不同LED光照對番茄幼苗生理特性及定植后開花結(jié)果的影響

摘要：" 以番茄品種千禧為試驗材料，研究5種不同的發(fā)光二極管（LED）光照對番茄幼苗生長和生理特性以及幼苗定植后開花結(jié)果的影響。結(jié)果表明，與白光對照（CK）相比，白光∶藍(lán)光=1∶1（WB）、白光∶紅光∶藍(lán)光=1∶1∶1（WRB）、白光∶紅光=1∶1（WR）、紅光∶藍(lán)光=1∶1（RB）處理番茄幼苗株高顯著降低，WRB、WR處理番茄幼苗莖粗顯著降低，WB、RB處理的番茄幼苗壯苗指數(shù)顯著增加；WB、WRB、RB處理番茄幼苗凈光合速率、蒸騰速率、胞間CO2濃度、氣孔導(dǎo)度顯著增加；WB、WR、RB處理番茄幼苗葉片超氧化物歧化酶（SOD）與過氧化物酶（POD）活性顯著增加，而過氧化氫酶（CAT）活性顯著降低；WR處理的番茄幼苗葉片丙二醛（MDA）含量顯著增加，而WB、WRB處理番茄幼苗葉片MDA含量顯著降低。經(jīng)WB、WRB、RB處理番茄育苗會使番茄苗在定植后始花期、前期產(chǎn)量、總產(chǎn)量及果實可溶性糖含量、可滴定酸含量、糖酸比顯著提高。綜上所述，WB、WRB、RB處理對番茄幼苗生長和壯苗培育，以及番茄植株定植后的始花期、產(chǎn)量和品質(zhì)均有不同程度的促進作用，且以WB處理的促進效果最好。

關(guān)鍵詞：" LED光照；番茄；光合作用；抗氧化酶活性；產(chǎn)量

中圖分類號：" S641.2""" 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：" A""" 文章編號：" 1000-4440（2024）12-2219-07

收稿日期：2024-01-09

基金項目：江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院探索性顛覆性項目

作者簡介：韓" 冰（1984-），女，山東滕州人，碩士，助理研究員，研究方向為設(shè)施蔬菜逆境生理。（Tel）025-84390573；（E-mail）hanbing372@163.com

通訊作者：鄭子松，（E-mail）jaaszhzs@126.com

韓" 冰，高文瑞，孫艷軍，等. 不同LED光照對番茄幼苗生理特性及定植后開花結(jié)果的影響［J］. 江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報，2024，40（12）：2219-2225.

doi：10.3969/j.issn.1000-4440.2024.12.004

Effects of different LED illumination on physiological characteristics of tomato seedlings and flowering and fruiting after planting

HAN Bing，" GAO Wenrui，" SUN Yanjun，" ZHENG Zisong，" ZHANG Xiaoqing

（Institute of Vegetable Crops， Jiangsu Academy of Agricultural Sciences/Jiangsu Key Laboratory for Horticultural Crop Genetic Improvement， Nanjing 210014， China）

Abstract：" The effects of five different light emitting diode （LED） illumination on the growth and physiological characteristics of tomato seedlings and the flowering and fruiting after planting were studied by using tomato variety Qianxi as the experimental material. The results showed that compared with the white light control （CK）， the plant height of tomato seedlings treated with white light∶blue light = 1∶1 （WB）， white light∶red light∶blue light = 1∶1∶1 （WRB）， white light∶red light = 1∶1 （WR）， red light∶blue light = 1∶1 （RB） decreased significantly. The stem diameter of tomato seedlings treated with WRB and WR decreased significantly， and the strong seedling index of tomato seedlings treated with WB and RB increased significantly. The net photosynthetic rate， transpiration rate， intercellular CO2 concentration and stomatal conductance of tomato seedlings under WB， WRB and RB treatments were significantly increased. The activities of superoxide dismutase （SOD） and peroxidase （POD） in leaves of tomato seedlings were significantly increased in WB， WR and RB treatments， while the activity of catalase （CAT） was significantly decreased. The content of malondialdehyde （MDA） in tomato seedling leaves increased significantly in WR treatment， while the content of MDA in tomato seedling leaves decreased significantly in WB treatment and WRB treatment. WB， WRB and RB treatments significantly increased the initial flowering stage， early yield， total yield， soluble sugar content， titratable acid content and sugar-acid ratio of tomato seedlings after planting. In summary， WB， WRB and RB treatments had different degrees of promotion effects on tomato seedling growth and strong seedling cultivation， as well as the initial flowering period， yield and quality of tomato plants after planting， and the promotion effect of WB treatment was the best.

Key words：" LED illumination;tomato;photosynthesis;antioxidant enzyme activity;yield

番茄是中國設(shè)施栽培的主要蔬菜作物之一，2021年中國番茄種植面積達(dá)到1.113×106hm2，產(chǎn)量為6.609×107t，約占世界總產(chǎn)量的1/3。設(shè)施番茄春、秋兩季種植茬口中的育苗時間分別處在寒冷的冬季和炎熱多雨的夏季，常常由于育苗期的低溫、高溫和弱光環(huán)境，造成培育的種苗質(zhì)量不高，定植后植株開花晚、果實成熟期延長等問題，影響果實上市期，嚴(yán)重降低了農(nóng)民的生產(chǎn)效益。而生產(chǎn)中常采用激素、化學(xué)藥劑等方式進行番茄壯苗培育，這些處理方式不僅會對環(huán)境造成不良影響，還會造成食品安全問題。

光質(zhì)對植物的生長發(fā)育具有重要作用，發(fā)光二極管（LED）光照可以按照植物生長發(fā)育的需求提供光譜能量，從而提高幼苗的培育質(zhì)量，進而提高植物的產(chǎn)量和品質(zhì)，并成為未來蔬菜育苗發(fā)展的重要方向。已有LED光照育苗的研究多集中在對苗期生長和生理特性的影響，如在苗期補充紅藍(lán)光或紅光可明顯促進辣椒、黃瓜和番茄等幼苗干鮮重、葉面積增加。而采用LED光照育苗對番茄植株開花結(jié)果的影響還有待進一步研究。

本試驗采用不同LED光照進行番茄育苗，研究其對番茄幼苗生長、光合作用和抗氧化酶活性以及番茄幼苗定植后開花時間及果實產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，從而篩選出最有利于番茄壯苗培育、提高果實產(chǎn)量和品質(zhì)的LED光照組合，以期為LED光照在蔬菜育苗上的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1" 材料與方法

1.1" 試驗材料

供試番茄品種為千禧（臺灣農(nóng)友），育苗基質(zhì)為泥炭∶蛭石=3∶1（體積比）組成的混合物，采用50孔穴（54 cm×28 cm×5 cm）盤直播進行育苗。

1.2" 試驗設(shè)計

試驗在江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院光環(huán)境實驗室和科研展示溫室內(nèi)進行。利用惠州可道科技股份有限公司的LED智能調(diào)光臺UH-BLPE300，600 W燈管提供光照，番茄種子發(fā)芽出苗后采用白光進行處理，光照度為250 μmol/（m2·s），光/暗周期為12 h/12 h。待番茄幼苗長至一葉一心時，采用不同LED光照進行育苗，設(shè)置5個不同光照處理：白光對照（CK）、白光∶藍(lán)光=1∶1（WB）、白光∶紅光∶藍(lán)光=1∶1∶1（WRB）、白光∶紅光=1∶1（WR）、紅光∶藍(lán)光=1∶1（RB），處理間采用遮光布進行遮光處理，光照度為300 μmol/（m2·s），光/暗周期為12 h/12 h。采用清水和營養(yǎng)液（購自上海永通生態(tài)工程股份有限公司，番茄專用AB肥，電導(dǎo)率=1.06 mS/cm）進行交替灌溉。待番茄幼苗長至六葉一心時，進行植株生長、光合參數(shù)和生理指標(biāo)的測定，并將所育幼苗定植于基質(zhì)槽中。在生長期內(nèi)，統(tǒng)計番茄植株的始花時間，并對番茄果實的前期產(chǎn)量和品質(zhì)進行測定。

1.3" 測定項目與方法

1.3.1" 形態(tài)指標(biāo)" 待番茄幼苗長至六葉一心時，隨機選取6株番茄幼苗測量其形態(tài)指標(biāo)。采用直尺進行株高（從幼苗莖稈基質(zhì)表面至頂部生長點的高度）、下胚軸長、葉柄長、葉長、葉寬的測量（cm）；采用游標(biāo)卡尺垂直于子葉的方向測量幼苗子葉結(jié)處的莖粗（cm）。

1.3.2" 干物質(zhì)積累量" 隨機選取各試驗處理6株番茄幼苗，測量其干物質(zhì)積累量。地上部鮮重和地下部鮮重的測量：分別取番茄幼苗地上部和地下部，用清水沖洗表面雜物，再用去離子水沖洗干凈，擦干水分后，用千分之一電子天平分別測量幼苗地上部和地下部鮮重（g）。地上部干重和地下部干重的測量：將上述樣本放入烘箱中，105 ℃殺青15 min后，75 ℃烘干至恒重，用千分之一電子天平分別測量烘干后幼苗地上部和地下部干重（g）。總鮮（干）重即番茄幼苗地上部鮮（干）重與地下部鮮（干）重之和（g）。

1.3.3" 光合特性" 待番茄幼苗長至六葉一心時，用便攜式光合儀（LI-6400XT，LI-COR公司產(chǎn)品）于9：00-11：30測定葉片的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度和蒸騰速率。測量時采用開放氣路，CO2采自室外相對穩(wěn)定的空氣，利用各處理自然光照，葉室溫度控制在（25±1） ℃，CO2濃度為（380±10） μmol/mol，相對濕度為50%。計算氣孔限制值和水分利用率的公式如下：

Ls=1-Ci/Ca

WUE=Pn/Tr

式中，Ls為氣孔限制值，Ci為胞間 CO2 濃度（μmol/mol），Ca為空氣中CO2濃度，WUE為水分利用效率（%）；Pn為凈光合速率， Tr為蒸騰速率。

1.3.4" 生理指標(biāo) "待番茄幼苗長至六葉一心時，隨機選取各試驗處理的番茄葉片，采用硫代巴比妥酸法測定番茄葉片的丙二醛（MDA）含量，采用李合生等的方法測定番茄葉片的超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）活性。

1.3.5" 壯苗指數(shù)" 番茄幼苗的質(zhì)量采用壯苗指數(shù)來衡量，計算公式如下：

壯苗指數(shù)=（莖粗/株高+地下部干重/地上部干重）×總干重。

1.3.6" 番茄開花、產(chǎn)量和果實品質(zhì)測定" 將番茄播種到第一穗花序花蕾開放50%所需時間的平均值作為始花天數(shù)，將前3次產(chǎn)量作為前期產(chǎn)量。待第一批番茄果實成熟后取樣，采用蒽酮比色法測定可溶性糖含量，采用酸堿滴定法測定可滴定酸含量，采用2，6-二氯靛酚滴定法測定維生素C含量。糖酸比=可溶性糖含量/可滴定酸含量。各處理重復(fù)3次，隨機取樣。

1.4" 數(shù)據(jù)處理

采用Office 2021軟件對試驗數(shù)據(jù)進行處理，采用DPS方差分析，使用Duncan’s法進行不同處理間均值的顯著性差異比較（Plt;0.05）。

2" 結(jié)果與分析

2.1" 不同LED光照處理對番茄幼苗生長指標(biāo)和壯苗指數(shù)的影響

由表1可知，WB、WRB、WR、RB處理番茄幼苗的株高與對照（CK）相比分別顯著降低24.90%、11.13%、26.75%、28.42%（Plt;0.05）；WRB、WR處理番茄幼苗的莖粗與CK相比分別顯著降低8.94%和21.79%（Plt;0.05），而WB、RB處理番茄幼苗莖粗與CK相比差異不顯著（Pgt;0.05）；WRB處理番茄幼苗的下胚軸長與CK相比顯著增加18.89%（Plt;0.05），而WB、WR、RB處理番茄幼苗下胚軸長度與CK相比差異不顯著（Pgt;0.05）；WR處理番茄幼苗葉柄長與CK相比顯著減小21.49%（Plt;0.05），WR、RB處理番茄幼苗葉寬與CK相比分別顯著降低9.94%和8.07%（Plt;0.05），而WB和WRB處理番茄幼苗葉柄長和葉寬與CK相比無顯著差異（Pgt;0.05）；WRB和WR處理番茄幼苗的葉長與CK相比分別顯著降低10.1%和18.12%（Plt;0.05），而WB和RB處理番茄幼苗的葉長與CK相比無顯著差異（Pgt;0.05）。

由表2可知，WB、WRB、WR、RB處理番茄幼苗的地上部鮮重與CK相比分別降低15.93%、19.64%、58.66%、19.72%，其中WR處理降低最為明顯；RB處理番茄幼苗的地下部鮮重比CK顯著增加25.47%（Plt;0.05），而WR處理番茄幼苗的地下部鮮重與CK相比顯著降低36.79%（Plt;0.05）；WR處理番茄幼苗的地上部和地下部干重與CK相比分別顯著降低54.63%和70.00%（Plt;0.05）；WB、RB處理番茄幼苗的壯苗指數(shù)與CK相比分別顯著增加20.83%和16.67%（Plt;0.05），而WR處理番茄幼苗的壯苗指數(shù)與CK相比顯著降低62.5%（Plt;0.05）。

2.2" 不同LED光照處理對番茄幼苗光合作用的影響

由表3可知，WB、WRB、WR、RB處理番茄幼苗的凈光合速率與CK相比分別顯著增加37.85%、62.15%、34.19%、49.51%（Plt;0.05）；WB、WRB、WR、RB處理番茄幼苗的蒸騰速率較CK分別顯著增加28.40%、66.67%、29.63%、65.12%（Plt;0.05）； WRB和WR處理番茄幼苗的水分利用率較CK分別顯著降低30.00%、25.00%（Plt;0.05）； WB、WRB、RB處理番茄幼苗的胞間CO2濃度較CK分別顯著增加6.34%、9.14%、8.07%（Plt;0.05）；WB、WRB、WR、RB處理番茄幼苗的氣孔導(dǎo)度較CK分別顯著增加20.08%、12.44%、11.66%、15.38%（Plt;0.05）。

2.3" 不同LED光照處理對番茄幼苗抗氧化酶活性的影響

由表4可知，WB、WR、RB處理番茄幼苗葉片超氧化物歧化酶（SOD）活性與CK相比分別顯著增加106.93%、157.70%、119.23%（Plt;0.05）；WB、WRB、WR、RB處理番茄幼苗葉片過氧化物酶（POD）活性與CK相比分別顯著增加239.31%、191.84%、243.60%、159.58%（Plt;0.05）；WB、WRB、WR、RB處理番茄幼苗葉片過氧化氫酶（CAT）活性與CK相比分別顯著降低69.39%、46%、54.95%、54.46%（Plt;0.05）；WR處理番茄幼苗葉片丙二醛（MDA）含量較CK顯著增加40.11%（Plt;0.05），而WB、WRB處理番茄幼苗葉片MDA含量分別顯著降低37.85%、45.21%。

2.4" 不同LED光照育苗對番茄植株定植后始花期、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

由表5可知，與CK處理相比，WB、WRB、RB處理會使番茄植株定植后的始花期顯著提前，其中WB處理對促進番茄植株定植后的始花期提前效果最明顯，可提前6.34 d；WB、WRB、RB處理番茄植株定植后的前期產(chǎn)量與CK相比分別顯著增加43.84%、36.55%、60.86%（Plt;0.05），而WR處理番茄植株定植后的前期產(chǎn)量比CK相比顯著降低（Plt;0.05）；WB、WRB、WR、RB處理番茄植株定植后的總產(chǎn)量與CK相比均顯著增加（Plt;0.05），其中WB、WRB處理使番茄植株定植后的總產(chǎn)量增加最多，分別為24.85%、16.13%。

由表6可知，WB、WRB、RB處理番茄果實可溶性糖含量比CK分別顯著提高139.7%、147.94%、140.95%（Plt;0.05）；WB、WRB、WR、RB處理番茄果實可滴定酸含量與CK相比分別顯著增加51.03%、22.76%、22.07%、50.34%（Plt;0.05）；WB、WRB、RB處理番茄果實糖酸比與CK相比分別顯著增加58.26%、100.92%、60.09%（Plt;0.05）；WB、WRB、WR處理番茄果實維生素C含量與CK相比分別顯著增加17.63%、25.39%、17.52%（Plt;0.05）。

3" 討論

已有研究結(jié)果表明，不同發(fā)光二極管（LED）光

照對植物幼苗生長的作用不同，其中紅光和藍(lán)光對植物生長起主要作用，適當(dāng)補充遠(yuǎn)紅光也可以促進植物的生長。紅光可以促進植物節(jié)間和株高的增加，但使莖變細(xì)，而藍(lán)光可以抑制植物莖的伸長，但可以促進植物莖增粗；適當(dāng)補充遠(yuǎn)紅光也可以提高南瓜、辣椒等植物的株高。本試驗中，白光中分別添加紅、藍(lán)光處理均會使番茄幼苗的株高比單純白光處理顯著降低；白光中添加紅光（WR處理）和紅藍(lán)光（WRB處理）后均會使番茄幼苗的莖比單純白光處理顯著變細(xì)，這與紅光使植物莖變細(xì)的作用是一致的。而光質(zhì)對植物葉片生長的影響則存在物種差異，藍(lán)光可以促進大蔥葉片干、鮮重的增加，白光中添加紅光則會促進韭菜葉片寬度和厚度的增加，紅藍(lán)光混合處理時適當(dāng)增加紅光比例能夠促進番茄、甜椒葉片的生長。本研究發(fā)現(xiàn)白紅光（WR）處理番茄幼苗葉片長寬和葉柄長均顯著小于白光（CK）處理。

已有研究結(jié)果表明提高紅光比例更有利于小青菜、生菜等葉菜類蔬菜地上部干、鮮重的增加和壯苗指數(shù)的提高，適當(dāng)補充遠(yuǎn)紅光可以促進辣椒地上部和地下部干、鮮重的增加和壯苗指數(shù)的提高。而本研究發(fā)現(xiàn)增加紅光比例（WR處理）會使幼苗地上部、地下部鮮重和干重及壯苗指數(shù)降低，而增加藍(lán)光比例（WB處理）會使幼苗的壯苗指數(shù)提高。這與前人在辣椒、甜瓜等植物上研究發(fā)現(xiàn)的藍(lán)光處理可促進地上部、地下部的生長及壯苗指數(shù)的研究結(jié)果是一致的。說明光質(zhì)對植物幼苗地上部、地下部的生長和壯苗指數(shù)的影響存在物種差異。

光合作用對植物的生長發(fā)育起著至關(guān)重要的作用，不同光質(zhì)對植物的光合作用具有重要的調(diào)節(jié)作用。研究發(fā)現(xiàn)紅藍(lán)光處理均可增加辣椒、青蒜的氣孔導(dǎo)度，適當(dāng)添加遠(yuǎn)紅光處理也可增加生菜、黃瓜的氣孔導(dǎo)度，從而提高其光合速率和蒸騰速率，促進其光合作用，這與本研究的結(jié)果是一致的。本研究發(fā)現(xiàn)與白光（CK）處理相比，白光中添加不同種類和比例的紅藍(lán)光（WB、WRB、WR）以及紅藍(lán)光（RB）處理均可以提高番茄幼苗的氣孔導(dǎo)度、凈光合速率和蒸騰速率，從而促進番茄幼苗的光合作用，其中以WB處理的氣孔導(dǎo)度最大，WRB處理的光合速率和蒸騰速率最大。胞間CO2濃度變化是判斷植物光合速率變化是否是因為氣孔因素導(dǎo)致的重要標(biāo)準(zhǔn)。本研究中，WB、WRB、RB處理會使番茄幼苗的胞間CO2濃度與CK相比顯著增加，這說明藍(lán)光促進番茄的光合作用主要是通過促進氣孔開放而實現(xiàn)的。

超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）組成的抗氧化酶系統(tǒng)是植物中重要的防御體系，植物合成的抗氧化酶相互協(xié)同工作，持續(xù)地清除細(xì)胞內(nèi)的活性氧，減少活性氧對細(xì)胞膜的損傷和膜質(zhì)過氧化程度，從而提高植物的抗性。研究發(fā)現(xiàn)，紅藍(lán)組合光處理可以顯著提高黃瓜、芫荽等植物葉片CAT、POD、SOD 等抗氧化酶的活性，適當(dāng)添加遠(yuǎn)紅光也可以提高辣椒植株的抗氧化酶活性。本研究發(fā)現(xiàn)，與CK相比，不同的白紅藍(lán)組合光處理（WB、WRB、WR、RB）均會使番茄幼苗葉片POD活性顯著增加，CAT活性顯著降低，而WB、WR、RB處理均會使番茄幼苗葉片SOD活性顯著增加，其中WR處理番茄葉片POD活性最高，WB處理番茄葉片CAT活性最低。MDA含量是判斷植物細(xì)胞膜質(zhì)過氧化程度的重要指標(biāo)。本研究中WR處理番茄幼苗葉片MDA含量與CK相比顯著增加，而WB、WRB、RB處理番茄幼苗葉片MDA含量與CK相比顯著降低，以WRB和WB處理番茄葉片MDA含量最低。說明WR處理對番茄幼苗造成了輕度脅迫，使得其MDA含量升高，而SOD和POD活性的升高是番茄體內(nèi)抗氧化酶系統(tǒng)的應(yīng)激反應(yīng)，是為了保護番茄幼苗免受傷害。WB、WRB、RB處理番茄幼苗產(chǎn)生了更多的SOD和POD，降低了MDA含量，提高了番茄幼苗的抗性。這與WB、RB處理番茄幼苗壯苗指數(shù)與CK相比顯著增加，WR處理番茄幼苗壯苗指數(shù)與CK相比顯著降低的研究結(jié)果是一致的。

光照對于植物的開花和產(chǎn)量形成起到至關(guān)重要的作用。已有研究結(jié)果表明，LED光照可以促進番茄提早開花，提高番茄、黃瓜、辣椒等植物的產(chǎn)量和果實品質(zhì)。然而，已有研究大多集中在對植物全生長期補光的相關(guān)研究方面，LED光照育苗對植物定植后開花結(jié)果的影響還未見報道。本試驗采用不同光質(zhì)進行番茄育苗，并將培育的幼苗定植于溫室中，生長過程不再補充光照。結(jié)果表明，與CK相比，采用WB、WRB、RB處理育苗均會使番茄植株定植后的始花期提前，前期產(chǎn)量、總產(chǎn)量提高，總的來說以WB處理的效果最好；WB、WRB處理育苗均會使番茄植株定植后的果實可溶性糖含量、可滴定酸含量、糖酸比及維生素C含量與CK相比顯著增加。這可能是因為植物花芽分化的時期在苗期，苗期的LED光照處理促進了番茄幼苗的花芽分化，為后期開花結(jié)果奠定了基礎(chǔ)，而其影響機理還有待進一步研究。

4" 結(jié)論

WB處理促進番茄幼苗的光合作用，提高其抗氧化酶活性，促進其生長，提高壯苗指數(shù)和抗性。同時，采用WB處理進行番茄育苗，不僅提早了番茄幼苗在定植后的始花期，而且提高了其前期產(chǎn)量和總產(chǎn)量。因此，WB處理為番茄壯苗培育，促進提早開花結(jié)果和提高果實產(chǎn)量、品質(zhì)的最佳光質(zhì)處理方案。

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（責(zé)任編輯：蔣永忠）