不同光照強度對西瓜生長及開花時間的影響

摘 要 以西瓜品種華玲為供試材料，在人工光植物工廠特定紅藍光配比（8∶2）下，以光照強度240 μmol·m-2·s-1為對照，另設4個光照強度梯度（260、280、300、320 μmol·m-2·s-1），以此探究不同光照強度對西瓜生長及開花時間的影響，篩選出植物工廠中適宜西瓜生長、促進植株提前開花的人工光環境。結果表明：光照強度為300 μmol·m-2·s-1時西瓜植株生長速度快、主蔓粗壯、葉片長勢好，植株光合色素含量高，可誘導植株提前開花，促進植株由營養生長向生殖生長轉化。300 μmol·m-2·s-1為植株工廠中西瓜栽培的適宜光照強度。

關鍵詞 西瓜；生長；植物工廠；光照強度；開花時間

中圖分類號：S651 文獻標志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2024.19.005

光是影響植物生長、能量代謝的重要環境因子，光照強度是光環境的重要參數之一。不同的光照強度對植物的光合作用和生長發育有顯著影響，光照條件的好壞也會間接影響植物的生長及生理指標。光照強度不但影響植物的產量、品質及植株形態，還會對色素含量、光合特性等產生影響[1]。植物生長需要特定的光照強度，高于或低于正常光照強度都會對植物生長產生不利的影響，在弱光條件下生長的植物通常會出現徒長、植株瘦弱、葉片變薄等現象，而光照過強又會導致植物萎蔫、葉面積小且變黃[2]。弱光和強光都會引起植物生長過程中的不良反應，只有適宜的光照強度對植物生長才有意義。

西瓜（Citrullus lanatus L.）起源于非洲熱帶地區，生長過程喜溫喜陽，對光照強度需求較高[3]。光照充足時植株長勢旺盛、抗病能力強、產量高，光照弱則易導致莖桿細弱，不利于生長[4]。前人的研究多集中在弱光脅迫對西瓜生長發育的影響，以此篩選出較耐弱光品種，但對設施內適宜西瓜高效生長的光照強度研究較少。

本試驗在植物工廠環境中探究了不同光照強度對西瓜生長及開花時間的影響，以此篩選出最適宜西瓜生長的光照強度，為植物工廠中西瓜栽培及加代繁殖提供技術和理論支撐。

1 "材料與方法

1.1 "試驗材料

供試西瓜品種華玲，由寧夏巨豐種苗責任有限公司提供。

1.2 "試驗設計

本試驗在植物工廠環境中參照西瓜的喜光性及西瓜的光補償點和光飽和點，以光照強度240 μmol·m-2·s-1為對照（CK），共設4個不同光照強度處理，分別為T1（260 μmol·m-2·s-1）、T2（280 μmol·m-2·s-1）、T3（300 μmol·m-2·s-1）、T4（320 μmol·m-2·s-1）。試驗期間各處理光質設置均為紅藍光比為8∶2，光暗周期為12 h∶12 h，日間溫度維持在24～28 ℃，夜間溫度維持在15～18 ℃，空氣濕度維持在60%～80%。

1.3 "試驗方法

將種子置于55～60 ℃的溫水中浸泡30 min，后轉移到30 ℃清水中繼續浸泡8 h，浸泡完成后轉移到基質成分為砂礫∶珍珠巖=1∶4的穴盤中在自然光下進行育苗，10 d后將幼苗定植到栽培槽中，采用Hoagland營養液配方進行深液流栽培，營養液每天循環10～12 h。

1.4 "指標測定

1.4.1 "生長指標測定

每個處理選取10株樣本，分別在定植21、28、35 d時測量植株主蔓長、主蔓莖粗、節間長、葉片數、葉綠素含量；在定植35 d時測量植株最大葉面積，并采集葉片測量光合色素含量及植株光合參數；記錄各處理最早開花日期。用鋼制卷尺測量主蔓長、節間長、葉長、葉寬；用游標卡尺測量主蔓莖粗；采用日本SPAD-502便攜式葉綠素儀測定葉綠素含量。

1.4.2 "色素含量測定

葉綠素a（Ca）和葉綠素b（Cb）用浸提法測定，提取完成后用分光光度計分別在665 nm和649 nm處測定吸光度，利用公式（1）、（2）計算Ca、Cb含量，在470 nm處測定吸光度，利用公式（3）計算類胡蘿卜素含量（Cx）。

Ca=13.95 A665-6.88 A649 "（1）

Cb=24.96 A649-7.32 A665 " "（2）

Cx=（1 000 A470-2.05 Ca-114.8 Cb）/245 "（3）

1.4.3 "光合參數測定

采用L1-6800XT 便攜式光合作用測定儀測定植株的凈光合速率（Pn）、胞間二氧化碳濃度（Cr）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導度（Gs）。設定測定作用光照強度為400 μmol·m-2· s-1，測定部位為植株主蔓頂部第3片真葉。

1.5 "數據分析

本次試驗數據采用Excel 2021和SPSS 27.0軟件進行單因素方差分析。

2 "結果與分析

2.1 "不同光照強度對西瓜主蔓長的影響

由圖1可知，在不同生長階段，T3處理下的西瓜植株主蔓長均最大，顯著高于其他處理；其次為T1處理，與CK及T2處理間差異不顯著；T4處理主蔓長在不同時間段均為最低，與其他處理間存在顯著性差異。

2.2 "不同光照強度對西瓜莖粗的影響

由圖2可知，不同光照強度處理對西瓜莖粗的影響不同，處理21 d時，T3處理下西瓜莖粗值最大，與CK、T2、T4處理之間差異顯著；處理28 d時，T3、T1處理莖粗值較大，T4處理莖粗值最小，與其他處理之間差異顯著；處理35 d時，CK處理莖粗值增速最快，與T1、T3處理間無顯著性差異。

2.3 "不同光照強度對西瓜節間長的影響

由圖3可知，光照強度處理21 d時，西瓜節間長從大到小依次為T3＞T1＞CK＞T2＞T4，各處理之間差異不顯著；處理28 d時，西瓜節間長從大到小依次為T3＞CK＞T1＞T2＞T4，T3處理與T2、T4處理之間差異顯著；處理35 d時，西瓜節間長增長趨勢與處理28 d時相同，T4處理節間長仍最短，與CK、T3處理有顯著性差異。

2.4 "不同光照強度對西瓜葉片數的影響

由圖4可知，不同生長階段各處理葉片數變化趨勢相同，葉片數最多的為T3處理，其次為T1處理， CK、T2、T4處理下的葉片數較少，3個處理間葉片數始終處于同一差異水平，且均與T3處理間有顯著差異；T1、T3處理葉片數增加速度較快。

2.5 "不同光照強度對西瓜葉面積的影響

由表1可知，CK、T1、T3處理下的葉長、葉寬較大，3個處理處于同一水平，T4處理的葉長、葉寬最小，與CK處理間有顯著性差異；葉面積從大到小依次為T3＞T1＞CK＞T2＞T4，由此可見光照強度較強不利于葉片的生長。

2.6 "不同光照強度對西瓜葉綠素含量的影響

由圖5可知，光照強度處理21 d時，較低的光照強度有利于西瓜葉片中葉綠素含量的增加，而光照強度過強時（T4處理）葉綠素含量低；28 d時，T1處理下葉綠素含量最高，T2處理下葉綠素含量最低，T2處理與其他處理間差異顯著；35 d時，各處理之間的葉綠素含量差異不顯著，CK處理下葉綠素含量最高。

2.7 "不同光照強度對西瓜光合色素含量的影響

由表2可知，西瓜植株葉片中葉綠素a含量在不同光照強度處理下無顯著差異；T4處理不利于葉片中葉綠素b含量的積累，其他處理之間差異不顯著；葉綠素a和葉綠素b的比值在T3處理時最低，與T4處理之間差異顯著；植株總葉綠素含量及類胡蘿卜素含量在T3處理時最高，其次是T2處理，而T4處理不利于葉綠素及類胡蘿卜素含量的積累。

2.8 "不同光照強度對西瓜光合參數的影響

由表3可知，T2處理下西瓜葉片凈光合速率最高，顯著高于其他處理，CK處理則不利于凈光合速率的增加；葉片胞間二氧化碳濃度從低到高依次為T3＜T4＜CK＜T2＜T1；葉片蒸騰速率和氣孔導度在不同光照強度處理下無顯著差異。

2.9 "不同光照強度對西瓜開花時間的影響

由圖6可知，不同光照強度處理下西瓜植株開花時間（定植后天數）由短到長依次為T3＜T1=T2＜T4＜CK。在T3處理下西瓜植株開花最早（27 d），比CK處理縮短了6 d；其次是T1和T2處理（29 d），比CK處理縮短了4 d。由此可見，T3處理能有效促進西瓜提前開花，加快植株由營養生長向生殖生長的轉換。

3 "討論與結論

光能是植株進行光合作用所需的主要能量來源，植株的生命活動和能量積累主要來源于光合作用。光照強度不足會抑制植物的光合作用，影響植物的正常生長，光照強度過強也會對植物的生長發育產生不利的影響[5]。研究發現，弱光會顯著抑制葉用蔬菜的生長[6]；光照過強則會抑制甜菊植株的生長[7]；對水培生菜的研究中也發現相同的規律，強光和弱光均會抑制生菜生長[8]，這與本試驗研究結果相同。本研究中，光照強度為320 μmol·m-2·s-1時，對西瓜植株的生長表現出顯著的抑制作用，光照強度較弱時植株生長也受到抑制，但抑制程度不如強光處理。還有研究發現，隨著光照強度的減弱西瓜葉片中葉綠素含量降低，光合產物的積累受到影響[9]；而對油菜的研究卻發現，光照強度較低時油菜葉綠素含量顯著增加[10]。本試驗中，光照強度較弱時西瓜葉綠素含量高，但到生長后期各處理之間差異不顯著，這與前人研究結果不同，可能是由于本試驗在特定的光環境下進行，葉綠素含量同樣會受到光質的影響。

光合色素是植物光合作用過程中吸收、傳遞光能或引起原初光化學反應的重要色素，光照強度對光合色素含量也存在一定影響。研究發現，過高的光照強度會抑制植株葉綠素及類胡蘿卜素含量的增加[11]。本試驗中，光照強度為320 μmol·m-2·s-1時葉片中光合色素及類胡蘿卜素含量低于其他處理，與前人研究結果一致。對煙草幼苗的研究中發現，植株凈光合速率在一定范圍內會隨著光照強度的增加而增大，但葉片氣孔開度降低[12-13]；西瓜幼苗的凈光合速率與光照強度成正比[14]。本試驗中，隨著光照強度的增加，植株凈光合速率加快，氣孔導度降低，這與前人在煙草及西瓜幼苗中的研究結果一致，但光照強度過強時則表現出相反的結果。這可能是由于光照強度過高會對植株光系統功能產生不利影響，從而降低植株對光能的吸收利用效率。

弱光抑制植株營養生長的同時還顯著抑制植株的生殖生長；植株開花數隨著光照的減弱顯著減少，同時植株生長狀況差，開花較晚[15]。在對番茄和茄子的研究中也展現出同樣的趨勢，光照強度較弱時植株花粉活力降低，花芽分化延遲，開花期延遲[16]，這與本試驗研究結果相同。本試驗中，CK處理下植株開花最晚，與開花最早的300 μmol·m-2·s-1處理相比推遲了6 d。

綜上所述，在本試驗條件下，不同的光照強度會對植株的生長產生較大的影響。當光照強度為300 μmol·m-2·s-1時植株生長速度快、幼苗健壯、葉片長勢較好、光合色素含量較高，同時能夠促進植株提前開花，有效縮短營養生長期。因此，光照強度300 μmol·m-2·s-1可為植物工廠中促進西瓜生長、縮短生育周期的適宜光照強度。

參考文獻：

[1] WHITEMAN P C S. Interactions of carbon dioxide concentration， light intensity and temperature on plant resistances to water vapour and carbon dioxide diffusion[J]. The New Phytologist， 1967，3（66）：463-473.

[2] 李思靜.不同 LED 光對先鋒橙和紅桔幼苗生長發育及生理特性的影響[D]. 重慶：西南大學，2018.

[3] 陳文明，鮑婉雪，廖建杰，等．弱光脅迫對不同砧木西瓜嫁接苗生長及生理指標的影響[J]. 南方農業學報，2016，47（3）：424-429．

[4] 許厚博，佟淑艷，郭俊健. 西瓜對生長環境條件的技術要求[J]. 蔬菜，2014（8）：50-50，51.

[5] 邵麗珊. 新疆野扁桃生物學特性、光合特性及抗寒性研究[D]. 烏魯木齊：新疆農業大學，2017.

[6] 王燦，蘇艷，李樹和，等. 不同光照強度對室內水培葉用蔬菜生長的影響[J]. 天津農學院學報，2014，21（2）：18-20，23.

[7] NAKONECHNAYA O V，GAFITSKAYA I V，BURKOVSKAYA E V，et al. Effect of light intensity on the morphogenesis of stevia rebaudiana under in vitro conditions[J]. Russian Journal of Plant Physiology，2019，66（4）：656-663.

[8] 劉杰，胡笑濤，王文娥，等. 光強和光周期對水培生菜光合及葉綠素熒光特性的影響[J]. 西南農業學報，2019，32（8）：1784-1790.

[9] 熊韜，胡國智，吳海波，等. 不同光照水平對西瓜生長發育特性的影響[J]. 陜西農業科學，2019，65（2）：1-4.

[10] 蔡欣，李曉旭，王青，等.玉米、小麥、油菜對不同光照強度處理的響應[J]. 南方農業，2023，17（15）：6-11.

[11] 孫雨. 不同光質配比、光照強度和UV-A強度對生菜生長及品質的調控研究[D]. 邯鄲：河北工程大學，2023.

[12] 賀國強，張鵬飛，張會慧，等. 弱光煙草幼苗低溫后不同光強下葉片的光能利用特點[J]. 核農學報，2016，30（6）：1234-1239.

[13] 劉文海，高東升，束懷瑞. 不同光強處理對設施桃樹光合及熒光特性的影響[J]. 中國農業科學，2006，39（10）：2069-2075.

[14] 陳年來，高艷梅，張玉鑫. 種子大小和光照強度對西瓜幼苗生長的影響[J]. 中國瓜菜，2006，19（3）：1-3.

[15] 朱延姝，高紹森，阮燕曄，等. 果菜類蔬菜耐弱光性研究進展[J]. 遼寧農業科學，2005（2）：30-33.

[16] 嚴文一，賀忠群，王一鳴，等. 光周期對人參菜開花和品質的調控作用[J]. 西北植物學報，2020，40（8）：1364-1371.

（責任編輯：易 "婧）