不同光質和光照度對寒地水稻秧苗素質的影響

蕭長亮 王安東 解保勝 王士強 李靜 那永光

（黑龍江省農墾科學院水稻研究所，黑龍江 佳木斯154007；第一作者：xiao_changliang@163.com；*通訊作者：nknyg@163.com）

黑龍江省地處高寒地區，氣候條件限制了當地水稻生產只能種植一季。水稻收獲期在每年9月中下旬至10月初，與次年4月份播種期間大約有6 個月自然狀況下的非生長季節。為提高育種效率和品種擴繁速度，水稻育種者在這段時間一般都把種子轉移到南方種植以實現加代的目的。然而，南繁需要大量的人力物力支持，極大的增加了水稻育種成本。前人在如何利用人造光源實現室內培育水稻方面進行了很多嘗試[1-7]，但關于高寒地區冬季培育水稻方面的研究較少。在高寒地區冬季，作為限制因素之一的溫度可以通過室內供暖得以解決，但冬季太陽光譜特征與水稻生長季節差異大，僅僅依靠冬季自然光照很難滿足水稻生長的需求。補光是當地冬季培育水稻的必要措施，但傳統的熒光燈、高壓鈉燈、鏑燈等光源由于高能耗、光電轉化效率低等缺點[8]，導致其應用受到限制。而發光二極管（LED）作為一種新型人工光源，可根據植物的需光特性定量提供特定波長，具有光效高、光質純、節能、壽命長和波長類型豐富等優點[9-11]，在室內培育水稻上具有較好的應用前景。在黑龍江省研究冬季室內培育水稻秧苗，有利于充分利用當地育種空白期，節約水稻育種成本，提高育種效率。本研究以10 種不同基因型的水稻品種（系）為試驗材料，探索獨立LED 光源條件下不同光質和光照度對冬季室內水稻秧苗生長的影響，旨在為寒地冬季培育水稻壯秧提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

選擇10 個不同基因型的水稻品種作為試驗材料，分別是：綠稻、龍稻18、墾香稻169、墾稻95、墾稻33、墾稻26、墾稻12、黑稻、紅稻、糯稻。LED 光源由上海合鳴照明電器有限公司提供。

圖1 G1 光譜特征

1.2 試驗設計

試驗于2019年在黑龍江省農墾科學院水稻研究所實驗室內進行。設置兩種光質處理，分別計作G1 和G2，其中G1 的主波長λd=695 nm 左右、峰值波長λp=452 nm 左右，G2 的主波長λd=592 nm 左右、峰值波長λp=632 nm 左右，波長特征如圖1 和圖2。每種光質額定功率都選擇14W、28W 和42W 3 個水平，分別記為L1、L2 和L3，以室內靠窗自然光照處理為對照。在培育水稻秧苗過程中，LED 燈光源與秧苗自然株高頂部距離保持30 cm，隨秧苗生長持續調整。采用泰仕電子股份有限公司生產的TES 1339 型照度計測定3 種功率LED 燈下30 cm 處的光照度分別為1 700 lx 左右、3 500 lx 左右和5 300 lx 左右。各培育箱內溫度與室內溫度基本一致。除對照外，光照周期為12 h/d（6∶00 開啟，18∶00 結束）。采用方形的發芽盒育苗，規格15 cm×15 cm，每個發芽盒中間對稱隔開后播2 個品種，每個品種播100 粒。2月4日播種，待水稻出苗后移入自制的光照箱中培養。光照培養箱采用貨架改裝，三面用遮光物包裹，一面用遮光物做門簾，頂部不遮擋。苗期肥料采用黑龍江省農墾科學院水稻研究所研制的液施壯秧劑?；视昧?2 g/m2，在播種時對水配成24 g/L 左右濃度均勻澆在底土上；追肥用量66 g/m2，在秧苗2.5 葉期對水配成22 g/L 左右濃度均勻追施。

表1 光處理對水稻秧苗葉齡的影響 （葉）

表2 光處理對水稻秧苗株高的影響 （cm）

圖2 G2 光譜特征

1.3 調查項目及方法

播種30 d 后（3月5日）分析各處理的秧苗素質，每個秧盤取5 株長勢一致有代表性的秧苗，調查葉齡、株高、莖基寬、根長、根數、地上部干質量和根干質量，再隨機取5 組秧苗，每組5 株，分離地上部分和地下部分，置于105℃鼓風干燥箱中殺青15 min，于80℃烘干至恒質量，用于測定地上部干質量和根干質量。壯苗指數＝[莖基寬（cm）/株高（cm）+根干質量（mg）/地上部干質量（mg）]×全株干質量（mg）。

1.4 數據處理

采用Microsoft Excel 2010 進行數據處理，用SPSS 21.0 進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同光處理對秧苗葉齡的影響

由表1 可知，在兩種光質燈光照射下，多數品種水稻秧苗葉齡進程都表現為隨光照度增加而加快趨勢。從分析均值可以看出，同一光質條件下隨光照度增加水稻秧苗出葉速度越快的趨勢明顯；光照度相同條件下水稻秧苗葉齡相似；自然光照處理相對于不同光質和光照度處理的出葉速度略快。與自然光照條件下秧苗比較，G1 處理在L1、L2 和L3 水平下水稻秧苗葉齡分別少0.6、0.5 和0.3 葉；G2 處理在L1、L2 和L3 水平下秧苗葉齡分別少0.6、0.4 和0.3 葉。

2.2 不同光處理對秧苗株高的影響

由表2 可知，在兩種光質燈光照射下，各品種秧苗株高隨光照度變化的趨勢不明顯。從分析均值可以看出，與自然光照條件下秧苗相比，G1 處理在L1、L2 和L3 水平下秧苗株高增減幅度分別為-0.7%、-8.2%和2.1%；G2 處理在L1、L2 和L3 水平下秧苗株高減少幅度分別為7.5%、2.7%和6.2%。

表3 光處理對水稻秧苗莖基寬的影響 （cm）

表4 光處理對水稻秧苗根系性狀的影響

2.3 不同光處理對秧苗莖基寬的影響

由表3 可知，在兩種光質燈光照射下，多數品種秧苗莖基寬都表現為隨光照度增加而增加的趨勢。從分析均值可以看出，同一光質處理隨光照度增加秧苗莖基寬顯著增加；同一光照度水平下不同光質之間秧苗莖基寬相似；自然光照條件下秧苗莖基寬均大于兩種光質處理的L1 水平，小于L3 水平，與L2 水平相當。與自然光照條件下秧苗相比，G1 處理在L1 水平下秧苗莖基寬減少15.0%左右，在L3 水平下增加8.3%左右；G2 處理在L1 水平下秧苗莖基寬減少13.5%左右，在L3 水平下增加9.0%左右。

2.4 不同光處理對秧苗根系性狀的影響

由表4 可知，在兩種光質燈光照射下，各品種秧苗根長隨光照度變化趨勢不明顯。從分析均值可以看出，G1 處理水稻秧苗根長不同光照度間差異不顯著，G2處理秧苗根長有隨光照度增加而增加的趨勢，但不同光照度間差異也未達顯著水平；自然光照條件下水稻根長與G1 和G2 處理各光照度水平間差異不顯著。與自然光照條件下秧苗比較，G1 處理在L1、L2 和L3 水平下秧苗根長增減幅度分別為9.8%、-3.9%和-2.0%；G2 處理在L1、L2 和L3 水平下水稻根長增減幅度分別為-7.8%、3.9%和5.9%。

在兩種光質燈光照射下，各品種秧苗根數隨光照度變化趨勢不明顯。從分析均值可以看出，G1 和G2 處理水稻秧苗根數均表現為隨光照度增加而增加的趨勢；G1 處理下不同光照度水平間差異不顯著，G2 處理L1 水平水稻秧苗根數顯著少于L2 和L3 水平，而L2和L3 水平間差異未達顯著水平；自然光照條件下秧苗根數與G1 處理L3 水平、G2 處理L2 和L3 水平間差異不顯著，但都顯著多于兩種光質下的L1 水平。與自然光照條件下秧苗比較，G1 處理L1、L2 和L3 水平水稻秧苗根數分別減少14.6%、12.2%和7.3%；G2 處理L1、L2 和L3 水平水稻秧苗根數增減幅度分別為-14.6%、2.4%和7.3%。

2.5 不同光處理對秧苗干質量的影響

由表5 可知，在兩種光質燈光照射下，多數品種秧苗地上部干質量都表現為隨光照度增加而增加趨勢。從分析均值可以看出，兩種光質處理下水稻秧苗地上部干質量表現為L3＞L2＞L1，其中G1 處理L3 水平秧苗地上部干質量顯著大于L1 和L2 水平，而L1 和L2 水平間差異不顯著；G2 處理秧苗地上部干質量不同光照度水平間差異顯著；自然光照條件下秧苗地上部干質量均顯著低于兩種光質處理下的L3 水平，與L1 和L2水平間差異不顯著，但有高于L1 水平的趨勢。與自然光照條件下秧苗相比，G1 處理在L1、L2 和L3 水平下秧苗地上部干質量增減幅度分別為-7.5%、-3.3%和25.6%；G2 處理在L1、L2 和L3 水平下秧苗地上部干質量增減幅度分別為-12.9%、6.4%和19.0%。

表5 光處理對水稻秧苗干質量的影響

表6 光處理對水稻秧苗壯苗指數的影響

在兩種光質燈光照射下，多數品種秧苗根干質量都表現為隨光照度增加而增加的趨勢。從分析均值可以看出，兩種光質處理下水稻秧苗根干質量均表現為L3＞L2＞L1，其中G1 處理下不同光照度水平間差異顯著，G2 處理L3 水平水稻秧苗根干質量比L1 和L2 水平增加顯著，而L1 和L2 水平間差異未達顯著水平；自然光照條件下秧苗根干質量在兩種光質處理下均表現為大于L1 水平，小于L2 和L3 水平的趨勢，而且與L3水平間的差異達顯著水平。與自然光照條件下秧苗相比，G1 處理在L1、L2 和L3 水平下水稻秧苗根干質量增減幅度分別為-11.4%、7.6%和32.8%；G2 處理在L1、L2 和L3 水平下水稻秧苗根干質量增減幅度分別為-9.2%、1.4%和36.0%。

2.6 不同光處理對秧苗壯苗指數的影響

由表6 可知，在兩種光質照射條件下，多數品種水稻秧苗壯苗指數都表現為隨光照度增加而提高的趨勢。從分析均值可以看出，兩種光質處理下水稻秧苗壯苗指數都表現為L3＞L2＞L1，其中G1 處理各光照度水平間差異顯著，G2 處理L3 水平秧苗壯苗指數顯著高于L1 和L2 水平，且L1 和L2 水平間差異不顯著；自然光照條件下秧苗壯苗指數有高于兩種光質條件下L1水平但低于L2 和L3 水平的趨勢，而且與L3 水平間差異達到顯著水平。與自然光照條件下秧苗相比，G1 處理在L1、L2 和L3 水平下水稻秧苗壯苗指數增減幅度分別為-13.9%、10.1%和33.6%；G2 處理在L1、L2 和L3 水平下水稻秧苗壯苗指數增減幅度分別為-10.5%、2.1%和41.8%。

3 結論與討論

水稻是喜光作物，只有在充足的陽光下才能健壯生長，不同的光照度與光質決定著水稻生長的快慢、生育期的長短、開花結實的好壞以及產量的高低[12]。從黑龍江省每年水稻育苗的實踐來看，4月份適宜的氣溫和良好的光照條件有利于培育壯苗，而持續過高或過低的氣溫以及弱光則是造成水稻秧苗素質差的重要原因。由此可見，在寒地冬季室內培育水稻秧苗，只有在良好的光照和溫度條件下才能實現培育壯苗的目標。冬季室內增溫問題較易解決，因此，光成為影響室內培育水稻秧苗的主要限制因素。適當補充光照有利于作物生長前期早生快發[13]。但由于目前利用LED 光源在室內培育水稻技術方面還處于初級階段，包括光質和光照度的選擇還不甚清晰，想要通過人造光源創造出類似水稻生長季節那樣良好的光照條件難度較大。MACHLIS 等[14]研究發現，對植物生長具有影響的光波波段是350～720 nm 的可見光部分，而起主要影響的波段是在400～520 nm 的藍光區部分和610～720 nm 的紅光區部分。郭銀生等[7]研究了不同單質光和紅藍混合光對水稻幼苗的影響，認為紅藍混合光處理優于單質光處理。光照度也是主要影響因素之一，不同的作物所需的光照度差異很大[15]，但光照度越高不代表水稻幼苗素質越好[16]。本試驗利用紅藍光峰度不同的兩種組合光質，在基本沒有其他光源干擾的前提下單獨對水稻秧苗進行處理，研究結果表明，兩種光質對水稻秧苗的影響差異不大，水稻在各光照度水平下均能完成苗期生育進程，可能說明水稻苗期對光的要求相對較低；不同水稻品種對光處理的反應有所差異，但在兩種光質燈光照射下，大部分品種都表現為提高光照度后水稻秧苗葉齡進程加快、莖基寬增加、根系狀況改善、壯苗指數提高的趨勢。與自然光對照相比，光照度1 700 lx左右時秧苗素質較差，光照度3 500 lx 左右時秧苗素質相近，光照度5 300 lx 左右時秧苗素質顯著提高。在高寒地區冬季室內培育水稻秧苗時選擇與試驗類似的光源有利于完成水稻苗期生長階段。