光強及光周期對紅葉生菜生長及品質的影響

吉家曾,李聰聰,丁慧霞,陳增舉

(廣州市八斗農業科技有限公司，廣東 廣州 510760)

引言

人工光利用型植物工廠是設施農業發展的高級階段，具有生產效率高、環保、控制精度高、潔凈無污染等特點，發展前景非常廣闊。但也存在高成本、高能耗、低收益等諸多弊端[1]。前人的研究表明，人工光植物工廠的運行成本中電費高達了29%，而植物工廠的耗能主要以人工光的耗能為主[2]，所以通過光環境調控，提高植物的光合作用能力，近而降低植物工廠的運行成本，對植物工廠的發展和推廣具有重要的意義。

目前，有關于光環境因子的交互作用對生菜的影響研究較少，所以對光強和光周期組合研究具有重要意義。本試驗研究不同光強和光周期組合對紅葉生菜生長及品質的影響，以期尋求因素間的最優組合，旨在為植物工廠光環境調控提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為香港紅邊生菜，LED燈由廣州某公司提供，營養液選用華南農業大學葉菜B改良配方。

1.2 試驗材料

試驗于2016年3月在廣州某公司栽培試驗室內進行，栽培室環境控制：溫度25 ℃，二氧化碳濃度595～660 ppm，相對濕度60%～75%。試驗設置3個光周期梯度T1、T2、T3，分別為8、12、16 h·d-1，3個光強梯度S1、S2、S3，分別為 250、350、450 μmol·m-2·s-1，采用雙因素完全隨機試驗，共12個處理：T1S1、T1S2、T1S3、T2S1、T2S2、T2S3、T3S1、T3S2、T3S3，每處理5次重復。待生菜幼苗長至3葉1心時移栽至栽培架上，栽培方式采用深液流法。

1.3 指標測定

1.3.1 生理指標測定

在采收后用直尺測量生菜的生長株高、葉長、葉寬，并統計其葉片數，用天平秤稱量生菜的干鮮重。

1.3.2 品質指標測定

硝酸鹽含量采用比色法測定，可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定，可溶性蛋白質含量采用考馬斯亮藍法測定，維生素C含量采用2,6-二氯酚靛酚滴定法測定[3]。

1.4 數據分析

采用EXCEL和SAS 9.0軟件分別進行數據整理分析和方差分析。

2 結果與分析

由圖1可知，在短光周期12 h·d-1時，植株的葉片數隨光強的增大呈現出先增后減的趨勢，葉片數最大值在350 μmol·m-2·s-1；在長光周期14 h·d-1及16 h·d-1時，增大光強可促進植株的增長，光強對植株葉片數的影響表現為正相關；延長光周期可促進植株的生長。

從移栽至14天前，植株生長較為緩慢；14 d之后，植株進入快速生長期，此段時間內(14～28 d)植株生長較快，葉片數快速增長。

圖1 光強及光周期對生菜植株葉片數的影響Fig. 1 Effects of light intensity and photoperiod on leaf number of lettuce

由圖2可知，短光周期下(12 h·d-1、14 h·d-1)，增大光強植株的葉幅寬表現為先增后減，在350 μmol·m-2·s-1前，表現為明顯的正相關，超過350 μmol·m-2·s-1后，則表現為明顯的負相關。長光周期(16 h·d-1)下，光強對植株葉幅寬的影響表現為明顯的負相關。光周期對植株葉幅寬的增長無顯著相關。

生長前期(21 d前)，植株葉幅寬增長較快；說明生長的生長前期主要儲存生長物質，生長后期葉幅寬逐漸減緩，而葉片數快速增加。

圖2 光強及光周期對生菜植株葉幅寬的影響Fig.2 Effects of light intensity and photoperiod on leaf width of lettuce

由圖3可知，不同光周期處理對植株生長的影響是顯著的，植株的單株鮮重隨光周期的延長呈現遞增的趨勢，以16 h·d-1的光周期下植株的單株重量最高，在12 h·d-1及16 h·d-1光周期下，不同光強處理對植株單株鮮重的影響是不顯著的。但在14 h·d-1光周期下，植株單株鮮重隨著光強的增加呈現先增后減的趨勢。

圖3 光強及光周期對生菜單株鮮重的影響Fig.3 Effects of light intensity and photoperiod on fresh weight of lettuce

由圖4可看出，各處理間對生菜植株可溶性蛋白含量的影響是顯著的，其中，以12 h+450下植株的可溶性蛋白含量最高，其次為14 h+450。短光周期下(12 h·d-1)，植株可溶性蛋白含量隨光照強度的增大而提高，中長光周期下(14、16 h·d-1)，植株可溶性蛋白含量隨光照強度呈現為先減后增的趨勢。

圖4 光強及光周期對生菜可溶性蛋白含量的影響Fig.4 Effects of light intensity and photoperiod on soluble protein content of lettuce

如圖5所示，同一光周期下，不同光照強度對生菜植株的可溶性糖含量的影響是顯著的，且隨著光照強度的增大而提高，這表明提高光強有利于植株光合產物及糖分的積累；而在同一光照強度下，植株可溶性糖隨著光周期的延長而提高。

圖5 光強及光周期對生菜可溶性糖含量的影響Fig.5 Effects of light intensity and photoperiod on soluble sugar content of lettuce

由圖6可知，同一光周期下，生菜植株的維生素C含量隨著光照強度增大呈現先增后減的趨勢，均在350 μmol·m-2·s-1下含量最高，這表明在350 μmol·m-2·s-1光強下有利于植株維生素C的積累；在250 μmol·m-2·s-1光強下，延長光周期有助于生菜植株維生素C含量的提高，但在光強為350 μmol·m-2·s-1和450 μmol·m-2·s-1下，不同光周期對植株維生素C含量的影響是不顯著的。

圖6 光強及光周期對生菜維生素C含量的影響Fig.6 Effects of light intensity and photoperiod on vitamin C content of lettuce

如圖7所示，同一光周期下，不同光照強度對植株的硝酸鹽含量的影響是顯著的，且隨著光照強度的增大而降低；而在同一光照強度下，植株的硝酸鹽含量隨著光周期的延長而降低。這表明 ，提高光照強度及延長光周期均有利于降低蔬菜的硝酸鹽含量。

圖7 光強及光周期對生菜硝酸鹽含量的影響Fig.7 Effects of light intensity and photoperiod on nitrate content of lettuce

3 討論與分析

光是植物生長的敏感的環境因子之一，一方面光是植物光合作用的必需能量來源，另一方面還能通過刺激光敏色素傳導信號，誘導相關基因表達，調節植物生理代謝反應和物質運輸[4，5]。因此，光照強度的強弱及光照時間的長短必定會對生菜植株的生長發育及品質產生影響。本試驗結果表明：在長光周期14 h·d-1及16 h·d-1時，增大光強可增加植株的葉片數，但光強對生菜植株鮮重的影響并無顯著性的差異。延長光周期均可促進生菜植株葉片數的增長和鮮重的提高。這與在生菜[6，7]、番茄[8]上研究結果一致，但與王蒙蒙等[9]的研究結果不一致，推測其原因可能是試驗條件及品種差異引起的，其試驗光強是200 μmol·m-2·s-1，比本試驗的光強要低；也有試驗表明弱光條件下延長光照時間利于生菜生物量的積累[10]，這說明光照強度與光周期是有一定的互作作用的。

從品質分析結果來看，延長光周期、增大光強有助于提高生菜可溶性糖的合成，與方舒玲等[11]、王君等[12]研究結果一致；同時可降低生菜硝酸鹽含量，增大光強有助于降低生菜硝酸鹽含量[13]，長光照有利于降低硝酸鹽含量[14]。短光照有利于茄子幼苗蛋白質的合成[15]，而光周期對生菜可溶性蛋白質含量的影響無顯著差異[16]，這可能是因為作物品種不同和試驗光周期設置水平不同導致的。本試驗研究結果表明，生菜的維生素C隨著光照強度的增加而呈現先增后減的趨勢，維生素C 以350 μmol·m-2·s-1處理下最佳。這與劉杰等[6]、方舒玲等[17]研究結果不同，這可能是由于作物品種不同和試驗光強設置水平不同引起的。

綜合分析得出，光強提高有利于提高生菜的品質，但不利于生菜的生長，在350 μmol·m-2·s-1+14 h·d-1組合處理下生菜均有較好的生長和品質指標，是本試驗生菜栽培最佳的組合處理。