弱光條件下不同LED光源對(duì)西瓜苗生長發(fā)育的影響

黃雯，魏猷剛，甘小虎，胡靜，徐明喜，閻慶九

(南京市蔬菜科學(xué)研究所，江蘇 南京 210000)

西瓜是深受我國民眾喜愛的一種夏令水果，在我國栽培面積大，但其育苗工作相對(duì)于其他瓜果類蔬菜存在較大困難，西瓜是喜光作物，其幼苗在弱光條件下極易徒長，而西瓜的育苗工作多在低溫寡照的寒冬或者早春進(jìn)行。光作為最重要的生態(tài)因子之一，主要是通過光強(qiáng)和光質(zhì)兩方面作用對(duì)植物生長發(fā)育產(chǎn)生影響，光強(qiáng)可以通過對(duì)葉片的光合速率、光合產(chǎn)物產(chǎn)生影響，以至影響整個(gè)植株[1]，早在1977年Jackson和Palmer[2]曾報(bào)道過，在弱光下植株葉片會(huì)小且薄，葉色變淡。除光強(qiáng)外，不同的光質(zhì)對(duì)植物形態(tài)建成以及幼苗的生長發(fā)育也會(huì)產(chǎn)生不同的影響，早年間普遍認(rèn)為藍(lán)紫光(405～490 nm)、紅光(610～700 nm)對(duì)光合作用貢獻(xiàn)率最大，而綠光段(520～610 nm)的光線被植物吸收的比率很低[3]。隨著光質(zhì)的研究越來越多，研究者們逐漸認(rèn)識(shí)到使用單一光質(zhì)產(chǎn)生的生物學(xué)效應(yīng)也比較單一，如蔡淑芳等[4]報(bào)道，紅光主要作用于莖和葉片的伸長以及干物質(zhì)的積累，藍(lán)光主要作用于莖粗增加和根系生長。為篩選出適宜幼苗生長發(fā)育的光源，專家們逐漸將研究方向轉(zhuǎn)向了組合光的生物學(xué)效應(yīng)研究，由于單色光之間具有互補(bǔ)和加性效應(yīng)，復(fù)合光質(zhì)較之單色光質(zhì)對(duì)植物生長更有利[5-6]。縱觀目前研究進(jìn)展，紅光和藍(lán)光組合光的生物學(xué)效應(yīng)研究較多，紅光與其他光質(zhì)的組合效應(yīng)的報(bào)道相對(duì)較少。本實(shí)驗(yàn)選擇在弱光條件下采用紅光分別與藍(lán)光、綠光以及黃光組合成人工光源，研究各組合光源對(duì)西瓜幼苗生長發(fā)育的影響，以期為西瓜育苗光環(huán)境調(diào)控提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與處理

實(shí)驗(yàn)于2019年3—4月在南京市蔬菜科學(xué)研究所進(jìn)行，重復(fù)3次。供試西瓜品種為蘇蜜8號(hào)，種子催芽處理后，播于50孔穴盤中進(jìn)行育苗，待幼苗子葉露出時(shí)進(jìn)行人工光源處理。共設(shè)7個(gè)處理，T1、T2、T3、T4、T5、T6為不同光質(zhì)組合LED植物燈照射，分別為：T1，紅綠組合光，其組合比例為R∶G為1∶2；T2，紅綠組合光，其組合比例為R∶G為2∶1；T3，紅藍(lán)組合光，其組合比例為R∶B為1∶2；T4，紅藍(lán)組合光，其組合比例為R∶B為2∶1；T5，紅黃組合光，其組合比例為R∶Y為1∶2；T6，紅黃組合光，其組合比例為R∶Y為2∶1；以熒光燈作為對(duì)照(CK)。本實(shí)驗(yàn)所用LED光源光質(zhì)峰值波長為紅光650 nm、藍(lán)光460 nm、綠光530 nm、黃光595 nm。期間各處理光量子通量均設(shè)置為(60±5)μmol·m-2·s-1，光周期12 h，每天6:00—18:00對(duì)西瓜苗進(jìn)行光照處理，日間(6：00—18：00)氣溫均維持在(25±1)℃，夜間(18：00—6：00)溫度維持在(16±1)℃，空氣濕度維持在60%～80%。

1.2 測定項(xiàng)目

于50 d后測量以下各項(xiàng)指標(biāo)。測定全株高度、下胚軸長度、植株粗度、植株鮮重(地上部鮮重、地下部鮮重)、植株干重(地上部干重、地下部干重)、最大葉葉面積、葉綠素(SPAD值)、單株葉面積、根系長度、根系活力，并計(jì)算下胚軸絕對(duì)生長速率(下胚軸絕對(duì)生長速率=下胚軸長度的絕對(duì)生長量/時(shí)間)、植株根冠比(根冠比=地下部干重/地上部干重)、植株壯苗指數(shù)[壯苗指數(shù)=(莖粗/株高+地下部干重/地上部干重)×全株干重×10]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析采用SPSS軟件的ANOVA過程處理，顯著性檢驗(yàn)采用鄧肯式新復(fù)極差法。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)幼苗植株生長速率的影響

不同光源對(duì)西瓜幼苗植株的生長速率存在顯著的影響。西瓜幼苗在弱光下極易發(fā)生下胚軸徒長的現(xiàn)象，由表1可見，各LED光源處理的下胚軸高度均顯著低于CK的下胚軸高度，其中T3的下胚軸絕對(duì)生長速率最低，為1.093 mm·d-1，T1處理比其略高，為1.100 mm·d-1，T1、T2、T3、T4、T5、T6分別比CK低19.5%、6.9%、20.0%、10.2%、9.8%、7.3%。在弱光條件下，T3和T1植株的縱向生長速率較低，其中T3植株高度為8.10 cm，顯著低于其他各處理，T1植株高8.90 cm，顯著低于CK，T3和T1植株分別比CK矮20.6%和12.8%，T2和T6植株的植株高度與對(duì)照植株高度差異不顯著。在植株的粗度方面，各處理的粗度之間差異同樣比較明顯，T3植株最粗，為2.92 mm，其次為T4和T1，這3個(gè)處理的粗度之間無顯著差異，CK植株莖粗僅為2.33 mm，T3、T4和T1莖粗值分別比CK高25.3%、21.0%和20.6%。從高度和粗度的數(shù)據(jù)可見，T3處理植株相較于其他處理較為矮粗，CK則較為細(xì)長。

表1 不同光源對(duì)西瓜幼苗植株生長速率的影響

2.2 對(duì)幼苗葉片和根系生長情況的影響

弱光下各處理的葉片普遍較小，各處理之間差異明顯，由表2可見，T1處理單株葉面積和最大葉葉面積最大，分別為41.25 cm2和15.21 cm2，其次為T4處理，兩者之間無顯著差異。T5、T6和CK三個(gè)處理的葉片尤其小，且葉色淡、薄，三處理之間無顯著差異，其中CK處理的葉片最小，其單株葉面積和最大葉葉面積分別為20.08 cm2和9.38 cm2，T1處理單株葉面積和最大葉葉面積分別比CK處理高105.4%和62.2%。T5、T6和CK三個(gè)處理的第二片真葉葉綠素含量顯著低于其他各處理，側(cè)面反映了其葉色較淡。T3處理葉色最深，其第二片真葉葉綠素SPAD值顯著高于其他各處理，該處理葉片略皺縮，其他處理無此現(xiàn)象。

表2 不同光源對(duì)西瓜幼苗葉片及根系生長情況的影響

各處理的根系生長情況見表2，在弱光條件下紅藍(lán)組合的兩個(gè)處理T3和T4根系相比于其他處理比較發(fā)達(dá)，其中T3處理的根系最發(fā)達(dá)，其次是紅綠組合的兩個(gè)處理T1和T2，然后是紅黃組合的兩個(gè)處理T5和T6，CK處理的根系最差。T3和T4處理的根系活力和根系長度均顯著高于其他處理，T3和T4的根系活力分別為62.71 μg·g-1·h-1和57.29 μg·g-1·h-1，比CK處理高99.5%和82.2%，T3和T4的根系長度分別是24.10 cm和21.67 cm，比對(duì)照高137.9%和113.9%。各處理的根冠比數(shù)據(jù)也存在明顯的差異，T3處理根冠比為0.215，顯著高于其他各處理，比CK處理高56.9%，進(jìn)一步說明了T3植株根系強(qiáng)健。

2.3 對(duì)幼苗質(zhì)量和壯苗指數(shù)的影響

由表3可以看出，在植株鮮干重方面，T1處理的全株鮮干重和地上部鮮干重最高，其全株鮮重為1.377 g，比T2、T3和T4略高，差異不顯著，顯著高于T5、T6和CK，其中比CK高36.2%；T1處理全株干重0.137 g，顯著高于其他各處理，比CK高45.7%；T1處理地上部鮮重為1.199 g，顯著高于T3、T5、T6和CK，比CK高36.9%；T1處理地上部干重為0.119 g，顯著高于其他各處理，比CK處理高43.8%。地下部鮮干重最高的是T3處理，分別為0.221 g和0.022 g，均顯著高于其他各處理，分別比CK處理的鮮干重高63.7%和100.0%。由各處理植株重量數(shù)據(jù)可見，T1處理地上部最發(fā)達(dá)，而T3處理的地下部最為發(fā)達(dá)。在植株壯苗指數(shù)方面，最高的是T3處理，壯苗指數(shù)為0.714，其次為T1和T4，這兩處理之間差異不顯著，CK處理壯苗指數(shù)最低，僅為0.344，顯著低于其他各處理。

表3 不同光源對(duì)西瓜幼苗植株重量及壯苗系數(shù)的影響

3 小結(jié)

本實(shí)驗(yàn)研究表明，在弱光條件下，紅藍(lán)比1∶2的LED光源處理的西瓜幼苗植株莖較粗，下胚軸較短，根系發(fā)達(dá)，葉片色深且較厚，葉緣皺縮，壯苗指數(shù)最高；紅綠比1∶2的 LED光源處理的幼苗地上部分生長旺盛，其葉片較大且單株葉面積最高，其壯苗指數(shù)僅次于紅藍(lán)比1∶2的LED組合光；紅黃組合的兩組LED光源處理的植株生長情況優(yōu)于對(duì)照處理，但整體也比較羸弱，葉片小，根系弱。

西瓜是喜光植物，其幼苗在弱光下極易發(fā)生下胚軸徒長的現(xiàn)象，本實(shí)驗(yàn)中各處理的幼苗下胚軸呈現(xiàn)出或多或少的徒長現(xiàn)象。除光強(qiáng)外，光質(zhì)是影響幼苗生長發(fā)育的另一個(gè)重要光因子，不同光質(zhì)對(duì)植物幼苗的各項(xiàng)指標(biāo)，如株高、莖粗以及生物量等，會(huì)產(chǎn)生不同的影響。紅藍(lán)光在植物苗期的應(yīng)用目前是研究熱點(diǎn)，已有很多報(bào)道，普遍認(rèn)為紅光促進(jìn)株高生長，過量的藍(lán)光會(huì)抑制植株莖的伸長生長，植株葉面積變小和總干重降低[7-8]。黃碧陽等[9]對(duì)菠菜的光質(zhì)栽培研究得出類似結(jié)論，其發(fā)現(xiàn)菠菜葉子在紅藍(lán)光比1∶1和紅藍(lán)光比3∶1處理下生長較快，生長33 d后，這兩個(gè)處理的最大葉面積均大于紅藍(lán)光比1∶3處理的最大葉面積。李青竹等[10]將紅藍(lán)光比1∶2處理的石蒜幼苗與紅藍(lán)光比2∶1處理的石蒜幼苗進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)前者株高較矮，鮮重較高。方臨志等[11]研究表明，以藍(lán)光為主的組合光可明顯促進(jìn)菜用大豆幼苗根系的生長，抑制株高的伸長和葉片的生長。本實(shí)驗(yàn)中紅藍(lán)組合光與前人研究結(jié)果一致。

杜洪濤[12]采用不同光質(zhì)單色光處理彩色甜椒幼苗，其認(rèn)為綠光不利于甜椒幼苗根系的發(fā)育，而黃光下的幼苗根系活力較高，植株長的粗壯，藍(lán)光次之。在本實(shí)驗(yàn)中，紅藍(lán)組合光處理的根系活力最高，其次是紅綠組合光，再次是紅黃組合光，結(jié)果與其不一致，這可能是因?yàn)樗{(lán)光、綠光、黃光與紅光形成組合光后產(chǎn)生的效應(yīng)與單色光大不相同，也可能與不同植物種類對(duì)光質(zhì)的需求不同有關(guān)。紅綠組合光和紅黃組合光在植物中的研究報(bào)道較少，朱鹿坤等[13]在冬春季日光溫室條件下研究不同LED 光源延時(shí)補(bǔ)光對(duì)番茄幼苗生長的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，紅藍(lán)比9∶1組合光處理的幼苗比紅綠比9∶1組合光處理的幼苗稍顯矮粗，壯苗指數(shù)略高，但差異不顯著，本實(shí)驗(yàn)與其有類似結(jié)果，但本實(shí)驗(yàn)中紅藍(lán)比2∶1組合光處理的幼苗莖粗和壯苗指數(shù)均顯著高于紅綠比2∶1組合光處理的幼苗莖粗和壯苗指數(shù)。

有些對(duì)綠光和黃光的研究都是在紅藍(lán)光的基礎(chǔ)上添加組合后進(jìn)行的，如陳藝群等[14]發(fā)現(xiàn)在紅藍(lán)光的基礎(chǔ)上分別添加不同比例的綠光、黃光后(光照強(qiáng)度均為300 μmol·m-2·s-1)，均可顯著提高西瓜幼苗壯苗指數(shù)，植株矮壯，其中光質(zhì)5R/4B/1Y(紅光∶藍(lán)光∶黃光為5∶4∶1)表現(xiàn)出較佳的育苗優(yōu)勢。劉振威等[15]在辣椒育苗的研究中有類似結(jié)論，即紅藍(lán)黃光比5∶4∶1可作為促進(jìn)辣椒幼苗生長的最優(yōu)光源組合。在弱光條件下三色復(fù)合光和兩色復(fù)合光的比較研究有待進(jìn)一步揭示。