2018,Vol. 14
文章信息
- 杨玉凯, 林碧英, 申宝营, 李彩霞, 赵彦
- YANG Yukai, LIN Biying, SHEN Baoying, LI Caixia, ZHAO Yan
- LED夜间补光对番茄幼苗生长及光合作用的影响
- Effects of nighttime LED light supplementation on the growth and photosynthesis of tomato seedlings
- 亚热带农业研究, 2018, 14(4): 247-252
- Subtropical Agriculture Research, 2018, 14(4): 247-252.
- DOI: 10.13321/j.cnki.subtrop.agric.res.2018.04.006
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文章历史
- 收稿日期: 2018-09-17
设施温室内作物种植多以育苗移栽为主，幼苗质量的好坏将直接影响作物的产量和品质。由于受覆盖材料及生产季节等多种因素影响，设施内光照强度和光照时长远低于露地，往往不利于幼苗生长[1-2]。采用人工补光可有效改善温室内光照环境，降低弱光胁迫对植株的影响[3-5]。相比较其他光源，LED光源具有光谱性能好、耗能小、寿命长和无污染等特点[6-8]，在育苗生产中备受青睐。已有研究表明，利用LED光源进行夜间补光可有效提升幼苗质量[9-10]，但对夜间补光的光质研究相对较少。
番茄(Lycopersicon esculentum Mill.)，又名西红柿，原产地为秘鲁[11]，喜温、喜光，生长发育最适温度为20~25 ℃。由于番茄含有大量胡萝卜素、VC和VB，市场需求量大，其设施栽培面积逐年增加。针对设施育苗中弱光寡照问题，本研究采用不同LED光质对番茄幼苗进行夜间补光，比较不同光质夜间补光对幼苗生长及光合作用的影响，以确定合适的夜间补光光质。
1 材料与方法 1.1 材料供试番茄品种为‘倍盈’, 由福州市蔬菜科学研究所提供种子。试验装置为自主设计的光照培养箱，隔间规格为：60 cm×60 cm×60 cm(长×宽×高)，内部采用银白色隔板，可保证光照均匀。LED光源采购自惠州可道科技股份有限公司。红光R(峰值波长660 nm)、蓝光B(峰值波长450 nm)和白光W(波长范围为410~760 nm)。
1.2 试验设计试验于2017年10月—12月在福建农林大学现代农业设施温室中进行。对番茄种子进行常规温汤浸种，然后将种子置于28 ℃恒温箱中催芽，待种子露白后，播于72孔穴苗盘中育苗。当幼苗子叶平展，选择大小一致幼苗定植到10 cm×8 cm的营养袋，基质体积比为：草炭:珍珠岩:蛭石=3:1:1。缓苗后开始夜间补光处理，设置白光(W)、红光(R)、蓝光(B)、红光:蓝光=2:8(2R/8B)、红光:蓝光=5:5(5R/5B)和红光:蓝光=8:2(8R/2B)共6种补光处理，补光时段为18:00至22:00，补光强度为100 μmol·m-2·s-1，以夜间不补光为对照(CK)。番茄幼苗白天在温室中以自然光培养，每个处理40株，3次重复。
1.3 测定指标及方法 1.3.1 生长指标分别于处理后的第5、10、15和20天测定株高、茎粗、叶面积、生物量和壮苗指数。株高指从根茎分界处到生长点的距离，采用刻度尺测量；茎粗以子叶下部节间1 cm为基准，采用游标卡尺测量；采用叶面积仪测定每一片真叶以计算总叶面积；用电子天平称幼苗的鲜重和干重。壮苗指数=(茎粗/株高+根干重/茎叶干重)×全株干重[12]。每处理随机选取5株，3次重复。
1.3.2 光合色素及光合参数于补光处理20 d测定。光合色素含量采用叶绿素提取液(V无水乙醇:V丙酮:V蒸馏水=4.5:4.5:1)进行提取[13]；采用CIRAS-3便携式植物光合作用测定仪测定光合参数，于9:00-11:00测定幼苗生长点以下第3片真叶，测定指标包括：净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度、蒸腾速率。每个处理3次重复。
1.4 统计与分析选用Excel 2003整理数据，采用DPS 7.05软件进行方差分析，用Duncan新复极差法进行差异显著性分析。
2 结果与分析 2.1 LED夜间补光对番茄幼苗生长的影响 2.1.1 株高由图 1可知，夜间补光5 d时，各补光处理与CK无明显差异。夜间补光10 d时，各处理幼苗株高表现为：2R/8B>5R/5B>CK>W>R>B>8R/2B，其中2R/8B处理幼苗最高(6.73 cm)。夜间补光15 d时，表现为：W>CK>2R/8B>5R/5B>8R/2B>R>B，W处理株高最高(10.0 cm)，显著高于其他处理，较CK高6.72%；而R、B、2R/8B、5R/5B、8R/2B处理均矮于CK, 分别降低16.24%、22.75%、7.23%、14.89%、14.17%。夜间补光20 d时，W处理幼苗最高(15.23 cm)，显著高于其他补光处理，并且相较CK提高20.21%；2R/8B处理与CK无显著差异，其他补光处理均显著低于CK。
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图 1 LED夜间补光对番茄幼苗株高的影响 Figure 1 Effects of nighttime LED light supplementation on the height of tomato seedlings |
由图 2可知，夜间补光5 d时，各补光处理茎粗均显著高于CK，表现为：B>R>5R/5B>8R/2B>2R/8B>W>CK。夜间补光10 d时，各补光处理显著高于CK。夜间补光15 d时，各处理茎粗表现为：8R/2B>B>W>R>2R/8B>5R/5B>CK。夜间补光20 d时，各补光处理均显著高于CK，其中以8R/2B处理最粗(4.37 mm)，较CK提高31.20%。
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图 2 LED夜间补光对番茄幼苗茎粗的影响 Figure 2 Effect of nighttime LED light supplementation on the stem diameter of tomato seedlings |
不同光质夜间补光可显著促进幼苗叶面积的增大(图 3)。夜间补光5 d时，各处理叶面积表现为：R>B>8R/2B>2R/8B>5R/5B>W>CK，其中R处理最大(12.89 cm2)，较CK提高82.06%。夜间补光10 d时，各处理表现为：R>W>5R/5B>B>8R/2B>2R/8B>CK。夜间补光15 d时，各补光处理均显著促进叶面积增大，其中W、R、8R/2B处理最有利于番茄幼苗叶面积增大，分别比CK提高45.61%、51.60%、50.02%。夜间补光20 d时，R处理最大，8R/2B处理其次，CK最小，所有补光处理均显著高于CK。
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图 3 LED夜间补光对番茄幼苗叶面积的影响 Figure 3 Effect of nighttime LED light supplementation on the leaf area of tomato seedlings |
不同LED光质夜间补光对幼苗生物量积累有明显的影响。由表 1可知，补光前期R处理对幼苗鲜重的增加效果最好，而补光后期(20 d)则5R/5B处理鲜重最大，具体表现为：5R/5B>B>8R/2B>R>2R/8B>W>CK。在补光前期(5、10 d)，各补光处理根干重均比CK增加，但W处理增加幅度较小; 后期(15、20 d)则所有补光处理均显著高于CK。整个补光期，各补光处理对幼苗茎叶干重和全株干重的影响基本一致。补光后期(15、20 d)，8R/2B处理最有利于提高茎叶干重和全株干重，显著高于CK。
| t补光/d | 处理 | 全株鲜重/g | 根干重/g | 茎叶干重/g | 全株干重/g | 壮苗指数 |
| 5 | W | 0.299 6±0.018 5cd | 0.001 7±0.000 6b | 0.018 0±0.000 9d | 0.019 7±0.000 8c | 0.007 7±0.001 4bc |
| R | 0.497 3±0.069 3a | 0.003 1±0.000 6a | 0.031 3±0.001 0a | 0.034 4±0.002 8a | 0.012 7±0.001 5a | |
| B | 0.422 9±0.032 5ab | 0.004 2±0.000 8a | 0.028 6±0.002 2ab | 0.032 8±0.001 4a | 0.014 3±0.000 8a | |
| 2R/8B | 0.368 1±0.035 4bc | 0.003 1±0.000 3a | 0.023 5±0.001 2bc | 0.026 6±0.005 2b | 0.010 9±0.001 4ab | |
| 5R/5B | 0.386 3±0.017 8b | 0.003 6±0.000 9a | 0.025 3±0.004 9b | 0.028 9±0.001 5ab | 0.014 4±0.004 4a | |
| 8R/2B | 0.452 0±0.081 0ab | 0.004 2±0.001 0a | 0.027 9±0.000 8ab | 0.032 1±0.001 5ab | 0.013 6±0.004 2a | |
| CK | 0.246 4±0.027 3d | 0.001 0±0.000 3b | 0.019 9±0.004 6cd | 0.021 0±0.000 7c | 0.004 9±0.001 2c | |
| 10 | W | 1.254 3±0.133 7b | 0.012 1±0.001 9ab | 0.065 4±0.003 4b | 0.077 5±0.007 9b | 0.038 8±0.005 4b |
| R | 1.579 4±0.199 3a | 0.014 8±0.003 0a | 0.084 2±0.006 4a | 0.099 0±0.013 1a | 0.053 8±0.007 4a | |
| B | 1.302 2±0.256 4ab | 0.012 8±0.004 2ab | 0.069 9±0.009 6ab | 0.082 7±0.014 3ab | 0.040 8±0.010 1ab | |
| 2R/8B | 1.260 1±0.127 4b | 0.014 1±0.002 3a | 0.069 7±0.010 5ab | 0.083 9±0.009 5ab | 0.041 0±0.004 4ab | |
| 5R/5B | 1.362 7±0.056 7ab | 0.013 5±0.003 6a | 0.075 8±0.008 6ab | 0.089 3±0.005 9ab | 0.045 3±0.007 7ab | |
| 8R/2B | 1.326 1±0.185 7ab | 0.015 1±0.003 6a | 0.076 6±0.002 4ab | 0.091 7±0.013 1ab | 0.050 9±0.009 3ab | |
| CK | 0.931 5±0.009 3c | 0.007 5±0.001 6b | 0.049 8±0.010 4c | 0.057 2±0.001 9c | 0.023 0±0.002 0c | |
| 15 | W | 3.538 0±0.340 9c | 0.027 6±0.004 7b | 0.195 7±0.006 3dc | 0.223 4±0.026 0b | 0.105 5±0.005 1c |
| R | 4.337 5±0.517 3a | 0.032 2±0.004 8ab | 0.208 7±0.022 0bc | 0.236 9±0.007 9ab | 0.131 7±0.007 9b | |
| B | 3.989 4±0.079 7abc | 0.030 1±0.002 7b | 0.202 0±0.024 3bc | 0.232 1±0.010 5b | 0.138 9±0.005 5ab | |
| 2R/8B | 4.037 8±0.209 7abc | 0.034 3±0.001 2ab | 0.223 8±0.009 0abc | 0.258 1±0.005 8ab | 0.133 2±0.010 7b | |
| 5R/5B | 4.133 6±0.334 9ab | 0.038 6±0.002 6a | 0.231 4±0.006 4ab | 0.270 0±0.029 5a | 0.150 9±0.010 1a | |
| 8R/2B | 4.004 2±0.153 1ab | 0.035 3±0.002 7ab | 0.235 6±0.025 3a | 0.270 9±0.028 8a | 0.153 2±0.013 6a | |
| CK | 2.561 0±0.165 9d | 0.017 1±0.002 2c | 0.137 5±0.005 2d | 0.154 6±0.007 7c | 0.060 1±0.006 1d | |
| 20 | W | 7.850 0±0.127 7b | 0.071 7±0.003 3ab | 0.526 7±0.026 7ab | 0.598 4±0.016 2ab | 0.236 8±0.013 3d |
| R | 8.066 7±0.220 5b | 0.073 9±0.002 3ab | 0.481 5±0.014 8c | 0.555 4±0.007 7c | 0.299 2±0.009 2b | |
| B | 9.160 0±0.312 4a | 0.073 3±0.002 9ab | 0.533 5±0.012 9ab | 0.606 8±0.021 4ab | 0.314 2±0.013 7ab | |
| 2R/8B | 7.863 3±0.420 1b | 0.068 2±0.003 9b | 0.496 0±0.023 2bc | 0.564 2±0.033 7bc | 0.262 3±0.004 9c | |
| 5R/5B | 9.263 3±0.328 6a | 0.072 8±0.002 5ab | 0.531 0±0.028 3ab | 0.603 8±0.019 6ab | 0.294 4±0.008 3b | |
| 8R/2B | 8.623 3±0.345 0ab | 0.075 1±0.003 0a | 0.536 7±0.025 1a | 0.611 8±0.028 2a | 0.324 9±0.012 7a | |
| CK | 6.726 7±0.310 9c | 0.052 4±0.003 3c | 0.403 1±0.012 9d | 0.455 5±0.033 0d | 0.178 9±0.012 5e | |
| 1)R.红光；B.蓝光；2R/8B.红光:蓝光=2:8；5R/5B.红光:蓝光=5:5；8R/2B.红光:蓝光=8:2；CK.不补光。同列数值后附不同小写字母者表示差异达0.05显著水平。 | ||||||
壮苗指数作为评价幼苗健壮程度的重要指标，可反映各补光处理效果的优劣。由表 1可知，整个补光期各补光处理均比CK有利于提升壮苗指数。夜间补光20 d时，壮苗指数表现为：8R/2B>B>R>5R/5B>2R/8B>W>CK；8R/2B处理与B处理间差异不显著，但明显高于其他处理，分别为CK的1.82和1.76倍。夜间补光20 d时，各处理番茄幼苗形态见图 4。从图 4可见，8R/2B处理下幼苗株型紧凑、矮壮，也说明该处理有利于壮苗。
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图 4 LED夜间补光20 d的番茄幼苗形态 Figure 4 Morphology of tomato seedling upon 20 days of nighttime LED light supplementation |
由表 2可知，8R/2B处理幼苗叶片中叶绿素a和叶绿素总量最高，显著高于其他处理。与CK相比，各补光处理均显著提升叶绿素b含量，除了处理B。W、8R/2B处理类胡萝卜素含量高于CK，但未达到显著水平，其余处理与CK也无显著性差异。由此可知，不同光质补光对番茄幼苗光合色素含量影响不同，其中8R/2B处理最有利于光合色素积累。
| 处理 | w光合色素/(mg·g-1) | |||
| 叶绿素a | 叶绿素b | 叶绿素总量 | 类胡萝卜素 | |
| W | 1.92±0.008 9b | 1.03±0.011 8a | 2.95±0.063 1b | 0.33±0.004 5a |
| R | 1.93±0.095 9b | 0.94±0.026 2b | 2.86±0.030 3bc | 0.32±0.003 8ab |
| B | 1.81±0.071 4b | 0.90±0.013 9c | 2.71±0.052 0d | 0.30±0.005 2b |
| 2R/8B | 1.94±0.036 3b | 0.94±0.014 7b | 2.88±0.047 1b | 0.30±0.005 8b |
| 5R/5B | 1.93±0.082 4b | 0.98±0.021 9a | 2.92±0.064 4b | 0.31±0.003 0b |
| 8R/2B | 2.07±0.080 3a | 1.01±0.018 6a | 3.08±0.107 8a | 0.33±0.004 9a |
| CK | 1.85±0.070 7b | 0.90±0.024 4c | 2.74±0.094 9cd | 0.32±0.004 0ab |
| 1)R.红光；B.蓝光；2R/8B.红光:蓝光=2:8；5R/5B.红光:蓝光=5:5；8R/2B.红光:蓝光=8:2；CK.不补光。同列数值后附不同小写字母者表示差异达0.05显著水平。 | ||||
由表 3可知，除W处理外，其余补光处理均显著提高幼苗净光合速率，其中8R/2B最高，比CK高45.98%。蒸腾速率以8R/2B处理最高，显著高于CK，而其余补光处理均小于CK。不同LED夜间补光处理对气孔导度有明显的影响，8R/2B处理气孔导度最大；5R/5B处理次之，其余各处理气孔导度均小于CK。与CK相比，5R/5B和8R/2B处理对提升胞间CO2溶度最为显著，其次是B和2R/8B处理，R处理提升幅度最小，但与CK相比也达到显著水平，而W处理对胞间CO2溶度变化没有影响。由此可知，夜间补光对提高幼苗光合作用能力具有一定的促进作用，其中以8R/2B处理效果最佳。
| 处理 | 净光合速率 | 蒸腾速率 | 气孔导度 | 胞间CO2溶度 |
| μmol·m-2·s-1 | mmol·m-2·s-1 | mol·m-2·s-1 | μmol·mol-1 | |
| W | 12.47±1.350c | 3.54±0.101e | 0.22±0.019cb | 365.67±5.686d |
| R | 15.30±1.044b | 4.84±0.404cd | 0.25±0.011bc | 425.00±6.083c |
| B | 15.40±0.529b | 5.01±0.301c | 0.26±0.016bc | 455.67±4.163b |
| 2R/8B | 15.57±0.569b | 4.16±0.238de | 0.19±0.016d | 447.33±15.948b |
| 5R/5B | 16.23±0.710ab | 5.90±0.303b | 0.30±0.011b | 496.33±17.039a |
| 8R/2B | 17.47±1.172a | 6.72±0.401a | 0.38±0.019a | 513.56±4.509a |
| CK | 11.97±0.252c | 6.14±0.136b | 0.29±0.017b | 385.67±17.926d |
| 1)R.红光；B.蓝光；2R/8B.红光:蓝光=2:8；5R/5B.红光:蓝光=5:5；8R/2B.红光:蓝光=8:2；CK.不补光。同列数值后附不同小写字母者表示差异达0.05显著水平。 | ||||
植物通过光受体接受光质信号，进而通过信号传导来调节植物的形态建成[14-17]。本研究表明，各补光处理均显著促进番茄幼苗的形态建成。红光(R处理)有利于叶面积扩展，蓝光(B处理)对生物量的积累促进效果较为突出，而红蓝组合光8R/2B处理幼苗茎粗、生物量和壮苗指数最高，并且能够防止幼苗徒长，有利于培育壮苗。
光合色素是一种具有吸收、传递和转化光能作用的含脂色素，其含量将直接影响植物叶片的光合效率[18]。本研究表明，补充红蓝组合光8R/2B叶绿素含量最高，并且对类胡萝卜素的合成具有一定的促进效果。同时8R/2B处理番茄幼苗的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率和胞间CO2溶度在各处理中均最大，最有利于提高幼苗的光合作用强度。
综上分析，以红蓝组合光8R/2B为补光光质，对番茄幼苗生长和光合作用强度的提高具有全面促进作用，可作为其设施育苗夜间补光光质。
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