ＬＥＤ光源不同光质对不结球白菜生长及生理特性的影响

王婷，李雯琳，巩芳娥，郁继华

（甘肃农业大学农学院，甘肃兰州 ７３００７０）

摘要：采用发光二级管（ＬＥＤ）调制光质和光量，研究不同光质处理（白光（ＣＫ）、红光（Ｒ）、蓝光（Ｂ）、黄光（Ｙ）、红蓝黄配比光（Ｒ∶Ｂ∶Ｙ）＝７∶２∶１、５∶４∶１和１∶８∶１）对不结球白菜生长发育及生理特性的影响．结果表明：在单色光质处理下，红光有利于不结球白菜根系生长，提高类胡萝卜素含量、可溶性糖含量及根系活力，蓝光有利于茎和叶柄的伸长生长，黄光处理下不结球白菜各项生长指标均表现不良；复配光质Ｒ∶Ｂ∶Ｙ＝７∶２∶１处理组显著提高了不结球白菜根长、根系活力、可溶性糖含量，利于干物质的积累，且壮苗指数大于对照及其他处理，说明此复配光质有利于不结球白菜的生长．此外，３种复配光质处理相对单一光质处理均提升了不结球白菜叶绿素的含量，说明在红蓝光基础上添加一定量的黄光有利于植株光合色素的积累．

关键词：ＬＥＤ光质；不结球白菜；生长；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

光质和光强对设施作物生长发育的影响一直备受关注，国内已有学者研究了不同光质对人参［１］、黄瓜［２］、番茄［３］、草莓［４］、彩色甜椒［５］等作物幼苗生长和光合作用的影响，但这些试验均采用荧光灯、滤光片、有色农用塑料薄膜或转光膜获得所需光质，无法精确定量调制光谱能量分布，导致光量单位和光照强度均不统一，影响其在实际生产中的广泛应用．

发光二级管（ｌｉｇｈｔ－ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ，ＬＥＤ）作为新型半导体光源，具有节能环保、使用寿命长、冷光源、体积小、光谱性能好、易于分散或组合控制等许多其他光源不具备的特点，在植物设施栽培中的应用正日益扩大并呈现良好的发展前景［６－７］．

不结球白菜（Ｂｒａｓｓｉｃａ ｃａｍｐｅｓｔｒｉｓ Ｌ．ｓｓｐ．ｃｈｉｎｅｎｓｉｓ Ｍａｋｉｎｏ）属十字花科芸薹属白菜亚种的一个变种，又称小白菜、青菜、油菜等，原产于我国，是人们喜爱的大众化蔬菜，现占长江中下游大、中城市蔬菜复种面积的３０％～４０％，而且在北方地区也被大量引种栽培［８］．刘水丽［９］进行的人工光与自然光环境下黄瓜育苗对照试验的结果表明，ＬＥＤ光环境下植株生长速率高于其他处理，主要表现为叶面积大、叶片数多、叶片生长速度快、扎根较深，表现出一定的生长优越性．Ｋｗｅｓｉｇａ等［１０］研究表明，不同植物对不同光谱成分的响应不同，且双子叶植物比单子叶植物对光谱变化更敏感．国内外的研究结果均表明，不同光质对植物的生长发育有不同的作用，大多数学者认为红蓝光组合是植物生长的良好光源．目前，关于光质对叶菜类作物生长发育的影响在油菜［１１］、菠菜［１２］、莴苣［１３］等作物上均有报道，但在不结球白菜上的研究不多，尤其在红蓝光不同配比基础上添加其他单色光质组成复合光质的研究则几乎没有报道．鉴于此，本试验以不结球白菜为材料，研究以红蓝光为主的不同配比下添加一定量黄光对不结球白菜生长发育及生理特性的影响，以期为不结球白菜的设施栽培提供理论依据．

１ 材料与方法

１．１ 光质选择及处理条件

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颗超亮灯珠组成，功率１０Ｗ．红色（６３５ｎｍ）、蓝色（４６３ｎｍ）及黄色（５９４ｎｍ）灯珠按不同比例均匀交叉排布．对照选用白色ＬＥＤ灯管作为光源，功率为１０Ｗ，色温为６ ５３０Ｋ，平均波长５４２ｎｍ，波峰为４５０ｎｍ．

试验设７个处理，以白色ＬＥＤ光为对照（ＣＫ），ＬＥＤ光源处理分别为红光（Ｒ）、蓝光（Ｂ）、黄光（Ｙ）、红蓝黄配比光（Ｒ∶Ｂ∶Ｙ＝７∶２∶１、５∶４∶１和１∶８∶１，以下分别用７Ｒ／２Ｂ／１Ｙ、５Ｒ／４Ｂ／１Ｙ、１Ｒ／８Ｂ／１Ｙ表示）．每个处理采用相应的灯管５盏，将其置于植物顶端，高度可调，使其距离植株（１５±５）ｃｍ，使光强保持在（５０±５）μｍｏｌ／（ｍ２·ｓ），各处理光强采用型号为ＴＥＳ－１３３２Ａ数位式照度计进行测定，光周期为１２ｈ／ｄ．

１．２ 试验材料和环境条件

供试材料为不结球白菜（Ｂｒａｓｓｉｃａ ｃａｍｐｅｓｔｒｉｓＬ．ｓｓｐ．ｃｈｉｎｅｎｓｉｓ Ｍａｋｉｎｏ），品种为‘绿秀’，试验于２０１０年４～１０月在甘肃农业大学智能温室及智能人工气候室进行．种子经浸种、催芽后，在智能温室内用长５４ｃｍ、宽２８ｃｍ共５０穴的穴盘进行育苗，育苗基质为蛭石与珍珠岩（３∶１）混合基质，每２～３ｄ浇１次Ｈｏａｇｌａｎｄ营养液．待幼苗长至四叶一心时，选择长势一致的幼苗移入智能人工气候室，该气候室可通过计算机对植物生育过程的温度、湿度、ＣＯ２浓度进行自动监控和调节．试验处理周期为１２ｄ，于处理的第１２ｄ取样测定各项指标，每组处理１５株，３次重复．试验过程各项环境指标为昼温（２４±１）℃，夜温（１７±１）℃，相对湿度６０％．

１．３ 测定指标与方法

用直尺测定株高、根长、叶柄长；壮苗指数按照张振贤等［１４］的方法（壮苗指数＝茎粗／株高×全株干质量）计算；叶面积按照公式计算单叶叶面积，即单叶叶面积＝叶长×叶宽×０．７００ ７；叶绿素用８０％丙酮测定；根系活力采用ＴＴＣ法测定；可溶性糖采用蒽酮比色法测定；可溶性蛋白采用考马斯亮蓝比色法测定．以上指标均随机取样５株进行平行测定，结果取平均数．

１．４ 统计分析

利用ＤＰＳ ３．０数据处理系统，对数据做方差分析和显著性分析．

２ 结果与分析

２．１ 不同光质对不结球白菜生长的影响

植株的生长量大小在一定程度上代表着幼苗同化产物的累积量．由表１可知，红光处理下的不结球白菜根长显著高于单色蓝光、黄光及复配光质处理；不同光质处理下幼苗茎粗依次为７Ｒ／２Ｂ／１Ｙ＞红光＞ＣＫ＞１Ｒ／８Ｂ／１Ｙ＞５Ｒ／４Ｂ／１Ｙ＞蓝光＞黄光；蓝光处理下不结球白菜的株高、叶柄长、叶面积显著高于对照和其他处理．说明在本试验条件下，红光促进不结球白菜根的生长，蓝光促进株高和叶柄的伸长生长；３种复配光质处理不结球白菜的株高、根长、叶柄长、叶面积与ＣＫ处理间没有显著差异．说明在红蓝光不同配比下添加一定量黄光的复配光质对植株的形态无显著影响．

由表１还可以看出，单一黄光处理下不结球白菜壮苗指数及干物质含量均最低，幼苗徒长明显，长势较弱；从壮苗指数可以看出，３种复配光质与ＣＫ间无显著差异，但都显著高于单色蓝光和黄光处理，其中复配光质７Ｒ／２Ｂ／１Ｙ的壮苗指数地上干质量和地下干质量分别较对照高１０．８％、２０．０％、８０．０％（Ｐ＜０．０５），并优于其他处理，说明在此复配光质下幼苗长势优良．

２．２ 不同光质对不结球白菜叶片叶绿素含量的影响

叶绿素含量体现了植物对光能的利用和调节能力，是评价植物生长发育情况的一项基础指标．类胡萝卜素在植物叶绿体光合作用中也起着重要作用，是光合作用中光传导途径和光反应中心的重要结构成分，帮助叶绿体吸收光能，并保护其在高温、强光下免受破坏［１５］．由表２可知，不结球白菜在红光处理下的类胡萝卜素含量显著高于对照及其他处理；黄光处理下不结球白菜叶片叶绿素ａ、ｂ、（ａ＋ｂ）含量均高于ＣＫ处理；蓝光处理下叶绿素ａ、ｂ、（ａ＋ｂ）含量均低于ＣＫ处理，而复配光质１Ｒ／８Ｂ／１Ｙ处理下叶绿素ａ、（ａ＋ｂ）含量较单色蓝光处理有所升高，分别增加了５．６％、３．３９％．在复配光质７Ｒ／２Ｂ／１Ｙ和５Ｒ／４Ｂ／１Ｙ处理下不结球白菜叶片叶绿素ａ、ｂ、（ａ＋ｂ）含量均显著高于对照及其他处理，其中，５Ｒ／４Ｂ／１Ｙ处理下不结球白菜叶片叶绿素ａ、ｂ、（ａ＋ｂ）含量分别比对照高７．３５％、１０．９１％、８．３８％，均达到最大．说明在红蓝光不同配比下添加一定量黄光的复配光质有利于提高不结球白菜叶绿素的含量．

2．３ 不同光质对不结球白菜生理特性的影响

叶片中的可溶性蛋白主要是酶类，是蛋白质合成的原料或分解产物，在植物的生长发育过程中具有重要的生理作用．由表３可知，蓝光以及复配光质７Ｒ／２Ｂ／１Ｙ和５Ｒ／４Ｂ／１Ｙ处理下的不结球白菜可溶性蛋白含量与对照之间无显著差异，但均显著高于其他３个处理；可溶性糖含量除蓝光及黄光处理低于对照外，其他光质处理的不结球白菜可溶性糖含量均显著高于对照，依次为红光＞５Ｒ／４Ｂ／１Ｙ＞１Ｒ／８Ｂ／１Ｙ＞７Ｒ／２Ｂ／１Ｙ；不同光质对不结球白菜根系活力的影响差异较显著，除红光处理外，其他光质处理下根系活力均小于对照，依次为７Ｒ／２Ｂ／１Ｙ＞１Ｒ／８Ｂ／１Ｙ＞５Ｒ／４Ｂ／１Ｙ＞黄光＞蓝光．

３ 讨论与结论

不同光质处理对不结球白菜幼苗生长影响显著且存在差异．李胜等［１６］研究得出，红光利于葡萄组培苗生根和生长；Ｒｅｙ等［１７］认为，红光可有效促进根形态建成；石岭等［１８］发现，红光和红蓝混合光对河套蜜瓜根系的生长发育有明显的促进作用；Ｓｈｉｎ等［１９］研究发现，红蓝ＬＥＤ复合光照下生长的甜菜生物积累量最大，毛根中甜菜素积累最显著，并在毛根中产生最高的糖分和淀粉积累．本试验研究表明，红光及复配光质７Ｒ／２Ｂ／１Ｙ处理显著提高了不结球白菜根长、根系活力、可溶性糖含量，说明这２种处理有利于促进不结球白菜根系生长及干物质的积累．

光质对高等植物的碳水化合物和蛋白质代谢有调节作用，在蓝光条件下生长的植物蛋白质含量较高，而在红光条件下生长的植物通常碳水化合物含量较高［２０］．本试验研究得出，蓝光处理下不结球白菜可溶性蛋白含量显著高于对照及其他处理．在２０世纪５０年代初期，荷兰植物生理学者就曾研究过有色光对许多双子叶植物茎生长的影响，发现对于在日光下发芽的植物，高强度的蓝光对茎伸长的抑制作用最大，而强度基本相等的红光则能促进茎的伸长．

在能量低时，红光比蓝光更具抑制作用，但随着强度增加，蓝光变得更有效．本试验对不同光质对不结球白菜株高的影响研究发现，蓝光促进茎和叶柄的伸长生长，这与江明艳等［２１］在‘一品红’上得出的结论一致．魏胜林等［２２］在菊花上的研究得出蓝光有利于菊花单株总叶面积和总茎长的增加，而红光则不利于单株总叶面积和总茎长的增加的结论；Ｋｉｍ等［２４］研究结果表明，莴苣在红蓝绿组合光下的叶片面积最大，其次是白光，最后是红蓝光．本试验研究发现，在红蓝光不同配比基础上添加一定量的黄光对不结球白菜植株的光形态建成都没有显著影响，这也许是由于品种间的差异以及光通量密度设置不同所致．

光质不仅影响植株的光形态建成，同时也调控光合色素的合成，这是因为不同光合色素吸收的光谱不同［２５－２６］．光合色素能够吸收、传递和转换光能，是植物进行光合作用的物质基础，其含量与组成直接影响叶片的光合速率，从而影响植株的生长．对大多数作物而言，红光有利于提高叶片中叶绿素的含量，而蓝光处理下叶片中叶绿素含量较低［２７－２８］，但蓝光处理可提高叶片中叶绿素ａ／ｂ值，而红光可降低叶片叶绿素ａ／ｂ值［２９－３１］．本试验结果表明，蓝光处理下叶绿素含量高于红光处理，主要原因可能是不同种类植物的叶片对各种光的吸收比例不同．由于不同植物在适应长期的生态环境中形成了各自不同的生理特性，同时植物对光环境改变的响应有明显的再适应自我调节机制，以防止生长过程受阻，表现出生物对光质反应的复杂性．蒲高斌［３２］研究发现，白光、红光和蓝光处理的蕃茄叶绿素含量组间无显著差异，但显著大于绿光和黄光处理．李韶山等［２９］在水稻的研究上得出蓝光处理１０ｄ的水稻幼苗叶绿素ａ、叶绿素ｂ及总叶绿素含量均比白光处理低，但叶绿素ａ／ｂ值增高．本试验研究表明，就单一光质而言，叶绿素ａ／ｂ值表现为蓝光＞黄光＞红光，这与徐凯等［４］在草莓上的研究结果一致．在红蓝光不同配比基础上添加一定量的黄光显著增加了叶绿素含量，而降低了类胡萝卜素含量，说明植物对单色光的响应和在红蓝光不同配比的基础上添加单色光的光捕获能力有差别．

综上所述，不同植物对光质的响应表现不同，光质在调节植物生长发育、生理生化特性上起着重要的作用．综合各项指标，复配光质７Ｒ／２Ｂ／１Ｙ显著提高了不结球白菜根长、根系活力、可溶性糖含量，利于干物质的积累，并且壮苗指数大于对照及其他处理，说明在此复配光质下有利于不结球白菜的生长；此外，３种复配光质处理相对单一光质处理，提升了叶绿素的含量，说明在红蓝光基础上添加一定量的黄光有利于植株光合色素的积累．