不同LED光源對(duì)甘藍(lán)幼苗生長發(fā)育的影響

黃 雯,甘小虎,魏猷剛,胡 靜,閻慶九,張艷雙,胡 波

(南京市蔬菜科學(xué)研究所,南京210000)

甘藍(lán)是一種重要的十字花科蔬菜,較其他綠葉蔬菜耐儲(chǔ)藏,且營養(yǎng)豐富,深受我國廣大消費(fèi)者的喜愛。我國甘藍(lán)栽培面積較大,因其幼苗下胚軸細(xì)長,在育苗過程中極易造成頭重腳輕的現(xiàn)象,澆水時(shí)容易傾倒折斷,不僅折損率高,而且會(huì)加大后期定植工作的難度。

隨著市場(chǎng)上蔬菜幼苗的需求量日益增大,工廠化育苗已經(jīng)成為目前蔬菜的主要育苗方式,成熟的工廠化育苗技術(shù)能夠省工省力、降低成本、培育壯苗,但工廠化育苗普遍存在光照較弱的問題。研究表明:光是植物生長的必需因子[1],弱光下幼苗長勢(shì)較弱且容易徒長,尤其是在冬季進(jìn)行工廠化育苗時(shí),溫室或大棚的保暖防寒措施會(huì)嚴(yán)重降低幼苗接受到的光照強(qiáng)度,如再遇到持續(xù)性低溫陰雨天氣,極易造成幼苗徒長,形成高腳苗。王廣龍等[2]研究發(fā)現(xiàn):番茄徒長苗在定植后會(huì)出現(xiàn)花期延遲以及早衰的現(xiàn)象,嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致總產(chǎn)量下降25%左右。由此可見,光是設(shè)施栽培中的重要環(huán)境因子,人工光源是設(shè)施栽培的重要光調(diào)控手段。

熒光燈是在農(nóng)業(yè)上應(yīng)用較多的一種傳統(tǒng)光源,其光譜分布是具有多個(gè)輻射量峰值的鋸齒狀曲線,連續(xù)性較差,且熒光燈中缺乏遠(yuǎn)紅光。發(fā)光二極管(Light-emitting diodes,LEDs)作為一種新型光源受到越來越多農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者的關(guān)注,與熒光燈相比,LED全光譜光源功率分布曲線總體上較好。在蔬菜育苗上已有不少關(guān)于LED應(yīng)用的報(bào)道,在番茄育苗上的報(bào)道尤其多。合適的LED光源不僅可以促進(jìn)番茄幼苗生長發(fā)育,提高番茄的壯苗指數(shù)[3-6],甚至對(duì)病害也有抑制作用,如LED紅光和紫光對(duì)番茄灰霉病有抑制作用[7]。

在十字花科蔬菜育苗中,王婷等[8]和黃啟良等[9]研究發(fā)現(xiàn):相較于單色光,紅光白光組合能夠促進(jìn)不結(jié)球生菜和櫻桃蘿卜的根系發(fā)育,地下部質(zhì)量較大;陳祥偉等[10]研究認(rèn)為:采用單色紅光作為光源育苗,在整個(gè)生長期該處理的烏塌菜生物量均顯著高于白光光源處理。目前,鮮見LED光源對(duì)甘藍(lán)育苗的研究,本試驗(yàn)以甘藍(lán)作為材料,研究紅光和全光譜白光2種不同LED光源對(duì)甘藍(lán)幼苗生長發(fā)育的影響,以期為甘藍(lán)育苗人工光源的選擇提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)在南京市蔬菜科學(xué)研究所進(jìn)行。供試甘藍(lán)品種為‘牛心甘藍(lán)’,于2018年9月16日播種,待甘藍(lán)出芽后將穴盤移至光照實(shí)驗(yàn)室內(nèi),置于各處理燈光下進(jìn)行光照處理,30 d后出苗,甘藍(lán)的出苗標(biāo)準(zhǔn)為4葉1心。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)共設(shè)3個(gè)處理,T1和T2處理為LED光源照射,T1處理為紅光,波長650 nm,T2處理為全光譜白光,色溫5 536 K,對(duì)照(CK)為熒光燈照射,每處理50棵甘藍(lán)幼苗,3次重復(fù)。試驗(yàn)期間各處理光量子通量均設(shè)置為(120±5)μmol∕(m2·s),光周期12 h,每天6:00—18:00對(duì)甘藍(lán)幼苗進(jìn)行光照處理,日間(6:00—18:00)氣溫維持在(25±1)℃,夜間(18:00—6:00)維持在(14±1)℃,空氣濕度維持在60%—80%。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目

于出苗當(dāng)日測(cè)定各項(xiàng)指標(biāo),包括全株高度、下胚軸長度、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)、植株粗度、植株鮮重、植株干重、植株根冠比(根干重∕地上部干重)、植株壯苗指數(shù)[(莖粗∕株高+根干重∕地上部干重)×全株干重×10]、最大葉葉面積、葉綠素相對(duì)含量(SPAD值)、根系活力、根體積、根系總長度、根系投影面積、根系表面積、根系平均直徑、根尖數(shù)量等。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用SAS軟件的ANOVA過程處理數(shù)據(jù),顯著性檢驗(yàn)采用鄧肯氏新復(fù)極差法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同光質(zhì)對(duì)甘藍(lán)幼苗植株生長速率的影響

由表1可見,不同光質(zhì)對(duì)甘藍(lán)幼苗生長速率的影響存在明顯差異。CK的甘藍(lán)幼苗下胚軸生長速率較快,T2處理最為緩慢,其下胚軸絕對(duì)生長速率僅為1.78 mm∕d,顯著低于T1處理和CK。在幼苗出倉時(shí),T2處理的甘藍(lán)幼苗株高和下胚軸高度分別為13.70 cm和4.80 cm,株高顯著低于T1處理,顯著高于CK,下胚軸高度顯著低于T1處理和CK。各處理之間的植株粗度差異同樣很明顯,T2處理的甘藍(lán)幼苗植株最為粗壯,粗度達(dá)2.551 mm,T1處理植株粗度略低,為2.381 mm,兩處理分別比CK高53.0%和42.8%。可見,T1處理的甘藍(lán)幼苗較為高大,T2處理植株呈現(xiàn)矮壯的狀態(tài),對(duì)照植株矮小但下胚軸最長,表現(xiàn)較為瘦弱。

表1 不同光質(zhì)對(duì)甘藍(lán)幼苗植株生長速率的影響Table 1 Effects of different light quality on growth rate of cabbage seedlings

2.2 不同光質(zhì)對(duì)甘藍(lán)幼苗植株質(zhì)量及壯苗系數(shù)的影響

由表2可見,各處理之間的植株鮮重及植株干重差異較為明顯,T1和T2處理的甘藍(lán)幼苗植株地上部較為發(fā)達(dá),T1處理的地上部鮮重最高,比T2處理略高,兩者均顯著高于CK。在根系方面,T2處理的甘藍(lán)幼苗根系質(zhì)量最大,最為發(fā)達(dá),CK根系很弱;T2處理根鮮干重分別為0.236 g和0.026 g,顯著高于T1處理和CK,根鮮重比T1處理和CK分別高24.2%和126.9%,根干重分別比T1處理和CK分別高36.8%和160.0%。從全株干重可見,T2處理的甘藍(lán)幼苗干物質(zhì)積累最多,高達(dá)0.176 g,分別比T1處理和CK高17.3%和79.6%,推斷T1處理的甘藍(lán)植株含水量較高,尤其是地上部分。

從壯苗指數(shù)可見,T2處理的甘藍(lán)幼苗植株最為健壯,壯苗指數(shù)高達(dá)0.611,顯著高于T1處理和CK,分別比T1處理和CK高38.9%和146.4%。

表2 不同光質(zhì)對(duì)甘藍(lán)幼苗植株質(zhì)量及壯苗系數(shù)的影響Table 2 Effects of different light quality on seedling weight and strong seedling coefficient of cabbage

2.3 不同光質(zhì)對(duì)甘藍(lán)幼苗葉片及根系生長的影響

由表3可見,各處理甘藍(lán)幼苗葉片的生長情況存在一定差異。T1和T2處理的甘藍(lán)幼苗葉片數(shù)均為4片,CK為3片;LED光源處理的植株葉片均較為發(fā)達(dá),其中T1處理的最大葉葉面積最高,為23.89 cm2,比CK高69.2%,T2處理的最大葉葉面積為21.44 cm2,比CK高51.8%。T1處理的甘藍(lán)幼苗葉片葉綠素相對(duì)含量最高,葉色較深,CK葉片葉綠素相對(duì)含量最低,葉色最淺。

從根系的相關(guān)數(shù)據(jù)可以看出,T1和T2處理的甘藍(lán)幼苗根系較為發(fā)達(dá),根活力、根系長度、根系投影面積、根系表面積、根直徑、根體積、根尖數(shù)量等指標(biāo)均顯著高于CK,尤其是T2處理,其根系活力達(dá)190.70μg∕(g·h),顯著高于T1處理和CK,比T1處理高25.3%,比CK高104.9%。T2處理的甘藍(lán)幼苗根系長度、根系投影面積、根系表面積、根直徑、根體積、根尖數(shù)量分別比CK高71.3%、50.6%、33.5%、18.2%、64.7%和44.8%。各處理間的根冠比也存在顯著差異,T2處理的根冠比(0.164)顯著高于T1處理和CK,比T1處理和CK分別高28.1%和56.2%。可見,T2處理的甘藍(lán)幼苗根系最為強(qiáng)健。

表3 不同光質(zhì)對(duì)甘藍(lán)幼苗葉片及根系生長的影響Table 3 Effects of different light quality on growth of leaves and roots of cabbage seedlings

3 結(jié)論與討論

溫度、光照、水分是植物生長發(fā)育所必須的環(huán)境因子[11],這些環(huán)境因子可通過改變植物體內(nèi)的激素水平來影響下胚軸的伸長[12-13]。近年來,光照對(duì)植物的影響越來越受到學(xué)者們的關(guān)注,如林魁等[14]認(rèn)為不同光強(qiáng)會(huì)影響?zhàn)嫌酌绲纳L發(fā)育。光照對(duì)植物生長發(fā)育的影響不僅體現(xiàn)在光強(qiáng)上,不同的光質(zhì)也可對(duì)植物產(chǎn)生不同程度的影響[15]。

隨著工廠化育苗的發(fā)展,LED光源在育苗上的應(yīng)用越來越受到重視。曹剛[16]研究認(rèn)為:采用單色紅光作為光源比白光光源育苗更有利于甘藍(lán)幼苗生物量的積累,且能夠提高甘藍(lán)幼苗的壯苗指數(shù)。這與本試驗(yàn)結(jié)果并不相同,其原因可能與所使用的光量子通量值有關(guān),該研究所使用的LED光源僅為(50±5)μmol∕(m2·s),為弱光條件。另外,鄭冬梅等[17]采用紅藍(lán)光處理紫甘藍(lán)幼苗,發(fā)現(xiàn)紅光可促進(jìn)紫甘藍(lán)莖的伸長,與本試驗(yàn)結(jié)果一致。與此結(jié)果類似的還有很多報(bào)道,如薄皮甜瓜育苗時(shí),有研究發(fā)現(xiàn)單一紅光處理的幼苗株高顯著高于其他處理[18];大豆育苗時(shí),單側(cè)紅光處理的大豆幼苗株高顯著高于單側(cè)自然光處理[19]。在本試驗(yàn)中,T2處理(全光譜白光)的甘藍(lán)幼苗地上部矮壯,莖粗值最高,不易折斷,根系發(fā)達(dá),根系活力強(qiáng),壯苗指數(shù)最高;T1處理(紅光)的甘藍(lán)幼苗地上部分發(fā)達(dá),株高最高,葉片較大,可見紅光可促進(jìn)植物生長,但根系指數(shù)比T2處理略差;對(duì)照植株矮小,但下胚軸絕對(duì)生長速率最高,下胚軸最長,呈現(xiàn)出高腳苗的狀態(tài),由于株莖過細(xì),極易折斷,增加了定植時(shí)的工作量,葉色淡,植株呈現(xiàn)出瘦弱的狀態(tài),且根系發(fā)育不良,根系活力很差。在甘藍(lán)育苗中植株矮壯的幼苗比較受種植戶的歡迎,其根系強(qiáng)健有利于定植后盡快緩苗,對(duì)促進(jìn)甘藍(lán)植株的生長有積極作用,本試驗(yàn)中T2處理(全光譜白光)較適合甘藍(lán)育苗。

恰當(dāng)?shù)膹?fù)合光有利于植物幼苗的生長,調(diào)整好適當(dāng)?shù)墓赓|(zhì)比例可顯著提高幼苗的壯苗指數(shù),形成優(yōu)質(zhì)壯苗。如崔曉輝等[18]研究認(rèn)為:紅光或藍(lán)光單一光質(zhì)的LED光源照射薄皮甜瓜,壯苗效果不如紅藍(lán)復(fù)合光,紅藍(lán)光光質(zhì)比為6∶1是薄皮甜瓜‘玉美人’幼苗最佳的補(bǔ)光光質(zhì)配比;王虹等[20]研究認(rèn)為,紅光中添加10%藍(lán)光處理最有利于黃瓜幼苗的生長;劉振威等[21]研究發(fā)現(xiàn):三色光更有利于‘農(nóng)大牛角椒’形成壯苗,紅藍(lán)黃光配比為5∶4∶1處理的辣椒幼苗株高、根長、側(cè)根數(shù)、葉數(shù)、干鮮重均最大,可作為促進(jìn)辣椒幼苗生長的最優(yōu)光源組合。人工光源在幼苗上的應(yīng)用尚有很大研究空間,本試驗(yàn)將進(jìn)一步研究兩色和三色復(fù)合光對(duì)甘藍(lán)幼苗生長的影響。