劉曉英 焦學(xué)磊 徐志剛 陳 彬

(1南京農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，江蘇南京 210095;2南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，江蘇南京 210095)

光是自然界中影響植物生長和發(fā)育最重要的環(huán)境因子之一，對植物的生長發(fā)育、形態(tài)建成、光合作用、物質(zhì)代謝以及基因表達(dá)均有調(diào)控作用，而且還作為環(huán)境信號調(diào)節(jié)植物整個生命周期［1］。隨著光電技術(shù)的不斷發(fā)展，LED光源在植物栽培領(lǐng)域的研究逐漸受到世界各國研究人員的重視。特別是紅藍(lán)光在植物照明中的研究應(yīng)用，已經(jīng)取得了一定的成果。有研究表明，紅、藍(lán)光可以通過增加凈光合速率以提高植物的生長和發(fā)育。紅光有利于單株總?cè)~面積和總莖長的增加［2］，藍(lán)光能提高植株幼苗根系活力、總吸收面積和活躍吸收面積［3，4］。而不同種類的植物、不同發(fā)育年齡或器官對同一光質(zhì)的反應(yīng)不盡相同，表現(xiàn)出光質(zhì)生物學(xué)反應(yīng)的復(fù)雜性［5］。另外，紅藍(lán)復(fù)合光在某些植株及形態(tài)指標(biāo)上比單一紅藍(lán)光表現(xiàn)出一定的優(yōu)越性，如Hahn等［6］研究發(fā)現(xiàn)，單一紅光或藍(lán)光LED處理的毛地黃組培苗出現(xiàn)徒長現(xiàn)象，但是在紅藍(lán)LED復(fù)合光下生長健壯。

水稻是世界三大糧食作物之一，是我國最主要的糧食作物。水稻是喜光作物，只有在充足的直射陽光下才能生長健壯，光照的強(qiáng)弱和光照時數(shù)的長短決定著水稻生長的快慢、生育期的長短、開花結(jié)實(shí)的好壞及產(chǎn)量的高低［7，8］。水稻秧苗質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響最終的產(chǎn)量和質(zhì)量，培育壯苗是生產(chǎn)上的一個重要環(huán)節(jié)，而工廠化育苗是培育水稻壯苗的的一種重要方式。

工廠化育苗光照條件完全是人工光源，為培育良好的壯苗，植株培育的光照標(biāo)準(zhǔn)的建立是非常重要的。不同光質(zhì)對水稻生長發(fā)育影響研究表明藍(lán)光比白光對水稻秧苗株高具有更強(qiáng)的抑制作用［10］。郭銀生等［11］研究指出紅光能顯著提高三葉期水稻秧苗的莖基直徑、壯苗指數(shù)以及五葉期葉片的可溶性糖和淀粉含量;紅藍(lán)復(fù)合光顯著提高三葉期幼苗的根數(shù)、莖基直徑、壯苗指數(shù)、根系活力和可溶性糖含量，以及五葉期幼苗的鮮、干質(zhì)量、壯苗指數(shù)、葉片可溶性糖和蔗糖含量;黃光可在幼苗生長初期明顯增加株高，提高葉片色素含量。

雖然近幾年國內(nèi)外研究人員利用不同光質(zhì)對植物的生長發(fā)育影響已經(jīng)進(jìn)行了深入的研究，但在國內(nèi)利用LED光源研究對水稻育秧的報道也較少，采用不同配比的LED光對水稻影響的文獻(xiàn)更少報道，利用高純度、波長可控的LED光源研究其對水稻育秧的生長有非常重要的意義。本研究采用新型LED光源，采用不同配比紅藍(lán)LED作為水稻育秧光源，通過測定水稻秧苗的干鮮重、莖粗、株高、根數(shù)、根長、葉片數(shù)等指標(biāo)，研究不同配比的紅藍(lán)LED光源對水稻秧苗形態(tài)建成的影響，以期為水稻工廠化育苗光控標(biāo)準(zhǔn)的建立提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與光處理

試驗(yàn)材料由南京農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻所提供的‘寧粳1號’，育苗基質(zhì)為草炭和蛭石 (體積比為1:1)，待水稻秧苗出苗時，以自然光為對照 (CK)，分別置于紅光 (R)、紅藍(lán)7:4(RB74)、紅藍(lán)組合光1:1(RB11)、紅藍(lán)組合光4:7(RB47)、藍(lán)光(B)照射，紅光的峰值波長為660nm，藍(lán)光的峰值波長為450nm，紅藍(lán)光的比值為光通量之比。光周期為12h/d;光通量密度均設(shè)為220μmolm－2s－1;晝/夜溫度為28℃/18℃;環(huán)境濕度為60%－80%。

1.2 測定指標(biāo)與方法

光照30天后，隨機(jī)選取3株進(jìn)行水稻秧苗形態(tài)指標(biāo)的測定。測定的形態(tài)指標(biāo)主要有:干鮮重、株高、莖粗、葉片數(shù)、比葉面積、根數(shù)、根長。用直尺測量株高、根長;用游標(biāo)卡尺測量莖粗;根數(shù)和葉片數(shù)用人工數(shù);用萬分之一天平稱得植株地上部和地下部的鮮質(zhì)量，然后將鮮樣置于105℃殺青處理15min，80℃高溫處理至恒重，再分別稱取地上部和地下部的干重;采用打孔稱重法測得比葉面積，計算公式為:比葉面積=葉面積/葉片鮮質(zhì)量;壯苗指數(shù)計算公式:壯苗指數(shù)=莖粗×鮮重/株高。

1.3 數(shù)據(jù)處理

用Excel2007和SAS8.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，采用Duncan’s新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較顯著水平a=0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 紅藍(lán)LED光對水稻秧苗鮮重的影響

如表1顯示，與CK相比，含有紅光的LED處理水稻秧苗的地上部鮮重、地下部鮮重和總重都有了明顯的增加，而B處理則無顯著變化。其中RB74和RB11處理各部分的鮮重在數(shù)值略大些。而干重則不同，LED光處理的地上部、地下部干重和總干重都大于CK，RB74處理的干重顯著大于除RB47處理之外的其他處理，同樣，B處理干物質(zhì)積累較其他LED光處理較小。此研究表明在環(huán)境條件可控的條件下育秧好于自然條件下，育秧紅藍(lán)LED光源需要有紅光，具紅光比例較大有利于生物量的積累。

表1 紅藍(lán)LED光對水稻秧苗生物量的影響Table 1 Effect of red and blue LED light on rice seedling fresh weight

2.2 紅藍(lán)LED光照對水稻秧苗形態(tài)指標(biāo)參數(shù)的影響

如圖1(a)顯示，不同配比的紅藍(lán)LED光對水稻秧苗的株高有顯著影響，與CK相比，所有LED光處理的株高都顯著增高，其中R處理的株高最高，顯著地大于其他處理，B處理的株高顯著地低于其他LED光處理，紅藍(lán)復(fù)合LED光處理的株高無顯著差異。數(shù)據(jù)表明，紅光有明顯的促進(jìn)株高伸長的作用，而藍(lán)光有矮化植株的作用。

如圖1(b)顯示，水稻秧苗葉片數(shù)在不同光處理下顯著不同，與CK相比，LED光處理的葉片數(shù)顯著增多，其中RB47和RB74處理增多比例幅度大，顯著大于其他處理，其他LED處理間無顯著差異。數(shù)據(jù)表明，環(huán)境可控的紅藍(lán)復(fù)合光能促進(jìn)水稻秧苗葉片的生長。

如圖1(c)顯示，隨著紅藍(lán)光LED光中紅光比例的減少，水稻秧苗莖粗先增粗后變細(xì)，RB74處理的莖粗最粗，但其RB11和RB47的莖粗無顯著差異，而比單色的R和B處理的莖粗顯著粗些。數(shù)據(jù)表明，紅藍(lán)復(fù)合光有利于水稻秧苗莖粗增粗。

如圖1(d)(e)顯示，與CK相比，各LED光處理的根長無顯著變化，各LED處理根長之間也無顯著差異，但對根數(shù)卻有顯著變化，RB74和RB11的根數(shù)顯著增多，約增加了60%，而B處理的根數(shù)略有減少，平均只有11根左右。數(shù)據(jù)表明，單色藍(lán)光對水稻秧苗根的生長有抑制作用。

如圖1(f)顯示，不同光處理對比葉面積也有顯著影響，有藍(lán)光的處理比單色R處理的比葉面積值大，且RB74，RB47和B處理顯著增大。說明，藍(lán)光有對葉片增厚的作用。

圖1 紅藍(lán)LED光對水稻秧苗形態(tài)指標(biāo)的影響

2.3 紅藍(lán)LED光對水稻秧苗根冠比和壯苗指數(shù)的影響

圖2 紅藍(lán)LED光對水稻秧苗根冠比的影響Fig.2 Effect of red and blue LED on the ratio of root and shout of rice seedings

如圖2，3顯示，不同配比的紅藍(lán)LED光對水稻秧苗的根冠比有顯著影響，跟CK相比，所有LED光處理的根冠比都顯著變小，但各處理之間根冠比無顯著差異。在不同光處理下，植株的健壯程度也顯著不同，除單色B處理處，所有LED光處理秧苗的壯苗指數(shù)都顯著大于CK處理，且RB74壯苗指數(shù)最大。數(shù)據(jù)表明，LED光處理有利于地上部生物量積累，且RB74光照比例可以使水稻秧苗更健壯。

圖3 紅藍(lán)LED光對水稻壯苗指數(shù)的影響Fig.3 Effect of red and blue LED on the healthy index of rice seedings

3 討論和結(jié)論

高效、優(yōu)質(zhì)的水稻秧苗具有合適的株高、良好的分蘗性狀、葉片、莖粗和根系發(fā)育良好的壯苗光形態(tài)特征。植物受光誘導(dǎo)和調(diào)節(jié)發(fā)育的過程稱植物的光形態(tài)建成［12］。光形態(tài)建成是依賴光照控制細(xì)胞的分化、結(jié)構(gòu)和功能的改變，最終匯集成組織和器官的建成。它是一個低能的反應(yīng)，光作為環(huán)境信號去激發(fā)光受體，推動細(xì)胞內(nèi)一系列反應(yīng)，最終表現(xiàn)為形態(tài)結(jié)構(gòu)的變化。

光質(zhì)顯著地影響著植物的光形態(tài)建成。很多研究表明，紅光顯著地影響植物的莖的伸長和生物量的積累等方面。在1W/m2較弱的各種光下，高粱的生長都受到抑制，其中胚軸的延長生長受紅光的抑制作用比藍(lán)光強(qiáng)的多;紅光對黃瓜和歐白芥幼苗下胚軸生長的抑制效應(yīng)大于藍(lán)光;紅光和藍(lán)光都促進(jìn)六天齡黃瓜子葉的生長，鮮重增加和面積擴(kuò)大，且紅光效應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于藍(lán)光效應(yīng)［13］，倪紀(jì)恒等［14］研究表明，紅光能夠促進(jìn)水稻秧苗莖的生長，有利于干物質(zhì)的積累，促進(jìn)同化產(chǎn)物向營養(yǎng)器官的分配。本研究在紅光條件下跟前人的研究結(jié)果相同，紅光對水稻秧苗莖的伸長有顯著作用，這也與Nhut等［15］對草莓的研究結(jié)果相似，在紅光下生長的草莓幼苗莖和葉柄明顯伸長。郭雙生等［16］也研究表明，在生菜植株生長的早期用LED紅光照射可使其莖細(xì)長。紅光也顯著提高了水稻秧苗的根長。這與Rey等［17］認(rèn)為紅光可有效促進(jìn)根形態(tài)建成的結(jié)論相符。

藍(lán)光也顯著地影響著植物的光形態(tài)建成。有研究表明，藍(lán)光條件下培育的作物幼苗發(fā)根數(shù)目多，根系粗壯，生物量大［18－20］。Kurilik 等［21］研究得出，藍(lán)光可以增大菊花干重與鮮重比率;鄧江明等［22］報道，藍(lán)光處理的水稻秧苗葉片展開早使得幼苗在生長初期接收的光量多。Sasakawa等［23］指出藍(lán)光的光感受器在水稻葉片尖端的0.5－2.0cm范圍內(nèi)，有利于葉片的展開。本試驗(yàn)表明，與其他處理相比，藍(lán)光對水稻秧苗的莖粗、株高、根長、根數(shù)、葉片數(shù)等形態(tài)指標(biāo)都沒有顯著的有利作用，這與Chang等［24］培養(yǎng)馬蹄蓮和 Heo等［25］在葡萄上得到結(jié)果相同。Heo等［25］認(rèn)為單獨(dú)的藍(lán)光照射可能增強(qiáng)了葡萄的呼吸速率同時抑制其光合作用，而使藍(lán)光處理下，生物量積累降低。

有不少報道認(rèn)為，紅藍(lán)LED組合對植物的生長發(fā)育有積極影響，優(yōu)于單色光處理。Yanagi和Okamoto［26］研究發(fā)現(xiàn)，紅光LED對菠菜生長效應(yīng)不明顯，增加藍(lán)光LED后菠菜生長形態(tài)指標(biāo)顯著提高。Shin等［27］的研究發(fā)現(xiàn)，紅藍(lán)LED復(fù)合光照射下生長的甜菜生物積累量最大，毛根中甜菜素積累最顯著，并在毛根中產(chǎn)生最高的糖分和淀粉積累。同樣，本試驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)，紅藍(lán)LED復(fù)合光對水稻秧苗的形態(tài)建成存在積極的作用。有研究認(rèn)為，紅藍(lán)光LED組合可以通過增加凈光合速率以影響植物的生長發(fā)育是因?yàn)榧t光與藍(lán)光的光譜能量分布與葉綠素吸收光譜一致［28］。

綜上所述，單色紅光、藍(lán)光和不同配比紅藍(lán)LED對植物影響因光控機(jī)理不同而植株的形態(tài)建成顯著不同。本研究發(fā)現(xiàn)不同配比紅藍(lán)LED顯著地影響著水稻秧苗的光形態(tài)建成，株高、莖粗、葉片數(shù)、根長和根數(shù)及生物量的積累與紅藍(lán)光比例變化無顯著趨勢關(guān)聯(lián)性，RB74和RB47處理下葉片數(shù)較多，生物量分配較多在地上部尤其在葉片，有利于光能的吸收而使植株長勢較為健壯。

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