不同光周期對水培生菜生長和品質的影響

孫朝華，李 開，雷喜紅，秦 清

（1.京東方后稷科技（北京）有限公司，北京 100043；2.北京市農業(yè)技術推廣站，北京 100029）

光是植物生長不可缺少的條件之一，不僅是植物進行光合作用必需的能源，也是影響植物信號傳導的主要因素，同時還是植物形態(tài)建成的必要條件，對植物的生理活動、生長發(fā)育、產量品質等起到十分重要的調節(jié)作用[1-2]。生產中如何解決溫室大棚弱光寡照，達到葉菜優(yōu)質、高產的目標是水培生菜無土栽培的核心問題。國內外學者在LED光質調控葉菜、果菜、芽苗菜、組培苗和種苗的生長發(fā)育方面做了大量的研究[3-6]，證實了LED光質調控對植物幼苗的生物學效應。多篇研究報道證明，延長光照時長有助于葉菜生長速率和產量的提升，主要表現為：提高株高、葉面積和植株干鮮質量[7]，還可改善可溶性糖和硝酸鹽含量等品質指標[8-9]；同時也有助于果菜提早開花，提高葉片生長速度、植物干物質含量[10]。

溫室種植的水培葉菜，因地區(qū)和季節(jié)帶來的光照變化，生長周期延長，葉片顏色、葉片性狀和株型不穩(wěn)定，而通過使用LED光源，可以使水培葉菜的生產優(yōu)勢更為突出。本試驗在前人的研究基礎上探究不同光周期對水培生菜生長和品質的影響，探討奶油生菜對光生長環(huán)境的需求關系，為發(fā)展水培葉菜工業(yè)化生產光環(huán)境調控技術和研發(fā)設施栽培領域LED光源提供科學依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試生菜品種為“綠碟”（下文中統一稱為“奶油生菜”），購自上海惠和種業(yè)有限公司。

1.2 試驗方法

試驗于2018年4—5月在北京市大興區(qū)京東方植物工廠人工光種植區(qū)進行。種子經浸種催芽后播種于“FACAL”育苗基質中，待“奶油生菜”幼苗6葉1心時，定植于淺液流栽培槽。試驗區(qū)域白天溫度為（24±2） ℃，夜溫（18±2） ℃，濕度為60%±5%。

LED光源燈管紅藍比（R/B）為7∶1，紅光波長為660 nm，藍光波長為450 nm，光量子密度為154 μmol/（m2·s），光源到種植板30 cm。光譜和光強采用臺灣Asensetek LED光譜儀測定，光照度為10 717 lx。光周期設7、10、13、16 h/d 4個處理，試驗采用日本山崎（生菜）配方和通用微量元素配方，每個處理定植96棵生菜，定植30 d后采收。

1.3 測定指標及方法

各處理均選擇長勢一致的5株植株，每5 d檢測1次，測定指標及方法如下：株高、主根長、最大葉長、葉寬、莖高用直尺測量，單株質量、地上部鮮質量使用電子天平測定，根鮮質量、地上部干質量、根干質量使用千分之一分析天平測定。定植后20、25、30 d測定生菜焦邊率。根冠比＝根鮮質量/地上部鮮質量；地上部含水量＝（1-地上部干質量）/地上部鮮質量×100%；焦邊率＝焦邊棵數/總棵數×100%。

定植30 d后測定品質指標。葉綠素含量用無水乙醇∶丙酮＝1∶1（V∶V）溶液提取測定；蛋白質含量采用考馬斯亮藍法測定；可溶性總糖采用銅還原碘量法檢測；總膳食纖維檢測方法參照GB 5009.88—2014；維生素C含量的測定參照GB 5009.86；亞硝酸鹽參照食品安全國家標準GB 5009.33—2016《食品中亞硝酸鹽與硝酸鹽》進行測定。

隨機取樣，生長指標及營養(yǎng)品質指標設3次重復，試驗數據的處理和做圖在Excel中進行，采用SPSS對試驗數據進行顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 不同光周期對奶油生菜形態(tài)的影響

不同光周期對奶油生菜的形態(tài)指標影響如圖1所示。光照時長同株高呈正相關，定植30 d時，光照時長越長株高越高，光照16 h/d比光照7 h/d顯著增高42.6%（圖1-a）；平均莖高隨著光照時長延長而增加，4個光照處理間沒有顯著性差異（圖1-b）。定植后每5 d記錄生菜形態(tài)，結果表明同一定植時間（30 d），光照時長越長，株高和莖高越高；直立型株型，株高越高，主根越長（圖1-d、圖2）。

記錄不同定植時間葉片數的變化，發(fā)現同一定植時間，葉片數均隨光照時長的延長而增加（圖1-c）。光照時長短時奶油生菜葉片呈細長狀，光照時長增加葉片隨之變得寬大，定植30 d時，葉寬在光照16 h/d時比光照7 h/d顯著增長27.8%（圖1-f）；光照10 h/d在定植30 d時，最大葉表型最大，最大葉長、葉寬均比其他處理長（圖1-e、1-f）。

定植20 d時光照13 h/d和16 h/d處理下的奶油生菜出現了輕微的焦邊，其中光照16 h/d時焦邊率達到了80%，25 d時光照13 h/d和16 h/d焦邊情況持續(xù)存在，25 d以后焦邊率沒有增長，光照13 h/d為23%，光照16 h/d為82%（表1）。說明光照時間過長會引起奶油生菜出現焦邊情況，光照超過10 h/d會出現不同程度的焦邊，光照時間越長焦邊越嚴重。

表1 光周期對奶油生菜焦邊率的影響

2.2 不同光周期對奶油生菜產量的影響

不同光照時間對奶油生菜定植30 d時的產量指標影響如表2所示。光照時長縮短為7 h/d時單株質量、地上部鮮質量均顯著低于其他光照處理，相比光照10 h/d處理，單株質量顯著降低34%，地上部鮮質量顯著降低35%。光照16 h/d地上部干質量最大，含水量最低，干物質含量最高。10、13、16 h/d光照處理時單株質量和地上部鮮質量差異不顯著，地上部干質量隨著光照時間延長而增加。光照延長加快了根部的生長，干物質增多，地上部含水量降低，保證光照時長為10 h/d可以達到奶油生菜的產量要求，短時間光照（7 h/d）會影響奶油生菜的產量。

2.3 光周期對奶油生菜品質的影響

不同光照時長對奶油生菜品質影響如表3所示。奶油生菜的蛋白質、亞硝酸鹽含量隨著光照時間的延長而降低；而總膳食纖維、葉綠素含量隨著光照時長增加而增加；維生素C、可溶性總糖含量隨光照時長的增加呈先增加后降低趨勢。

光照10 h/d時蛋白質含量為15.2 g/kg；光照10 h/d時可溶性總糖含量最高，比光照13 h/d提高14%，但差異不顯著；維生素C在光照10 h/d時含量最高，光照短于10 h/d維生素C含量降低3%，光照長于10 h/d維生素C含量降低6.0%～6.7%。

3 結論與討論

光照16 h/d比光照7 h/d能夠使奶油生菜的株高增長42.6%，最大葉寬增長27.8%。奶油生菜于光照10 h/d產量最高，之后增加光照時長對其產量指標的影響沒有顯著變化。光照時長超過10 h/d奶油生菜葉片出現不同程度的焦邊，雖然延長光照可以提高葉片數，但同時也增高了奶油生菜的株高和莖高，影響了原有的株型美觀度。此外，奶油生菜的維生素C含量在光照10 h/d時含量最高，光照太短或過長都會抑制維生素C的合成。因此，光照時長為10 h/d時奶油生菜的產量、品質最佳。

很多研究證實，增大光照度能顯著提高蔬菜產量，但照度過高又會產生抑制現象。低光照度處理下生菜出現較嚴重的抽薹現象，生菜的莖比較細弱，無法直立生長，葉色變淡、葉脈變細，根細長纖細，缺少根毛，葉片數減少、葉片細長[11-13]。本試驗在光照度一定的情況下從7 h/d開始延長光照時長，研究結果顯示光照時長過短導致生菜葉片數少，葉片細長，根量少，主根長側根少。光照時長超過10 h/d，株高、葉片數、單株質量、葉片鮮質量等產量指標增長不顯著。證實了光對植物的影響，即光照度和光照時長呈正相關。光照時間短植物葉片數少，出葉的速度變慢、葉片細長、生育期延長且產量低，但光照時長過長，產量達到平臺期，又造成了資源的浪費。

LED光源下光照時間的延長，能夠有效地改善生菜品質，促進離子吸收[9]。光照時間的延長能提高可溶性糖含量，降低可溶性蛋白和硝酸鹽的含量[14]。本研究表明，奶油生菜光照時間的延長降低了其亞硝酸鹽含量；同時還可以提高總膳食纖維和葉綠素的含量；而維生素C和可溶性總糖的含量均在光照10 h/d時最高，光照時長過短或過多反而造成了對維生素C、蛋白質和可溶性總糖合成的抑制。總體而言，光周期設置在10 h/d時有利于促進奶油生菜生長和部分品質改善，同時又可以達到節(jié)約能耗的效果。

表2 定植30 d光周期對奶油生菜產量指標的影響

表3 光周期對奶油生菜品質特性的影響

本研究篩選出了水培奶油生菜的最適光照周期，但對水培種植過程中其他條件的管理，如光照度、環(huán)境溫度、水、液溫、通氣量、pH值、EC等與光周期之間的關系，均是目標作物生長發(fā)育所需的關鍵條件，這些影響因素都需要進一步深入研究。