影響芹菜產量和品質的有效光質研究

范柯程　張新梅

摘要[目的]研究影響芹菜產量和品質的有效光質。[方法]以芹菜（Apium graveolens L.）為材料，在快速生長期用透光率相近的紅、藍有色薄膜分別對其進行全程遮光處理，或與自然光交替處理35 d，研究實際生產條件下，光質對芹菜生長和有效成分積累的影響，并分析了最終的產量和經濟收益。[結果]與自然光處理（CK）相比，全程紅膜處理（T1）促進了芹菜的伸長生長，但不利于葉綠素和黃酮的積累，全程藍膜處理（T3）提高了葉綠素和黃酮含量，但抑制了芹菜的生長和黃酮總產量的提高，全程覆有色薄膜的2個處理芹菜纖維素含量均有改善，但整體產量和品質均下降，經濟收益減少。紅膜與自然光交替處理（T2）促進了芹菜的伸長生長、橫向生長以及葉芽分化，同時改善了纖維素水平，提高了黃酮的產量，最終提升了芹菜的產量和品質，經濟收益增加；藍膜與自然光交替處理（T4）各項指標與CK相當。[結論]各色薄膜與自然光交替處理效果好于全程遮蓋有色膜處理。

關鍵詞芹菜；有色薄膜；光質；有效成分；經濟效益

中圖分類號S636.3文獻標識碼

A文章編號0517-6611（2017）20-0056-04

Abstract[Objective]To study the effective light quality on yield and character of Apium graveolens L..[Method]The A.graveolens L. was cultured with colored films of similar transmittance for 35 d，adding or without adding alternating nature light.We studied the effects of light quality on the A.gravedens L. growth and the accumulation of effective components in shoots or leaves of Apium graveolens L..The yield and economic income in A.graveolens L. production were also calculated.[Result]Compared with the nature light（CK），the A.graveolens L. treated with red film （T1） had a better elongation growth rate but do harm to the chlorophyll and flavone accumulation，while blue film treatment （T3） increased the content of chlorophyll and flavonoids，but inhibited A.graveolens L. growth and total flavonoids production. Both of these two treatments decreased the yield and economic income of A.graveolens L. production. Red film alternating with nature light promoted the elongation growth，lateral growth and bud differentiation，and also improved the cellulose level，increased the flavonoids production in A.graveolens L. which ultimately improved yield and quality of A.graveolens L.，brought better economic benefits than control. The treatment of blue film alternating with nature light （T4） had the same effects on A.graveolens L. compared with the control.[Conclusion]The effect of colored film alternating with nature light is better than the whole color film processing.

Key wordsApium graveolens L.；Colored film；Light quality；Active ingredients；Economic benefits

光是植物生命活動的能量來源，也是影響植物生長發育的重要環境因子之一，光質對植物的生長發育、形態建成、光合作用、物質代謝以及基因表達有廣泛的調節作用，對產量和品質有重要影響[1]。通過人工光源技術，調制利于植物特征生長的光譜，改變植物的生長規律，對提高產量和品質，加快現代農業發展具有重要的現實意義[2]。由于研究和生產上難以獲得具有特定波長的單純光質，人們通過使用不同顏色的有色薄膜來獲得不同的光質環境，以進行植物生長或次生代謝物的研究，或是強化植物的特征生長，獲得所需品質的農產品[3]。

芹菜（Apium graveolens L.）為傘形花科（Umbelliferae）一年生或多年生草本植物，分布于全球溫帶地區，是我國設施栽培的主要綠葉蔬菜之一。芹菜中含有芹菜素等黃酮類化合物、揮發油、丁基苯酞類、氨基酸、不飽和脂肪酸、膳食纖維等活性物質，具有抗菌殺蟲、鎮靜止痛、抗氧化和抗腫瘤等功效[4]。近年來，利用LED光源，關于光質對芹菜生長發育、光合作用、碳氮代謝以及有效成分積累影響的研究報道較多。寧宇等[5]以紅、藍LED光源處理芹菜發現，增加紅光比例可促進芹菜的碳同化、轉化及氮的吸收，加速物質積累；增加藍光比例可使芹菜氮代謝增強、碳的積累代謝下降。高波[6]研究表明，紅藍光配比為3∶1時光照能夠有效促進芹菜株高生長、干物質及有效成分的積累。然而有關生產上利用有色膜調控芹菜生長和生理特性的研究較少。將紅、藍薄膜與自然光以不同方式搭配對芹菜進行培養，以期獲得提高芹菜生物量和品質的適宜光質條件，為生產上通過栽培和生態措施改變光質比例，調節碳氮代謝，改善芹菜品質，突顯風格特色提供理論依據。

1材料與方法

1.1試驗地概況與供試材料

試驗于2016年6—9月在農業部植物營養與新型肥料創制重點實驗室智能溫室內進行，土壤類型為棕壤。供試土壤基本理化性狀為pH 5.2，有機質3.4 g/kg、堿解氮75.5 mg/kg、有效磷37.4 mg/kg、速效鉀36.8 mg/kg。

供試芹菜品種為‘文圖拉西芹。所用光膜購于濟南永發塑料廠，紅膜（R）（波長620～780 nm，波峰662 nm，透光率83.7%），藍膜（B）（波長400～450 nm，波峰420 nm，透光率86.1%），膜厚度均為30 μm。

1.2試驗設計

試驗于2016年6月下旬開始，翻耕整地，施底肥，開溝做畦后，澆透水，選取長勢一致、第4片真葉展平后的芹菜幼苗定植于畦內，栽培密度為7 cm×7 cm。2016年8月上旬，開始對芹菜幼苗進行不同光照處理。試驗以與太陽光透光率相近的紅、藍色薄膜得到不同光質，共設5個處理：全程紅膜（T1）、紅膜與自然光交替（各1 d，T2）、全程藍膜（T3）、藍膜與自然光交替（各1 d，T4）、自然光（CK），共處理35 d。每處理10株，重復3次，各處理小區面積為1.5 m×1.0 m，隨機區組排列，后期統一定量澆水、沖施（18-18-18）水溶肥，小區其他管理措施按照單一差異原則保持一致。

將各色濾膜覆蓋于PVC管（直徑1.5 cm）做成的支架上，支架150 cm×100 cm×150 cm。將覆膜的PVC支架罩在各處理小區的地塊上，各處理間隔1 m。處理時間35 d，試驗期間，調節支架高度使膜下光強保持一致。

1.3測定指標及方法

1.3.1生長和產量的測定。2016年9月中旬，對所有處理的芹菜進行分區收割，測定株高、莖粗、葉柄數、單株重及小區產量。其中，株高是葉柄基部至最高處的高度（cm），用刻度尺直接測量；莖粗為葉柄基部的莖粗度（cm），用游標卡尺測量。

1.3.2葉綠素含量的測定。每處理選取長勢均一的4株植株，以SPAD-502葉綠素儀讀取3個全展葉片的葉綠素含量，測定時避開葉片中部，將3個讀數的平均值作為這個葉片的SPAD值。

1.3.3纖維素含量及黃酮總含量的測定。每處理選取長勢均一的4株植株地上部為1個重復（稱重并記錄），共3個重復，將每個重復植株莖除去后橫切混勻，四分法取1/2，稱重并記錄4株葉和葉柄混合的樣品，分別裝入編號的自封袋中密封，保存在-20 ℃的冰箱中備用，用于測定纖維素含量及黃酮總含量。纖維素含量的測定采用蒽酮比色法[7]。黃酮總含量的測定采用分光光度計法[8]。

1.3.4經濟收益的計算。

根據各處理的理論產量，計算各處理的毛收益，去除各種成本后，計算出各處理芹菜的經濟收益。

1.4數據分析采用Microsoft Excel 2016 軟件對數據進行處理，采用SPSS 17.0 統計分析軟件對試驗數據進行LSD差異顯著性分析。

2結果與分析

2.1不同光質處理對芹菜生長及產量的影響

株高是反映植株生長勢強弱的重要指標。由表1可知，快速生長期全程以紅膜處理（T1）的植株顯著高于CK，紅膜、藍膜分別與自然光交替處理（T2和T4）的植株株高同CK相當，而全程以藍膜處理（T3）的植株株高顯著低于CK。該試驗結果表明，紅光促進植株的伸長生長，藍光抑制伸長生長，這與杜建芳等[9]、劉媛等[10]、高波[6]的研究結果一致。有研究認為，過氧化物酶（POD）具有某些吲哚乙酸（IAA）氧化酶的功能，紅光會導致POD活性降低，從而引起莖的伸長[11]；植株高度和節間長度的增加與遠紅光∶紅光之比有關，遠紅光∶紅光比值增加有助于提高植物體內赤霉素（GA）的含量，從而增加節間長度和植株高度[12]。而植株伸長生長受到藍光抑制，其原因可能與藍光提高吲哚乙酸氧化酶活性，降低植株體內生長素（IAA）水平，進而影響植物的生長有關[13-14]。

藍膜與自然光交替處理（T4）的植株莖最粗，自然光處理（CK）、紅膜與自然光交替處理（T2）、全程紅膜處理（T1）次之，全程藍膜處理（T3）的莖最細，其中，藍膜與自然光交替處理（T4）與全程藍膜處理（T3）相比，莖粗顯著增加，表明過多的藍光抑制植株的橫向生長，適當增加藍光比例有利于促進橫向生長。這與吳衍材[15]、高波[6]的結論一致。

紅膜與自然光交替處理（T2）的芹菜葉柄數最多，但與自然光處理（CK）、藍膜與自然光交替處理（T4）的差異不大，三者顯著高于全程紅膜（T1）和全程藍膜（T3）處理。由于葉芽的萌動和發育涉及植物內源激素、養分運輸和吸收、碳水化合物分解等諸多因素，具體原因尚不清楚，需要進一步研究。

單株重以紅膜與自然光交替處理（T2）的芹菜為最高，自然光處理（CK）、藍膜與自然光交替處理（T4）的單株重次之，紅膜、藍膜分別與自然光交替處理（T2和T4）的單株重與CK差異不顯著，全程紅膜處理（T1）單株重顯著降低，所有處理中，全程藍膜處理（T3）的單株重最低。寧宇等[5]和高波[6]的研究結果表明，過多的藍光抑制了葉柄的伸長生長和橫向生長，而對葉柄分化的影響較小，最終導致單株地上部產量顯著降低。

從小區產量和單位面積產量（表2）來看，趨勢與單株重相同，紅膜與自然光交替處理（T2）的芹菜最高，產量12.606 4萬kg/hm2，與自然光處理（CK）產量11.652 6萬kg/hm2相比，提高了8.19%。藍膜與自然光交替處理（T4）、全程紅膜處理（T1）、全程藍膜處理（T3）的小區產量和單位面積產量均低于CK。該研究中，藍光顯著抑制芹菜產量的增加，這與寧宇等[5]在芹菜上的試驗結果一致，卻與常濤濤[16]在番茄上的研究結果相反，可見，同一光譜對不同植物產量的影響是不同的。

2.2不同光質處理對芹菜葉綠素含量和有效成分積累的影響

葉綠素是光合作用中光傳導途徑和光反應中心的重要結構成分，體現了植物對光能的利用和調節能力，是評價植物生長發育的一項基本指標[17]。許多研究表明，藍光控制葉綠體的發育、葉綠素的形成及光形態建成[18-19]。史宏志等[18]以紅藍光處理煙草，發現增加藍光比例可使煙草葉片葉綠素含量增加，而增加紅光比例可降低葉綠素含量。田發明[19]研究表明，藍膜覆蓋的甜椒葉片葉綠素含量高于對照（白膜）和紅膜處理。該試驗中，全程藍膜處理（T4）的葉綠素含量顯著高于其他處理，且差異顯著；全程紅膜處理（T1）的葉綠素含量顯著低于其他處理，其他處理間差異不大。這可能是因為藍膜下的光質為光合色素對光吸收的主要區間。

纖維素不能被人體吸收，但有助于消化，芹菜是高纖維植物，但纖維含量過高，芹菜口感會變差。該試驗結果表明，在快速生長期，紅膜、藍膜分別與自然光交替處理（T2和T4）的芹菜纖維素含量低于自然光處理（CK），但差異不顯著；全程以紅膜或藍膜處理（T1和T3）能夠顯著降低芹菜纖維素含量，而藍膜處理（T3）的植株纖維素含量降低幅度更大。高波[6]研究發現，與白色LED燈光處理相比，紅藍光復合光有效促進芹菜組織纖維素的減少，且纖維素含量與紅藍光比例呈正相關，紅藍光比例越大，纖維素含量越高。這可能與藍光不利于碳水化合物的形成與積累有關，而纖維素是由碳水化合物衍生的，所以使得纖維素的積累受阻[5，18]。

黃酮類化合物是植物天然活性產物，是一類供氫型自由基清除劑，在植物生長發育和逆境脅迫過程中起重要作用，同時具有很高的藥用價值，是芹菜的有效藥用成分[4，16]。多項研究認為，長波段的光（如紅光）不利于黃酮積累而有利于植株生長，短波段的光（如藍光）不利于植株生長但有利于黃酮積累[20-21]。該研究結果表明，各處理芹菜總黃酮含量由高到低依次為全程藍膜處理（T3）、藍膜與自然光交替處理（T4）、自然光處理（CK）、紅膜與自然光交替處理（T2）、全程紅膜處理（T1），總黃酮含量分別為1 521.88、1 427.42、1 397.55、1 366.91、1 275.37 mg/kg。分析認為，藍光抑制黃酮積累可能是由于藍光抑制了黃酮合成的關鍵酶——苯丙氨酸解氨酶（PAL）的活性[20-21]。根據總黃酮含量，結合單株重，計算出不同光質處理下黃酮產量，依次為紅膜與自然光交替處理（T2）、藍膜與自然光交替處理（T4）、自然光處理（CK）、全程藍膜處理（T3）、全程紅膜處理（T1），黃酮分別為0.861、0.813、0.811、0.654、0.650 g/株。結果表明，盡管紅光抑制了芹菜植株黃酮的積累，但是紅光與自然光交替處理（T2）下植株產量的優勢提高了整株植株黃酮的總產量。

2.3不同光質處理對芹菜生產經濟效益的影響

所有處理中，紅膜與自然光交替處理（T2）的芹菜葉柄數最多，單株重最大，產量最高，纖維素含量較低，黃酮總含量最高，品質最好，可以按照2.5元/kg的最高價格計算，經濟收益達27.016 0萬元/hm2，為所有處理中最高，較自然光處理（CK）增收5.210 9萬元/hm2，增收率達23.90%（表4）。全程紅膜處理（T1）葉綠素和黃酮含量最低，外觀和內在品質較差，根據市場行情，以最低價格1.5元/kg計算，收益最低，為10.887 8萬元/hm2，較CK相比，收益減少10.917 3萬元/hm2，收益下降50.07%。

全程藍膜處理（T3）的芹菜葉柄數、單株重以及產量在各處理中最低，但有效成分黃酮的積累量以及葉綠素含量較高，品質較好，而藍膜與自然光交替處理（T4）的芹菜產量略低于CK，品質相差不大，兩者價格與CK相當，經濟收益分別較CK下降9.029 7萬元/hm2和3.386 8萬元/hm2，降幅分別為41.41%和15.53%。

3結論與討論

（1）不同光質對芹菜的形態建成、產量以及有效成分的累積有顯著影響。全程紅膜處理（T1）極大地促進了芹菜的伸長生長，但莖粗和葉柄數較低，因而單株重顯著低于自然光處理（CK），造成產量較CK下降11.96%。T1處理葉綠素含量最低，雖然纖維素含量有所改善，但黃酮累積量低于其他處理，因此價格最低。由于產量較低的緣故，T1處理最終收益較CK下降50.07%，為各處理中最低。

紅膜與自然光交替處理（T2）極大地提高了芹菜的葉柄數、單株重、產量以及黃酮總產量，表現出良好的生長趨勢、產能趨勢和品質提升趨勢，最終收益較CK提高23.90%，在試驗中是唯一能夠提高芹菜產量和經濟收益的處理。

全程藍膜處理（T3）抑制了芹菜的伸長生長、橫向生長和葉芽發育，造成單株重和產量顯著低于各處理。盡管T3葉綠素和黃酮含量最高，也有效改善了纖維素的水平，但較低的單株產量造成黃酮產量偏低，價格也不高，最終收益較CK大幅下降，達41.41%。

藍膜與自然光交替處理（T4）的芹菜長勢、產量和品質各項特征與自然光處理（CK）基本相當，收益與CK處于同一個水平。

綜合來看，各色薄膜與自然光交替處理效果好于全程遮蓋有色膜的處理，其中，紅膜與自然光交替處理（T2）的多項指標優于其他處理，對芹菜生長、產量和品質提高有極大的促進作用，生產中有效增加了經濟收益。在芹菜生產的實際應用中，應考慮紅膜與自然光搭配應用，在充分利用自然光的前提下，調節紅膜與自然光交替的時間比例和時間選擇，有助于提高芹菜的產量和品質，最終獲得較好的經濟收益。

（2）該研究中，光質調控薄膜對植物的生長發育和產量形成起到了一定的調節作用，并能夠有效改善農產品品質。研究表明，光質調控薄膜在不同作物上得出的結果不盡一致，一方面可能是由于光質調控薄膜染色的深淺以及加工工藝缺乏統一標準，導致透過的光譜不同；另一方面，不同作物對光質的需求不同，也會使研究結果不一致[22]。此外，在光質調控薄膜的應用中應注意其所含有的化學色素降低了薄膜的透光率，導致植物干物質生產量下降[12] 。為了克服以上缺點，有效控制不同作物生長發育的專用光質調控薄膜正在系統研發中，其實際應用在美、日、以色列等國積極開展，而光質調控薄膜與太陽能搭配充分利用自然能源的試驗研究也在逐步展開。隨著人們對高品質蔬菜的需求日益增加和設施農業的大力發展，適宜不同作物生長的光質調控薄膜具有更加廣闊的應用前景。

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