植物工廠LED 光質調控對蘇州青幼苗生長的影響

王 哲，王宇航，杜長霞，樊懷福

（1.至農科技發展（浙江）有限公司，杭州 311300；2.南京優士環境技術有限公司，南京 210000；3.浙江農林大學園藝科學學院，杭州 311300）

蘇州青是蘇州市優良地方品種和主栽青菜品種，屬不結球白菜（Brassica campestrisssp.Chinensis）十字花科蕓薹屬，營養價值高，在世界范圍內廣泛栽植。日益嚴重的土壤次生鹽漬化已成為制約中國農業生產以及農業可持續發展的主要非生物脅迫環境因素，而工廠化生產可克服這種制約［1］。光是影響植物工廠中植物生長發育所需的主要環境因子，在光合作用、形態建成和物質代謝等方面起關鍵作用。LED 光源不僅具有體積小、壽命長、能耗低、發光效率高等優點，而且能根據植物生長發育的不同光環境需要進行光譜的精準配置，促進植物生長發育和形態建成，從而提高產量和品質［2］。與單色光相比，紅藍組合光顯著促進碳水化合物的合成、增加株高和拓展葉片加深顏色，對植物根數、生物量和光合色素含量的增加有明顯的促進作用［3］。利用光質調控技術對植物生長發育過程進行調控具有高效節能、環保無害等優勢。因此，本研究分析了不同光質配比對植物工廠蘇州青育苗的影響，以期為蘇州青育苗和種植工廠化提供理論基礎和現實意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為蘇州青種子。

1.2 試驗設計

根據光質配比不同試驗共設5 個處理，分別為LED 白光對照（CK）、紅光∶藍光=1∶1（處理A）、紅光∶藍光=3∶2（處理B）、紅光∶藍光=2∶1（處理C）、紅光∶藍光=3∶1（處理D）。紅色LED 光源的峰值波長為660 nm，藍色LED 光源的峰值波長為450 nm。3 次重復，每個重復1 盤。

1.3 試驗方法

經篩選獲得籽粒飽滿、活性強的蘇州青種子，55 ℃溫湯浸泡15 min 后用清水浸泡2 h，然后將種子平鋪在濕潤的濾紙上并置于培養皿中，放入25 ℃恒溫箱中催芽，待80%種子露白后播種于育苗盤中，基質為珍珠巖、蛭石、草炭混合基質。育苗盤置于不同處理LED 光源下培養20 d，通過調整光源距離使試驗材料所處的光通量密度為280 μmol/（m2·s）。控制光照時期溫度為（20±2）℃，黑暗時期溫度為（12±2）℃，光照時間為12 h/d。

1.4 項目測定

每個處理隨機選取6 株蘇州青幼苗進行形態指標測定，然后取平均值。用游標卡尺測量株高、莖粗、主根長、葉柄長，株高為根部以上到心葉的距離；用天平稱量單株鮮重后，將蘇州青地下部和地上部分開，分別于120 ℃下殺青30 min，隨后于75 ℃下烘干至恒重，并用精度為0.001 g 的電子天平稱重；計算壯苗指數，壯苗指數=（莖粗/株高+地下部干重/地上部干重）×全株干重［4］，葉綠素含量和氮含量采用葉綠素測定儀進行數據采集。

1.5 數據分析

試驗數據采用Office 2019 和SPSS 22.0 軟件進行單因素方差分析及多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同光質配比對植物工廠中蘇州青葉片數的影響

由圖1 可知，不同光質配比影響蘇州青的葉片數，葉片數從多到少依次為A、B、C、CK、D。與CK相比，除D 外，其他處理蘇州青葉片數均多于CK，但差異均未達到顯著水平，且A、B 略多于其他處理。因此，從所有處理蘇州青的葉片數來看，A、B 較有利于蘇州青葉片數的增加。

圖1 不同光質配比對植物工廠中蘇州青葉片數的影響

2.2 不同光質配比對植物工廠中蘇州青葉柄長的影響

由圖2 可知，不同光質配比影響蘇州青的葉柄長，葉柄長從長到短依次為A、B、D、CK、C。與CK相比，A、B、D 的葉柄長均高于CK，且A、B 與CK 之間差異達到顯著水平，D 與CK 之間差異不顯著，CK明顯高于C，A、B 葉柄長差異達到顯著水平。因此，從所有處理蘇州青的葉柄長來看，A、B 較有利于蘇州青葉柄的增長。

圖2 不同光質配比對植物工廠中蘇州青葉柄長的影響

2.3 不同光質配比對植物工廠中蘇州青株高的影響

由圖3 可知，不同光質配比明顯影響蘇州青的株高，株高從高到矮依次為B、A、C、D、CK。與CK 相比，A、B、C、D 的株高均高于CK，且A、B 與CK 間差異達到顯著水平，C、D 與CK 間差異未達到顯著水平；A、B、C 之間株高差異未達到顯著水平。因此，從所有處理蘇州青的株高來看，B 最有利于蘇州青株高的增加。

圖3 不同光質配比對植物工廠中蘇州青株高的影響

2.4 不同光質配比對植物工廠中蘇州青莖粗的影響

由圖4 可知，不同光質配比顯著影響蘇州青的莖粗，莖粗從大到小依次為B、CK、A、C、D。B 蘇州青莖粗達4.12 mm，顯著高于CK 和其他處理，CK 莖粗達3.15 mm，顯著高于A、C、D。因此，從所有處理蘇州青的莖粗來看，B 最有利于蘇州青莖粗的增加。

圖4 不同光質配比對植物工廠中蘇州青莖粗的影響

2.5 不同光質配比對植物工廠中蘇州青主根長的影響

由圖5 可知，不同光質配比明顯影響蘇州青根系的生長，主根長從大到小依次為B、A、CK、D、C。A、B 主根長與CK、C、D 差異達到顯著水平，B 蘇州青的主根長達109.50 mm，較CK 高29.17 mm。C、D、CK 之間差異不顯著。因此，從所有處理蘇州青的主根長來看，B 最有利于蘇州青主根的生長。

圖5 不同光質配比對植物工廠中蘇州青主根長的影響

2.6 不同光質配比對植物工廠中蘇州青單株鮮重與干重的影響

由圖6 可知，不同光質配比明顯影響蘇州青的鮮重，單株鮮重從大到小依次為B、A、CK、C、D。B顯著高于CK 和C、D；A 與B 間差異不顯著，CK 和C、D 之間差異均未達到顯著水平。

圖6 不同光質配比對植物工廠中蘇州青單株鮮重的影響

由圖7 可知，不同光質配比明顯影響蘇州青的單株干重，單株干重從大到小依次為B、A、CK、C、D，以A、B 表現較為突出。其中，A、B 蘇州青單株干重均顯著高于CK，B 單株干重最大，達0.418 g，顯著高于其他處理；CK 和C、D 之間蘇州青單株干重差異不顯著。

圖7 不同光質配比對植物工廠中蘇州青單株干重的影響

地上部干重從大到小依次為B、A、CK、C、D，A、B 蘇州青地上部干重均顯著高于CK 和C、D，CK 顯著高于C、D，C、D 間差異不顯著，B 與其他處理差異均達到顯著水平。

地下部干重從大到小依次為B、A、CK、D、C，A、B 蘇州青地下部干重均顯著高于CK 和其他處理，且B 顯著高于A；CK 與C、D 之間差異均不顯著。因此，從干重來看，B 在促進有機物合成、轉化、運輸、固定等方面具有明顯效果，有利于蘇州青的生長。

2.7 不同光質配比對植物工廠中蘇州青葉綠素和氮含量的影響

由圖8 可知，在不同光質配比處理下，蘇州青葉片中葉綠素含量和氮含量呈相同的變化趨勢，從高到低均表現為B、A、CK、C、D。在葉綠素含量方面，B 顯著高于CK 和其他處理；CK 與A、C、D 之間差異不顯著。在氮含量方面，CK 和A、B、C 之間差異均未達到顯著水平，但均顯著高于D。葉綠素含量高代表光合速率較高，生產的光合產物較多，與上述蘇州青植株干重較高相一致。說明B 的光質配比可通過影響葉綠素和氮的含量來影響植株的光合作用，從而影響植株的生長和產量，促進蘇州青幼苗的生長。

圖8 不同光質配比對植物工廠中蘇州青葉綠素和氮含量的影響

2.8 不同光質配比對植物工廠中蘇州青壯苗指數的影響

由圖9 可知，在不同光質配比處理下，蘇州青幼苗壯苗指數表現為B、A、CK、D、C。A、B 壯苗指數顯著高于CK 和其他處理，且B 顯著高于A，CK 和C、D之間壯苗指數差異均不顯著。說明B 的光質配比有利于蘇州青壯苗的培育。

圖9 不同光質配比對植物工廠中蘇州青壯苗指數的影響

3 討論與小結

光是影響植物工廠中植物生長發育所需的主要物理環境因子，促進光合作用和調控植物生長發育。不同光質或波長的光具有明顯不同的生物學效應［5］，包括形態建成、有機物合成、碳氮代謝等。光合色素中葉綠素主要吸收、轉化紅光和藍光。因此，紅光和藍光是光合作用的基本能源［6］。對大多數植物而言，紅光可促進莖的伸長，促進葉片增大，抑制葉綠素的形成［7］；藍光則抑制葉片的增大，抑制莖的生長，矮化植株［8］，促進葉綠素的形成［9］；過量的紅光可引起植物的徒長，造成幼苗抗性低、易倒伏［10］，過量的藍光會抑制植物生長，使植物節間變短、提前衰老和降低產量［11］。因此，科學的紅藍光配比在植物的生長過程中尤其重要，更能促進植物生長［12］。本試驗結果表明，紅光∶藍光=3∶2 的光質配比同時促進了莖的伸長、橫向生長和根系的生長，有利于植物工廠蘇州青壯苗的生產培育。

營養生長是評價植物幼苗生長狀況的基礎［13］。光合色素能夠吸收、傳遞和轉換光能，是植物進行光合作用的物質基礎，其含量與組成直接影響葉片的光合速率［14］。科學的紅藍光配比可促進葉綠素合成，提高光合作用效率，增加有機物合成，進而促進植物的營養生長。植株干物質含量是反映光能轉化效率、有機物合成的重要指標，如該試驗在光合光子通量密度為280 μmol/（m2·s）的條件下，A、B紅藍配比光源均顯著提高了蘇州青植株的干物質含量，說明紅藍光配比更有利于蘇州青生長，尤其是紅光∶藍光=3∶2 的光質配比條件下，植物工廠中蘇州青單株干重含量最大，說明該光質配比更有利于蘇州青進行光合產物積累轉化，促進生長。

植株葉片中葉綠素和氮素含量的高低直接影響葉片的光學性質［15］。在一定時期內葉片中葉綠素含量和氮含量呈線性相關關系，氮含量較高，促進葉綠素和多種蛋白質合成，促進光合作用和植物體內的新陳代謝。本試驗中紅光∶藍光=3∶2 的光質配比下，植物工廠中蘇州青葉片葉綠素含量和氮含量均最高，且植株單株干重含量也最高。

綜上所述，在本試驗條件下不同紅藍光配比的光源可調控植物工廠中蘇州青幼苗的生長，與CK（LED 白光）效果相比，B 促進了葉片數、株高、莖粗、主根、葉柄長、植株干重（單株、地上部和地下部）和壯苗指數的增加和提高，且大部分指標差異顯著，因此，紅光∶藍光=3∶2 為植物工廠中蘇州青育苗的優選光質配比。