ＬＥＤ光源不同光質對不結球白菜生長及生理特性的影響
王婷，李雯琳，鞏芳娥，郁繼華
（甘肅農業大學農學院，甘肅蘭州 ７３００７０）
摘要：采用發光二級管（ＬＥＤ）調制光質和光量，研究不同光質處理（白光（ＣＫ）、紅光（Ｒ）、藍光（Ｂ）、黃光（Ｙ）、紅藍黃配比光（Ｒ∶Ｂ∶Ｙ）＝７∶２∶１、５∶４∶１和１∶８∶１）對不結球白菜生長發育及生理特性的影響．結果表明：在單色光質處理下，紅光有利于不結球白菜根系生長，提高類胡蘿卜素含量、可溶性糖含量及根系活力，藍光有利于莖和葉柄的伸長生長，黃光處理下不結球白菜各項生長指標均表現不良；復配光質Ｒ∶Ｂ∶Ｙ＝７∶２∶１處理組顯著提高了不結球白菜根長、根系活力、可溶性糖含量，利于干物質的積累，且壯苗指數大于對照及其他處理，說明此復配光質有利于不結球白菜的生長．此外，３種復配光質處理相對單一光質處理均提升了不結球白菜葉綠素的含量，說明在紅藍光基礎上添加一定量的黃光有利于植株光合色素的積累．
關鍵詞：ＬＥＤ光質；不結球白菜；生長；生理特性
Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ＬＥＤ ｌｉｇｈｔ ｑｕａｌｉｔｉｅｓ ｏｎ ｇｒｏｗｔｈ ａｎｄ ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｎｏｎ－ｈｅａｄｉｎｇ Ｃｈｉｎｅｓｅ ｃａｂｂａｇｅ
ＷＡＮＧ Ｔｉｎｇ，ＬＩ Ｗｅｎ－ｌｉｎ，ＧＯＮＧ Ｆａｎｇ－ｅ，ＹＵ Ｊｉ－ｈｕａ
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ａｇｒｏｎｏｍｙ，Ｇａｎｓｕ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ ７３００７０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌｉｇｈｔ ｑｕａｌｉｔｉｅｓ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｂｙ ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅｓ（ＬＥＤ）ｏｎ ｇｒｏｗｔｈａｎｄ ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｎｏｎ－ｈｅａｄｉｎｇ Ｃｈｉｎｅｓｅ ｃａｂｂａｇｅ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅｒｅｄ ｌｉｇｈｔ ｈａｄ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｔｈｅ ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ｒｏｏｔｓ ａｎｄ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｃａｒｏｔｅｎｏｉｄｓ，ｓｏｌｕｂｌｅ ｓｕｇａｒｃｏｎｔｅｎｔ ａｎｄ ｒｏｏｔ ａｃｔｉｖｉｔｙ．Ｔｈｅ ｂｌｕｅ ｌｉｇｈｔ ｂｅｎｅｆｉｔｅｄ ｔｈｅ ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ｓｔｅｍ ａｎｄ ｐｅｔｉｏｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｂ－ｂａｇｅ，ｂｕｔ ｔｈｅ ｙｅｌｌｏｗ ｌｉｇｈｔ ｗａｓ ｄｅｔｒｉｍｅｎｔａｌ ｔｏ ｔｈｅ ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ｎｏｎ－ｈｅａｄｉｎｇ Ｃｈｉｎｅｓｅ ｃａｂｂａｇｅ．Ｔｈｅ ｌｉｇｈｔ ｑｕａｌｉｔｙｏｆ ７Ｒ／２Ｂ／１Ｙｈａｄ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｔｈｅ ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ｒｏｏｔｓ ａｎｄ ｐｒｏｍｏｔｅｄ ｒｏｏｔ ａｃｔｉｖｉｔｙ，ｓｏｌｕｂｌｅ ｓｕｇａｒ ｃｏｎｔｅｎｔａｎｄ ｃａｒｏｔｅｎｏｉｄｓ ｃｏｎｔｅｎｔ．Ｔｈｅ ｄｒｙ ｗｅｉｇｈｔ ｏｆ ｐｌａｎｔ ｒｅａｃｈｅｄ ｔｈｅ ｇｒｅａｔｅｓｔ ｕｎｄｅｒ ７Ｒ／２Ｂ／１Ｙ，ａｎｄ ｔｈｅ ｓｅｅｄｌｉｎｇ ｉｎ－ｄｅｘ ｗａｓ ｂｅｔｔｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｏｔｈｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ．Ｔｈｒｅｅ ｌｉｇｈｔ ｑｕａｌｉｔｉｅｓ（７Ｒ／２Ｂ／１Ｙ，５Ｒ／４Ｂ／１Ｙａｎｄ １Ｒ／８Ｂ／１Ｙ）ｉｎ－ｃｒｅａｓｅｄ ｔｈｅ ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ Ｃｈｉｎｅｓｅ ｃａｂｂａｇｅ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｏｔｈｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔ ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ ｃｅｒｔａｉｎ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｙｅｌｌｏｗ ｌｉｇｈｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｒｅｄ ｌｉｇｈｔ ａｎｄ ｂｌｕｅ ｌｉｇｈｔ ｒａｔｉｏ ｂｅｎｅｆｉｔｅｄ ｔｏａｃｃｕｍｕｌａｔｅ ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｐｉｇｍｅｎｔ ｃｏｎｔｅｎｔ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＬＥＤ（ｌｉｇｈｔ－ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）ｌｉｇｈｔ ｑｕａｌｉｔｙ；ｎｏｎ－ｈｅａｄｉｎｇ Ｃｈｉｎｅｓｅ ｃａｂｂａｇｅ；ｇｒｏｗｔｈ；ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉ－ｃａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ
光質和光強對設施作物生長發育的影響一直備受關注，國內已有學者研究了不同光質對人參［１］、黃瓜［２］、番茄［３］、草莓［４］、彩色甜椒［５］等作物幼苗生長和光合作用的影響，但這些試驗均采用熒光燈、濾光片、有色農用塑料薄膜或轉光膜獲得所需光質，無法精確定量調制光譜能量分布，導致光量單位和光照強度均不統一，影響其在實際生產中的廣泛應用．
發光二級管（ｌｉｇｈｔ－ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ，ＬＥＤ）作為新型半導體光源，具有節能環保、使用壽命長、冷光源、體積小、光譜性能好、易于分散或組合控制等許多其他光源不具備的特點，在植物設施栽培中的應用正日益擴大并呈現良好的發展前景［６－７］．
不結球白菜（Ｂｒａｓｓｉｃａ ｃａｍｐｅｓｔｒｉｓ Ｌ．ｓｓｐ．ｃｈｉｎｅｎｓｉｓ Ｍａｋｉｎｏ）屬十字花科蕓薹屬白菜亞種的一個變種，又稱小白菜、青菜、油菜等，原產于我國，是人們喜愛的大眾化蔬菜，現占長江中下游大、中城市蔬菜復種面積的３０％～４０％，而且在北方地區也被大量引種栽培［８］．劉水麗［９］進行的人工光與自然光環境下黃瓜育苗對照試驗的結果表明，ＬＥＤ光環境下植株生長速率高于其他處理，主要表現為葉面積大、葉片數多、葉片生長速度快、扎根較深，表現出一定的生長優越性．Ｋｗｅｓｉｇａ等［１０］研究表明，不同植物對不同光譜成分的響應不同，且雙子葉植物比單子葉植物對光譜變化更敏感．國內外的研究結果均表明，不同光質對植物的生長發育有不同的作用，大多數學者認為紅藍光組合是植物生長的良好光源．目前，關于光質對葉菜類作物生長發育的影響在油菜［１１］、菠菜［１２］、萵苣［１３］等作物上均有報道，但在不結球白菜上的研究不多，尤其在紅藍光不同配比基礎上添加其他單色光質組成復合光質的研究則幾乎沒有報道．鑒于此，本試驗以不結球白菜為材料，研究以紅藍光為主的不同配比下添加一定量黃光對不結球白菜生長發育及生理特性的影響，以期為不結球白菜的設施栽培提供理論依據．
１ 材料與方法
１．１ 光質選擇及處理條件
光源采用廣州萬晶半導體照明有限公司生產的ＬＥＤ燈管，每盞燈管由２２２顆超亮燈珠組成，功率１０Ｗ．紅色（６３５ｎｍ）、藍色（４６３ｎｍ）及黃色（５９４ｎｍ）燈珠按不同比例均勻交叉排布．對照選用白色ＬＥＤ燈管作為光源，功率為１０Ｗ，色溫為６ ５３０Ｋ，平均波長５４２ｎｍ，波峰為４５０ｎｍ．
試驗設７個處理，以白色ＬＥＤ光為對照（ＣＫ），ＬＥＤ光源處理分別為紅光（Ｒ）、藍光（Ｂ）、黃光（Ｙ）、紅藍黃配比光（Ｒ∶Ｂ∶Ｙ＝７∶２∶１、５∶４∶１和１∶８∶１，以下分別用７Ｒ／２Ｂ／１Ｙ、５Ｒ／４Ｂ／１Ｙ、１Ｒ／８Ｂ／１Ｙ表示）．每個處理采用相應的燈管５盞，將其置于植物頂端，高度可調，使其距離植株（１５±５）ｃｍ，使光強保持在（５０±５）μｍｏｌ／（ｍ２·ｓ），各處理光強采用型號為ＴＥＳ－１３３２Ａ數位式照度計進行測定，光周期為１２ｈ／ｄ．
１．２ 試驗材料和環境條件
供試材料為不結球白菜（Ｂｒａｓｓｉｃａ ｃａｍｐｅｓｔｒｉｓＬ．ｓｓｐ．ｃｈｉｎｅｎｓｉｓ Ｍａｋｉｎｏ），品種為‘綠秀’，試驗于２０１０年４～１０月在甘肅農業大學智能溫室及智能人工氣候室進行．種子經浸種、催芽后，在智能溫室內用長５４ｃｍ、寬２８ｃｍ共５０穴的穴盤進行育苗，育苗基質為蛭石與珍珠巖（３∶１）混合基質，每２～３ｄ澆１次Ｈｏａｇｌａｎｄ營養液．待幼苗長至四葉一心時，選擇長勢一致的幼苗移入智能人工氣候室，該氣候室可通過計算機對植物生育過程的溫度、濕度、ＣＯ２濃度進行自動監控和調節．試驗處理周期為１２ｄ，于處理的第１２ｄ取樣測定各項指標，每組處理１５株，３次重復．試驗過程各項環境指標為晝溫（２４±１）℃，夜溫（１７±１）℃，相對濕度６０％．
１．３ 測定指標與方法
用直尺測定株高、根長、葉柄長；壯苗指數按照張振賢等［１４］的方法（壯苗指數＝莖粗／株高×全株干質量）計算；葉面積按照公式計算單葉葉面積，即單葉葉面積＝葉長×葉寬×０．７００ ７；葉綠素用８０％丙酮測定；根系活力采用ＴＴＣ法測定；可溶性糖采用蒽酮比色法測定；可溶性蛋白采用考馬斯亮藍比色法測定．以上指標均隨機取樣５株進行平行測定，結果取平均數．
１．４ 統計分析
利用ＤＰＳ ３．０數據處理系統，對數據做方差分析和顯著性分析．
２ 結果與分析
２．１ 不同光質對不結球白菜生長的影響
植株的生長量大小在一定程度上代表著幼苗同化產物的累積量．由表１可知，紅光處理下的不結球白菜根長顯著高于單色藍光、黃光及復配光質處理；不同光質處理下幼苗莖粗依次為７Ｒ／２Ｂ／１Ｙ＞紅光＞ＣＫ＞１Ｒ／８Ｂ／１Ｙ＞５Ｒ／４Ｂ／１Ｙ＞藍光＞黃光；藍光處理下不結球白菜的株高、葉柄長、葉面積顯著高于對照和其他處理．說明在本試驗條件下，紅光促進不結球白菜根的生長，藍光促進株高和葉柄的伸長生長；３種復配光質處理不結球白菜的株高、根長、葉柄長、葉面積與ＣＫ處理間沒有顯著差異．說明在紅藍光不同配比下添加一定量黃光的復配光質對植株的形態無顯著影響．
由表１還可以看出，單一黃光處理下不結球白菜壯苗指數及干物質含量均最低，幼苗徒長明顯，長勢較弱；從壯苗指數可以看出，３種復配光質與ＣＫ間無顯著差異，但都顯著高于單色藍光和黃光處理，其中復配光質７Ｒ／２Ｂ／１Ｙ的壯苗指數地上干質量和地下干質量分別較對照高１０．８％、２０．０％、８０．０％（Ｐ＜０．０５），并優于其他處理，說明在此復配光質下幼苗長勢優良．
２．２ 不同光質對不結球白菜葉片葉綠素含量的影響
葉綠素含量體現了植物對光能的利用和調節能力，是評價植物生長發育情況的一項基礎指標．類胡蘿卜素在植物葉綠體光合作用中也起著重要作用，是光合作用中光傳導途徑和光反應中心的重要結構成分，幫助葉綠體吸收光能，并保護其在高溫、強光下免受破壞［１５］．由表２可知，不結球白菜在紅光處理下的類胡蘿卜素含量顯著高于對照及其他處理；黃光處理下不結球白菜葉片葉綠素ａ、ｂ、（ａ＋ｂ）含量均高于ＣＫ處理；藍光處理下葉綠素ａ、ｂ、（ａ＋ｂ）含量均低于ＣＫ處理，而復配光質１Ｒ／８Ｂ／１Ｙ處理下葉綠素ａ、（ａ＋ｂ）含量較單色藍光處理有所升高，分別增加了５．６％、３．３９％．在復配光質７Ｒ／２Ｂ／１Ｙ和５Ｒ／４Ｂ／１Ｙ處理下不結球白菜葉片葉綠素ａ、ｂ、（ａ＋ｂ）含量均顯著高于對照及其他處理，其中，５Ｒ／４Ｂ／１Ｙ處理下不結球白菜葉片葉綠素ａ、ｂ、（ａ＋ｂ）含量分別比對照高７．３５％、１０．９１％、８．３８％，均達到最大．說明在紅藍光不同配比下添加一定量黃光的復配光質有利于提高不結球白菜葉綠素的含量．
2．３ 不同光質對不結球白菜生理特性的影響
葉片中的可溶性蛋白主要是酶類，是蛋白質合成的原料或分解產物，在植物的生長發育過程中具有重要的生理作用．由表３可知，藍光以及復配光質７Ｒ／２Ｂ／１Ｙ和５Ｒ／４Ｂ／１Ｙ處理下的不結球白菜可溶性蛋白含量與對照之間無顯著差異，但均顯著高于其他３個處理；可溶性糖含量除藍光及黃光處理低于對照外，其他光質處理的不結球白菜可溶性糖含量均顯著高于對照，依次為紅光＞５Ｒ／４Ｂ／１Ｙ＞１Ｒ／８Ｂ／１Ｙ＞７Ｒ／２Ｂ／１Ｙ；不同光質對不結球白菜根系活力的影響差異較顯著，除紅光處理外，其他光質處理下根系活力均小于對照，依次為７Ｒ／２Ｂ／１Ｙ＞１Ｒ／８Ｂ／１Ｙ＞５Ｒ／４Ｂ／１Ｙ＞黃光＞藍光．
３ 討論與結論
不同光質處理對不結球白菜幼苗生長影響顯著且存在差異．李勝等［１６］研究得出，紅光利于葡萄組培苗生根和生長；Ｒｅｙ等［１７］認為，紅光可有效促進根形態建成；石嶺等［１８］發現，紅光和紅藍混合光對河套蜜瓜根系的生長發育有明顯的促進作用；Ｓｈｉｎ等［１９］研究發現，紅藍ＬＥＤ復合光照下生長的甜菜生物積累量最大，毛根中甜菜素積累最顯著，并在毛根中產生最高的糖分和淀粉積累．本試驗研究表明，紅光及復配光質７Ｒ／２Ｂ／１Ｙ處理顯著提高了不結球白菜根長、根系活力、可溶性糖含量，說明這２種處理有利于促進不結球白菜根系生長及干物質的積累．
光質對高等植物的碳水化合物和蛋白質代謝有調節作用，在藍光條件下生長的植物蛋白質含量較高，而在紅光條件下生長的植物通常碳水化合物含量較高［２０］．本試驗研究得出，藍光處理下不結球白菜可溶性蛋白含量顯著高于對照及其他處理．在２０世紀５０年代初期，荷蘭植物生理學者就曾研究過有色光對許多雙子葉植物莖生長的影響，發現對于在日光下發芽的植物，高強度的藍光對莖伸長的抑制作用最大，而強度基本相等的紅光則能促進莖的伸長．
在能量低時，紅光比藍光更具抑制作用，但隨著強度增加，藍光變得更有效．本試驗對不同光質對不結球白菜株高的影響研究發現，藍光促進莖和葉柄的伸長生長，這與江明艷等［２１］在‘一品紅’上得出的結論一致．魏勝林等［２２］在菊花上的研究得出藍光有利于菊花單株總葉面積和總莖長的增加，而紅光則不利于單株總葉面積和總莖長的增加的結論；Ｋｉｍ等［２４］研究結果表明，萵苣在紅藍綠組合光下的葉片面積最大，其次是白光，最后是紅藍光．本試驗研究發現，在紅藍光不同配比基礎上添加一定量的黃光對不結球白菜植株的光形態建成都沒有顯著影響，這也許是由于品種間的差異以及光通量密度設置不同所致．
光質不僅影響植株的光形態建成，同時也調控光合色素的合成，這是因為不同光合色素吸收的光譜不同［２５－２６］．光合色素能夠吸收、傳遞和轉換光能，是植物進行光合作用的物質基礎，其含量與組成直接影響葉片的光合速率，從而影響植株的生長．對大多數作物而言，紅光有利于提高葉片中葉綠素的含量，而藍光處理下葉片中葉綠素含量較低［２７－２８］，但藍光處理可提高葉片中葉綠素ａ／ｂ值，而紅光可降低葉片葉綠素ａ／ｂ值［２９－３１］．本試驗結果表明，藍光處理下葉綠素含量高于紅光處理，主要原因可能是不同種類植物的葉片對各種光的吸收比例不同．由于不同植物在適應長期的生態環境中形成了各自不同的生理特性，同時植物對光環境改變的響應有明顯的再適應自我調節機制，以防止生長過程受阻，表現出生物對光質反應的復雜性．蒲高斌［３２］研究發現，白光、紅光和藍光處理的蕃茄葉綠素含量組間無顯著差異，但顯著大于綠光和黃光處理．李韶山等［２９］在水稻的研究上得出藍光處理１０ｄ的水稻幼苗葉綠素ａ、葉綠素ｂ及總葉綠素含量均比白光處理低，但葉綠素ａ／ｂ值增高．本試驗研究表明，就單一光質而言，葉綠素ａ／ｂ值表現為藍光＞黃光＞紅光，這與徐凱等［４］在草莓上的研究結果一致．在紅藍光不同配比基礎上添加一定量的黃光顯著增加了葉綠素含量，而降低了類胡蘿卜素含量，說明植物對單色光的響應和在紅藍光不同配比的基礎上添加單色光的光捕獲能力有差別．
綜上所述，不同植物對光質的響應表現不同，光質在調節植物生長發育、生理生化特性上起著重要的作用．綜合各項指標，復配光質７Ｒ／２Ｂ／１Ｙ顯著提高了不結球白菜根長、根系活力、可溶性糖含量，利于干物質的積累，并且壯苗指數大于對照及其他處理，說明在此復配光質下有利于不結球白菜的生長；此外，３種復配光質處理相對單一光質處理，提升了葉綠素的含量，說明在紅藍光基礎上添加一定量的黃光有利于植株光合色素的積累．