不同色溫LED補光對溫室番茄幼苗質(zhì)量的影響

摘要：秋冬或早春季節(jié)溫室內(nèi)光照不足會嚴重影響番茄幼苗的生長發(fā)育，因此，補光對溫室番茄幼苗的培育顯得尤為重要。本試驗以“粉貝貝”為供試番茄品種，使用色溫為3 000 K、4 000 K和6 500 K的白色LED和紅藍（RB） LED進行補光，以不補光為對照（CK），研究不同色溫LED補光光質(zhì)對番茄幼苗生長、光合色素含量和生物量等質(zhì)量指標的影響。結(jié)果表明：使用色溫為3 000 K、4 000 K的白色LED補光能夠顯著增加番茄幼苗總?cè)~面積，促進光合色素合成和生物量積累，同時顯著抑制番茄幼苗下胚軸伸長。與CK相比，色溫為3 000 K的白色LED處理番茄幼苗的莖粗和總?cè)~面積分別增加42.3%和121. 6%，下胚軸長降低19.6%：色溫為4 000 K的白色LED處理番茄幼苗的葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素含量和總?cè)~綠素含量分別增加77. 8%、61.7%、66. 7%和73. 6%。色溫為3 000 K和4 000 K時，番茄幼苗的壯苗指數(shù)與CK相比增加141. 0%和119.0%，但與RB無顯著性差異。番茄幼苗的株高、總?cè)~面積、光合色素含量、地上部干重和鮮重、總干重和總鮮重與補光光源中藍光比例呈二次函數(shù)關(guān)系。綜上看出，較低色溫的白色LED可作為秋冬季節(jié)溫室番茄幼苗培育的補光光源。

關(guān)鍵詞：LED補光：藍光比例；光質(zhì)；溫室番茄：幼苗質(zhì)量；下胚軸長

中圖分類號：S641.2 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2024） 08-0080-07

番茄（Solanum lycopersicum L．）是世界上消費量最大的蔬菜之一，因具有較高的營養(yǎng)價值和抗氧化物質(zhì)含量而受到消費者的青睞。隨著社會需求的增加，番茄種植面積已從2011年的555x104 hm2增長到2021年的631×104 hm2，種植面積擴大了13.7%。

番茄作為設(shè)施生產(chǎn)中重要的作物之一，其幼苗培育與生產(chǎn)容易受到溫室環(huán)境的影響。秋冬或早春季節(jié)溫室內(nèi)光照不足嚴重影響到番茄幼苗生長和優(yōu)質(zhì)壯苗的生產(chǎn)，進而導(dǎo)致產(chǎn)量降低和品質(zhì)下降。研究表明，在弱光下生長的植物比在強光下更容易受到光抑制，因此，補光對番茄幼苗的培育顯得尤為重要。近年來，LED因其具有能耗低和可控性強的優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于植物補光生產(chǎn)領(lǐng)域。

不同光質(zhì)對植物的生理生化過程和形態(tài)均有影響，因此，根據(jù)特定需求調(diào)整光源光譜能夠調(diào)控植物的生長發(fā)育和品質(zhì)形成。藍色LED具有降低甜瓜幼苗下胚軸長的作用，紅色LED能夠促進黃瓜和番茄幼苗生物量積累。但對植物而言單色光不能滿足其光合作用和生長發(fā)育的需求。研究表明，紅藍LED能增強番茄幼苗的光合速率和氣孔數(shù)量，促進葉綠體和柵欄組織細胞發(fā)育。但不同比例的紅藍LED組合對黃瓜和番茄幼苗生長和代謝的促進作用不同。研究表明，與窄光譜相比，寬光譜補光更有利于植物生長。因此，具有廣譜特性的白色LED在植物生產(chǎn)中更具優(yōu)勢。

色溫是表示光線中所包含顏色成分的計量單位，不同色溫的光源具有不同的光譜分布，植物對其響應(yīng)也不同。研究表明，較低色溫的白色LED有利于鐵皮石斛組培苗生長和草莓苗移栽質(zhì)量的提高。Lee等研究三種不同白光對植物工廠中草莓苗生長發(fā)育的生物學(xué)效應(yīng)后指出，薄荷白光促進植物葉片數(shù)和葉面積的增加。不同色溫LED補光下番茄幼苗生長和生理特性不同，但不同色溫白色LED與紅藍LED對溫室番茄幼苗生長及效果評價的研究還較少。為此，本試驗以溫室自然光下番茄幼苗為對照，研究不同色溫LED補光對番茄幼苗生長及生理指標的影響，以期明確早春季節(jié)適宜番茄幼苗生長的補光條件，為番茄幼苗的高質(zhì)量生產(chǎn)提供理論依據(jù)與技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試番茄品種“粉貝貝”（綠亨科技集團股份有限公司產(chǎn)品，中國）播于72孔育苗穴盤中（培養(yǎng)基質(zhì)：草炭：蛭石：珍珠巖=3：1：1），之后將其放置于玻璃溫室內(nèi)。補光LED光源為3 000 K、4 000 K、6 500 K的白色LED和紅藍（RB） LED，均由中山市艾爾之光照明科技有限公司提供。

1.2 試驗處理

試驗于2023年3-4月在青島農(nóng)業(yè)大學(xué)玻璃溫室中進行。試驗期間溫室內(nèi)平均日累積光照量為5mol/（m2·d）。根據(jù)適宜番茄幼苗生長的日累積光照量（DLI） 確定補充DLI為7.6 mol/（m2·d），分別使用3 000 K、4 000 K、6 500 K的白色LED和RB LED對溫室番茄幼苗進行補光處理。設(shè)置補光強度為175 μmol/（m2·S），補光時長為12 h/d，以不補光為對照（CK）。

LED光源光譜特性（表1）和光譜分布（圖1）使用手持式分光光譜計（PG100N，群耀科技股份有限公司產(chǎn)品，中國）在植株冠層位置測量得出。溫室晝／夜溫度控制在（25±3）℃1（18+3）℃，相對濕度為65% - 70%，CO2濃度不控制。番茄育苗期間澆灌霍格蘭營養(yǎng)液，其EC值控制在1.8 - 2.0mS/cm，pH值調(diào)整為6.0-6.5。幼苗于3月20日（4時）開始補光，幼苗生長至30 d時測定各相關(guān)指標。

1.3 測定指標及方法

隨機選取長勢均勻的番茄幼苗5株，用直尺分別測量株高、下胚軸長、莖粗，用葉面積儀（Yax-in-1241，北京雅欣理儀科技有限公司）測定葉面積。之后將番茄植株地上部和地下部分開，用電子分析天平稱其鮮重，隨后將其放在105℃烘箱中烘3h，然后80℃烘72 h后稱量干重，計算壯苗指數(shù)。壯苗指數(shù)=（莖粗／株高+地下部干重／地上部干重）×全株干重。用80%丙酮提取番茄葉片葉綠素，放置于黑暗中浸提72 h以上，用分光光度計（1810，上海佑科儀器儀表有限公司）測定提取物在470、663 nm和645 nm處的吸光度。葉綠素含量根據(jù)Lichtenthaler等的公式計算。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

圖表制作和數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析分別使用MicrosoftExcel 2019和SPSS 22.0軟件完成，基于LSD法進行多重比較（P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同色溫LED補光對溫室番茄幼苗形態(tài)的影響

不同色溫LED補光顯著影響溫室番茄幼苗的形態(tài)指標（表2）。補光處理番茄幼苗的株高、莖粗和總?cè)~面積均顯著大于對照（CK）。色溫3 000 K補光處理下幼苗株高和總?cè)~面積均顯著大于其他補光處理，較CK分別增加42. 3%和121.6%。色溫4 000 K時幼苗莖粗顯著高于RB處理，其他補光處理間差異不顯著。色溫3 000K、4 000 K時，番茄幼苗下胚軸長均顯著低于對照19.6%。

不同補光處理下番茄幼苗株高、總?cè)~面積與補光藍光比例均呈二次函數(shù)關(guān)系，且隨著補光光源中藍光比例增加，幼苗株高和總?cè)~面積呈降低趨勢。當(dāng)藍光比例為11. 9%時，番茄幼苗株高和總?cè)~面積分別比藍光比例為32.1%時顯著增加，增幅達24.2%和26.0%（圖2）。

2.2 不同色溫LED補光對番茄幼苗光合色素含量的影響

不同色溫LED補光對溫室番茄葉片葉綠素含量的影響顯著（表3）。色溫為4 000 K時，番茄幼苗葉片的葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素含量和總?cè)~綠素含量均顯著高于其他處理，總體上看，色溫為3 000 K時番茄幼苗葉片的光合色素含量僅次于色溫為4 000 K時。

番茄幼苗葉片光合色素含量和藍光補充比例呈二次函數(shù)關(guān)系（圖3）。隨著補光中藍光比例增加，番茄幼苗葉片的光合色素含量呈先增加后降低趨勢。藍光比例為17.3%時葉片葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素含量和類胡蘿卜素含量分別比藍光比例為32. 1%時增加39. 5%、55. 1%、43. 6%和32.4%，比不補光處理CK分別增加77. 8%、61 .7%、73.6%和66.7%。

2.3 不同色溫LED補光對番茄幼苗生物量的影響

不同色溫LED補光對番茄幼苗生物量有顯著影響（表4）。色溫3 000 K和4 000 K處理番茄幼苗地上部鮮重差異不顯著，前者顯著高于其他處理，其地上部干重和總干重的變化規(guī)律與地上部鮮重相似。色溫4 000 K處理地上部鮮重、干重與6 500 K處理差異不顯著，但顯著大于其余處理。番茄幼苗地下部干重各補光處理均顯著優(yōu)于CK，但各補光處理間無顯著差異。

番茄幼苗地上部干重、鮮重和總鮮重、總干重與藍光補充比例呈二次函數(shù)關(guān)系（圖4）。藍光比例為11 .9%時，地上部鮮重、干重比藍光比例為32.1%時分別增加34.4%和29.4%。隨著藍光比例增加，番茄幼苗總干重、總鮮重呈逐漸降低趨勢。藍光比例為11.9%時番茄幼苗總鮮重顯著高于其他處理，總干重除與藍光比例17. 3%時差異不顯著外也顯著高于其他處理，且兩者較藍光比例為32.1%時分別增加31.6%和26.3%。

2.4 不同色溫LED補光對番茄幼苗壯苗指數(shù)的影響

當(dāng)色溫為3 000 K和4 000 K時，番茄幼苗的壯苗指數(shù)比CK分別增加141. 0%和119. 0%。RB處理番茄幼苗的壯苗指數(shù)與CK相比增加132.7%，但與色溫3 000 K和4 000 K的白色LED處理無顯著差異（圖5）。

3 討論

光是綠色植物能量的來源，同時也調(diào)控植株的光形態(tài)建成。光照不足嚴重影響植物的生長發(fā)育。本研究表明，溫室內(nèi)補光能顯著增加番茄幼苗莖粗和總?cè)~面積。光質(zhì)的變化會同時調(diào)控多個光感受器的活動，影響植物的光合作用和生長發(fā)育。前人研究表明在紅藍LED光源中補充白光更有利于培育番茄壯苗。本研究表明，當(dāng)色溫為3 000 K時，番茄幼苗株高和總?cè)~面積均顯著優(yōu)于4 000 K和6 500 K處理，這是由于不同比例的光譜構(gòu)成對番茄幼苗生長的影響不同。植物通過不同的光受體來感知和觸發(fā)光信號，從而影響植物的生長發(fā)育等代謝過程。適宜比例的紅藍光更有利于番茄幼苗生長，過量的藍光會抑制植物生長。本研究表明，隨著補光光源中藍光比例增加，番茄幼苗株高和總?cè)~面積逐漸降低，該結(jié)果與前人研究結(jié)果相一致。

光合色素是植物進行光合作用所必需的，而光質(zhì)直接影響到光合色素的形成，進而影響植物的光合作用。本研究表明，各補光處理番茄幼苗的光合色素含量均顯著高于不補光處理，且當(dāng)色溫為4 000 K時，番茄幼苗葉片中的光合色素含量顯著高于其他處理。這可能是由于在此條件下番茄幼苗的表觀量子效率最大，具有更大的光合潛能。本研究結(jié)果還表明，番茄葉片中的光合色素含量隨著藍光補充比例的增加呈現(xiàn)先增加后降低趨勢，這與Liang、Li等研究得出的規(guī)律一致。

生物量可以直接表征番茄幼苗對不同色溫LED補光的響應(yīng)程度，且不同色溫對番茄幼苗生物量的影響顯著。本研究表明，當(dāng)色溫為3 000K、4 000 K時，番茄幼苗生物量顯著高于其他處理，這可能是由于隨著色溫的升高，白色LED光源中藍光比例增加，從而導(dǎo)致生物量降低。該結(jié)果與蒲高斌等研究得出的藍光所占比例越多番茄幼苗干物質(zhì)積累越低的結(jié)果相一致。由此看出，不同色溫LED補光對番茄幼苗生物量產(chǎn)生的影響是由于不同光質(zhì)對番茄幼苗光合作用進行調(diào)控進而影響番茄幼苗的生長發(fā)育過程所致。

4 結(jié)論

綜上所述，溫室內(nèi)補光能夠促進番茄幼苗生長和光合色素的合成，彌補弱光下番茄幼苗生長受到的抑制。不同色溫LED對番茄幼苗生長的影響不同，推測是由于番茄幼苗對補光光源中藍光比例的響應(yīng)不同。與紅藍LED相比，較低色溫的白色LED有利于增加番茄幼苗生物量和光合色素的合成。因此，較低色溫的白色LED光源可作為秋冬或早春季節(jié)溫室內(nèi)番茄幼苗培育的補光光源。

基金項目：山東省鄉(xiāng)村振興科技創(chuàng)新提振行動計劃項目“設(shè)施蔬菜智慧生產(chǎn)與高值轉(zhuǎn)化技術(shù)集成創(chuàng)新與示范”（2021TZXD007）；青島市科技惠民示范引導(dǎo)專項“蔬菜壯苗標準化生產(chǎn)智控技術(shù)裝備研發(fā)與示范應(yīng)用”（21-1-4-ny-6-nsh）；山東省蔬菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項目“蔬菜集約化育苗技術(shù)研究”（SDAIT-05）；青島農(nóng)業(yè)大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目“不同色溫LED對番茄幼苗生長發(fā)育的影響”