LED光質對小白菜生長特性及產量的影響

佘雪輝+王巧彬+曾偉龍+嚴懿+黃鏡雄+梁穎怡

摘 要：為給在設施園藝蔬菜生產中推廣LED（light emitting diode，LED）光源提供生產依據，研究了紅藍光配比為8∶1、6∶1和4∶1的LED光照條件下對水培小白菜所產生的不同影響。結果表明：藍光比例較高的LED光照條件能顯著促進小白菜的表型生長，并能增強對蔬菜病毒病的抵御能力。

關鍵詞：LED；光質；小白菜

中圖分類號 S63 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2017）24-0049-04

Abstract：To provide production basis for the promotion of LED（light emitting diode，LED）light in the production of vegetable in protected horticulture，this research studied the different effects on hydroponic cabbages caused by different LED lighting condtion in a 4∶1，6∶1 and 8∶1 ratio of red LED light and blue LED light.The result showed that a higher ratio of blue LED lighting can remarkably promote the external-growing of cabbages，and also enhance its disease-resistance.

Key words：LED；Light quality；Cabbage

隨著LED（light emitting diode，LED）技術的發展，應用LED燈作為農業照明設施作為植物光照來源或進行補光來調控作物生長、提高作物產量在農業生產中越來越普遍。與日光燈等傳統農業補光設施相比，設施園藝應用型LED光源具有節能優勢明顯、光環境參數可智能化控制、光質專一性好、熱輻射小等等多項不可比擬的明顯優勢[1]。不同波長的光在植物的光合作用中對其生長發育具有不同的作用，而植物吸收率最高的波段為波長在400～520nm以及610～720nm的光線[2-3]。利用LED光源作為植物生長光照來源并研究出對應植物的最佳光譜組合，能夠在節能、提高光效率的前提下最大程度地促進植物的生長發育和品質提高。

小白菜（Brassica campestris L. ssp. Chinensis Makino）屬十字花科蕓薹屬白菜亞種的一個變種，是一種被人們喜愛的大眾文化蔬菜，占長江中下游大、中城市蔬菜復種面積的30%～40%[4]。本試驗以小白菜為供試對象，并采用光質可調控的LED植物生長燈，研究在不同紅藍光配比條件下對小白菜生長發育和產成的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗材料 試驗于2017年8—10月在廣州市光機電技術研究院栽培實驗室進行，以小白菜（Brassica campestris L.）為試驗材料。供試材料小白菜種子購于千蔬百花農業科技有限公司。光源采用廣州市光機電技術研究院研制的LED燈管，每盞燈管由45顆超亮燈珠組成，最大功率110W。紅色（650nm）、藍色（450nm）及白色（750nm）燈珠按不同比例均勻交叉排布。

1.2 實驗方法 試驗共設3個處理，2017年8月28日對種子進行浸種、催芽后于2017年8月30日以3～5mm徑的蛭石為基質進行播種育苗，期間每天用清水澆灌。種子出苗以后每天用EC值為1200的華農大葉菜A方營養液進行澆灌，并以光子通量密度為110μmol/m2/s、紅藍光強度配比為4∶1的光照作為植物光照。光照時長為14h/d。2017年9月9日將小苗分組定植至水培栽培架上，每一組分別選取15株長勢整齊一致且健康無病蟲害的小苗作為樣本。株距為12cm×12cm，分別以4盞光質可調的LED燈管作為光源，光源與定植籃頂部垂直距離40cm。每個處理的紅藍光光強配比分別為8∶1、6∶1和4∶1（R∶B=8∶1、6∶1和4∶1，以下分別用8R/1B、6R/1B和4R/1B表示），光源垂直距離30cm處的光子通量密度分別為112.146μmol·m-2·s-1、99.0104μmol·m2·s-1和96.2478μmol·m-2·s-1，各處理光強采用型號為PLA-20“EVERFINE”植物照度計進行測定。

環境溫度設置為白天（6：30-18：30.）23℃±1℃，夜間（18：30-6：30）17℃±1℃；濕度70%RH；光照時長為14h/d。試驗期間保持營養液EC值1600±200、pH值6.5±0.4。

1.3 試驗數據采集及處理 定植后以7d為1周期對各組的株高、株徑、葉片數分別進行測量記錄。測量工具為精確度1mm卷尺。株高測量植株從定植籃頂部至植株最高處的垂直高度；株徑測量以每一株在自然狀態下的最大開展幅度為準；葉片數則以除假葉外自然開展的葉片數為準。3個周期后于2017年9月29日進行最后一次數據采集。并于2017年10月11日進行采收，采收同時對各組每個樣的去根鮮重進行稱重記錄。

試驗結果使用Microsoft office 2003進行數據整理并使用SPSS數據分析軟件進行LSD方差分析和顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 LED不同光質對小白菜生長影響 如圖1所示，在紅藍光配比不同的LED光質下各組小白菜的株徑變化趨勢整體差異顯著性較小。但6R/1B處理組和4R/1B處理組在后期生長中其株徑變化明顯大于8R/1B組，其中4R/1B組的株徑增幅最大（Δ4R/1B=11.46>Δ6R/1B=9.25>Δ8R/1B=8.38）。即藍光比例低而紅光比例高的處理組葉較長且下垂，葉片飽和程度小。endprint

[株薹（cm）][（Δ8R/1B =8.38； Δ6R/1B =9.25；Δ4R/1B =11.46）][日期]

從各組株高的變化趨勢上看，4R/1B處理的小白菜其株高增幅最大（圖2），其次為6R/1B處理的小白菜，而以8R/1B光照處理的小白菜的株高增幅則最小。即各處理組的株高變化幅度為4R/1B>6R/1B>8R/1B（Δ4R/1B=3>Δ6R/1B=2.61>Δ8R/1B=1.72），即藍光所占比例越高的處理對小白菜株高增長的促進作用越明顯。

試驗結果顯示4R/1B在葉片數量的變化趨勢上略大于6R/1B，而8R/1B光照處理的小白菜葉片數量的增幅則明顯最小（圖3）。即藍光比例高的處理組葉片數量增幅高（Δ4R/1B=3.31>Δ6R/1B=3.03>Δ8R/1B=2.42）。

2.2 不同LED光質對小白菜產成影響 實驗結果表明（表1），8R/1B處理和紅藍光4R/1B處理的兩組在各項指標的最后測量結果上都存在顯著差異；而紅藍光比例介于中間值的6R/1B處理組在株徑和株高上與4R/1B和8R/1B的處理組均沒有顯著差異，而采收時的葉片數量和去根鮮重則顯著大于8R/1B組。綜合各項指標的結果來看，4R/1B的處理對小白菜株徑、株高、葉片數和質量的增長均具有明顯的促進作用；其次為6R/1B處理組，而8R/1B處理組在各項指標上的增長促進作用則最弱。說明適當增加LED光照中藍光的比例能有效促進小白菜株徑、株高、葉片數量和采收質量等各項指標的增高。

2.3 不同LED光質對小白菜防治病毒病的影響 試驗后期各處理組出現不同程度的病毒病為害癥狀，對小白菜的正常生長造成了一定影響。但發現光照中藍光比例較高的處理組其癥狀較輕（圖4），植株生長較良好。8R/1B處理組病害程度最為嚴重，植株矮小、葉片黃化萎蔫嚴重、葉片數量少；6R/1B組則癥狀較輕，而4R/1B處理組小白菜則生長良好。說明適當增強植物生長LED燈光照中藍光的比例能有效防治病毒病對小白菜為害。

3 結論與討論

研究結果表明，紅藍光比為4：1的LED光照相對紅藍光比為6：1和8：1的光照，更能有效促進小白菜在株高、株徑、葉片數量上的生長勢以及提升采收質量，尤其與紅藍光比為8：1的LED光照處理組比較其生長勢更為顯著；并且能顯著減少病毒病對小白菜的為害，減輕其病害癥狀。說明對小白菜而言，適當增加其LED光照中藍光的比例，能充分增進營養生長，增強生長勢，并對小白菜病毒病的發生起有效預防作用。

光質對植物的形態建成和品質調控具有顯著影響，史宏志等[5]則通過研究發現紅光和藍光藍光有利于菊花單株總葉面積和總莖長的增加。Rey等[6]認為，紅光可有效促進根形態建成；Gary W.Stutte等[7]的研究說明，藍光照射紅葉生菜幼葉可以顯著增加其花青素含量。已有研究表明紅光和藍光的復合光照比單一的光照條件和自然光更能有效促進植物的生長[4][8]。但不同光質對于不同植物所起的生長調控作用可能存在較大差異性。本研究發現藍光有利于提高小白菜生長勢，提高其采收質量，這與王婷等[4]研究中發現藍光有利于不結球白菜莖和葉柄的伸長生長的結論相一致。而與陳文昊等[8]所得出的藍色LED光具有抑制生菜葉面積增大并矮化植株的作用結論相違背，表明LED藍光對白菜和生菜所起的生長調控作用存在顯著的差異，這可能是由于二者在遺傳特性上的差異所造成。

植物光照的光質對于調控植物的蛋白質含量和干物質積累起到重要作用，已有研究發現藍光對于提升植物的蛋白質含量具有顯著作用，而紅光條件下生長的植物則通常碳水化合物含量較高[9]。李輝敏等[10]的研究表明，藍光有利于普通白菜的營養生長，而紅光和藍紅復合光則有利于其生殖生長，與本研究所得出的結論一致。由于本試驗只測定了株高、株徑、葉片數和去根鮮重等表型指標，對于蛋白質、類黃酮、粗纖維含量等其他指標并未涉及。此外，LED光在除紅光和藍光外的其他波段如紫外光、紅外光、綠光等對植物也具有不同影響，這些都有待進一步研究。

關于光質對防治植物病蟲害的影響作用目前尚未報道，試驗后期LED紅光比例高的處理組感病嚴重，而LED藍光比例高的處理組則長勢良好。由于3個處理組在試驗中所使用水培營養液在一個循環系統中，且試驗過程中除光照處理外其他條件均保持一致，故可以排除偶然性誤差。支持了由于藍光比例高的LED光照條件處理下對病蟲害的發生起有效預防作用的結論。可能是通過藍光的增加改變了某一生理機制從而增強其對病害的抵御，也不排除藍光的增強有效抑制了病菌、病毒或攜帶病原的蟲媒等的傳播的可能性；其具體作用機制尚未清楚，有待進一步研究探討。蔬菜病毒病被稱為蔬菜“癌癥”一旦發生，難以防治[11]。通過進一步深入探究以得出更優質的光源用以提高蔬菜在栽培過程中的抗病性、實現高產優質，具有重要的研究價值。

參考文獻

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[4]王婷，李雯琳，鞏芳娥，等.LED光源不同光質對不結球白菜生長及生理特質的影響[J].甘肅農業大學學報，2016，46（4）：69-73.

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[7]Gary W. s. ，Sharon L. E. ，Gerard J. N. Photoregulation of anthocyanin production in red - leaf lettuce with blue LEDs is affected by timing and leaf age [C].Proceedings of the 36th Annual Meeting of the Plant Growth Regulation Society of American，Asheville，North Carolina，USA，2-6 August 2009.Plant Growth Regulation Society of America，2009：125-130.

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[9]Kowallik W.Blue light effects on respiration[J].Annu Rev Plant Physiol，1982，33：51-72.

[10]李慧敏，陸曉民.不同LEDs光質下普通白菜開花以及花期生理特性的動態變化（英文）[J].西北植物學報，2016（4）：730-737.

[11]成成，肖啟明，周志成，等.蔬菜病毒病的識別與防治[J].長江蔬菜，2014（9）：50-52.

（責編：張長青）