ＬＥＤ光源不同光质对黄瓜幼苗生长及

生理生化特性的影响

唐大为，张国斌，张帆，潘香梅，郁继华

（甘肃农业大学农学院，甘肃兰州 ７３００７０）

摘要：采用发光二极管（（ｌｉｇｈｔ－ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ，ＬＥＤ）光源，以白色荧光灯为对照，研究红光、蓝光、红蓝组合光（Ｒ／Ｂ＝９∶１、８∶２、７∶３、６∶４、５∶５）对黄瓜幼苗生长和生理生化特性的影响．结果表明：单一红蓝光处理下黄瓜幼苗生长不良，红蓝组合光处理的黄瓜幼苗在生长、色素合成较单一红蓝光有明显的优势．红光处理下黄瓜可溶性糖的含量显著高于对照，蓝光有利于黄瓜可溶性蛋白的合成．Ｒ／Ｂ＝７∶３处理的幼苗比叶质量、叶绿素含量均显著高于对照，是适宜黄瓜幼苗生长的最佳红蓝光配比．

关键词：黄瓜；发光二极管；光质；生理生化特性

Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ＬＥＤ ｌｉｇｈｔ ｑｕａｌｉｔｉｅｓ ｏｎ ｇｒｏｗｔｈ ａｎｄｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌ ａｎｄ ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆ ｃｕｃｕｍｂｅｒ ｓｅｅｄｌｉｎｇｓ

ＴＡＮＧ Ｄａ－ｗｅｉ，ＺＨＡＮＧ Ｇｕｏ－ｂｉｎ，ＺＨＡＮＧ Ｆａｎ，ＰＡＮ Ｘｉａｎｇ－ｍｅｉ，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 ｃｕｃｕｍｂｅｒ ｓｅｅｄｌｉｎｇｓ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｅｉｇｈｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ ｗｅｒｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｗｉｔｈｒｅｄ ＬＥＤ（Ｒ），ｂｌｕｅ ＬＥＤ（Ｂ）ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｍｐｌｅｘ ｌｉｇｈｔ ｏｆ ｒｅｄ ａｎｄ ｂｌｕｅ ＬＥＤ（Ｒ／Ｂ＝９∶１，８∶２，７∶３，６∶４，５∶５），ｃｏｍｐａｒｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｗｈｉｔｅ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ ｌｉｇｈｔ（ＣＫ）．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｕｃｕｍｂｅｒ ｓｅｅｄ－ｌｉｎｇｓ ｈａｄ ａ ｂａｄ ｇｒｏｗｔｈ ｓｔａｔｕｓ ｕｎｄｅｒ ｏｎｌｙ ｒｅｄ ｏｒ ｂｌｕｅ ＬＥＤ．Ｔｈｅ ｇｒｏｗｔｈ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｃｏｍｐｌｅｘ ｌｉｇｈｔ ｏｆ ｒｅｄ ａｎｄｂｌｕｅ ＬＥＤ ｗａｓ ｂｅｔｔｅｒ．Ｒｅｄ ＬＥＤ ｐｒｏｍｏｔｅｄ ｔｈｅ ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｌｕｂｌｅ ｓｕｇａｒ．Ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒａｒｙ，ｂｌｕｅ ＬＥＤｅｎｈａｎｃｅｄ ｔｈｅ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ ｓｏｌｕｂｌｅ ｐｒｏｔｅｉｎｓ．Ｔｈｅ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｌｅａｆ ｗｅｉｇｈｔ，ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｒｅａｃｈｅｄ ｔｈｅ ｈｉｇｈ－ｅｓｔ ｉｎ Ｒ／Ｂ＝７∶３ＬＥＤ，ｗｈｉｃｈ ｗｅｒｅ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ．Ｉｔ ｗａｓ ｓｕｇｇｅｓｔｅｄ ｔｈａｔ Ｒ／Ｂ＝７∶３ＬＥＤ ｗａｓ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ｃｕｃｕｍｂｅｒ ｓｅｅｄｌｉｎｇｓ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｕｃｕｍｂｅｒ；ＬＥＤ（ｌｉｇｈｔ－ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）；ｌｉｇｈｔ ｑｕａｌｉｔｙ；ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌ ａｎｄ ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｈａｒａｃ－ｔｅｒｉｓｔｉｃｓ

光质对植物的生长、形态建成、物质代谢及基因表达等均有调控作用［１］．设施栽培受外界环境条件影响较大，冬春季栽培时设施内易形成弱光环境，严重影响植株正常的光合作用和生长，导致产量和品质的降低．设施内通过补光和光质调节控制植株形态建成和生长发育是设施栽培领域的一项重要技术［２］．采用ＬＥＤ光源，利用科学补光法对作物补光是促进植物生长、提高农产品产量的有效途径之一．

ＬＥＤ即发光二极管，具有电源电压低、节能高效、稳定性强、体积小、使用寿命长等优点，已经在照明领域得到了广泛的应用．作为一种新型冷光源，ＬＥＤ光源发热量小，能近距离照射植物，可用于多层立体栽培系统，且ＬＥＤ光源光质纯，可按需获得纯正单色光与复合光谱，波长正好与植物光形态建成的光谱范围吻合［３］．

国内一些学者研究了不同光质对于番茄［４］、黄瓜［５］、彩色甜椒［６］等植物生长的影响，但光源设备多采用转光膜、有色农膜、滤光片或有色荧光灯，由此得到的各种光质纯度并不相同，所得的研究结果也不一定可靠．目前我国ＬＥＤ光源的应用研究多以组培苗为主，且应用研究主要集中于单色光对植物生长发育的影响．ＬＥＤ光源在设施栽培领域的应用研究还处于起步阶段，针对不同设施栽培蔬菜进行的ＬＥＤ光源不同组合光质筛选试验研究较少，ＬＥＤ光源不同红蓝配比光对黄瓜幼苗生长和生理特性的研究尚未见报道．鉴于此，本试验以黄瓜幼苗为试材，研究不同光质对其生长和生理生化特性的影响，以期为ＬＥＤ光源在设施栽培中的广泛应用提供理论依据．

１ 材料与方法

１．１ 试验材料与处理设置

供试黄瓜（Ｃｕｃｕｍｉｓ ｓａｔｉｖｕｓ Ｌ．）品种为‘津绿３号’，在甘肃农业大学现代智能温室内用营养钵（Φ１０ｃｍ）育苗，育苗基质为蛭石与珍珠岩（３∶１）混合基质，每３ｄ浇一次Ｈｏａｇｌａｎｄ营养液．待幼苗长至两叶一心时，选择形态长势一致的幼苗移入ＲＱＳ型人工气候室进行不同光质处理，每处理３０株，重复３次．培养环境为光周期１２ｈ·ｄ－１，温度２８℃／１６℃（昼／夜），相对湿度７５％，通过调整光源与植株间的距离使各处理光照强度均为１５０μｍｏｌ·ｍ－２·ｓ－１．

试验设８个处理，以白色荧光灯（Ｗ）为对照，ＬＥＤ光源处理分别为红光（Ｒ）、蓝光（Ｂ）、红蓝配比光（Ｒ／Ｂ＝９∶１、８∶２、７∶３、６∶４、５∶５）．

１．２ 光源设备

对照光源采用白色荧光灯管．ＬＥＤ光源采用广州万晶半导体照明有限公司生产的ＬＥＤ灯管．每盏灯管由２２２个超高亮度的红色（６３５ｎｍ）或蓝色（４６０ｎｍ）ＬＥＤ灯珠组成．灯珠按照不同红蓝光比例均匀交叉排布．每个处理采用相同红蓝光比例的灯管５盏．

１．３ 测定项目与方法

培养１６ｄ后进行黄瓜形态指标和叶绿素含量的测定．分别于培养第４、８、１２、１６ｄ进行根系活力、可溶性糖和可溶性蛋白的测定．形态指标取１０株的平均数，随机取样．用直尺测定株高、根长，用游标卡尺测定茎粗．叶面积采用数码相机拍照法［７－８］测定．比叶质量＝叶干质量／叶面积．壮苗指数按照壮苗指数＝茎粗／株高×全株干质量计算．叶绿素含量的测定采用Ａｒｎｏｎ［９］的方法测定，即用８０％丙酮提取液测定．根系活力采用ＴＴＣ法测定，可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定，可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝比色法测定［１０］．

１．４ 数据分析

采用ＳＰＳＳ １７．０软件对试验数据进行统计分析，采用Ｄｕｎｃａｎ新复极差法进行多重比较．

２ 结果与分析

２．１ 不同光质对黄瓜幼苗生长的影响

由图１可知，黄瓜幼苗的株高在红光（Ｒ）处理下最高，Ｒ／Ｂ＝９：１处理次之，蓝光（Ｂ）处理最低，蓝光处理的幼苗株高显著低于对照（Ｐ＜０．０５），较对照小１３．３％，其他处理与对照差异不显著．Ｒ／Ｂ＝７∶３处理的茎粗最大，红光、Ｒ／Ｂ＝９∶１、８∶２处理的茎粗显著小于其他处理（Ｐ＜０．０５），分别比对照小１６．９％、１６．１％和１０．１％．蓝光处理下根长最小，比对照小２４．４％．除Ｒ／Ｂ＝９∶１外的红蓝配比光处理的壮苗指数均与对照差异不显著，其中Ｒ／Ｂ＝７∶３壮苗指数最大；单一红、蓝光、Ｒ／Ｂ＝９∶１处理的壮苗指数显著小于对照（Ｐ＜０．０５）．

红光、Ｒ／Ｂ＝９∶１处理的黄瓜幼苗叶面积最大，与对照差异不显著；蓝光处理的叶面积显著小于对照（Ｐ＜０．０５），比对照小２０．４％．Ｒ／Ｂ＝７∶３处理下的黄瓜幼苗比叶质量最大，显著高于对照（Ｐ＜０．０５）；红光、Ｒ／Ｂ＝９∶１、蓝光理的比叶质量较小，与对照无显著差异（Ｐ＞０．０５）．

２．２ 不同光质对黄瓜幼苗叶片色素含量的影响

由表１可知，红蓝配比光处理的黄瓜幼苗叶片色素含量高于单一红光、蓝光处理．蓝光处理的黄瓜幼苗叶绿素ａ含量显著低于对照（Ｐ＜０．０５）．Ｒ／Ｂ＝７∶３、６∶４、８∶２处理的黄瓜幼苗叶绿素ａ、叶绿素（ａ＋ｂ）含量均显著高于对照（Ｐ＜０．０５），其中叶绿素ａ含量分别比对照高７．８％、３．２％和２．３％．Ｒ／Ｂ＝７∶３、６∶４的黄瓜幼苗叶绿素ｂ含量也显著高于对照（Ｐ＜０．０５）．单一红光、蓝光处理下的黄瓜幼苗叶绿素ｂ、叶绿素（ａ＋ｂ）含量均显著低于对照（Ｐ＜０．０５）．单一红光、蓝光、Ｒ／Ｂ＝９∶１处理的黄瓜幼苗叶绿素ａ／ｂ显著高于对照（Ｐ＜０．０５），其他处理的黄瓜幼苗叶绿素ａ／ｂ与对照差异不显著．Ｒ／Ｂ＝７∶３处理的黄瓜幼苗类胡萝卜素含量最大，与单一红、蓝光处理差异显著（Ｐ＜０．０５）；各处理的类胡萝卜素含量与对照差异不显著．

２．３ 不同光质对黄瓜幼苗根系活力的影响

由图２可知，随着处理时间的增长，黄瓜幼苗的根系活力在不同光质处理下呈降低的趋势．处理１６ｄ后，黄瓜幼苗的根系活力依次为Ｒ＞９Ｒ／１Ｂ＞７Ｒ／３Ｂ＞Ｗ（ＣＫ）＞８Ｒ／２Ｂ＞６Ｒ／４Ｂ＞５Ｒ／５Ｂ＞Ｂ．其中Ｒ／Ｂ＝７∶３、红光、Ｒ／Ｂ＝９∶１处理的黄瓜幼苗根系活力分别比对照高３．９６、３．１２和０．５１μｇ·ｇ－１·ｈ－１，但均与对照无显著差异（Ｐ＞０．０５）．蓝光处理下的黄瓜幼苗根系活力最低，显著低于对照，比对照低３１．０％．说明蓝光处理不利于幼苗根系生长．

２．４ 不同光质对黄瓜幼苗可溶性糖含量的影响

由图３可知，黄瓜幼苗的可溶性糖含量随处理时间的延长逐渐增加．处理１２ｄ后，红光、Ｒ／Ｂ＝９∶１、８∶２、５∶５、蓝光处理的黄瓜幼苗可溶性糖含量增长趋于缓和．处理１６ｄ后，Ｒ／Ｂ＝９∶１处理的黄瓜幼苗可溶性糖含量显著高于对照，分别比对照高１１．７％和８．８％．说明红光利于可溶性糖的积累．蓝光处理的黄瓜幼苗可溶性糖含量较对照低０．７１４ｍｇ·ｇ－１，差异显著（Ｐ＜０．０５）．其他处理的可溶性糖含量与对照差异不显著．

２．５ 不同光质对黄瓜幼苗可溶性蛋白含量的影响

黄瓜幼苗的可溶性蛋白含量变化如图４所示，在处理过程中，黄瓜幼苗的可溶性蛋白含量逐渐增加．蓝光处理的黄瓜幼苗可溶性蛋白含量一直维持在较高水平，均显著高于对照．处理１６ｄ后蓝光处理的黄瓜幼苗可溶性蛋白含量比对照高９．０％，红光处理的可溶性蛋白含量则显著小于对照．其他处理与对照差异不显著．这表明蓝光有利于植物中可溶性蛋白的合成．

３ 讨论与结论

有学者研究发现，ＬＥＤ单一或组合光质对菊花［１１］、百合［１２］、蝴蝶兰［１３］、冬青［１４］、叶用莴苣［１５］等植物的形态建成和光合作用产生不同效应，可以促进植株生长、提高光合效率．本试验结果表明，红光有利于黄瓜幼苗根系、茎的伸长生长和干物质的积累，蓝光能使植株矮壮，但不利于生根．这与Ｎｈｕｔ等［１６］、李胜等［１７］、刘媛等［１８］的研究结果一致．黄瓜幼苗在红、蓝单一光质下均生长不良，红蓝配比光处理下幼苗的壮苗指数、生物量均高于单一光质处理，其中以Ｒ／Ｂ＝７：３处理最佳．本试验表明红蓝配比光较单一光质更有利于植株的形态建成，这与Ｋｉｍ等［１１］、邸秀茹等［１４］在菊花、冬青等植物上的研究结果一致．

叶绿素是植物进行光合作用的重要物质基础．有研究表明，叶绿素ａ／ｂ大小与Ｒ／Ｂ呈正相关［１９］或负相关［２０］．本试验中黄瓜幼苗的叶绿素ａ／ｂ在一定Ｒ／Ｂ范围内与Ｒ／Ｂ呈正相关，Ｒ／Ｂ＝９∶１、８∶２、７∶３、６∶４处理的叶绿素ａ／ｂ比值依次减小，但Ｒ／Ｂ＝５∶５处理的叶绿素ａ／ｂ却显著高于Ｒ／Ｂ＝６∶４处理．红光提高了黄瓜可溶性糖的含量，说明红光对干物质积累有重的要调控作用．这与蒲高斌等［４］等对番茄的研究结果一致．