(yǎng)周期，節(jié)約成本;單色藍光下培養(yǎng)的早熟馬鈴薯組培苗移栽后表現(xiàn)出良好的結(jié)薯性能;紅藍和紅藍綠復(fù)色光更有利于培育壯苗。柳紅[14]研究表明，紅光、紅藍光更有利于組培苗形態(tài)與生理的健康生長，有利于營養(yǎng)物質(zhì)的大量積累，紅藍紫光下組培苗的莖粗和株高較大，根數(shù)較多。

然而LED光源在馬鈴薯微型薯日光溫室繁育中的研究尚未見報道。因此，筆者以自育馬鈴薯新品種脫毒試管苗為材料，在日光溫室中研究LED 補光對微型薯結(jié)薯特性的影響，明確LED 光源在馬鈴薯微型薯生產(chǎn)中的作用，為提高微型薯的生產(chǎn)效率、降低微型薯的生產(chǎn)成本提供參考，同時為新光源在馬鈴薯微型薯日光溫室設(shè)施栽培中的推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料

供試馬鈴薯品種為克新13號，由黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院馬鈴薯研究所提供，為中晚熟品種。

1.2 方法

試驗于2019年4—10月在黑龍江省馬鈴薯工程技術(shù)研究中心現(xiàn)代化全光溫室內(nèi)（45 °41 ′2 ″N，126 °36 ′51 ″E）進行。溫室為節(jié)能型日光溫室，苗床長17 m，寬1.6 m。移苗前15 d左右進行苗床準備。苗床基質(zhì)為草炭土，厚度約為10 cm，用50%辛硫磷乳油2000倍液和50%多菌靈可濕性粉劑1000倍液進行滅菌殺蟲。移苗前，對試管苗進行煉苗，以試管苗綠色小葉展開為煉苗結(jié)束。選用健壯無菌、葉子展開較大的幼苗定植于苗床，行株距為7.0 cm×5.0 cm，采用隨機區(qū)組設(shè)計，3次重復(fù)，小區(qū)面積4.8 m2，馬鈴薯總株數(shù)1370株。溫室環(huán)境溫度控制在18～25 ℃，日常管理參照黑龍江省馬鈴薯工程技術(shù)研究中心《脫毒馬鈴薯原原種標準化生產(chǎn)操作規(guī)程》。

光源采用易生石木（北京）生物科技有限公司生產(chǎn)的LED特定光譜燈（植物組織培養(yǎng)專用），型號YS-LED-18 E，電壓AC 100～270 V，功率18 W，綠光、藍光和紅光光源的設(shè)置為1∶1∶3（選取的燈源為前期黑龍江省馬鈴薯生物學(xué)與品質(zhì)改良重點實驗室研究總結(jié)而來，綠光、藍光和紅光的峰值波長分別為525、450、660 nm），光源距離苗床高度85 cm，此處光照度為770 lx（圖1）。待幼苗展開3片真葉進行LED補光（T），以日光溫室自然光為對照（CK）。補光時間為每天8：00—17：00，收獲前2周結(jié)束補光。

收獲時使用精確至0.1 g的電子天平（JY5001）對各小區(qū)馬鈴薯原原種塊莖質(zhì)量按照大小分為五級，即0～10 g、11～20 g、21～30 g、31～40 g、41～50 g，分別統(tǒng)計各級塊莖的數(shù)量和質(zhì)量。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理及分析

采用Microsoft Excel 2013整理數(shù)據(jù)，采用 SPSS 26.0 （IBM Corp.， Armonk， NY， US）統(tǒng)計分析軟件處理數(shù)據(jù)，對處理組與對照組調(diào)查數(shù)據(jù)的平均值進行方差分析（ANOVA）（LSD）。使用GraphPad Prism 8.0進行繪圖[15]。

2 結(jié)果與分析

2.1 LED補光對單位面積微型薯質(zhì)量和塊莖數(shù)量的影響

由圖2～3可知，LED補光對溫室微型薯生產(chǎn)有一定影響。從塊莖外部形態(tài)上看， LED補光處理后微型薯塊莖多數(shù)大于溫室自然光下塊莖。LED補光處理后單位面積微型薯塊莖數(shù)量高于溫室自然光處理，但2個處理之間塊莖數(shù)量差異不顯著;LED補光處理后單位面積塊莖總質(zhì)量顯著高于溫室自然光處理。溫室自然光下微型薯結(jié)薯數(shù)量為239.9?！-2，微型薯總產(chǎn)量為1.25 kg·m-2;進行LED補光后微型薯的結(jié)薯數(shù)量為264.0?！-2，微型薯總產(chǎn)量為1.43 kg·m-2，LED補光處理單位面積微型薯數(shù)量和產(chǎn)量分別提高10.0%、14.4%。

2.2 LED補光對單位面積不同級別微型薯質(zhì)量的影響

由圖4可知，溫室自然光下0～10 g級別的微型薯質(zhì)量高于LED人工補光條件處理，其他級別的微型薯生產(chǎn)質(zhì)量均表現(xiàn)為LED人工補光處理高于溫室自然光處理，但2個處理相同級別的微型薯質(zhì)量差異不顯著。LED人工補光下10～20 g、21～30 g、31～40 g各級別微型薯質(zhì)量分別為對照的1.1、1.7、2.4倍，溫室自然光下無41～50 g級別的微型薯形成。

2.3 LED補光對單位面積不同級別微型薯塊莖數(shù)量的影響

由見圖4、圖5可知，LED補光對單位面積不同級別微型薯塊莖數(shù)量和質(zhì)量的影響趨勢一致。除了0～10 g級別的微型薯外，在其他微型薯級別中，LED人工補光均有利于微型薯數(shù)量的增加。LED人工補光下11～20 g、21～30 g、31～40 g各級別微型薯數(shù)量分別為對照的1.3、1.6和2.4倍。41～50 g級別的微型薯生產(chǎn)中進行LED人工補光后可達1.67?！-2。

3 討論與結(jié)論

光作為一種環(huán)境信號和能源，通過光合作用對設(shè)施作物生長發(fā)育和產(chǎn)量品質(zhì)有顯著影響[4]。植物周圍環(huán)境光強和光質(zhì)的變化可以改變植物的生長特性、葉的品質(zhì)、花的形成以及病蟲害的防控。由于LED具有體積小、波長專一、安全、質(zhì)量輕和壽命長等優(yōu)點[16]，它目前主要用于植物工廠、組培育苗、溫室補光等方面[2]?？墒荓ED光源在馬鈴薯微型薯日光溫室繁育研究中少見，本研究表明綠、藍、紅光混合色的LED光源在馬鈴薯微型薯日光溫室繁育中也有較好的表現(xiàn)，LED補光對溫室微型薯的生產(chǎn)影響十分明顯，從塊莖形態(tài)上看，LED補光處理后塊莖大。進行LED補光后微型薯的結(jié)薯數(shù)量和總質(zhì)量均有所提高，分別提高了10.0%和14.4%。從微型薯的不同級別比較來看，除了0～10 g級別外，其他級別的微型薯結(jié)薯總數(shù)和結(jié)薯總質(zhì)量均表現(xiàn)為綠、藍、紅光混合色LED人工補光后要提高一些。這些都可能與紅藍組合光譜有利于植物光合產(chǎn)物的積累有關(guān)，紅藍組合光譜可以增加植株幼苗葉片的光合速率，提高可溶性蛋白、可溶性糖、碳水化合物和游離氨基酸等的含量，促進光合產(chǎn)物在植株根、葉、莖中的均衡分布[17-20]。同時，紅光藍光配比也可以增大葉片柵欄組織厚度、氣孔密度、氣孔開張度和光合速率[21]，這也可能是促進微型薯結(jié)薯總數(shù)量和結(jié)薯總質(zhì)量增加的原因。另外，以前大家認為綠光被植物葉片吸收的較少，是植物無用的光譜[22]，但是隨著研究的不斷深入，發(fā)現(xiàn)綠光可以滲透進入植物的下層葉片，促進下層葉片的發(fā)育，在紅藍光組合光譜中添加綠光有利于光合產(chǎn)物、干物質(zhì)的積累[23]。在紅藍組合光譜中添加綠光，菊花組培苗的可溶性糖、碳水化合物和游離氨基酸的含量均最高[24]，番茄幼苗的總淀粉含量最高[20]。因此本試驗中綠、藍、紅光組合光譜為馬鈴薯微型薯的生長積累了大量的有機物質(zhì)，從而可以提高微型薯的結(jié)薯率和薯塊質(zhì)量。光質(zhì)影響可溶性糖含量的原因很多，可能是影響了碳水化合物的吸收改變了可溶性糖含量[25]，也可能是光質(zhì)的改變誘導(dǎo)了光敏色素對蔗糖代謝酶的調(diào)控，促進了蔗糖代謝相關(guān)酶活性的提高，從而積累更多的光合作用產(chǎn)物[26-27]。

綜上所述，與對照光源處理相比，LED混合光源綠光∶藍光∶紅光= 1∶1∶3處理可以增加日光溫室微型薯生產(chǎn)的數(shù)量和質(zhì)量。因此，綠光∶藍光∶紅光= 1∶1∶3配比的LED混合光源可以作為馬鈴薯微型薯日光溫室生產(chǎn)中補充光源的選擇依據(jù)。

參考文獻

[1] 郝智勇.馬鈴薯微型薯生產(chǎn)技術(shù)[J].黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017（8）：142-144.

[2] 許大全，高偉，阮軍.光質(zhì)對植物生長發(fā)育的影響[J].植物生理學(xué)報，2015，51（8）：1217-1234.

[3] 陳祥偉，劉世琦，王越，等.不同LED光源對烏塌菜生長、光合特性及營養(yǎng)品質(zhì)的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2014，25（7）：1955-1962.

[4] 崔曉輝.LED補光對薄皮甜瓜幼苗生長及果實品質(zhì)的影響[D].沈陽：沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)，2017.

[5] 劉文科，楊其長.設(shè)施農(nóng)業(yè)照明新光源：發(fā)光二極管（LED）[J].科技導(dǎo)報，2014，32（6）：12.

[6] KIM S J，HAHN E J，HEO J W，et al.Effects of LEDs on net photosynthetic rate，growth and leaf stomata of chrysanthemum plantlets in vitro[J].Scientia Horticulturae，2003，101（1/2）：143-151.

[7] 魏靈玲，楊其長，劉水麗.LED在植物工廠中的研究現(xiàn)狀與應(yīng)用前景[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2007，23（11）：408-411.

[8] 崔瑾，徐志剛，邸秀茹.LED在植物設(shè)施栽培中的應(yīng)用和前景[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2008，24（8）：249-253.

[9] 劉再亮，馬承偉，楊其長.設(shè)施環(huán)境中紅光與遠紅光比值調(diào)控的研究進展[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2004，20（1）：270-273.

[10] WILKEN D，JIMENEZ G E，GERTH A，et al.Effect of immersion systems，lighting，and TIS designs on biomass increase in micropropagating banana （Musa spp.cv.‘Grande naine AAA） [J].In Vitro Cellular & Developmental Biology-Plant，2014，50（5）：582-589.

[11] 姜麗麗，孟佳美，楊丹婷，等.LED光源不同光質(zhì)對馬鈴薯試管苗生長的影響[J].中國馬鈴薯，2018，32（5）：266-271.

[12] 孫邦升.LED光源在馬鈴薯種質(zhì)資源試管苗保存中的應(yīng)用[J].中國馬鈴薯，2010，24（2）：69-72.

[13] 陳麗麗，曾昭海，胡躍高，等.不同波長LED光源及其組合在馬鈴薯組培苗生產(chǎn)上的應(yīng)用[C]//中國農(nóng)學(xué)會耕作制度分會.中國農(nóng)學(xué)會耕作制度分會2018年度學(xué)術(shù)年會論文摘要集，2018：80.

[14] 柳紅.LED光源對馬鈴薯組培苗的影響研究[D].長春：吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)，2012.

[15] 錢創(chuàng)建，李慶全，南相日，等.黑龍江生態(tài)條件下馬鈴薯不同葉位葉片光合特性[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2019，47（19）：89-94.

[16] BARTA D J，TIBBITTS T W，BULA R J，et al.Evaluation of light emitting diode characteristics for a space-based plant irradiation source[J].Advances in Space Research，1992，12（5）：141-149.

[17] 楊紅飛，楊長娟，任興平，等.LED不同光質(zhì)對洋桔梗組培苗可溶性蛋白含量的影響[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2011（21）：11-12.

[18] 崔瑾，馬志虎，徐志剛，等.不同光質(zhì)補光對黃瓜、辣椒和番茄幼苗生長及生理特性的影響[J].園藝學(xué)報，2009，36（5）：663-670.

[19] 邸秀茹，焦學(xué)磊，崔瑾，等.新型光源LED輻射的不同光質(zhì)配比光對菊花組培苗生長的影響[J].植物生理學(xué)通訊，2008，44（4）：661-664.

[20] 常濤濤，劉曉英，徐志剛，等.不同光譜能量分布對番茄幼苗生長發(fā)育的影響[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，43（8）：1748-1756.

[21] 李小娥，黃遠，苗田田，等.不同紅藍LED組合光源對西瓜幼苗生長和生理參數(shù)的影響[J].中國瓜菜，2015，28（3）：14-17.

[22] FOLTA K M，MARUHNICH S A.Green light：a signal to slow down or stop[J].Journal of Experimental Botany，2007，58（12）：3099-3111.

[23] KIM H H，GOINS G D，WHEELER R M，et al.Stomatal conductance of lettuce grown under or exposed to different light qualities[J].Annals of Botany，2004，94（5）：691-697.

[24] 魏星，顧清，戴艷嬌，等.不同光質(zhì)對菊花組培苗生長的影響[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2008，24（12）：344-349.

[25] 林小蘋，賴鐘雄，黃淺.光質(zhì)對植物離體培養(yǎng)的影響[J].亞熱帶農(nóng)業(yè)研究，2008，4（1）：73-80.

[26] KASPERBAUER M J.Strawberry yield over red versus black plastic mulch[J].Crop Science，2000，40（1）：171-174.

[27] 劉林，許雪峰，王憶，等.不同反光膜對設(shè)施葡萄果實糖分代謝與品質(zhì)的影響[J].果樹學(xué)報，2008，25（2）：178-181.