不同比例LED光源對生菜生長相關特性的影響

潘江偉，廖 敏，武 恒，呂夢冉，張永梅，田勝尼*

(1.安徽農業大學生命科學學院，安徽合肥 230036；2.安徽農業大學林學與園林學院，安徽合肥 230036)

光在植物生長過程中起著關鍵作用，決定它們的光形態發生和光合作用速率[1]。同時，光作為植物的最終能源與信號物質，影響設施內蔬菜的生長發育、形態建成、生理代謝、產量和品質等[2]。到達植物的光譜成分通過植物感光細胞的參與影響它們的生長和發育[3]。隨著發光二極管的出現及其在園藝設施中的廣泛應用，使用固態照明系統的綠、黃光的功能已經逐漸顯現[3]。目前作物栽培的光源采用基于發光二極管的紅藍組合光源，能有效地促進葉片光合作用。然而，缺乏綠燈可能對作物生長不利，因為綠燈在植物發育中起著重要作用[4]。生菜(Lactucasativavar.ramosa)是一種全球性蔬菜，在植物工廠中應用廣泛[5]。生菜不僅富含多種營養成分，而且具有抗衰老、降血壓、防止癌細胞形成等保健功能，深受消費者歡迎[6]。筆者以LED紅藍綠白光為試驗光源，研究不同光源配比對生菜生長及生理特性的影響，探究在紅藍光中介入綠光對生菜的影響，旨在為生菜在植物工廠中光組合的選擇提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料供試材料為生菜種子，于2021年9月1日從壽禾種業種子公司購入。

1.2 試驗方法以生菜種子為試驗材料，營養液采用霍格蘭配方營養液，播種日期為2021年9月8日，定植 LED 栽培架時間為9月14日。光強設置為100 cd，LED光質配比分別為 R∶B∶W=3∶1∶3、R∶B∶W=3∶1∶1、R∶B∶G=8∶3∶1這3個模式。光照培養架層高為30 cm的栽培架。光源固定于培養架頂部，距離植株 30 cm。培養架之間不透光，每個光源之間用紙板隔開遮擋，以防止外界光源對試驗產生影響。每天照光12 h(08：00—20：00)，白天溫度不高于24 ℃，夜間溫度不低于 18 ℃。待生菜長到第24天，隨機取樣，每個處理重復3次進行形態指標、生理指標以及光合特性的測定。

1.3 測定項目與方法

1.3.1生長指標。用直尺測量株高(根莖部到生長點的距離)、根長；記錄生菜植株的葉片數；用感量為 0.000 1 g的電子分析天平測定各處理生菜植株地上部和地下部鮮干質量。

1.3.2品質指標。選取生長點往下第 3～4 片鮮葉，采用蒽酮比色法[7]測定可溶性糖含量，采用考馬斯亮藍 G-250染色法[7]測定可溶性蛋白含量，采用定糖比色法[7]測定纖維素含量。

1.3.3光合指標。每處理隨機選取 5 株，取生長點往下第 4 片功能葉測量相關指標。葉綠素含量、類胡蘿卜素含量測定采用乙醇提取法[8]；光合參數采用Li-6800光合儀測量，穩定10 min 后記錄其凈光合速率(Pn)、胞間CO2濃度(Ci)、氣孔導度(Gs)和蒸騰速率(Tr)。

1.4 數據處理采用 Excel 2021和SPSS 25.0統計分析軟件對試驗數據進行整理和統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同光質比例對生菜生長的影響由表1可知，不同比例的光質處理對生菜生長影響存在差異，葉片數、地上部重量、地下部重量、全株重量均以T3最大。株高表現為T2>T1>T3。說明紅藍光中加入綠光可以促進生菜葉片數的增加，增加生菜重量。

表1 不同光質配比對生菜生長的影響Table 1 Effects of different light quality ratio on lettuce growth

2.2 不同光質比例對生菜光合特性的影響由表2可知，不同比例的光質處理對生菜光合特性影響存在差異，葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總含量、類胡蘿卜素以及凈光合速率均以T2最大。胞間二氧化碳含量表現為T3>T1>T2。蒸騰速率表現為T1>T2>T3。氣孔導度表現為T1>T2>T3。說明減少白光的比例可以增加植物的光合作用和葉綠素、類胡蘿卜素含量，紅光比例過多可能會減少植物的光合作用以及葉綠素和類胡蘿卜素的含量。

表2 不同光質配比對生菜光合特性的影響Table 2 Effects of different light quality ratio on photosynthetic characteristics of lettuce

2.3 不同光質比例對生菜品質的影響由表3可知，不同比例的光質處理對生菜光合特性影響存在差異。可溶性糖含量表現為T3>T1>T2，且不同處理間差異顯著。可溶性蛋白含量表現為T2>T3>T1，T3與T2含量差異不顯著。纖維素含量表現為T1>T3>T2，T1與T3含量差異不顯著。T3處理下的生菜品質最佳，可見加入綠光對生菜品質的提升具有積極作用。

表3 不同光質配比對生菜品質的影響Table 3 Effects of different light quality ratio on lettuce quality 單位：mg/g

3 結論與討論

在目前的紅色和藍色光譜中加入綠光可能是有益的，因為這將使輻照度光譜與太陽光譜更具可比性[9]。該試驗加入綠光的T3處理蔬菜品質高于其他2組只有紅藍光的處理。在T3模式下生菜的可溶性糖高于其他處理60.67%和23.28%，其可溶性蛋白與纖維素含量較最佳處理僅降低13.07%和6.32%，差異不顯著。

在紅光、藍光和綠光組合下生長的生菜植株比單獨在紅光或藍光下生長的生菜植株具有更高的鮮重和干重[10-11]。該試驗中加入綠光的T3處理鮮重明顯高于其他2組處理。T3處理下全株重量高于其他處理108.81%和21.41%，與Kim等[10-11]的研究結果一致。綠色光已被證明有利于光合作用和植物生長，這意味著在植物栽培中使用綠色光的必要性。“綠光”感覺系統通過與紅色和藍色傳感器相互作用來調節[12]，在該試驗中也被證明是正確的。在紅藍光中混合少量白光能夠顯著增加葉片柵欄組織和海綿組織厚度，改善光系統 II 性能，提高凈光合速率(Pn)及光合電子傳遞速率[13]。隨著白光比例增加，其光合性能逐漸降低，可能是單位面積內有活性的反應中心數目逐漸下降，使單位面積葉片光能吸收、捕獲和用于電子傳遞的能力下降[13]。該試驗中T2處理下生菜的葉綠素a含量、葉綠素b含量、葉綠素總含量、類胡蘿卜素含量以及凈光合速率均高于其他處理，證明紅光相同比例的情況下較少的白光組合更有利于生菜的光合速率以及葉綠素的積累。這與文蓮蓮[13]的結果一致。較高比例紅光更能提高蔗糖代謝相關酶活性，影響作物的碳水化合物積累[14]。提高紅光比例時黃葉白菜可溶性糖含量顯著提高，這與在烏塌菜[15]、小白菜[16]、生菜[17-18]、韭菜[19]、芹菜[20]中的研究結果相同，可能是較高比例紅光更能提高蔗糖代謝相關酶活性，影響作物的碳水化合物積累，高紅光處理下蔬菜的可溶性糖含量增加，會提高蔬菜的品質，與鐘劍富等[14]的研究結果一致。鐘劍富等[14]研究結果表明提高紅光比例可以增加“黃葉白菜”的可溶性糖含量。該試驗結果表明較少的白光可以增加生菜的可溶性蛋白含量。

該研究結果表明，綠光的加入會增加生菜中營養物質的積累且增加蔬菜的葉片數以及蔬菜重量。由此可見R∶B∶G=8∶3∶1為最適宜生菜生長光模式。