LED苗期暗期补光对茄果类蔬菜发育和生理的影响

郑 亮 邢文鑫 董海泉 宋卫堂，2*

（1中国农业大学水利与土木工程学院，北京 100083；2农业部设施农业工程重点（综合）实验室，北京 100083）

植物育苗的过程中，生产壮苗是育苗的方向，幼苗的健壮程度直接影响植株的生长发育，利用调控光照的技术培育壮苗是一项环保、经济有效而且简便易行的方法。LED光源为冷光源，较传统光源有寿命长、光谱纯、能耗低的优势，能更精准地获得植物所需波长的光质，在设施光环境的调控中有着重要的意义和作用。

现有的研究表明，红光光质对植株的营养生长和形态有着明显的促进作用，蒲高斌等（2005）研究发现红色荧光灯可以显著促进番茄幼苗的生长；崔瑾等（2009）研究发现补充红光可以使辣椒、黄瓜、番茄幼苗的茎粗、干鲜质量及壮苗指数增加，有利于培育壮苗。但利用单一光质进行植物生长的暗期补光，研究其对育苗过程中幼苗的形态、生理、抗氧化物质含量及其机制方面的报道较少。本试验以育苗过程中常见的 3种茄果类蔬菜——番茄、辣椒、茄子为试材，利用不同光照强度的LED红光进行育苗期的暗期补光，研究其对3种蔬菜苗期生长及抗氧化系统酶活性和非酶系统物质含量的影响，试图提供一种新型的、低成本的可以促进植物苗期生长、利于培育壮苗的育苗方式。

1 材料与方法

1.1 材料培养及处理

试验于2012年3～4月在中国农业大学水利与土木工程学院植物育苗工厂进行。供试辣椒（Capsicum annuumL.）品种为京椒5号，茄子（Solanum melongenaL.）品种为京茄20号，番茄（Lycopersicon esculentumMill．）品种为中农115号。挑选籽粒饱满、大小一致的种子，在漂浮式育苗穴盘（128孔）中播种，育苗基质为珍珠岩∶蛭石∶草炭=1V∶1V∶1V。育苗光周期为光期14 h，暗期10 h。播种时间为3月25日，3月28日起夜间增加光照，直至育苗期结束。

1.2 试验设计

试验采用单因素区组试验设计，育苗光期采用传统荧光灯照明，光照强度为（249±21）µmol·m-2·s-1；暗期采用 LED 补光（10 h），LED光源采用深圳市希兰光电有限公司生产的 LED灯珠，功率为 1 W，光质光谱采用LI-1400（美国基因有限公司）测定，波峰为650 nm，半波宽15 nm，其光谱分布图见图1。将LED灯珠每隔5 cm一个焊接在长条形的灯板上，利用增减灯板数量控制试验组的光照强度，试验组设置4个光照强度梯度，即4个处理，分别为：（45±10）µmol·m-2·s-1（A），（95±10）µmol·m-2·s-1（B），（145±10）µmol·m-2·s-1（C），（195±10）µmol·m-2·s-1（D）。每处理组设置 1 个穴盘，穴盘苗 128 株，3次重复。育苗期结束后，进行随机取样并测定其形态和生理指标，试验结果取平均值。

图1 LED灯珠光质波长分布曲线

1.3 测定项目

1.3.1 形态指标 采用随机取样，每次抽取10株。株高为从幼苗基部到生长点的长度，采用直尺测量；茎粗采用游标卡尺测量；植株地上部、地下部鲜质量及干质量的测定：将幼苗用蒸馏水冲洗干净，用吸水纸吸干水分后，置于分析天平上称质量，为植株鲜质量；幼苗称质量后在105 ℃下杀青15 min，然后在75 ℃下烘干至恒质量，于分析天平上称质量，为植株干质量。壮苗指数=（茎粗/株高+根干质量/地上部干质量）×全株干质量（韩素芹 等，2004）。

1.3.2 生理指标 超氧化物歧化酶（SOD）活性的测定采用氮蓝四唑法（李合生 等，2000），叶片过氧化氢酶（CAT）活性的测定采用紫外吸收法（李合生 等，2000）。叶片类黄酮与总酚含量的测定采用甲醇-盐酸浸提比色法（赵玉梅 等，2007），分别用OD325·g-1和OD280·g-1表示。

1.4 数据处理

试验数据采用Excel 2010，SPSS 20软件的ANOVA过程处理，显著性检验采用邓肯法进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同光照强度LED暗期补光对3种茄果类蔬菜苗期形态指标的影响

由表1可知，番茄：经过暗期补光处理后，番茄幼苗的株高均低于对照，其中以C处理的株高值最小，且C处理茎粗显著大于对照和其他处理；与对照相比，除D处理的番茄幼苗地下部干质量显著增加外，其他补光处理对番茄幼苗地上部干质量和地下部干质量无显著影响；C处理的壮苗指数较对照显著增加，其他补光处理与对照差异不显著。

辣椒：C处理的辣椒幼苗株高相比对照显著增加，其他处理均没有显著的变化，各处理茎粗均比对照显著增加，其中以C处理茎粗最大；生物量方面，C处理的地上部干质量和植株总干质量比对照显著增加。C、D处理的壮苗指数相比对照有显著增加，C处理最高。

茄子：4个处理的茄子幼苗株高相比对照均显著降低，B、C、D处理的幼苗茎粗、地上部干质量、地下部干质量、植株总干质量、壮苗指数相比对照均显著增加。

综合可知，与对照相比，补光处理后，绝大多数茄果类蔬菜的株高降低，茎粗增加，全株干质量和壮苗指数提高，即暗期补光的植株较对照徒长状态减轻。番茄和辣椒的处理组中以 C组光照强度效果最佳，茄子的处理组中B、C、D组光照强度效果差异不显著。

表1 不同光照强度补光处理对茄果类幼苗生长的影响

2.2 不同光照强度 LED暗期补光对 3种茄果类蔬菜幼苗抗氧化系统中酶活性和非酶系统物质含量的影响

由表2可知，番茄：与对照相比，补光处理对番茄幼苗叶片的SOD活性无显著影响，A、B、D组的番茄幼苗叶片的CAT活性有所增加，但与对照差异不显著，C组CAT活性较对照显著增加，A、B、C组的番茄叶片类黄酮和总酚含量与对照差异不显著，D组的总酚和类黄酮含量显著增加。

辣椒：与对照相比，C、D处理的辣椒SOD活性显著增加，各补光处理对辣椒叶片的CAT活性无显著影响，B、C组的叶片总酚含量比对照显著增加。4个处理组的叶片类黄酮含量均显著增加。

茄子：4个补光处理对茄子苗期SOD、CAT活性及叶片内的类黄酮和总酚含量均无显著影响。

表2 不同光照强度补光处理对茄果类幼苗抗氧化系统指标的影响

3 结论与讨论

光环境是植物育苗生产环节的重要影响和调控因素，作物叶绿素在红光区和蓝光区具有吸收峰值，故植物生长光合能效最高的辐射集中在红光和蓝光区。利用LED能效高、集中的特点，精准地提供人工光源成为目前研究的热点，光质对植物的形态建成和光合作用等方面有着不同的生理效应，利用不同的光质调节组合可以达到控制植物生长或者发育过程的目的（谢景 等，2012）。

本试验结果表明，与对照相比，暗期增加红光光照在一定程度上对茄果类蔬菜苗期的形态生长有促进作用：4个处理的番茄、辣椒和茄子幼苗，其株高明显降低，茎粗增加，壮苗指数提高，此结果与蒲高斌等（2005）、徐志刚等（2009）、张立伟（2010）的研究结果相似，红光光质可以增加幼苗的茎粗和干物质积累等形态指标，促进番茄幼苗的生长，抑制植株的徒长，有利于培育壮苗。

红光的补光处理在抑制茎的伸长方面有明显效果，其作用效果可能是红光通过降低植株体内的赤霉素含量，从而减少节间长度和植株高度。

不同光质对植株的抗氧化系统产生影响，影响抗氧化酶的活性及次生代谢物质含量（蒲高斌 等，2005）。本试验结果表明，补光处理可以提高番茄和辣椒的类黄酮和总酚的含量，同时也对抗氧化酶系统的CAT和SOD活性有一定的增加效果，有利于提高植株的抗逆性和对环境的适应能力，适用于培育壮苗。

根据试验结果，苗期补光对光照强度的要求是：番茄、辣椒以C处理，（145±10）µmol·m-2·s-1为宜，茄子的4种光照强度的处理中，B、C、D处理的壮苗指数及其他指标之间无显著差异，本着降低成本的原则，选择B处理，光照强度为（95±10）µmol·m-2·s-1为宜。

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