不同紅藍LED光照強度變化模式對水培菠菜生長及品質的影響

郭玉姣，蔣建萍

（岳陽職業技術學院，湖南岳陽 414006）

在植物生長過程中，其所處環境的光照、空氣、養分、水分及溫度等因素都會對其生長產生影響，其中光照強度是影響植物生長發育的重要因素之一。隨著科學技術的發展，水培技術逐漸成熟，利用水培技術種植菠菜可有效提高土地利用率，同時通過智能管理體系對菠菜種植過程中的各項環境條件進行精準控制，能有效提升菠菜產量和品質。本試驗探究不同紅藍LED 光強變化模式對水培菠菜生長和品質的影響，以期培養出品質更好、營養價值更高的菠菜產品。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗時間為2021年10月1日至11月6日，試驗地點為岳陽職業技術學院密閉植物實驗室。試驗過程中將實驗室的環境溫度控制在18～20 ℃、濕度保持在40%～50%。

供試菠菜品種為原產于荷蘭的三季豐菠菜王。將菠菜種子播種在2.5 cm×2.5 cm×2.5 cm的海綿塊中心凹槽中，當菠菜幼苗生長出2 片真葉后，選擇大小一致且生長健壯的幼苗移栽到45.0 cm×45.0 cm×10.0 cm 的水培床上，并進行光照處理[1]。

營養液配方：0.75 mmol·L-1硫酸鉀、0.5 mmol·L-1磷酸二氫鉀、0.65 mmol·L-1七水合硫酸鎂、1.0×10-3mmol·L-1硼酸、1.0×10-3mmol·L-1一水硫酸錳、1.0×10-4mmol·L-1五水硫酸銅、1.0×10-3mmol·L-1七水硫酸鋅、5×10-6mmol·L-1四水鉬酸氨、0.1 mmol·L-1乙二胺四乙酸鐵鈉及4 mmol·L-1四水硝酸鈣[2]。

1.2 試驗設計

通過LED 紅藍光組合燈板對菠菜進行光照處理。紅藍燈板的尺寸為50 cm×50 cm，其中紅光（R）波長為658 nm，藍光（B）波長為447 nm。將菠菜的光照時間設置在每天的06:00—24:00，并平均分為6個時間段（06: 00—9: 00、09: 00—12: 00、12: 00—15: 00、15:00—18:00、18:00—21:00、21:00—24:00），同一時間段內試驗條件保持不變。試驗共設置4 個處理，將實驗光質按照紅藍光比例R∶B=4∶1 設計，并控制各處理的日累計光積分相等[3]。對照組（CK）為恒定強光，光照強度為200 μmol·cm-2·s-1；L1 處理為光照強度先增強后減弱，光照強度變化情況為150-200-250-250-200-150（單位為μmol·cm-2·s-1，下同）；L2處理為光照強度減弱增強循環，光照強度變化情況為250-150-250-150-250-150；L3 處理為光照強度先減弱后增強，光照強度變化情況為250-200-150-150-200-250。

1.3 測量指標和方法

在處理后的7 d、14 d、21 d，每個處理隨機選取3 株參試植株，分別對被選取菠菜的株高、莖直徑、葉片數量、最大葉面積、地上部分鮮質量和地下根部鮮質量進行測定，計算菠菜的生物產量和根冠比，并在處理后21 d 測量菠菜的生長品質指標（可溶性糖含量、蛋白質含量、維生素C含量、硝酸鹽含量）。

用直尺測量菠菜的株高；用游標卡尺測量菠菜的莖直徑；直接計算菠菜的葉片數量；用EPSON Expression 11000XL 掃描測量菠菜的最大葉面積；利用電子天平測定菠菜地上部鮮質量和地下部鮮質量；采用蒽酮比色法測定菠菜可溶性糖含量；采用考馬斯亮藍法測定菠菜蛋白質含量；采用二甲苯萃取比色法測定菠菜維生素C 含量；采用水楊酸法測定菠菜硝酸鹽含量[4]。

1.4 數據處理

采用SPSS 22.0軟件對統計數據進行處理，并進行方差分析和多重比較[5]。

2 結果與分析

2.1 不同處理對菠菜形態指標的影響

由表1 可知，在處理后7 d，各處理菠菜株高表現為L1＞CK＞L2＞L3；在處理后14 d，各處理菠菜株高表現為CK＞L2＞L1＞L3；在處理后21 d，各處理菠菜株高表現為L1＞L2＞CK＞L3。由此可見，隨著時間變化，處理L1菠菜株高顯著優于其他處理；對照組在7～14 d 生長速度較快，但后期生長速度下降，最終表現與L2一致；L3表現最差。

表1 不同紅藍LED光照強度處理下菠菜形態指標

在處理后7 d，各處理菠菜莖直徑表現為L1＞L2＞CK＞L3；在處理后14 d，各處理菠菜莖直徑表現為CK＞L1＞L2＞L3；在處理后21 d，各處理菠菜莖直徑表現為L1＞L2＞CK＞L3。其中，生長初期各處理莖直徑差異不大，生長后期L1處理莖直徑顯著高于其他處理組。

在處理后7 d，各處理菠菜最大葉面積表現為L3＞L1＞L2＞CK；在處理后14 d，各處理菠菜最大葉面積表現為L2＞L3＞CK＞L1；在處理后21 d，各處理菠菜最大葉面積表現為L3＞L2＞L1＞CK。雖然L3 處理的株高和莖直徑表現不佳，但最大葉面積顯著大于其他處理；對照組最大葉面積表現最差。

在整個生長周期，各處理菠菜葉片數量差異不顯著，說明不同紅藍LED 光照強度變化模式對菠菜葉片數量的影響不大。

根據上述分析，不同紅藍LED 光照強度變化模式對水培菠菜形態指標的影響主要表現在株高、莖直徑和最大葉面積3 個方面。處理L1 對菠菜的株高和莖直徑的促進作用較為顯著；處理L3對菠菜最大葉面積的促進作用較為顯著。這說明改變LED紅藍光光強能夠改變菠菜的生長速度，在相同DLI下，處理L1可以提升菠菜的生長速度，而處理L3則可以增大菠菜的最大葉面積。

2.2 不同處理對菠菜生物量及根冠比的影響

由表2 可知，在處理后7 d，處理L3 菠菜地上部鮮質量為2.01 g，優于其他3 種處理方式；處理L2 菠菜地下部鮮質量最大，為0.061 g。隨著菠菜的生長，在處理后14 d，處理L1 菠菜地上部鮮質量最大，為4.01 g；處理L2 菠菜地下部鮮質量最大，為0.213 g。在處理后21 d，處理L3 菠菜地上部鮮質量最大，為6.17 g；處理L2 菠菜地下部鮮質量最大，為0.331 g。這說明光照強度的變化對菠菜的生物量會產生顯著的影響。處理L2的根冠比在整個生長周期內均較高，對照組的根冠比在整個生長周期內均較低，說明L2處理更有利于菠菜的根系發育。

表2 不同紅藍LED光照強度處理下菠菜生物量及根冠比

2.3 不同處理對菠菜品質的影響

由表3 可知，處理后21 d，處理L3 菠菜的可溶性糖含量最高，為11.54 mg·g-1。由此可見，光照強度先降后升能夠提高菠菜可溶性糖的含量。處理L1菠菜的蛋白質含量和維生素C含量最高，分別為12.56 mg·g-1和44.23 μg·g-1，說明將光照強度調整為先升高再降低的模式有利于菠菜蛋白質和維生素C 的累積。此外，處理L3菠菜的硝酸鹽含量最低，而對照組最高，說明光照強度變化模式有利于菠菜的營養物質積累和降低硝酸鹽含量，有助于改善菠菜品質。

表3 不同紅藍LED光照強度處理下菠菜品質

3 結論

試驗結果表明，改變LED 紅藍光光照強度會對水培菠菜的生長產生影響。相較于恒定的光照強度模式，不同紅藍LED 光照強度變化模式對水培菠菜形態指標的影響主要表現在株高、莖直徑和最大葉面積3 個方面，能夠加快菠菜的生長速度；L3 處理模式能夠保證水培菠菜具備較高的地上部鮮質量；LED 紅藍光光強變化可以有效增加菠菜中可溶性糖含量、蛋白質含量及維生素C 含量，降低硝酸鹽含量。綜上，L1處理（光強強度先增強后減弱）不僅能夠更好地兼顧水培菠菜的生長速度和營養價值，而且有利于培育出更加優質的菠菜產品，適合推廣應用。