不同光照条件对茄果类蔬菜幼苗生长发育的影响

（湖南农业大学理学院，湖南r业大学植物光学实验室，长沙 410128）

【摘要】以荧光灯和自然光为对照组，分别选用4种不同的LED光谱用于辣椒、番茄和茄子的育苗补光试验。育苗完成后测定不同茄果类蔬菜幼苗的生长指标及光合特性。结果表明：经适当光质的LED植物生长灯进行补光后，辣椒、番茄和茄子幼苗的株高、根长、茎粗、叶面积和整个幼苗的鲜质量、干质量均有明显的增长，辣椒、番茄和茄子幼苗叶中的可溶性糖、类胡萝卜素及含氮量均有不同幅度的提高；辣椒、番茄和茄子幼苗的光合能力增强，气孔导度、胞间CO2浓度有一定程度的升高，蒸腾速率加快。LED补光使幼苗的品质得到了提高，其中以处理组3的LED灯最佳。

前言

光是植物生长所需能量的来源，植物的生长发育、开花结果都是通过光合作用、光形态建成、光周期调节来完成，这些过程都需要光的参与。因此光照条件的好坏直接影响植物的产量与品质。光照条件主要包含光质（光谱组成）、光照强度[能量密度，单位μmol/（m2・s）]和光照周期（光照时间的长短），其中不同光质对于植物生长发育的研究最为丰富。

从植物种类的角度，小白菜[1]、生菜[2]、青蒜苗[3]、萝卜[4]、菠菜[5-8]、芦荟[9]等20多种植物都已经被广泛研究。陈祥伟等[1]认为红/蓝（7/1）光处理下小白菜植株茎粗、叶宽、叶面积及根系长度均显著高于其他处理；光合速率、气孔导度、蒸腾速率均以红光处理最高，而蓝光处理下所得样品都具有较高的胞间CO2浓度。张欢等[4]认为不同光质对萝卜芽苗菜生长和营养品质的影响在于促进芽苗菜下胚轴伸长、子叶扩张、促进光合速率，并提高干物质积累。刘文科等[10]以生菜为材料研究了不同LED光质对生菜生长和营养品质的影响，结果表明，蓝光处理下生菜地上部生物量最大，花青素含量最低，并且蓝光显著降低了生菜地上部分硝酸盐的含量。

从不同光质影响方式的角度，单色光的报道相对较多，主要集中在红光、蓝光和黄光。对于红光，可以使番茄和茄子成熟期提前、产量提高；使茄子的株高上升[5]；也有研究认为，红光对促进下胚轴伸长、子叶扩张、光合速率提高及干物质积累有重要作用[6]；红光对烟草的株高和茎围的增长有促进作用[11]，并且可以降低植物体内赤霉素（GA）的含量[12]，有利于叶绿素b和类胡萝卜素的合成，增加叶片总碳、还原糖含量[13-14]；红光可以降低硝酸盐和草酸含量，提高菠菜品质[6]；红光不仅能促进生菜干鲜重及根系活力，增加植物株高，还能提高生菜的可溶性糖含量[2]。对于蓝光，用于水稻幼苗的研究表明蓝光会降低水稻育苗的光合速率[15]；蓝光处理下的菠菜地上部生长速度显著降低[6]；蓝光不仅提高生菜种子发芽指数[16]，还提高了生菜粗蛋白的含量[17]；蓝光用于金银花的研究结果表明，蓝光对叶片的增长有抑制作用，但蓝光却能提高叶绿素a、叶绿素b和叶绿素（a+b）的含量。另外，黄光应用于烟草培育，有助于烟株根部游离氨基酸的积累[18]，但对植物株高和茎围的生长有抑制作用[11]；黄光还可以用于促进芦荟可溶性糖含量和叶绿素含量的升高[9]。混合光的报道相对较少，并且主要集中在红光和蓝光配比。

根据补光设备的不同，人工光源经历了高压钠灯、金卤灯、荧光灯和LED灯4个阶段。高压钠灯和金卤灯因其发热量大、能耗高等问题正在逐步退出补光领域，荧光灯的光视效能大概在60～90 lm/W，使用寿命约为10000 h，被广泛应用。虽然荧光灯需要使用水作为激发源，不环保，但在LED出现前，它是主要的补光光源。普通的白光LED光视效能可达到130～150 lm/W，使用寿命为100000 h，不含水银、环保、体积小、便于个性封装，价格虽高，但在设施农业中的应用逐渐增加。

茄果类蔬菜是指茄科植物中以浆果为食用器官的蔬菜，包括番茄、茄子、辣椒等，前3种茄果类蔬菜最为常见。茄果类蔬菜不但营养丰富，果实中含有较多的糖类、有机酸、多种维生素、蛋白质、矿物质等营养元素，而且结果期长、产量高、适应性强、分布范围广、栽培面积大，因此在生产、供应等方面都占有重要的地位。育苗质量直接决定了植物成活率和植物生长的整体素质，茄果类蔬菜亦是如此。普通育苗多采用塑料大棚育苗，对于环境因子（光、温、水、气、肥）很难做到精准控制，而智能温室或植物工厂育苗能够解决此问题。植物工厂光照采用人工光，但光质对于茄果类蔬菜影响的报道相对较少。有研究表明，补光改变了番茄叶片光合速率日变化规律，延长光合作用时间[19]。蔡鸿昌等[20]通过研究不同光质下番茄穴盘幼苗的生长情况，证实了苗期在白光的基础上补充一定的红光或红蓝光组合更有利于培育壮苗，因为红蓝光复合光质使得幼苗矮壮，比叶面积小，根冠比及壮苗指数高，从而有利于生长发育[21]。植物所含的叶绿素对强吸收波长400～480 nm的蓝光和650～680 nm范围内的红光有吸收，对绿光吸收不明显[22]。

本研究用自制发射波长为630 nm的红色荧光粉和商用蓝光芯片（455 nm）组合封装得到LED光源，并根据荧光粉的封装浓度调整光谱中红色光谱和蓝色光谱的比例，应用于番茄、茄子和辣椒育苗。考察了LED植物生长灯和荧光灯在相同功率输出条件下对于茄果类蔬菜育苗的影响，探明了茄果类蔬菜在幼苗形态、生理特性和光合参数上面的差别，分析了不同波段的光质对于茄果类蔬菜育苗过程的作用方式和机理。

材料与方法

试验材料与处理

试验在湖南农业大学植物光学实验室进行。种子用高锰酸钾浸泡5～6 min，用蒸馏水清洗之后置于培养皿中，在26℃的恒温箱里培养2～3天，发芽之后移到育苗专用基质中进行漂浮育苗，漂浮盆放置在四层铁架台上，铁架台安装功率相同且不同光质的灯具。实验室的温度保持在25～28℃，湿度保持在75%～85%。

处理组LED光源为湖南农业大学植物光学实验室自主研制的荧光粉激发型LED灯。光源为自制的红色荧光粉Sr0.5Ca0.5SiAlN3：Eu2+与有机硅胶按照一定质量比混合，然后与蓝光芯片封装成长60 cm、宽30 cm的平面光源器件。设置6个处理组，分别为处理组1、2、3、4、5、6。处理组1～4的LED光源分别按照荧光粉与硅胶1：3、1：5、1：10、1：20的质量比制成的LED植物光源，以飞利浦荧光灯与自然光为对照。设置光照周期为12 h，时间为8：00～20：00。各处理组的光谱设置如表1所示。

测定指标及方法

幼苗形态的测定

待培养45天之后，随机选取同一品种、不同漂浮盆里的幼苗，分别测量荧光粉激发型LED与普通荧光灯下辣椒、番茄与茄子的幼苗形态（株高、茎粗、根长、鲜样质量、干样质量、壮苗指数）。用直尺测定株高、根长；用游标卡尺测定茎粗；壮苗指数=茎粗/株高×全株干样质量。

生理特性的测定

分别测定荧光粉激发型LED与普通荧光灯下辣椒、番茄与茄子的生理特性（可溶性糖、根系活力、类胡萝卜素、含氮量）。根系活力用TTC法测定；可溶性糖用蒽酮比色法测定；类胡萝卜素含量用UPLC（高效液相色谱法）；含氮量用凯式定氮法。

光合参数的测定

使用美国生产的LI-6400XT光合测定仪测定其净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度和蒸腾速率等光合作用参数。

数据处理

各处理数据测定3次，采用Excel 2003和SPSS 16.0进行统计分析与制图。

结果与分析

不同光照对茄果类蔬菜幼苗形态的影响

分别采用处理组1～6共计6组光谱用于辣椒、番茄、茄子育苗，待育苗完成后测试辣椒、番茄、茄子幼苗的形态构成，如表2～4所示。

不同光照对辣椒幼苗形态的影响

由表2可知，分别从株高、茎粗、根长、鲜样质量与干样质量综合比较，处理组1的幼苗形态最差，处理组3的幼苗形态最好。辣椒幼苗采用LED灯补光的幼苗形态均比采用荧光灯、自然光补光的幼苗形态好，所以LED光源对辣椒幼苗形态的促进作用更加明显，LED光源是促进辣椒幼苗形态的最佳光源。

不同光照对番茄幼苗形态的影响

由表3可知，分别从株高、茎粗、根长、鲜样质量与干样质量综合比较，处理组1的幼苗形态最差，处理组3的幼苗形态最好。番茄幼苗采用LED灯补光的幼苗形态均比采用荧光灯、自然光补光的幼苗形态要好，所以LED光源对番茄幼苗形态的促进作用更加明显，LED光源是促进番茄幼苗形态的最佳光源。李军等[23]采用3种不同光质（蓝、红、白）LED光源对秋番茄植株生长及果实产量、品质的影响进行研究，认为在蓝光、红光组合处理下，植株的相对株高、节间距、叶面积显著降低，茎粗显著增加。试验处理组3的LED光源既能促进根与叶面积增长，也能促进株高、茎粗、鲜样质量显著增长。

不同光照对茄子幼苗形态的影响

由表4可知，分别从株高、茎粗、根长、鲜样质量与干样质量综合比较，处理组1的幼苗形态最差，处理组3的幼苗形态最好。茄子幼苗采用LED灯补光的幼苗形态均比采用荧光灯、自然光补光的幼苗形态要好，所以LED光源对番茄幼苗形态的促进作用更加明显，LED光源是促进番茄幼苗形态的最佳光源。

不同光照对辣椒、番茄与茄子幼苗生理特性的影响

分别采用处理组1～6共计6组光谱用于辣椒、番茄、茄子育苗，待育苗完成后测试辣椒、番茄、茄子幼苗的生理特性，如图1～3所示。

不同光照对辣椒幼苗生理特性的影响

由图1可知，综合可溶性糖含量、类胡萝卜素含量、含氮量及根系活力分析，处理组3的LED光源对辣椒幼苗形态的促进作用更加明显，所以该光源是促进辣椒幼苗形态的最佳光源。本试验采用的荧光粉激发型LED，在普通LED的基础上更能显著提高幼苗的可溶性糖含量、根系活力、类胡萝卜素含量和含氮量。

不同光照对番茄幼苗生理特性的影响

由图2可知，综合可溶性糖含量、类胡萝卜素含量、含氮量及根系活力分析，处理组3的LED光源对番茄幼苗形态的促进作用更加明显，为最佳光源。唐大为等[24]以白色荧光灯为对照，采用LED光源研究红光、蓝光、红蓝组合光（R/B=9：1、8：2、7：3、6：4、5：5）黄瓜幼苗生长和生理特性的影响，结果证明，红光处理下黄瓜可溶性糖的含量显著高于对照。由于红光芯片较贵，本试验采用的荧光粉激发型LED相对制作简单而且价格便宜。

不同光照对茄子幼苗生理特性的影响

由图3可知，相比于其他补光下的幼苗，处理组3的LED光源下的幼苗含氮量显著提高，类胡萝卜素含量大幅度增加，可溶性糖含量和根系活力也有一定程度上的增加。综合上述分析，处理组3的LED光源为最佳光源。

不同光照对辣椒、番茄与茄子幼苗光合参数的影响

分别采用处理组1～6共计6组光谱用于辣椒、番茄、茄子育苗，待育苗完成后测试辣椒、番茄、茄子幼苗的光合参数，如图4～6所示。

不同光照对辣椒幼苗光合参数的影响

由图4可知，处理组3的LED光源下的辣椒幼苗相比其他补光下的幼苗，净光合速率和蒸腾速率都有大幅度的提高，气孔导度增加量相对比较小。综合可溶性糖含量、类胡萝卜素含量、含氮量及根系活力分析，处理组3的LED光源对茄子幼苗形态的促进作用更加明显，为最佳光源。

不同光照对番茄幼苗光合参数的影响

由图5可知，处理组3的LED光源下的番茄幼苗相比其他补光下的幼苗净光合速率和蒸腾速率都有大幅度的提高，气孔导度增加量相对比较小。综合可溶性糖含量、类胡萝卜素含量、含氮量及根系活力分析，处理组3的LED光源对番茄幼苗形态的促进作用更加明显，为最佳光源。

不同光照对茄子幼苗光合参数的影响

由图6可知，处理组3的LED光源下的辣椒幼苗相比其他补光下的幼苗净光合速率和蒸腾速率都有大幅度的提高，气孔导度增加量相对比较小。综合可溶性糖含量、类胡萝卜素含量、含氮量及根系活力分析，处理组3的LED光源对茄子幼苗形态的促进作用更加明显，为最佳光源。

结论

本试验通过自制红色荧光粉封装得到LED植物光源，并将组装得到的LED植物灯灯具，成功应用于茄果类蔬菜育苗当中。

光是植物生长发育的必要因素之一，光质对植物幼苗的幼苗形态生理特性及光合参数均有一定的影响。本试验中，荧光粉与硅胶按不同的质量比制成的LED光源对辣椒番茄和茄子幼苗的幼苗形态生理特性及光合参数均表现出了一定的调节作用。这与苏娜娜等[25]研究LED光质补光对黄瓜幼苗生长和光合特性的影响，以及徐凯等[26]研究不同光质对草莓叶片光合作用和叶绿素荧光的影响相一致。

本试验处理组1的LED光源补光幼苗的幼苗形态、生理特性及光合参数最差，处理组3的LED光源补光的幼苗的幼苗形态、生理特性及光合参数最好。但所有的荧光粉激发型LED光源补光的幼苗的幼苗形态、生理特性及光合参数均明显高于对照组。

致谢

感谢湖南绿米科技有限公司提供试验所涉及的LED灯具，感谢湖南农业大学植物光学实验室提供试验环境。

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项目支持：湖南省自然科学基金资助项目（2016JJ3065）。

作者简介：龚婷（1995-），湖南常德人，本科生，研究方向：植物光学。

通信作者：周智（1982-），湖南益阳人，博士，硕士生导师湖南农业大学植物光学实验室主任，研究方向：植物光学。