郭玉姣，蔣建萍

（岳陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南岳陽 414006）

在植物生長過程中，其所處環(huán)境的光照、空氣、養(yǎng)分、水分及溫度等因素都會對其生長產(chǎn)生影響，其中光照強度是影響植物生長發(fā)育的重要因素之一。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，水培技術(shù)逐漸成熟，利用水培技術(shù)種植菠菜可有效提高土地利用率，同時通過智能管理體系對菠菜種植過程中的各項環(huán)境條件進(jìn)行精準(zhǔn)控制，能有效提升菠菜產(chǎn)量和品質(zhì)。本試驗探究不同紅藍(lán)LED 光強變化模式對水培菠菜生長和品質(zhì)的影響，以期培養(yǎng)出品質(zhì)更好、營養(yǎng)價值更高的菠菜產(chǎn)品。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗時間為2021年10月1日至11月6日，試驗地點為岳陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院密閉植物實驗室。試驗過程中將實驗室的環(huán)境溫度控制在18～20 ℃、濕度保持在40%～50%。

供試菠菜品種為原產(chǎn)于荷蘭的三季豐菠菜王。將菠菜種子播種在2.5 cm×2.5 cm×2.5 cm的海綿塊中心凹槽中，當(dāng)菠菜幼苗生長出2 片真葉后，選擇大小一致且生長健壯的幼苗移栽到45.0 cm×45.0 cm×10.0 cm 的水培床上，并進(jìn)行光照處理[1]。

營養(yǎng)液配方：0.75 mmol·L-1硫酸鉀、0.5 mmol·L-1磷酸二氫鉀、0.65 mmol·L-1七水合硫酸鎂、1.0×10-3mmol·L-1硼酸、1.0×10-3mmol·L-1一水硫酸錳、1.0×10-4mmol·L-1五水硫酸銅、1.0×10-3mmol·L-1七水硫酸鋅、5×10-6mmol·L-1四水鉬酸氨、0.1 mmol·L-1乙二胺四乙酸鐵鈉及4 mmol·L-1四水硝酸鈣[2]。

1.2 試驗設(shè)計

通過LED 紅藍(lán)光組合燈板對菠菜進(jìn)行光照處理。紅藍(lán)燈板的尺寸為50 cm×50 cm，其中紅光（R）波長為658 nm，藍(lán)光（B）波長為447 nm。將菠菜的光照時間設(shè)置在每天的06:00—24:00，并平均分為6個時間段（06: 00—9: 00、09: 00—12: 00、12: 00—15: 00、15:00—18:00、18:00—21:00、21:00—24:00），同一時間段內(nèi)試驗條件保持不變。試驗共設(shè)置4 個處理，將實驗光質(zhì)按照紅藍(lán)光比例R∶B=4∶1 設(shè)計，并控制各處理的日累計光積分相等[3]。對照組（CK）為恒定強光，光照強度為200 μmol·cm-2·s-1；L1 處理為光照強度先增強后減弱，光照強度變化情況為150-200-250-250-200-150（單位為μmol·cm-2·s-1，下同）；L2處理為光照強度減弱增強循環(huán)，光照強度變化情況為250-150-250-150-250-150；L3 處理為光照強度先減弱后增強，光照強度變化情況為250-200-150-150-200-250。

1.3 測量指標(biāo)和方法

在處理后的7 d、14 d、21 d，每個處理隨機選取3 株參試植株，分別對被選取菠菜的株高、莖直徑、葉片數(shù)量、最大葉面積、地上部分鮮質(zhì)量和地下根部鮮質(zhì)量進(jìn)行測定，計算菠菜的生物產(chǎn)量和根冠比，并在處理后21 d 測量菠菜的生長品質(zhì)指標(biāo)（可溶性糖含量、蛋白質(zhì)含量、維生素C含量、硝酸鹽含量）。

用直尺測量菠菜的株高；用游標(biāo)卡尺測量菠菜的莖直徑；直接計算菠菜的葉片數(shù)量；用EPSON Expression 11000XL 掃描測量菠菜的最大葉面積；利用電子天平測定菠菜地上部鮮質(zhì)量和地下部鮮質(zhì)量；采用蒽酮比色法測定菠菜可溶性糖含量；采用考馬斯亮藍(lán)法測定菠菜蛋白質(zhì)含量；采用二甲苯萃取比色法測定菠菜維生素C 含量；采用水楊酸法測定菠菜硝酸鹽含量[4]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 22.0軟件對統(tǒng)計數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并進(jìn)行方差分析和多重比較[5]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對菠菜形態(tài)指標(biāo)的影響

由表1 可知，在處理后7 d，各處理菠菜株高表現(xiàn)為L1＞CK＞L2＞L3；在處理后14 d，各處理菠菜株高表現(xiàn)為CK＞L2＞L1＞L3；在處理后21 d，各處理菠菜株高表現(xiàn)為L1＞L2＞CK＞L3。由此可見，隨著時間變化，處理L1菠菜株高顯著優(yōu)于其他處理；對照組在7～14 d 生長速度較快，但后期生長速度下降，最終表現(xiàn)與L2一致；L3表現(xiàn)最差。

表1 不同紅藍(lán)LED光照強度處理下菠菜形態(tài)指標(biāo)

在處理后7 d，各處理菠菜莖直徑表現(xiàn)為L1＞L2＞CK＞L3；在處理后14 d，各處理菠菜莖直徑表現(xiàn)為CK＞L1＞L2＞L3；在處理后21 d，各處理菠菜莖直徑表現(xiàn)為L1＞L2＞CK＞L3。其中，生長初期各處理莖直徑差異不大，生長后期L1處理莖直徑顯著高于其他處理組。

在處理后7 d，各處理菠菜最大葉面積表現(xiàn)為L3＞L1＞L2＞CK；在處理后14 d，各處理菠菜最大葉面積表現(xiàn)為L2＞L3＞CK＞L1；在處理后21 d，各處理菠菜最大葉面積表現(xiàn)為L3＞L2＞L1＞CK。雖然L3 處理的株高和莖直徑表現(xiàn)不佳，但最大葉面積顯著大于其他處理；對照組最大葉面積表現(xiàn)最差。

在整個生長周期，各處理菠菜葉片數(shù)量差異不顯著，說明不同紅藍(lán)LED 光照強度變化模式對菠菜葉片數(shù)量的影響不大。

根據(jù)上述分析，不同紅藍(lán)LED 光照強度變化模式對水培菠菜形態(tài)指標(biāo)的影響主要表現(xiàn)在株高、莖直徑和最大葉面積3 個方面。處理L1 對菠菜的株高和莖直徑的促進(jìn)作用較為顯著；處理L3對菠菜最大葉面積的促進(jìn)作用較為顯著。這說明改變LED紅藍(lán)光光強能夠改變菠菜的生長速度，在相同DLI下，處理L1可以提升菠菜的生長速度，而處理L3則可以增大菠菜的最大葉面積。

2.2 不同處理對菠菜生物量及根冠比的影響

由表2 可知，在處理后7 d，處理L3 菠菜地上部鮮質(zhì)量為2.01 g，優(yōu)于其他3 種處理方式；處理L2 菠菜地下部鮮質(zhì)量最大，為0.061 g。隨著菠菜的生長，在處理后14 d，處理L1 菠菜地上部鮮質(zhì)量最大，為4.01 g；處理L2 菠菜地下部鮮質(zhì)量最大，為0.213 g。在處理后21 d，處理L3 菠菜地上部鮮質(zhì)量最大，為6.17 g；處理L2 菠菜地下部鮮質(zhì)量最大，為0.331 g。這說明光照強度的變化對菠菜的生物量會產(chǎn)生顯著的影響。處理L2的根冠比在整個生長周期內(nèi)均較高，對照組的根冠比在整個生長周期內(nèi)均較低，說明L2處理更有利于菠菜的根系發(fā)育。

表2 不同紅藍(lán)LED光照強度處理下菠菜生物量及根冠比

2.3 不同處理對菠菜品質(zhì)的影響

由表3 可知，處理后21 d，處理L3 菠菜的可溶性糖含量最高，為11.54 mg·g-1。由此可見，光照強度先降后升能夠提高菠菜可溶性糖的含量。處理L1菠菜的蛋白質(zhì)含量和維生素C含量最高，分別為12.56 mg·g-1和44.23 μg·g-1，說明將光照強度調(diào)整為先升高再降低的模式有利于菠菜蛋白質(zhì)和維生素C 的累積。此外，處理L3菠菜的硝酸鹽含量最低，而對照組最高，說明光照強度變化模式有利于菠菜的營養(yǎng)物質(zhì)積累和降低硝酸鹽含量，有助于改善菠菜品質(zhì)。

表3 不同紅藍(lán)LED光照強度處理下菠菜品質(zhì)

3 結(jié)論

試驗結(jié)果表明，改變LED 紅藍(lán)光光照強度會對水培菠菜的生長產(chǎn)生影響。相較于恒定的光照強度模式，不同紅藍(lán)LED 光照強度變化模式對水培菠菜形態(tài)指標(biāo)的影響主要表現(xiàn)在株高、莖直徑和最大葉面積3 個方面，能夠加快菠菜的生長速度；L3 處理模式能夠保證水培菠菜具備較高的地上部鮮質(zhì)量；LED 紅藍(lán)光光強變化可以有效增加菠菜中可溶性糖含量、蛋白質(zhì)含量及維生素C 含量，降低硝酸鹽含量。綜上，L1處理（光強強度先增強后減弱）不僅能夠更好地兼顧水培菠菜的生長速度和營養(yǎng)價值，而且有利于培育出更加優(yōu)質(zhì)的菠菜產(chǎn)品，適合推廣應(yīng)用。