LED光质对水培瞿麦生长及氮磷吸收的影响

赵姣姣 杨其长 刘文科

(中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所，农业部设施农业节能与废弃物处理重点实验室，北京 100081)

瞿麦 (dianthus superbus)，别名十竹子花、野麦、石桂花，石竹科多年生草本药用植物，全草入药有通经、利尿的功效［1］。因为其花色艳丽，常用来布置花坛、花境或岩石园，也可用于盆栽花卉或切花［2］。目前瞿麦的栽培主要为陆地土壤栽培。然而随着药用植物的连年种植，药用植物连作障碍问题日益凸显，而且栽培过程中化肥农药的大量使用导致土壤中硝态氮、重金属及其它有害元素残留超标，并且通过植物的富集作用进入药用植物体内，影响药用植物产量和品质，调查数据表明，我国中药材总铜、铅、砷、镉、汞的超标率分别为21.0%、12.0%、9.7%、28.5%、6.9%［3］。无土栽培技术因其特有的优点，环境可控、病虫害可控、清洁无污染等日益受到人们的青睐，然而目前无土栽培技术多用于蔬菜的栽培，药用植物无土栽培技术的研究只限定在几种贵重药材上，如西洋参［4］、石斛［5］。对常用药用植物的无土栽培研究，尤其是瞿麦的无土栽培研究未见报道。

作为植物生长最重要的环境因子，光对植物生长有重要作用。光通过光质、光强和光周期影响植物的生长发育，其中光质调控植物的生长、形态建成、物质代谢及基因表达等。LED即发光二极管，具有结构简单、重量轻、体积小、抗震性好、安全性高等属性特点，以及光效高、窄波普、光质纯、低能耗、冷光源、寿命长、响应快、使用方便和环保型高等光电优势，而广泛应用于设施园艺作物的栽培上［6］，如黄瓜［7］、生菜［8］、烤烟［9］、铁皮石斛［10］。本文以LED红蓝光质为切入点研究不同光质对水培瞿麦的生长及氮磷吸收的影响，以期为瞿麦无土栽培的实现提供科学根据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

瞿麦种子购于安国市药材市场。2012年9月14日育苗，9月28日移栽至营养液中，营养液中氮浓度 5mmol·L－1，基础营养组成为 (mmol·L－1):0.5Ca(NO3)2，0.75K2SO40.5KH2PO4，0.1KCl，0.65MgSO4，1.0x10－3H3BO3，1.0x10－3MnSO4，1.0x10－4CuSO4，1.0x10－3ZnSO4，5x10－6(NH4)6Mo7O24，0.1EDTA－Fe。每桶营养液4.3L，每个处理重复4次，每盆4株。2012年11月23日开始光处理，光处理一个月。

1.2 试验设计

光质处理设3个处理即白光、红光、红蓝:1:3，栽培盆上边缘到LED灯20cm处光强为200μmol·m－2·s－1，每天光处理12小时。试验采用70W的LED筒灯进行照射，每个灯下一处理，光强用Licor－250A照度计测定。

1.3 样品测定

光处理一个月后，分别收获瞿麦地上部和根系，地上部测定鲜重、干重、株高、茎粗，根系测定鲜重、干重、根长等生物学形状。地上部和根系105℃杀青，80℃烘干后，用粉碎机粉碎磨细后，测定植株中全氮和全磷含量。全氮采用凯氏定氮法测定，全磷采用钒钼蓝比色法测定［11］。

1.4 数据分析

应用Excel2003和SAS8.2统计软件对数据进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 LED光质对瞿麦生长的影响

2.1.1 LED光质对瞿麦生物量的影响

由表1可以看出，不同LED光质对瞿麦的地上部鲜重、株高和根长无显著影响，各处理之间没有差异，但是红蓝光处理下瞿麦茎粗、根鲜重、地上部干重和根干重最大。同时，在地上部鲜重在3个光质处理相似的情况下，红蓝光下的地上部干重显著大于其它两个处理，说明红蓝光3:1处理有利于地上部干物质的积累，为根系生物量及干物质量的增加奠定基础。红蓝光下根系鲜重和干重大于白光和红光处理，与白光和红光相比，红蓝3:1处理更有利于根系生物量和干物质的积累，在白光和红光之间，白光较红光有利于干物质的累积。由此可见，红蓝1:3可促进瞿麦茎的增粗和生物量的增加，但是对株高和根长没有显著地促进作用。

表1 光质对瞿麦生物量的影响Table 1 Effect of light quality on biomass of Dianthus Superbus

2.1.2 LED光质对瞿麦开花的影响

光处理20天后，红蓝光处理瞿麦首先现蕾开花其次为红光处理，至收获白光处理下瞿麦始终没有开花 (图1)。而且，红蓝光处理瞿麦开花时间比比红光早了10天，白光处理下始终没有开花。由此可见，红蓝1:3的组合处理可促进水培瞿麦开花。

图1 不同光质下瞿麦开花现蕾情况 (由左到右依次是白光、红光、红蓝1:3)Fig.1 Blossom situation of Dianthus Superbus under light qualities(From left to right in turn is white light，red light，red and blue 1:3)

2.2 LED光质对瞿麦氮吸收的影响

由表2可以看出，不同光质处理下瞿麦地上部和根系含氮量无差异。红蓝光下地上部氮吸收量最大，红光次之，白光下最低。红光处理下根系氮吸收量最大，其次为白光和红蓝光。由此可见，光质对瞿麦氮含量没有影响，红光有益于根系氮吸收，红蓝1:3则有益于地上部氮吸收。

表2 不同光质下瞿麦地上部和根系氮含量及氮吸收量Table 2 Nitrogern content and uptake of Dianthus Superbus under different light quality

2.3 LED光质对瞿麦磷吸收的影响

由表3可以看出，瞿麦地上部及根系含磷量和根系磷吸收量在不同光质处理之间没有显著性差异，但在红光处理下地上部磷吸收量显著降低。由此可见，红光抑制了瞿麦地上部磷的吸收。

表3 不同光质下瞿麦地上部和根系磷含量及磷吸收量Table 3 Phosphorus content and uptake of Dianthus Superbus under different light quality

3 结论与讨论

前人研究表明不同光质对植物生长的影响不同，由于研究选用的植物种类、生长条件、生长时期及环境条件不同，不同光质对植物生长的影响的结论也不尽相同。与白光相比，LED蓝光处理生菜可提高生菜的生物量［12］，补充红光处理提高了黄瓜幼苗的株高、干鲜质量等农艺性状［13］。曹刚等［14］研究发现与单色光处理相比红蓝组合光更有利于黄瓜幼苗的生长。同时，光质影响作物对营养物质的吸收，如蓝光促进水稻黄化幼苗吸收NO3－，增加体内NO3－含量，并促进NR(硝酸还原酶)的诱导，红光对初级氮的同化过程表现出抑制作用;光质能调节高等植物的碳水化合物和蛋白质的代谢，蓝光下生长植物的蛋白质含量较高，而红光下生长的植物碳水化合物含量通常较高［15－17］。植株干物质的累积与分配也受光质的影响，红光与红外光的比值降低能减少植株干物质的累积，且大量物质分配到叶片［18］，蓝光处理可显著促进水稻幼苗蛋白质合成代谢［16］。植物开花主要受低温春化、光周期、光照条件的影响，而光照控制植物开花的生理效应主要与植物体内光敏色素的转化有关。光敏色素在植物体内主要以两种形式存在:一种是红光吸收型，简称Pr，另外一种是远红光吸收型简称Pfr。植物成花主要取决于二者比例的大小，当Pfr/Pr的比值高时，促使长日照植物开花，反之则促进短日照植物开花［19］。

本文研究结果表明在本试验条件下可实现水培瞿麦的生长，且红蓝光有助于水培瞿麦生物量的累积以及促进瞿麦开花，而红光则有助于瞿麦氮磷的吸收。然而，本试验中红光和红蓝光对瞿麦生长和氮磷吸收的反应不同，其原因可能是光质处理时间较短。本文研究中红蓝组合光瞿麦优先开花的原因可能是红蓝组合光照射瞿麦导致瞿麦体内两种类型的光敏色素发生改变，诱导瞿麦开花。有研究证实［20，21］远红光、蓝光可通过光敏色素和隐花色素促进植物开花，红光通过光敏色素抑制开花。但有关LED光质对瞿麦开花影响的机理还需要进一步研究。本研究结果表明与红光和白光相比，红蓝1:3组合光提高瞿麦中干物质的累积，与前人的研究结果相似。

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