補光光強和補光時間對黃瓜植株生長和果實品質的影響

李若嬋　高瑀杰　寇龍龍　曹曉陽　趙鑫庚　苗妍秀　侯雷平

摘要：為實現冬季設施黃瓜高效優質生產，本試驗以黃瓜品種改良21-10為試材，設置對照（CK）、40μmol·m-2·s-1補光4h（T1）、80μmol·m-2·s-1補光4h（T2）、40μmol·m-2·s-1補光8h（T3）和80μmol·m-2·s-1補光8h（T4）共5個處理，研究不同補光光強和補光時間對黃瓜植株生長、果實品質和礦質元素積累的影響。結果表明，與CK相比，T1和T4處理雖然顯著增加黃瓜株高和果實縱徑、K含量，然而顯著降低果實Vc含量；T2和T3處理顯著增加黃瓜株高、最大葉面積、果實單果重、果實橫徑、果實縱徑和果實K、Ca，Mn含量，同時T2處理還顯著增加黃瓜果實中可溶性蛋白質、可溶性糖和蔗糖含量。隸屬函數分析表明，T2處理黃瓜生長發育和果實品質的綜合評價值最高。綜上表明，80μmol·m-2·s-1補光4h（T2）最有利于黃瓜生長發育和果實優良品質的形成。

關鍵詞：黃瓜；補光光強：補光時間；果實品質；礦質元素積累

中圖分類號：S642.201 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2024）03-0043-05

近年來，設施蔬菜栽培已經成為我國園藝產業的重要組成部分。然而我國北方地區冬季常見的持續霧霾天氣和防寒保溫措施會造成日光溫室內光強降低、光周期縮短，從而導致蔬菜生長發育不良和品質下降。因此，弱光短日照環境已經成為制約冬季設施蔬菜產業的重要因素。

光強是影響植物植株形態建成、光合作用和營養物質積累的重要光環境因素。光強越高，植物吸收的光能越多，干物質積累量越大，反之光強過低，植物生長緩慢甚至停滯。丁娟娟等研究發現，隨光強增高，不結球小白菜莖粗、葉片數、葉面積均顯著增加。劉杰等研究發現生菜生長的各時期內增高光強均顯著增加葉面積。Mikulic-Petkovsek等研究發現，隨光強增加，野生藍莓果實的糖酸比顯著提高。Song等研究發現，增高光強能顯著增加生菜中Vc、可溶性蛋白質和可溶性糖含量，提高生菜品質。

光周期對植物的生長發育和果實品質形成有重要影響。光周期的改變會直接影響植物的光合效率和碳水化合物的分配。前人研究表明，補光4h顯著增加水稻的壯苗指數，且對產量也有促進作用。李海云等研究發現，延長光照時間顯著增加黃瓜幼苗的莖粗和根冠比，有助于黃瓜植株生長。Shen等研究表明，隨著光照時間的延長，葉用萵苣中粗纖維、可溶性糖和Vc含量顯著升高。

以上看出，先前研究主要集中在補光時間和光強各自對植物生長發育和果實品質的影響上，關于兩者互作方面的研究還有待深入。黃瓜（Cucumis sativus L.）是葫蘆科黃瓜屬一年生草本植物，是我國設施蔬菜栽培中重要的園藝作物。黃瓜果實營養豐富，富含糖類、蛋白質、Vc等營養成分。設施黃瓜冬季栽培中的弱光短日照條件嚴重影響黃瓜生長發育和果實品質，因此，本試驗以黃瓜品種改良21-10為試材，研究不同補光光強和時間對黃瓜植株生長、果實品質和礦質元素含量的影響，以期為冬季設施黃瓜產業的健康發展提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試黃瓜砧木品種為金媽媽1949，接穗為改良21-10。補光燈為T8 LED燈管，佛山電器照明有限公司產品。

1.2 試驗設計與管理

黃瓜幼苗長至三葉一心時定植到日光溫室，定植密度5.2株／m2。黃瓜進入結果期時進行補光，共設置5個處理，分別是不補光（CK）、40μmol·m-2·s-1補光4h（T1）、80μmol·m-2·s-1補光4h（T2）、40μmol·m-2·s-1補光8h（T3）和80μmol·m-2·s-1補光8h（T4）。各處理之間用黑色遮光布隔開。光強為補光燈垂直下方黃瓜植株最高葉片測得的數值。補光時間4h為早上揭開保溫被前補光2h，晚上覆蓋保溫被后補光2h；補光時間8h為早上揭開保溫被前補光4h，晚上覆蓋保溫被后補光4h。小區面積：8.0m×1.2m=9.6m2。采用隨機區組排列，重復3次。

所有處理全生育期的灌水量相同，均采用水肥一體化滴灌管理。試驗所用肥料為‘六國化工牌水溶肥，于黃瓜營養生長期和結瓜期施用，氮磷鉀配比分別為17：17：17和16：6：25。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 黃瓜植株生長指標

處理第28天，每處理選取6株長勢一致的黃瓜植株測株高、莖粗、最大葉片的葉長和葉寬。最大葉面積=0.743×葉長×葉寬。

1.3.2 黃瓜果實外在品質

處理第28天，每處理選取6個成熟黃瓜果實，使用天平稱其單果重，使用果實硬度計測定果實硬度，使用直尺測量果實縱徑和橫徑。

1.3.3 黃瓜果實內在品質

處理第28天，每處理選取6個成熟黃瓜果實，參考李合生的方法測定可溶性糖、可溶性蛋白質和Vc含量，采用間苯二酚光度法測果糖和蔗糖含量，采用酸堿滴定法測定有機酸含量。

1.3.4 黃瓜果實礦質元素

處理第28天，每處理選取6個成熟黃瓜果實，烘干研磨后過300H篩。稱干樣0.2g用H2SO4-H2O2消煮法消煮，使用原子吸收光譜儀（德國耶拿NOVAA800原子吸收光譜儀）測定K、Ca、Mg、Mn、Zn含量，用鉬銻抗比色法測定P含量。

1.4 數據處理與分析

使用SPSS 21軟件中的單因素方差分析法進行數據分析，采用隸屬函數分析法對黃瓜植株生長和果實品質進行綜合評價。

2 結果與分析

2.1 補光光強和時間對黃瓜植株生長的影響

由表1可知，T1處理黃瓜植株株高和莖粗較CK分別顯著增加6.73%和44.80%：T2處理株高、莖粗和最大葉面積較CK分別增加5.90%、21.40%和14.26%，T3處理株高、莖粗和最大葉面積較CK分別增加8.91%、38.71％和26.01%，T4處理株高、莖粗和最大葉面積較CK分別增加2.29%、36.73%和19.01%，且均達顯著水平。與T1相比，T2處理莖粗顯著降低16.16%：T3處理株高、最大葉面積分別增加2.04%和14.81%，均達顯著水平：T4處理株高顯著降低4.16%。

2.2 補光光強和時間對黃瓜果實外在品質的影響

由表2可知，與CK相比，T1處理黃瓜果實縱徑顯著增加9.50%，果實硬度顯著降低28.68%：T2處理果實單果重、橫徑和縱徑分別增加23.93%、23.59%和10.07%，均達顯著水平，果實硬度則顯著降低30.01%：T3處理果實單果重、橫徑和縱徑分別增加23.94%、25.69%和11.75％，均達顯著水平，果實硬度顯著降低14.24%：T4處理果實單果重和縱徑分別顯著增加17.11%和12.58%，果實硬度顯著降低31.16％。與T1相比，T2處理果實單果重和橫徑分別增加15.33%和11.45%，T3處理果實單果重、橫徑、果實硬度分別增加15.35%、13.32%和20.17%，均達顯著水平。

2.3 補光光強和時間對黃瓜果實內在品質的影響

由表3可知，與CK相比，T1處理黃瓜果實中可溶性蛋白質含量顯著增加52.18%：T2處理可溶性蛋白質、可溶性糖和蔗糖含量分別增加73.92%、47.06%和86.54%，均達顯著水平。與T1相比，T2處理黃瓜Vc、可溶性蛋白質和可溶性糖含量分別增加39.30%、14.29%和56.25%，均達顯著水平：T3處理Vc含量顯著增加23.32%：T3和T4處理可溶性蛋白質含量分別降低41.90％和52.38%，均達顯著水平。

2.4 補光光強和時間對黃瓜果實礦質元素含量的影響

由表4可知，與CK相比，T1處理黃瓜果實中K、P含量分別增加19.01%和22.60%，T2處理K、Ca、Mg和Mn含量分別增加23.23%、59.80%、47.33%和5.06%，T3處理K、Ca和Mn含量分別增加14.47%、181.83%和8.43%，T4處理K、Ca和Mn含量分別增加15.15%、230.28%和11.24%，均達顯著水平。與T1相比，T2處理Ca含量增加134.04%，T3處理Ca和Mn含量分別增加312.75%和6.04%，T4處理Ca、Mn含量分別增加383.70%和8.79％，P含量降低14.90％，均達顯著水平。

2.5 黃瓜植株生長發育的綜合評價

使用隸屬函數法對黃瓜植株6個生長發育和果實品質指標進行綜合分析評價，結果（表5）表明，T2處理的綜合評價值最高，其次為T3，T1和T4處理分處第三和第四位，CK排最后一位。

3 討論與結論

光強和光周期參與調控植物光形態建成、生理代謝和果實品質形成等方面。植株生物量的變化直接反映了植物的生長狀況。文蓮蓮等研究發現補光顯著增加番茄幼苗的株高、莖粗和葉面積。蔣欣梅等研究發現，隨著光強的增加，蒲公英的葉長、葉片數及葉面積顯著增加。本試驗表明，與對照（CK）相比，各補光處理黃瓜的株高和莖粗均顯著增加，T2、T3和T4處理黃瓜最大葉面積均顯著增加。說明增加補光時間和光強能促進黃瓜植株生長，原因是補光顯著增強了黃瓜的光合作用，繼而促進黃瓜的營養生長。

果實外在品質如果實大小、果實硬度是衡量果實商品性的重要指標。本試驗結果顯示，與CK相比，各補光處理黃瓜果實硬度均顯著降低，T2和T3處理果實單果重、果實橫徑和縱徑均顯著增加：與T1相比，T2和T3處理單果重和橫徑均顯著增加。這說明增加補光時間和光強增加黃瓜的果實大小，降低果實硬度，提高黃瓜果實的商品價值。這與前人研究結果基本一致，如：孔令霞研究表明隨著補光時長的增加，草莓單果重、果實縱徑和橫徑均呈增長趨勢：田海青等研究發現果實硬度會隨著光強的增加而降低。其原因主要是補光提高了黃瓜葉片的凈光合速率，促進干物質積累：同時，補光還能增加多聚半乳糖醛酸酶（PG）活性，降低果實硬度。

黃瓜果實的營養成分含量決定了其營養價值和風味品質。本試驗表明，與CK相比，T1和T2處理均顯著增加黃瓜果實中可溶性蛋白質含量，且T2處理可溶性糖和蔗糖含量均顯著增加：與T1相比，T2和T3處理的Vc含量均顯著增加。這說明增加補光時間和光強能夠提升黃瓜果實的內在品質。這與前人研究結果基本一致：陳琦等研究表明補光能顯著增加黃瓜果實中可溶性糖和可溶性蛋白質含量：李海達等22研究表明補光12h顯著增加櫻桃番茄果實中Vc、可溶性蛋白質、可溶性糖和蔗糖含量：趙玉萍等研究發現增加光強能顯著提高番茄果實內可溶性糖、Vc和氨基酸含量。其原因主要是增加補光時長和光強提升了凈光合速率，增加碳水化合物積累，且碳水化合物含量的升高為蛋白質的合成提供了更多的碳骨架，有利于蛋白質的形成。

光照時間延長能夠提高作物對礦質營養元素的吸收和積累。本試驗發現，與CK相比，T2、T3和T4處理黃瓜果實中K、Ca和Mn元素含量均顯著增加。王瑞等研究發現補光5h顯著增加番茄果實內Ca、Mg、Cu、Fe、Mn、Zn元素含量。孫雄松等25研究發現，隨著光照時數的增加，玉米對N、P、K的吸收量大幅度提高。李海云等研究發現，光照時間的延長有利于黃瓜對N、P、K和Fe的吸收和積累。

綜上所述，不同補光光強和時間顯著影響黃瓜生長發育和果實品質形成，其中80μmol·m-2·s-1補光4h（T2）最有利于黃瓜生長發育和果實優良品質的形成。

基金項目：山西省重點研發計劃項目（202102140601013）：山西省基礎研究計劃青年科學研究項目（20210302124242）