不同紅藍(lán)光配比LED光源對(duì)蔬菜育苗的影響

汪穎，楊新琴，徐沛，何潤(rùn)云，善新民，王玲平，魯忠富，汪寶根，吳新義，吳曉花*

(1.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 蔬菜研究所，浙江 杭州 310021；2.浙江省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，浙江 杭州 310020；3.柯城區(qū)蔬菜技術(shù)推廣中心，浙江 衢州 324000；4.衢州中恒農(nóng)業(yè)科技有限公司，浙江 衢州 324004)

光是植物光合作用的必需品，是影響植物生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)鍵因素之一[1]。其中，紅色和藍(lán)色區(qū)域光譜通常被認(rèn)為是植物光合作用的主要能量來(lái)源[2]。光環(huán)境是育苗工廠(chǎng)的核心，傳統(tǒng)育苗工廠(chǎng)光源以熒光燈、高壓鈉燈、低壓鈉燈、金屬鹵化物燈等為主，但發(fā)熱量大、光能利用率低。LED(light emitting diode，發(fā)光二極管)因其自身優(yōu)良特性為全人工光照植物育苗工廠(chǎng)的發(fā)展提供了良好契機(jī)[3]。

LED具有體積小、發(fā)熱少、節(jié)能高效、安全可靠、壽命長(zhǎng)等諸多優(yōu)點(diǎn)[4-5]，目前，紅色和藍(lán)色LED光源在設(shè)施園藝中的應(yīng)用逐漸增加，且不同紅藍(lán)光比例LED光譜對(duì)不同蔬菜幼苗生長(zhǎng)具有不同的影響[6-9]。孫洪助等[10]研究發(fā)現(xiàn)，不同比例紅藍(lán)光下生菜種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)不同，其中以紅藍(lán)光比為2∶1和4∶1最佳；林魁等[11]研究發(fā)現(xiàn)，紅藍(lán)光比為7∶3時(shí)最有利于生菜種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)；Pennisi等[9]研究認(rèn)為，紅藍(lán)光配比1∶3為羅勒的室內(nèi)培養(yǎng)提供了最佳生長(zhǎng)條件。

本試驗(yàn)以生產(chǎn)上對(duì)育苗需求最為迫切的瓜類(lèi)蔬菜黃瓜、茄果類(lèi)蔬菜番茄和十字花科蔬菜西蘭花為代表，根據(jù)它們對(duì)光譜需求的共性和特性，通過(guò)改變LED紅光和藍(lán)光配比，比較所育秧苗的健壯程度、一致性、生長(zhǎng)速度等，確定適合上述作物育苗的通用型LED光譜最佳配比。

1 材料與方法

1.1 材料與處理

黃瓜、番茄、西蘭花蔬菜種子由浙江省農(nóng)科院蔬菜所提供，品種分別為：浙秀303、浙雜809、浙農(nóng)松花75天。挑選均一、大小一致種子進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。LED燈由衢州中恒農(nóng)業(yè)科技有限公司定制，紅光(R)與藍(lán)光(B)比值分別為2∶1、3∶1、5∶1、7∶1、8∶1，以日光燈(CK)為對(duì)照，使用光強(qiáng)均為120 μmol·m-2·s-1。各種蔬菜種子分別播種于蛭石∶珍珠巖體積比為3∶1的穴盤(pán)中，分別置于溫室中上述紅藍(lán)配比光源下育苗，每天光照8 h，白天溫度28 ℃，晚上溫度18 ℃，相對(duì)濕度為75%。每個(gè)處理重復(fù)3次，每次重復(fù)至少30株苗。

1.2 測(cè)定指標(biāo)

不同植株分別生長(zhǎng)至一定大小，取樣拍照并測(cè)定各個(gè)指標(biāo)。每次重復(fù)隨機(jī)取9株苗，分別用直尺測(cè)得不同蔬菜幼苗的株高、最大葉長(zhǎng)、最大葉寬、根長(zhǎng)；用天平測(cè)得不同蔬菜幼苗的鮮重、烘干后測(cè)得干重；利用手持葉綠素儀(JC-SPAD-DL葉綠素儀)測(cè)定葉綠素含量(SPAD值)；利用葉綠素?zé)晒鈨x(PAM-2500)測(cè)定PSⅡ?qū)嶋H光化學(xué)量子效率(ΦPSⅡ)、有效電子傳遞速率(ETR)、光下最大熒光(Fm′)、光化學(xué)量子效率(Fv/Fm)、經(jīng)過(guò)PSⅡ的電子傳遞情況(Fm/Fo)。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

所有數(shù)據(jù)均采用Excel 2010和SPSS 19進(jìn)行分析整理并作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 LED光源不同紅藍(lán)光配比對(duì)蔬菜培育壯苗的影響

蔬菜壯苗標(biāo)準(zhǔn)一般為幼苗不徒長(zhǎng)、莖短粗、節(jié)間緊密，葉大而厚。試驗(yàn)表明，不同R∶B比LED光源對(duì)黃瓜、番茄、西蘭花壯苗培育產(chǎn)生顯著影響。從外觀(guān)形態(tài)來(lái)看，不同R∶B比下培育的3種蔬菜幼苗均明顯好于對(duì)照，其中，R∶B比為5∶1時(shí)3種蔬菜幼苗生長(zhǎng)最健壯，莖短粗、節(jié)間緊密、葉大而厚(圖1)。從表1～3可以看出，R∶B比為5∶1時(shí)，3種蔬菜幼苗的株高最小，最大葉長(zhǎng)、最大葉寬、鮮重、干重均為最大，其中黃瓜幼苗的最大葉長(zhǎng)、最大葉寬、鮮重、干重分別比對(duì)照增加了133.0%、60.3%、305.4%、368.0%；番茄幼苗的最大葉長(zhǎng)、最大葉寬、鮮重、干重分別比對(duì)照增加了157.9%、205.9%、1301.9%、1211.1%；西蘭花幼苗的最大葉長(zhǎng)、最大葉寬、鮮重、干重分別比對(duì)照增加了215.4%、230.2%、200.0%、200.0%。上述結(jié)果表明，R∶B比為5∶1是適合黃瓜、番茄和西蘭花這3種蔬菜的LED光譜的最佳配比。此外R∶B比值為7∶1、8∶1、3∶1、2∶1時(shí)育苗效果也明顯好于對(duì)照。

圖1 紅藍(lán)配比(R∶B比)為5∶1與日光燈(CK)下黃瓜幼苗生長(zhǎng)情況

表1 不同R∶B比LED光源下黃瓜幼苗生長(zhǎng)狀況

注：同列數(shù)據(jù)后無(wú)相同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05)。表2～6同。

表2 不同R∶B比LED光源下番茄幼苗生長(zhǎng)狀況

表3 不同R∶B比LED光源下西蘭花幼苗生長(zhǎng)狀況

2.2 不同紅藍(lán)光配比LED光源對(duì)蔬菜根系生長(zhǎng)的影響

如圖2，不同R∶B比LED光源對(duì)不同蔬菜根系生長(zhǎng)影響不同。R∶B比為5∶1時(shí)黃瓜根系生長(zhǎng)最佳，表現(xiàn)為粗壯、須根多，根長(zhǎng)比對(duì)照增加了42.2%；R∶B比為5∶1和7∶1對(duì)番茄根系的生長(zhǎng)均較好，根長(zhǎng)分別比對(duì)照增加了2.7和2.8倍；與黃瓜和番茄不同，西蘭花根系在R∶B比為2∶1時(shí)最長(zhǎng)，極顯著高于對(duì)照以及R∶B比5∶1，說(shuō)明不同蔬菜根系生長(zhǎng)可能需要不同紅藍(lán)光譜配比。

同一蔬菜不同R∶B比LED光源處理間無(wú)相同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05)，圖3同。

2.3 不同紅藍(lán)光配比LED光源對(duì)蔬菜葉綠素含量的影響

如圖3所示，黃瓜葉綠素含量(SPAD值)在R∶B比為2∶1、5∶1、7∶1時(shí)無(wú)顯著性差異且均較高，分別為51.64、51.03、50.81，分別比對(duì)照增加了31.4%、29.8%、29.3%；番茄葉綠素含量在R∶B比為2∶1、5∶1、7∶1時(shí)也無(wú)顯著性差異，但均顯著高于對(duì)照，分別比對(duì)照增加35.1%、47.8%、42.1%；西蘭花葉綠素含量在R∶B比為2∶1、3∶1、5∶1、7∶1時(shí)均無(wú)顯著性差異，分別比對(duì)照增加12.1%、11.5%、5.8%、15.0%；說(shuō)明這3種蔬菜的葉綠素合成對(duì)紅藍(lán)光譜有要求但不是很?chē)?yán)格。

圖3 不同R∶B比LED光源下3種蔬菜幼苗的SPAD值

2.4 不同紅藍(lán)光配比LED光源對(duì)葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

表4～6展示了不同R∶B比LED光源下3種蔬菜的葉綠素?zé)晒鈪?shù)。Fm′表示光下最大熒光。從表中可見(jiàn)，黃瓜在R∶B比為5∶1時(shí)Fm′最小，7∶1時(shí)Fm′最大，為914.14±48.48，比對(duì)照增加6.85%；番茄和西蘭花均在對(duì)照(日光燈)下Fm′最大，但不同光譜間差異不顯著。ΦPSⅡ表示光存在時(shí)PSⅡ?qū)嶋H光化學(xué)量子效率。從表中可見(jiàn)，黃瓜和番茄在R∶B比7∶1時(shí)ΦPSⅡ最大，西蘭花ΦPSⅡ卻在此配比下最小；西蘭花ΦPSⅡ在R∶B比3∶1時(shí)最大，且與5∶1時(shí)無(wú)顯著差異。ETR代表著電子傳遞速率。試驗(yàn)表明，黃瓜和西蘭花在R∶B比為7∶1時(shí)ETR最小，番茄ETR卻在此配比下最大；Fv/Fm是PSⅡ原初光能轉(zhuǎn)化效率，反映植物的潛在最大光合能力。Fm/Fo反應(yīng)經(jīng)過(guò)PSⅡ的電子傳遞情況。從表4～6中可以看出，R∶B比LED光源為7∶1時(shí)，黃瓜和番茄Fv/Fm與Fm/Fo值均最大，而R∶B比為3∶1時(shí)，西蘭花Fv/Fm與Fm/Fo值最大。

表4 不同R∶B比LED光源下黃瓜幼苗葉綠素?zé)晒鈪?shù)

表5 不同R∶B比LED光源下番茄幼苗葉綠素?zé)晒鈪?shù)

表6 不同R∶B比LED光源下西蘭花幼苗葉綠素?zé)晒鈪?shù)

3 小結(jié)與討論

不同紅藍(lán)光配比LED光源對(duì)不同蔬菜幼苗生長(zhǎng)影響顯著。目前，關(guān)于紅藍(lán)光配比對(duì)單一蔬菜幼苗生長(zhǎng)的研究較多，例如：Li等[12]研究認(rèn)為，R∶B比3∶1對(duì)油菜幼苗生長(zhǎng)最有利；肖春生等[13]認(rèn)為，R∶B比3∶1煙草幼苗生長(zhǎng)最佳；Hernández等[14]研究發(fā)現(xiàn)，R∶B比為9∶1時(shí)更有利于黃瓜幼苗生長(zhǎng)。但是，關(guān)于不同蔬菜育苗通用型LED光譜最佳R∶B比的研究甚少。

合適的R∶B比能夠有效促進(jìn)幼苗生長(zhǎng)，張?jiān)婟埖萚15]發(fā)現(xiàn)紅藍(lán)LED光源處理后生菜的地上部分和地下部分均增加顯著，林魁等[11]發(fā)現(xiàn)R∶B為7∶3時(shí)生菜幼苗生長(zhǎng)最佳。本研究結(jié)果表明，不同R∶B比LED光源下培育的黃瓜、番茄、西蘭花幼苗均明顯好于對(duì)照，綜合分析株高、最大葉長(zhǎng)、最大葉寬、鮮重、干重等指標(biāo)，無(wú)論是黃瓜、番茄或者西蘭花，R∶B比為5∶1時(shí)幼苗生長(zhǎng)最好，莖最短粗、節(jié)間最緊密、葉最大且厚。根系是植物吸收水分和養(yǎng)分的重要器官，不同R∶B比LED光源對(duì)不同蔬菜根系生長(zhǎng)產(chǎn)生不同程度的影響。本研究結(jié)果表明，R∶B為5∶1時(shí)黃瓜根系生長(zhǎng)最佳，粗壯、須根多；R∶B為5∶1和7∶1對(duì)番茄根系無(wú)顯著性影響，效果均較佳，但西蘭花根系在R∶B為2∶1時(shí)最長(zhǎng)，其次是R∶B為5∶1時(shí)。綜合分析不同R∶B比對(duì)3種蔬菜生長(zhǎng)的影響，發(fā)現(xiàn)R∶B為5∶1時(shí)的LED光譜最佳。

光合色素是植物光合作用的關(guān)鍵[16]。本研究發(fā)現(xiàn)，黃瓜和番茄的SPAD值在R∶B比為2∶1、5∶1、7∶1時(shí)無(wú)顯著性差異且明顯高于對(duì)照；西蘭花在R∶B為2∶1、3∶1、5∶1、7∶1時(shí)亦無(wú)顯著性差異且明顯高于對(duì)照；說(shuō)明這3種蔬菜葉綠素合成對(duì)不同紅藍(lán)光譜反應(yīng)不敏感，有要求但不是很?chē)?yán)格。Fv/Fm是PSⅡ原初光能轉(zhuǎn)化效率，反映植物潛在的最大光合能力，一般植物恒定在0.75～0.85，脅迫條件下該參數(shù)明顯下降。本研究條件下黃瓜和番茄Fm/Fo都在正常范圍，西蘭花在R∶B為3∶1和8∶1時(shí)也在正常范圍，其他配比時(shí)Fm/Fo小于0.75，說(shuō)明此時(shí)的西蘭花幼苗可能受到脅迫，我們推測(cè)可能是此配比光源不太適合西蘭花幼苗生長(zhǎng)所致。本研究中不同R∶B比下3種蔬菜作物的熒光參數(shù)，無(wú)論是Fm′、ΦPSⅡ、ETR還是Fv/Fm、Fm/Fo，變化均無(wú)明顯規(guī)律。一方面可能和測(cè)定過(guò)程是在日光燈下而非生長(zhǎng)過(guò)程的光譜有關(guān)；另一方面，葉綠素?zé)晒鈨x測(cè)定熒光參數(shù)是根據(jù)太陽(yáng)光原理設(shè)計(jì)[17]，我們推測(cè)可能并不適用于僅有紅藍(lán)光譜的LED光源。劉曉英等[18]曾研究不同光質(zhì)LED弱光對(duì)櫻桃番茄光合性能的影響，發(fā)現(xiàn)不同光質(zhì)LED弱光對(duì)櫻桃番茄Fv/Fm影響不顯著；孫洪助等[10]研究不同比例紅藍(lán)光對(duì)生菜幼苗影響時(shí)，也未發(fā)現(xiàn)葉綠素?zé)晒鈪?shù)與不同紅藍(lán)光譜配比具有明顯規(guī)律。

綜上研究表明，不同紅藍(lán)光配比對(duì)不同蔬菜幼苗生長(zhǎng)影響顯著。本研究以對(duì)育苗需求最為迫切的瓜類(lèi)蔬菜黃瓜、茄果類(lèi)蔬菜番茄和十字花科蔬菜西蘭花為對(duì)象，通過(guò)分析它們對(duì)光譜需求的共性和特性，認(rèn)為L(zhǎng)ED光源紅藍(lán)光配比為5∶1是黃瓜、番茄和西蘭花育苗的最佳配比。