張珂嘉，鄒志榮，楊俊偉，何雅倩，曹晏飛

（西北農(nóng)林科技大學(xué)園藝學(xué)院/農(nóng)業(yè)部西北設(shè)施園藝工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 楊凌 712100）

光作為信號(hào)和能量的來(lái)源，在植物生長(zhǎng)和發(fā)育過(guò)程中起著重要的作用，是植物進(jìn)行光合作用必需的能源[1]。與光強(qiáng)和光周期相比，光質(zhì)對(duì)植物形態(tài)和生理的影響更為復(fù)雜。前人已經(jīng)對(duì)光質(zhì)和植物生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)系有了一定的研究，例如番茄[2]、黃瓜[3]等。有研究表明，紅光可以影響植物莖的伸長(zhǎng)、根冠比、葉綠素含量和光合器官，藍(lán)光則影響植物向光性、胚軸伸長(zhǎng)、氣孔開(kāi)閉、相關(guān)酶的合成及基因表達(dá)[4]。紅藍(lán)光相結(jié)合可以提高植物的光合速率[5]、干物質(zhì)積累[6]和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)[7]。如何在蔬菜生產(chǎn)中使用紅藍(lán)光、優(yōu)化紅藍(lán)光結(jié)合比例，促進(jìn)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)，值得進(jìn)一步研究。

生菜（Lactuca sativaL.）是菊科萵苣屬1～2年生的長(zhǎng)日照植物，是重要的世界性綠葉蔬菜，富含蛋白質(zhì)、糖類、維生素和礦物質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)成分，具有預(yù)防貧血、預(yù)防癌癥、抗衰老、降低血壓和防治心律紊亂等保健功能，在全球范圍內(nèi)廣泛栽培，也是我國(guó)設(shè)施園藝的主栽蔬菜之一[8]。奶油生菜是生菜的一種，其葉片呈卵圓形，嫩綠色，葉面較平，中下部橫皺，商品性好，葉質(zhì)軟，口感油滑，味香微甜，食用部分水分含量高達(dá)94%～96%，故生食鮮嫩清脆爽口。發(fā)光二極管（light-emitting diode，LED）作為新型半導(dǎo)體光源，具有體積小、光效高、功耗小、壽命長(zhǎng)、波長(zhǎng)范圍窄和發(fā)熱低等優(yōu)點(diǎn)，是用于植物設(shè)施栽培的新一代節(jié)能環(huán)保型光源[9]。LED對(duì)生菜的生長(zhǎng)促進(jìn)作用明顯優(yōu)于普通熒光燈[10]。本研究采用LED光源調(diào)控光質(zhì)和光量，研究不同比例紅、藍(lán)光對(duì)生菜生長(zhǎng)、光合特性及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響，以期為人工氣候室水培生菜的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)提供技術(shù)支持。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

以奶油生菜為試驗(yàn)材料；營(yíng)養(yǎng)液采用日本山崎生菜配方；試驗(yàn)使用LED燈，其光源板由波長(zhǎng)為635 nm的紅色LED燈和波長(zhǎng)為460 nm的藍(lán)色LED燈組成；其他儀器包括紫外可見(jiàn)光分光光度計(jì)（UV-1800，島津）、便攜式光合-熒光連用系統(tǒng)（LI-6400XT、LI-COR Inc，USA）、根系掃描儀（PERFECTON V700 PHOTO，EPSON）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2017年3—7月在西北農(nóng)林科技大學(xué)科研溫室中進(jìn)行。種子催芽后播種于小海綿塊中，待幼苗長(zhǎng)到2葉1心后，以白光為對(duì)照（CK），分別置于紅光（R）、藍(lán)光（B）、R∶B=2∶1、R∶B=1∶1、R∶B=1∶2光源下培養(yǎng)18 d（至采收期），采用深液流水耕栽培。不同光處理下的光譜分布如圖1所示。

各個(gè)處理光強(qiáng)均設(shè)為200 μ mol/（m2·s）左右，光周期為14 h/10 h（光期/暗期），白天溫度25 ℃，夜間溫度20 ℃，相對(duì)濕度為65%～75%。每個(gè)處理下種植10株生菜，重復(fù)3次，采用隨機(jī)排列的方式，植株擺放的密度以互不遮陰為準(zhǔn)。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.3.1 生菜形態(tài)指標(biāo)

光處理18 d時(shí)取樣，每個(gè)處理隨機(jī)取7株測(cè)定不同比例紅藍(lán)光下生菜的地上部分和根系的鮮質(zhì)量和葉面積。將生菜地上部分及根系分別裝入信封中，120 ℃殺青20 min，75 ℃烘干24～48 h至恒重，測(cè)定生菜地上部分及根系的干質(zhì)量。根冠比為生菜根系鮮質(zhì)量與地上部分鮮質(zhì)量的比值。利用根系掃描儀掃描葉片，使用WinRHIZO Pro軟件分析葉片面積。

1.3.2 葉綠素含量

光處理18 d后取樣測(cè)定葉綠素含量，取3株生菜同一節(jié)位相同方向的葉片（頂端第3片功能葉），每個(gè)處理重復(fù)3次。用96%乙醇溶液提取，使用UV-1800分光光度計(jì)測(cè)定提取液在665、649 nm下的吸光值OD665、OD649，計(jì)算生菜葉片中葉綠素含量。葉綠素含量計(jì)算公式如下：

式中，V為提取液總體積，W為葉片鮮質(zhì)量，n為稀釋倍數(shù)。

1.3.3 葉片光合指標(biāo)

光處理18 d后使用LI-6400XT光合儀測(cè)定各個(gè)處理下生菜的凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）及蒸騰速率（Tr），每個(gè)處理測(cè)5～7株（取生菜頂端第3片功能葉）。

圖1 不同處理光譜分布

1.3.4 葉片品質(zhì)

光處理18 d時(shí)取樣，每個(gè)處理隨機(jī)取5株，選取頂端第3片功能葉測(cè)定生菜各品質(zhì)?？捡R斯亮藍(lán)法測(cè)可溶性蛋白含量，鉬藍(lán)比色法測(cè)VC含量，蒽酮比色法測(cè)可溶性糖及淀粉含量[11]。每個(gè)處理重復(fù)3次。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄與處理，利用SPSS 16.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，多重比較采用Duncan新復(fù)極差法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同比例紅藍(lán)光對(duì)生菜生長(zhǎng)和葉綠素含量的影響

表1 不同比例紅藍(lán)光對(duì)生菜生長(zhǎng)及葉綠素含量的影響

由表1可知，不同光質(zhì)處理對(duì)生菜的地上部分、根系干鮮質(zhì)量及葉面積均有不同程度的影響。其中，R處理下對(duì)生菜地上部分鮮質(zhì)量、干質(zhì)量、葉面積的影響最大，3項(xiàng)指標(biāo)均顯著高于其他處理，R∶B=1∶1、R∶B=1∶2次之，且顯著高于其他處理。R∶B=1∶2處理下根系的干鮮質(zhì)量最大，CK最小且與B處理無(wú)顯著性差異。以上結(jié)果說(shuō)明，紅光可以促進(jìn)生菜葉片細(xì)胞的伸長(zhǎng)和分裂，促進(jìn)葉片面積的增大，與白光和藍(lán)光相比，紅光和紅藍(lán)光都有利于生菜的生長(zhǎng)。

由表1可知，除R∶B=2∶1處理下葉片數(shù)與其他處理相比顯著降低，其他不同比例紅藍(lán)光對(duì)生菜葉片數(shù)無(wú)顯著影響。紅藍(lán)光下生菜葉片中葉綠素含量明顯高于其他處理，各比例紅藍(lán)光對(duì)生菜葉片葉綠素含量的影響無(wú)顯著差異，R∶B=1∶1處理下葉綠素含量最高。R∶B=1∶2處理下生菜葉片葉綠素a/b最大，且顯著高于CK和R處理；紅藍(lán)光處理中，藍(lán)光比例越高，葉綠素a/b越大。研究結(jié)果表明，R∶B=1∶2、R∶B=1∶1處理有利于生菜葉片中葉綠素的合成。

2.2 不同比例紅藍(lán)光對(duì)生菜光合作用的影響

不同光質(zhì)對(duì)生菜葉片光合能力的影響差異顯著。由圖2-A可知，R∶B=2∶1光處理下凈光合速率最高；R∶B=1∶1處理次之，且與R∶B=2∶1、R∶B=1∶2處理均無(wú)顯著差異。由圖2-B可知，R∶B=2∶1、R∶B=1∶1、R∶B=1∶2、B處理下的氣孔導(dǎo)度間無(wú)顯著差異，且均顯著高于CK、R處理。由圖2-C可知，各處理間的胞間CO2濃度無(wú)顯著性差異且均顯著高于CK。由圖2-D可知，R∶B=2∶1、R∶B=1∶1、R∶B=1∶2處理間的蒸騰速率無(wú)顯著差異，但顯著高于CK和R處理。研究結(jié)果顯示，紅藍(lán)光相結(jié)合可提高生菜葉片光合速率，增大葉片氣孔導(dǎo)度，促進(jìn)植株光合作用的進(jìn)行。

圖2 不同比例紅藍(lán)光對(duì)生菜光合作用的影響

2.3 不同比例紅藍(lán)光對(duì)生菜營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響

不同比例紅藍(lán)光對(duì)生菜葉片的品質(zhì)產(chǎn)生了不同程度的影響。由表2可知，R∶B=1∶1處理下生菜葉片中可溶性蛋白含量最高，R∶B=2∶1和R∶B=1∶2處理次之，3個(gè)處理間無(wú)顯著差異。可見(jiàn)紅藍(lán)光相結(jié)合可以促進(jìn)可溶性蛋白的形成。

R處理下生菜葉片可溶性糖含量和淀粉含量顯著高于其他處理，與CK相比，紅藍(lán)光照射下生菜葉片可溶性糖含量和淀粉含量顯著降低。R∶B=1∶2處理下生菜葉片中可溶性糖和淀粉含量比R∶B=2∶1處理分別高了8.30%、17.86%，比R∶B=1∶1分別高了16.79%、11.96%（表2）。這說(shuō)明紅藍(lán)光處理不利于糖分的積累。

與CK相比，R∶B=1∶2、R處理下生菜葉片VC含量明顯增高，R∶B=1∶2處理下VC含量最高（表2），CK、R∶B=2∶1、R∶B=1∶1處理間無(wú)顯著差異。研究結(jié)果表明，紅藍(lán)光有利于提高生菜葉片中VC含量，其中R∶B=1∶2處理最有利于VC的合成。

表2 不同比例紅藍(lán)光對(duì)生菜品質(zhì)的影響 mg/g

3 討論與結(jié)論

不同光質(zhì)對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的影響不同，有研究表明紅光可以促進(jìn)莖的伸長(zhǎng)，增大葉片面積，并可引起植株徒長(zhǎng)；藍(lán)光則抑制植物莖的伸長(zhǎng)[7]，紅藍(lán)光顯著增加生菜幼苗的葉面積和干鮮質(zhì)量[12]。本試驗(yàn)研究結(jié)果與上述結(jié)果相似，與CK相比，紅光下葉片面積、地上部分干鮮質(zhì)量最大，R∶B=1∶1、R∶B=1∶2處理次之，藍(lán)光下葉片生物量無(wú)明顯增加。

葉綠素作為光合色素主要吸收紅藍(lán)光，隨著紅藍(lán)光比例的降低，葉綠素含量增加，且在紅藍(lán)光處理下葉綠素a/b值增大[4]。本試驗(yàn)數(shù)據(jù)與上述結(jié)果基本相似，即紅藍(lán)光處理下葉綠素含量、葉綠素a/b值明顯增大，只是葉綠素含量并未隨紅藍(lán)光比例的降低而增加，可能原因是兩試驗(yàn)所設(shè)置的紅藍(lán)光比值不同。R∶B=1∶1、R∶B=1∶2處理更有利于葉綠素的合成。

Wang等[4]研究指出紅光與藍(lán)光相結(jié)合可以提高生菜的Pn，且隨藍(lán)光比例的增大，Pn越高。本試驗(yàn)結(jié)果表明，紅藍(lán)光確實(shí)可以顯著提高生菜的Pn，但Pn并未隨藍(lán)光比例的增大而升高，可能是兩試驗(yàn)所設(shè)置的紅藍(lán)光比值不同導(dǎo)致的。各處理下Gs、Tr與Pn變化趨勢(shì)相同。而Ci在紅藍(lán)光處理下無(wú)明顯變化，這與諶曉芳[13]研究結(jié)果不同，可能是植物種類不同、環(huán)境因子不同所導(dǎo)致的。R∶B=2∶1處理下有利于生菜光合能力的提高。

陳文昊等[7]研究表明，紅光有利于生菜中糖分的積累，藍(lán)光可促進(jìn)生菜中VC的合成；Wang等[14]研究指出藍(lán)光與其他光質(zhì)相比，有利于可溶性蛋白的形成。本研究結(jié)果與上述結(jié)論基本一致，R∶B=2∶1、R∶B=1∶1、R∶B=1∶2及B處理下可溶性蛋白含量較高；R處理下可溶性糖及淀粉含量最高；R∶B=1∶2處理下VC含量明顯增大。

綜上所述，本試驗(yàn)條件下不同比例紅藍(lán)光對(duì)生菜生長(zhǎng)及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響不同。R、R∶B=1∶1、R∶B=1∶2處理更有利于生菜的生長(zhǎng)；R∶B=1∶2處理下生菜葉片中葉綠素a/b最高；R∶B=2∶1、R∶B=1∶1、R∶B=1∶2均可提高生菜葉片Pn；紅光有利于生菜糖分的積累，R∶B=1∶2處理下VC含量提高，R∶B=2∶1、R∶B=1∶1、R∶B=1∶2都有利于生菜葉片中可溶性蛋白的合成。因此，紅藍(lán)光比為1∶2的光源為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)生菜的優(yōu)選光源。

[1]趙占娟,李光,王秀生,等.光質(zhì)對(duì)綠豆幼苗葉片超微弱發(fā)光及葉綠素含量的影響[J].西北植物學(xué)報(bào),2009,29（7）:1465-1469.

[2]張歡,徐志剛,崔瑾,等.光質(zhì)對(duì)番茄和萵苣幼苗生長(zhǎng)及葉綠體超微結(jié)構(gòu)的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2010,21（4）:959-965.

[3]蘇娜娜,鄔奇,崔瑾.LED光質(zhì)補(bǔ)光對(duì)黃瓜幼苗生長(zhǎng)和光合特性的影響[J].中國(guó)蔬菜,2012（24）:48-54.

[4]WANG J, LU W, TONG Y X, et al. Leaf morphology,photosynthetic performance, chlorophyll fluorescence,stomatal development of lettuce （Lactuca sativaL.） exposed to different ratios of red light to blue light[J].Frontiers in plant science, 2016,7:250.

[5]LIU X Y, GUO S R, XU Z G, et al. Regulation of chloroplast ultrastructure, cross-section anatomy of leaves, and morphology of stomata of cherry tomato by different light irradiations of light-emitting diodes [J]. Journal of Biotechnology,2011,24（2）:129-139.

[6]劉福霞,劉乃森.不同光質(zhì)對(duì)生菜幼苗生長(zhǎng)的影響[J].北方園藝,2014（21）:53-56.

[7]陳文昊,徐志剛,劉曉英,等.LED光源對(duì)不同品種生菜生長(zhǎng)和品質(zhì)的影響[J].西北植物學(xué)報(bào),2011,31（7）:1434-1440.

[8]齊敏,陳海麗,唐曉偉,等.不同來(lái)源菠菜品種營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)分析與評(píng)價(jià)[J].中國(guó)蔬菜,2009（22）:20-27.

[9]李雯琳,郁繼華,張國(guó)斌,等.LED光源不同光質(zhì)對(duì)葉用萵苣幼苗葉片氣體參數(shù)和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響[J].甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2010,45（1）:47-51.

[10]LIN K H, HUANG M Y, HUANG W D, et al. The effects of red, blue, and white light-emitting diodes on the growth, development, and edible quality of hydroponically grown lettuce （Lactuca sativaL. var.capitata）[J]. Scientia Horticulturae,2013,150（2）:86-91.

[11]高俊風(fēng).植物生理學(xué)指導(dǎo)書[M].北京:高等教育出版社,2006:140-204.

[12]張帥,文尚勝,梁依倩,等. LED光質(zhì)對(duì)于生菜生長(zhǎng)的影響[J].照明工程學(xué)報(bào),2016,27（5）:72-77.

[13]諶曉芳.雞桑葉片光合速率與氣孔導(dǎo)度及微氣象因子的相關(guān)性研究[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào),2008,24（11）:197-201.

[14]WANG H, GU M, CUI J X, et al. Effects of light quality on CO2assimilation, chlorophyll-fluorescence quenching, expression of Calvin cycle genes and carbohydrate accumulation inCucumis sativus[J].Journal of Photochemistry and Photobiology B:Biology,2009,96（1）:30-37.