張現(xiàn)征 王丹 董飛

摘要：以番茄品種Micro Tom為試材，采用發(fā)光二極管（LED）為精量調(diào)制光源，配置光強(qiáng)為300 μmol/（m2·s），紅藍(lán)光比例分別為1 ∶ 1、3 ∶ 1、5 ∶ 1、7 ∶ 1的光源照射番茄幼苗，以白光照射為對(duì)照，測(cè)定其株高、莖粗、壯苗指數(shù)、光合色素含量、光合參數(shù)等。結(jié)果表明，紅藍(lán)光比例為7 ∶ 1時(shí)番茄葉片的比葉面積相對(duì)最大;紅藍(lán)光比例為1 ∶ 1時(shí)番茄葉片葉綠素含量相對(duì)最高，凈光合速率相對(duì)最低;紅藍(lán)光比例為3 ∶ 1時(shí)番茄壯苗指數(shù)、凈光合速率相對(duì)最高，最有利于培育壯苗。

關(guān)鍵詞：番茄;光合特性;光質(zhì);光合色素;紅光;藍(lán)光

中圖分類(lèi)號(hào)： S641.201 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ?文章編號(hào)：1002-1302（2019）14-0136-03

光是設(shè)施園藝作物生長(zhǎng)的重要環(huán)境因素之一，不僅是植物光合作用的能量來(lái)源，還以光信號(hào)的形式參與調(diào)節(jié)一系列植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程[1]。除光強(qiáng)和光周期外，光質(zhì)在植物的生長(zhǎng)發(fā)育、形態(tài)建成、生理代謝等方面具有明顯的調(diào)控作用[2-4]。有研究表明，植物吸收光集中在波段350～720 nm的可見(jiàn)光部分[5]，其中600～700 nm之間的紅橙光是植物最主要的吸收波段，約占被吸收生理輻射光能的85%，而400～500 nm之間的藍(lán)光約占12%[6]，因此，紅光、藍(lán)光是植物生長(zhǎng)所必需的光質(zhì)。紅光主要用于生成同化物，積累生物量，藍(lán)光是葉綠素合成和葉綠體形成的必要條件，通過(guò)控制氣孔形態(tài)影響植物形態(tài)[7]。在人工氣候條件下，植物光合作用所需的光能完全依靠人工光源提供，而選擇適宜的人工光源十分重要。

發(fā)光二極管（LED）是一種新型人工光源，是可以近距離照射植物的冷光源，可根據(jù)種植目的選用特定的光譜波長(zhǎng)，能量轉(zhuǎn)化效率高[8]，在溫室高濕環(huán)境下，其使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其他光源[9]。隨著LED生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展和制造成本的降低，國(guó)內(nèi)外越來(lái)越多的學(xué)者致力于將其應(yīng)用到設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，用于溫室補(bǔ)光和人工照明等方面[4，10]。有關(guān)LED紅、藍(lán)組合光質(zhì)對(duì)番茄生理生化、光合作用及產(chǎn)量、品質(zhì)的研究較多，但不同比例紅藍(lán)光源對(duì)番茄幼苗生長(zhǎng)、光合特性的影響鮮見(jiàn)報(bào)道。本試驗(yàn)采用番茄作為試材，研究LED不同比例紅藍(lán)光對(duì)番茄苗期生長(zhǎng)及光合色素含量、光合特性的影響，以期篩選出最適合番茄幼苗生長(zhǎng)的LED紅藍(lán)組合光，為其在番茄壯苗培育中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)于2017年5—8月在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)科技創(chuàng)新園日光溫室及智能人工氣候室進(jìn)行，供試番茄品種為美國(guó)Pan American Seed公司培育的MicroTom（Solanum lycopersicum）。紅藍(lán)光LED，均購(gòu)自深圳純英達(dá)業(yè)集團(tuán)有限公司;3415FX型光度計(jì)，由美國(guó)Spectrum Technologies公司生產(chǎn);CI-202型便攜式激光葉面積儀，由美國(guó)CID公司生產(chǎn);Li-6400型便攜式光合測(cè)定儀，由美國(guó)Li-COR公司生產(chǎn)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

將番茄種子經(jīng)溫湯浸種、催芽，日光溫室內(nèi)播于50孔育苗穴盤(pán)中，育苗基質(zhì)為草炭 ∶ 蛭石=2 ∶ 1;待子葉展平，用 1/2山崎番茄專(zhuān)用配方營(yíng)養(yǎng)液澆灌1次/2 d;2葉1心時(shí)，選擇形態(tài)長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗移入長(zhǎng)、寬、高分別為6.5、6.5、10 cm的營(yíng)養(yǎng)缽中，置于智能人工氣候室培養(yǎng)，并采用紅藍(lán)光LED數(shù)量配比分別為1 ∶ 1、3 ∶ 1、5 ∶ 1、7 ∶ 1的相應(yīng)復(fù)合光源進(jìn)行照射，以白光照射為對(duì)照，每處理60株;調(diào)節(jié)光源與幼苗距離，使光強(qiáng)均為300 μmol/（m2·s）[11]，光周期為12 h/d，人工氣候室晝、夜溫度分別為28、18 ℃，空氣濕度為（70±10）%。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 植株形態(tài)指標(biāo) 于智能人工氣候室培養(yǎng)30 d，每處理隨機(jī)選取10株測(cè)定。植株株高，為植株地上部根部至生長(zhǎng)點(diǎn)的距離，采用卷尺測(cè)量;于植株基部第1葉位下1 cm處，采用游標(biāo)卡尺測(cè)量莖粗;比葉面積為全株鮮葉質(zhì)量與葉面積之比，全株葉面積采用CI-202型便攜式激光葉面積儀測(cè)定;植株地上部與地下部干質(zhì)量、鮮質(zhì)量采用精度為 0.001 g 的電子天平測(cè)定。統(tǒng)計(jì)壯苗指數(shù)，計(jì)算公式為

壯苗指數(shù)=（莖粗/株高+地下部干質(zhì)量/地上部干質(zhì)量）×全株干質(zhì)量。

1.3.2 葉片光合色素含量 于智能人工氣候室培養(yǎng)30 d，每處理選取長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗3株，于10：00—11：00，選基部以上第2葉，參考鄒琦的方法[12]，測(cè)定葉綠素a、葉綠素b、類(lèi)胡蘿卜素含量，計(jì)算葉綠素（a+b）含量。

1.3.3 葉片光合參數(shù) 于智能人工氣候室培養(yǎng)30 d，每處理選取長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗3株，于10：00—11：00，采用Li-6400型便攜式光合測(cè)定儀測(cè)定基部以上第3葉的光合參數(shù)，包括凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）及蒸騰速率（Tr）。光量子通量密度為300 μmol/（m2·s），溫度為 （23±1） ℃，CO2濃度為（400±10） μmol/mol。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2010、DPS v14.10軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用Duncans新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較和差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同比例紅藍(lán)光對(duì)番茄幼苗生長(zhǎng)的影響

植株生長(zhǎng)量大小一定程度上可反映幼苗同化產(chǎn)物的累積量及其生長(zhǎng)的健壯程度。由表1可見(jiàn)，不同光質(zhì)下番茄幼苗的株高有明顯差異，由高到低依次表現(xiàn)為紅光 ∶ 藍(lán)光（7 ∶ 1）>紅光 ∶ 藍(lán)光（5 ∶ 1）>紅光 ∶ 藍(lán)光（3 ∶ 1）>CK>紅光 ∶ 藍(lán)光（1 ∶ 1）;紅藍(lán)光比例為3 ∶ 1時(shí)，植株莖粗、單株鮮質(zhì)量、單株干質(zhì)量、壯苗指數(shù)分別為3.73 mm、8.14 g/株、0.85 g/株、0.188，均相對(duì)最大，明顯高于其他處理;不同處理之間番茄植株的比葉面積差異極顯著（P

2.2 不同光質(zhì)對(duì)番茄幼苗光合色素含量的影響

由表2可見(jiàn)，不同光質(zhì)處理的類(lèi)胡蘿卜素含量差異明顯，由高到低依次表現(xiàn)為紅/藍(lán)（1 ∶ 1）>CK>紅光 ∶ 藍(lán)光（7 ∶ 1）>紅光 ∶ 藍(lán)光（3 ∶ 1）>紅光 ∶ 藍(lán)光（5 ∶ 1）;紅藍(lán)光比例為1 ∶ 1時(shí)，番茄葉片的葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+b含量分別為1.593、0.433、2.025 mg/g，其葉綠素含量相對(duì)最高;紅藍(lán)光比例為5 ∶ 1時(shí)，番茄葉片的葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+b含量分別為0.672、0.153、0.825 mg/g，其葉綠素含量相對(duì)最低。

2.3 不同光質(zhì)對(duì)番茄幼苗光合特性的影響

由表3可見(jiàn)，不同比例紅、藍(lán)光質(zhì)處理對(duì)番茄幼苗凈光合速率有明顯影響，紅藍(lán)光比例為3 ∶ 1處理的番茄幼苗凈光合速率相對(duì)最高，極顯著高于其他處理（P0.05）;蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度的變化規(guī)律與凈光合速率相似，大小依次表現(xiàn)為紅光 ∶ 藍(lán)光（3 ∶ 1）>紅光 ∶ 藍(lán)光（7 ∶ 1）>紅光 ∶ 藍(lán)光（5 ∶ 1）>CK>紅光 ∶ 藍(lán)光（1 ∶ 1），這說(shuō)明紅藍(lán)光比例為 3 ∶ 1 處理的番茄幼苗水分代謝較為旺盛;紅藍(lán)光比例為7 ∶ 1處理的胞間CO2濃度相對(duì)最高，較CK高14.46%，顯著高于其他紅藍(lán)光處理（P<0.05）。

3 結(jié)論與討論

目前，關(guān)于不同光質(zhì)LED光源的研究主要集中于單色光或不同比例紅藍(lán)光對(duì)植物生理特性、光合特性及碳氮代謝等方面的影響[13]。徐文棟等研究發(fā)現(xiàn)，紅藍(lán)比為3 ∶ 1的LED復(fù)合光可作為設(shè)施培育黃瓜幼苗的最適光源[14];劉建福等認(rèn)為，紅光比例為70%時(shí)最有利于姜黃次生代謝產(chǎn)物的生成[15];曹剛等研究表明，比例為8 ∶ 2的紅藍(lán)組合光有利于黃瓜幼苗株高的增加，壯苗指數(shù)相對(duì)最大[16]。本研究表明，紅藍(lán)光比例為 3 ∶ 1 時(shí)能夠促進(jìn)番茄幼苗莖粗增加、比葉面積增大及干物質(zhì)積累，最有利于番茄壯苗的培育，這與楊曉建等研究結(jié)果[17-18]一致。

光合色素能夠吸收、傳遞和轉(zhuǎn)換光能，是植物進(jìn)行光合作用的物質(zhì)基礎(chǔ)，其含量與組成直接影響葉片的光合速率[19]，而光質(zhì)直接影響光合色素的合成，從而影響植株的光合作用[20-21]。陳穎等研究表明，不同比例光質(zhì)對(duì)紅掌葉片葉綠素含量的影響不同，50%紅光+50%藍(lán)光處理的紅掌葉片葉綠素a、葉綠素a+葉綠素b含量及葉綠素a/b相對(duì)最大[22];周成波等認(rèn)為，白+紅+藍(lán)光處理下，萵苣葉片葉綠素a、葉綠素b、類(lèi)胡蘿卜素含量顯著大于其他處理（P

光合速率是影響植物同化能力和產(chǎn)量的關(guān)鍵因素[23]。李承志等研究發(fā)現(xiàn)，增加藍(lán)光成分可提高白菜、蘿卜葉片的凈光合速率[24]。本試驗(yàn)中，與對(duì)照相比，紅藍(lán)光比例為3 ∶ 1時(shí)可極顯著提高番茄幼苗葉片凈光合速率（P

綜上所述，紅藍(lán)光比例為3 ∶ 1時(shí)，不僅有利于番茄幼苗干物質(zhì)的積累，而且有利于光合性能的提高，可作為番茄育苗過(guò)程中較為優(yōu)質(zhì)的人工光源。

參考文獻(xiàn)：

[1]Jiao Y，Lau O S，Deng X W. Light-regulated transcriptional networks in higher plants[J]. Nature Reviews Genetics，2007，8（3）：217-230.

[2]Hernandez R，Kubota C. Physiological responses of cucumber seedlings under different blue and red photon flux ratios using LEDs[J]. Environmental and Experimental Botany，2016，121：66-74.

[3]蘇娜娜，鄔 奇，崔 瑾. 光環(huán)境調(diào)控技術(shù)在蔬菜工廠(chǎng)化育苗中的應(yīng)用及前景[J]. 中國(guó)蔬菜，2013（4）：14-19.

[4]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.

[5]Goto E. Effects of light quality on growth of crop plants under artificial lighting[J]. Environment Control in Biology，2003（2）：121-132.

[6]馬 旭，林超輝，齊 龍，等. 不同光質(zhì)與光照度對(duì)水稻溫室立體育秧秧苗素質(zhì)的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2015，31（11）：228-235.

[7]Runkle E S，Padhye S R，Blamchard M G，et al. Energy-efficient greenhouse lighting of ornamentals[J]. ActaHorticulturae，2011，907：53-59.

[8]Massa G D，Kim H H，Wheeler R M，et al. Plant productivity in response to LED lighting[J]. HortScience，2008，43（7）：1951-1956.

[9]Fu M J，Yang L Q，Zhang J H. Study of light emitting diodes for the application of plant growth in green house[C]//2011 12th international conference on electronic packaging technology & high density packaging. Singapore：IEEE，2011：1106-1110.

[10]崔 瑾，馬志虎，徐志剛，等. 不同光質(zhì)補(bǔ)光對(duì)黃瓜、辣椒和番茄幼苗生長(zhǎng)及生理特性的影響[J]. 園藝學(xué)報(bào)，2009，36（5）：663-670.

[11]孫 娜，魏 珉，李 巖，等. 光質(zhì)對(duì)番茄幼苗碳氮代謝及相關(guān)酶活性的影響[J]. 園藝學(xué)報(bào)，2016，43（1）：80-88.

[12]鄒 琦. 植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)[M]. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2000：51-52.

[13]周成波，張 旭，劉彬彬，等. 補(bǔ)光光質(zhì)對(duì)葉用萵苣光合特性的影響[J]. 植物生理學(xué)報(bào)，2015，51（12）：2255-2262.

[14]徐文棟，劉曉英，焦學(xué)磊，等. 不同紅藍(lán)配比的LED光調(diào)控黃瓜幼苗的生長(zhǎng)[J]. 植物生理學(xué)報(bào)，2015，51（8）：1273-1279.

[15]劉建福，王明元，唐源江，等. 光質(zhì)對(duì)姜黃生理特性及根莖次生代謝的影響[J]. 植物生理學(xué)報(bào)，2014，50（12）：1871-1879.

[16]曹 剛，張國(guó)斌，郁繼華，等. 不同光質(zhì)LED光源對(duì)黃瓜苗期生長(zhǎng)及葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，46（6）：1297-1304.

[17]楊曉建，劉世琦，張自坤，等. 不同LED光源對(duì)青蒜苗生長(zhǎng)及葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊慬J]. 中國(guó)蔬菜，2011（6）：62-67.

[18]許 莉，劉世琦，齊連東，等. 不同光質(zhì)對(duì)葉用萵苣光合作用及葉綠素?zé)晒獾挠绊慬J]. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2007，23（1）：96-100.

[19]鄭 潔，胡美君，郭延平. 光質(zhì)對(duì)植物光合作用的調(diào)控及其機(jī)理[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2008，19（7）：1619-1624.

[20]Tholen D，Pons T L，Voesenek L A. Ethylene insensitivity results in down-regulation of rubisco expression and photosynthetic capacity in tobacco[J]. Plant Physiology，2007，144（3）：1305-1315.

[21]楊富軍，趙長(zhǎng)星，閆萌萌，等. 栽培方式對(duì)夏直播花生葉片光合特性及產(chǎn)量的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2013，24（3）：747-752.

[22]陳 穎，王 政，紀(jì)思羽，等. LED光源不同光質(zhì)比例對(duì)紅掌試管苗生長(zhǎng)的影響[J]. 江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，35（2）：375-380.

[23]李 偉，眭曉蕾，王紹輝，等. 黃瓜幼苗不同葉位葉片光合特性對(duì)弱光的響應(yīng)[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，41（11）：3698-3707.

[24]李承志，廉世勛，張華京，等. 光合仿生農(nóng)膜的作物栽培試驗(yàn)[J]. 湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2001（5）：22-23.

[25]Saebo A，Krekling T，Appelgren M. Light quality affects photosynthesis and leaf anatomy of birch plantlets in vitro[J]. Plant Cell Tissue and Organ Culture，1995，41（2）：177-185.

[26]Bondada B R，Syvertsen J P. Leaf chlorophyll，net gas exchange and chloroplast ultrastructure in citrus leaves of different nitrogen status[J]. Tree Physiology，2003，23（8）：553-559.