遠(yuǎn)紅光、藍(lán)光分階段補(bǔ)光對(duì)生菜生長和品質(zhì)的影響

歐樹穎，劉厚誠

(華南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，廣東 廣州 510642)

引言

光對(duì)植物生長發(fā)育的影響主要體現(xiàn)在光質(zhì)、光照強(qiáng)度和光周期3方面。光質(zhì)及其組成比例對(duì)蔬菜營養(yǎng)品質(zhì)、功能成分的影響發(fā)揮著重要的作用[1]。紅光能促進(jìn)生菜的地上部生長，藍(lán)光有利于根系生長，適當(dāng)?shù)募t藍(lán)光質(zhì)配比能有效提高產(chǎn)量及營養(yǎng)品質(zhì)[2]。補(bǔ)充紅光有利于增加生菜可溶性糖含量[3]，降低菠菜硝酸鹽含量[4]。補(bǔ)充藍(lán)光有利于生菜葉綠素的合成、VC和可溶性蛋白含量的增加[5]；促進(jìn)煙葉氮代謝，增加總氮和氨基酸含量[6]。藍(lán)光受體隱花色素在光敏色素的參與下可以調(diào)控花色苷合成，藍(lán)光是誘導(dǎo)番茄果實(shí)花色苷合成最有效的光質(zhì)[7]。補(bǔ)充遠(yuǎn)紅光有利于生菜VC含量的增加，但對(duì)類胡蘿卜素和葉綠素積累有抑制作用[8,9]。

生菜(Lactucasativa) 屬菊科萵苣屬，又稱葉用萵苣。生菜因其生長周期短，產(chǎn)量高，營養(yǎng)品質(zhì)較高，成為植物工廠最廣泛栽培的園藝作物。紫葉生菜相較于綠葉生菜顏色更加鮮艷且有更加高的營養(yǎng)價(jià)值，保健功效更佳，越來越受到市場歡迎，目前關(guān)于綠葉生菜的光環(huán)境管理研究較多，但對(duì)于紫葉生菜的光環(huán)境管理研究則比較少。在紅藍(lán)光(660 nm、460 nm)下生菜定植22 d后添加綠光(530 nm)照射72 h可以顯著增加生菜地上部干鮮重、多酚含量和DPPH自由基清除率，降低硝酸鹽含量[10]；紅藍(lán)光(638和662 nm、452 nm)下在生菜苗期或成熟期藍(lán)光(452 nm)比例增高，或者用綠光(530 nm)、UV-A(390 nm)分階段處理一定時(shí)間可以顯著改變生菜的葉面積、光合速率、碳水化合物含量[11]；在紅藍(lán)(661 nm、 447 nm)光的基礎(chǔ)上補(bǔ)充遠(yuǎn)紅光(732 nm)或在紅光基礎(chǔ)上補(bǔ)充遠(yuǎn)紅光顯著增加生菜幼苗期的地上部鮮重，根系干鮮重前者有增加后者則顯著降低，在補(bǔ)充遠(yuǎn)紅光后兩者的葉綠素含量(SPAD)都顯著降低[12]。可見在生菜苗期或成熟期的分階段補(bǔ)光均影響生菜的生長和品質(zhì)。本試驗(yàn)在紅白色LED光的基礎(chǔ)之上，通過分階段補(bǔ)充遠(yuǎn)紅光和藍(lán)光，研究生菜的生長及營養(yǎng)品質(zhì)響應(yīng)，以期為紫葉生菜的生產(chǎn)提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)處理

本試驗(yàn)于2019年10月—11月于華南農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)植物工廠中進(jìn)行。生菜(品種：胭脂)種子播種于育苗海綿塊后在催芽室進(jìn)行催芽，待發(fā)芽后置于200 μmol·m-2·s-1白光LED燈栽培架上育苗，待幼苗長至2葉1心時(shí)移栽至載植板上，每塊24株，每個(gè)處理3塊。

栽培光源采用多通道智能可調(diào)LED燈板(廣州誠匯裝備農(nóng)業(yè)科技有限公司提供，紅光LED 660±10 nm、藍(lán)光LED 460±10 nm、遠(yuǎn)紅光735±10 nm、白光LED)。試驗(yàn)設(shè)置3個(gè)光照處理：對(duì)照(CK)紅色R∶白色W=1∶1，光強(qiáng)為200 μmol·m-2·s-1(R/FR=44.27)；FR20處理：前7 d補(bǔ)充20 μmol·m-2·s-1的遠(yuǎn)紅光(R/FR=5.18)和后7 d補(bǔ)50 μmol·m-2·s-1的藍(lán)光；FR30處理：前7 d補(bǔ)充30 μmol·m-2·s-1的遠(yuǎn)紅光(R/FR=3.71)和后7 d補(bǔ)50 μmol·m-2·s-1的藍(lán)光。光譜數(shù)據(jù)采用Asensetek照明護(hù)照測量，光強(qiáng)數(shù)據(jù)是紅、藍(lán)、遠(yuǎn)紅、白LED各通路獨(dú)立測定。光照時(shí)間為每天8:00—18:00共10 h。

圖1 試驗(yàn)用LED的光譜分布圖Fig.1 Spectral distribution diagram of LED

1.2 取樣及測定方法

處理14 d后，每個(gè)處理隨機(jī)從3塊定植板中取12株，用直尺測量第二輪(從外往里)最大葉子的葉長、葉寬；用百分之一天平測定植株地上部和地下部鮮重，放入烘箱，105 ℃殺青30 min后在75 ℃下烘干至恒重，用萬分之一天平測定植株地上部和地下部干重。

光合色素含量測定采用丙酮乙醇混合法[13]。可溶性蛋白含量測定采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法[14]，可溶性糖含量測定采用蒽酮比色法[14]，硝酸鹽含量測定采用水楊酸法[14]，類黃酮含量測定采用Mashiba法[15]，VC含量測定采用鉬藍(lán)比色法[14]，DPPH自由基清除率測定參照Tadolino等[16]的方法，多酚含量測定采用福林酚法[16]，F(xiàn)RAP抗氧化能力測定參照Benzie[17]方法，花色苷含量測定采用pH示差法[18]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析采用Excel2013和spss19.0，LSD、Duncan＇s檢測差異顯著性(p< 0.05)。圖表采用Origin2018繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同補(bǔ)光處理對(duì)生菜生長的影響

生菜的生長明顯受光照處理的影響(表1)，F(xiàn)R20、FR30處理的葉長與CK差異顯著，補(bǔ)光處理間差異不顯著，比CK分別顯著降低了6.24%和7.47%。FR20處理的葉寬較CK顯著降低了6.05%，F(xiàn)R30處理的葉寬則與CK、FR20處理差異不顯著。FR20、FR30處理的地上部鮮干重、全株鮮重均與CK沒有顯著差異。而FR20、FR30處理的地下部鮮重較CK分別增加了20.59%和18.93%，地下部干重分別增加了12.50%和12.21%。FR20、FR30處理的根冠比差異不顯著，較CK分別顯著增加了20.32%和16.88%。

表1 不同補(bǔ)光處理對(duì)生菜生長的影響

2.2 不同補(bǔ)光處理對(duì)生菜光合色素含量的影響

生菜的光合色素含量明顯受光照處理的影響(表2)。FR30處理的葉綠素含量以及葉綠素a/b值均與CK、FR20處理存在顯著差異，葉綠素a含量分別增加了14.67%和9.60%，葉綠素b含量分別增加了88.83%和63.74%，總?cè)~綠素含量分別增加了33.88%和24.66%，而葉綠素a/b值則分別降低39.01%和33.19%。類胡蘿卜素含量則以FR30處理最小并與CK差異顯著，與CK相比降低了57.89%，補(bǔ)光處理間差異不顯著。

表2 不同補(bǔ)光處理對(duì)生菜光合色素含量的影響

2.3 不同補(bǔ)光處理對(duì)生菜營養(yǎng)品質(zhì)的影響

生菜的營養(yǎng)品質(zhì)受光照處理的影響(圖2)。FR30處理比FR20處理的可溶性糖含量顯著增加了59.43%，但兩個(gè)處理均與CK沒有顯著差異；FR30處理的可溶性蛋白含量比CK顯著降低了10.50%，兩補(bǔ)光處理之間差異不顯著；不同分階段補(bǔ)光處理對(duì)生菜的VC含量、硝酸鹽差異不顯著。

圖2 不同補(bǔ)光處理對(duì)生菜營養(yǎng)品質(zhì)的影響Fig.2 The effects of different supplementary light treatments on the quality of lettuce

圖3 不同補(bǔ)光處理對(duì)生菜抗氧化能力的影響Fig.3 The effects of different supplementary light treatments on the antioxidant capacity of lettuce

2.4 不同補(bǔ)光處理對(duì)生菜抗氧化能力的影響

生菜的抗氧化能力受光照處理的影響(圖3)。DPPH自由基清除率3個(gè)處理之間差異不顯著。而兩個(gè)補(bǔ)光處理的FRAP抗氧化能力、類黃酮含量、多酚含量、花色苷含量均顯著高于CK，但補(bǔ)光處理間差異不顯著。FR20處理的FRAP抗氧化能力、類黃酮含量、多酚含量、花色苷含量分別比CK顯著增加50.48%、36.74%、21.53%和141.62%。FR30處理的FRAP抗氧化能力、類黃酮含量、多酚含量、花色苷含量分別比CK顯著增加46.42%、35.28%、32.15%和142.54%。

生菜的抗氧化物質(zhì)含量和抗氧化能力間存在相關(guān)關(guān)系(表3)。FRAP抗氧化能力與其他4個(gè)指標(biāo)正相關(guān)但不顯著；DPPH自由基清除率與類黃酮含量、多酚含量和花色苷含量負(fù)相關(guān)但不顯著；類黃酮含量和多酚含量、花色苷含量正相關(guān)極顯著；多酚含量和花色苷含量正相關(guān)顯著。

3 小結(jié)與討論

遠(yuǎn)紅光的避蔭作用可以使植物認(rèn)為其葉片被遮擋而加快生長速度，促進(jìn)株高增加，但并不一定會(huì)導(dǎo)致植株生物量的積累[19]，而藍(lán)光能對(duì)生菜莖葉生長起到抑制作用并使其橫向生長[20]。補(bǔ)充藍(lán)光有利于作物根系的生長發(fā)育，藍(lán)光條件下培育的作物幼苗發(fā)根數(shù)目多根系粗壯，生物量大[21]。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，分階段補(bǔ)光對(duì)生菜的地上部生物量并沒有明顯差異，表明分階段補(bǔ)光不能促進(jìn)生菜葉片的生長，但對(duì)生菜的地下部根系生長有促進(jìn)作用，F(xiàn)R20、FR30處理的根系鮮干重均顯著增加。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)生菜葉長、葉寬均受到抑制，這可能與較高強(qiáng)度的藍(lán)光使生菜的莖與葉片細(xì)胞擴(kuò)增受到抑制[22]，從而使生菜的生長被抑制，而具有緊湊的葉片和短葉柄[23]有關(guān)。

表3 生菜抗氧化物質(zhì)、能力間的相關(guān)性

紅、藍(lán)光均有利于生菜葉綠素的積累[24-26]，但紅光更有利于葉綠素b含量提高，使得葉綠素a/b較低，藍(lán)光更有利于葉綠素a含量增加，使得葉綠素a/b較高[27,28]。遠(yuǎn)紅光也參與的植物光合作用，在白光基礎(chǔ)上補(bǔ)充強(qiáng)度160 μmol·m-2·s-1的遠(yuǎn)紅光(734 nm)能顯著降低生菜葉片類胡蘿卜素含量[29]。與白光相比補(bǔ)充30 μmol·m-2·s-1的遠(yuǎn)紅光(850 nm)顯著降低了生菜鮮重及葉綠素、類胡蘿卜素含量[9]。白天用20 μmol·m-2·s-1的遠(yuǎn)紅光(730 nm)處理降低了番茄葉綠素含量[30]。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)分階段補(bǔ)光處理中FR30處理有利于生菜葉綠素積累，但是不利于類胡蘿卜素積累，而FR20處理則對(duì)葉綠素和類胡蘿卜素積累效果不明顯。有研究表明12 d內(nèi)在紅藍(lán)光(660 nm、440 nm)基礎(chǔ)上補(bǔ)充遠(yuǎn)紅光(735 nm)，R/FR對(duì)生菜的葉綠素積累效果不明顯[31]，而在紅光(661 nm)基礎(chǔ)上補(bǔ)充藍(lán)光(449 nm)對(duì)葉綠素積累效果顯著[32]，本試驗(yàn)則表明分階段補(bǔ)充較高強(qiáng)度遠(yuǎn)紅光和藍(lán)光可以促進(jìn)生菜葉綠素積累，可能與較低R/FR和藍(lán)光的綜合作用有關(guān)。FR30處理的葉綠素a/b較CK和FR20處理顯著降低，原因可能是較高強(qiáng)度的遠(yuǎn)紅光導(dǎo)致的生菜避蔭作用更為明顯，生菜認(rèn)為其葉片被遮擋而感受到的光線更弱，而葉綠素a、b、a+b增加，葉綠素a/b降低，是植物適應(yīng)弱光環(huán)境的表現(xiàn)[33]。

補(bǔ)充紅光有利于黃瓜幼苗葉片可溶性糖積累[34]，補(bǔ)充藍(lán)光有利于生菜可溶性蛋白積累[35,36]，補(bǔ)充紅、藍(lán)光都有降低植物硝酸鹽的作用[6,37]，較高強(qiáng)度的紅藍(lán)組合光有利于番茄可溶性糖含量增加[38]和氮代謝及相關(guān)酶活性提高[39]，遠(yuǎn)紅光可通過調(diào)節(jié)R/FR來影響植物的品質(zhì)。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，分階段補(bǔ)光處理對(duì)生菜可溶性糖含量沒有顯著影響，但兩處理可溶性糖含量FR30處理比FR20處理顯著增加，其原因可能是由于光合碳循環(huán)中的編碼基因的轉(zhuǎn)錄可以被光敏色素協(xié)同地調(diào)節(jié)，從而引起了 R/FR 對(duì)碳水化合物合成的影響[40]。與補(bǔ)充藍(lán)光促進(jìn)植物可溶性蛋白積累、降低硝酸鹽含量不同，分階段補(bǔ)充較高強(qiáng)度遠(yuǎn)紅光和藍(lán)光卻抑制了生菜可溶性蛋白積累，F(xiàn)R30處理顯著降低了生菜可溶性蛋白含量，分階段補(bǔ)光處理對(duì)硝酸鹽含量沒有顯著影響，可能與前期補(bǔ)充較強(qiáng)遠(yuǎn)紅光導(dǎo)致較低R/FR有關(guān)。生菜補(bǔ)充50～100 μmol·m-2·s-1的藍(lán)光(450～460 nm)可以增加其VC含量[24]，而補(bǔ)充40～100μmol·m-2·s-1藍(lán)光(450～460 nm)對(duì)生菜VC含量無顯著差異[35]，本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)分階段補(bǔ)光對(duì)生菜VC含量也沒有顯著促進(jìn)作用，可能光質(zhì)對(duì)生菜VC含量的影響與品種有關(guān)。

藍(lán)光(460 nm)顯著提高了苜蓿芽苗菜總酚、類黃酮含量和DPPH自由基清除能力[41]。一定比例的紅藍(lán)白組合光中較高比例的藍(lán)光可促進(jìn)生菜中酚類物質(zhì)的積累[42]。藍(lán)色LED處理下生菜種植后總酚含量和抗氧化活性顯著增加[43]。在紅藍(lán)光下補(bǔ)充遠(yuǎn)紅光可顯著促進(jìn)生菜總酚含量和抗氧化活性，但兩者的促進(jìn)作用隨著R/FR的增加而逐漸降低[31]。本試驗(yàn)兩個(gè)分階段補(bǔ)光處理均顯著增加了生菜多酚含量，提高了FRAP抗氧化能力，但DPPH自由基清除率沒有顯著差異。其原因可能是分階段補(bǔ)充遠(yuǎn)紅光、藍(lán)光與藍(lán)光或遠(yuǎn)紅光補(bǔ)光有相似的促進(jìn)作用，不過R/FR增減對(duì)于生菜分階段補(bǔ)光的作用可能不明顯，對(duì)DPPH自由基清除率的促進(jìn)作用也不明顯。

類黃酮和花色苷是黃酮化合物，具有很好的抗氧化、抗癌和抵抗心腦血管疾病作用。藍(lán)光比例增大可促進(jìn)生菜類黃酮的形成，對(duì)生菜花色苷含量有促進(jìn)作用[35,42]。藍(lán)光也可有效促進(jìn)生菜花色苷的積累，是調(diào)控花色苷合成的有效光質(zhì)[24]。但是降低R/FR的比率，或者提高FR/R的比率，很多種類的植物均會(huì)降低其內(nèi)部花色苷的積累[44]。本試驗(yàn)兩個(gè)分階段補(bǔ)光處理均顯著增加了生菜的類黃酮和花色苷含量，表明分階段補(bǔ)光在降低R/FR比率時(shí)仍對(duì)生菜類黃酮和花色苷的積累有促進(jìn)作用，與補(bǔ)充藍(lán)光的促進(jìn)作用較為相似，可能是后期補(bǔ)充藍(lán)光促進(jìn)了這兩者的積累。

綜上所述，遠(yuǎn)紅光、藍(lán)光分階段補(bǔ)光對(duì)生菜的生物量、營養(yǎng)品質(zhì)改善沒有明顯促進(jìn)作用，但對(duì)于生菜的葉綠素積累和抗氧化能力有顯著的提高。