LED照明对生菜育苗的影响研究

苏志能，洪燕南，陈大华，陈光彩，杨 婷

(1.广东绿爱生物科技股份有限公司，广州 529728；2.复旦大学 电光源研究所，上海 200433)

LED研究

LED照明对生菜育苗的影响研究

苏志能1，洪燕南1，陈大华2，陈光彩1，杨 婷1

(1.广东绿爱生物科技股份有限公司，广州 529728；2.复旦大学 电光源研究所，上海 200433)

探讨了在4种不同光谱能量分布(Spectral Power Distribution 简称 SPD)的LED灯照明下，不同类型和品种的生菜育苗生长情况，研究表明SPD对不同生菜的影响趋势类同，生长节点接近，周期变化不大,但红光含量高时，生菜垂直生长优势尤为明显，蓝光含量高时，品种特性影响上表现更为突出，这一结论对今后人工照明培育生菜有一定的指导意义。

LED；生菜；光谱能量分布

1 试验对象

太阳辐射总能量中可见光(380～780 nm)约占50%，其中红蓝光光谱能量分布与叶绿素吸收光谱区相吻合，是光合作用的主要能源。在植物生长过程中红光能诱导种子萌发，茎杆伸长，植物开花，老叶脱落，干物质积累等。已有研究表明，经红光处理的番茄幼苗碳水化合物含量、C/N比均最高，青蒜苗株高，假茎粗、假茎长、植株干重/鲜重高于其他光处理。蓝光则影响植物叶绿素、花青苷、蛋白质与非碳水化合物的积累，促进营养器官生长，使植物结实健壮。在对3种蔬菜6个品种幼苗试验中得知，蓝光处理的辣椒壮苗指数和干样质量均达到最大。绿光对植物的生长作用表现不明显，黄橙紫青光的研究也不多，尚不明确其在植物体内具体的作用机理。不过已有研究发现黄光有利于叶用莴苣的生长发育。在红蓝光基础上添加一定量的黄光有助于不结球白菜植株光合色素积累。不同的光质对植物生长生理影响有所区别，因此选取合适的SPD人工照明，能促进植物茁壮生长，这一研究已成为农业的研究热点，并取得了十分可观的效益。作为广明源光科技股份有限公司的子公司，成立于2015年的广东绿爱生物科技股份有限公司，是一家集现代农业、植物照明、作物生产、技术服务于一体的高新企业。公司主要从事LED植物照明灯的研发、生产、销售，可为客户提供专业、高效、节能、环保的LED室内植物照明工厂的规划与设计方案。公司在华南地区拥有1座全封闭式LED人工光照明植物工厂，占地面积690 m2，种植总面积可达6 000 m2，在植物照明研究中已有比较深厚的经验累积，成为中国这一领域有影响力的公司之一。

研究选取的是生菜(Lactuca sativa)，即叶用莴苣的俗称，属菊科莴苣一年生或二年生草本蔬菜。原产欧洲地中海沿岸，由野生种驯化而来，古希腊人、罗马人最早食用。在中国，东南沿海大城市近郊、两广地区栽培较多，是百姓接受程度高的食用叶菜之一。它含有大量β胡萝卜素、抗氧化物、维生素，还有大量膳食纤维和微量元素Mg、P、Ca及少量的Fe、Cu、Zn，食用营养价值及药用保健功效都很高。人工照明选用LED灯，因为他有单色可调、省电、安全、尺寸小、冷光源、窄光谱、环保等一系列优点，符合现代农业节能高效、环境友好的发展方向，LED光源的使用和逐步普及将会使密闭式植物工厂的多层立体栽培优势得到充分发挥，作物种植生产集约化、工厂流程化将更为成熟，在缓解土地压力上起到举足轻重的作用。目前人工照明以红蓝复合光为栽培生菜的光源，对提高生菜的产量和营养品质具有显著效果，而且合适的红蓝比例也是育苗品质重要影响因素之一。例如，8R/2B红蓝组合光对黄瓜幼苗生长、株高、壮苗指数、植株干物质量有显著促进作用，许多研究证实了这一结果，而1R/1B有利于黄瓜幼苗叶绿体的发育和高光合速率的实现。随着R/B值的增加黄瓜幼苗的生长发育中干质量、鲜质量、叶面积、叶绿素含量、光合速率变化趋势都呈现先增加后降低的趋势。在红蓝光比例1∶1到8∶1之间，选取4种不同SPD的LED照明，探究它们对生菜幼苗的生长变化影响，为相关LED照明产品的研发，提供较为全面的依据。

2 试验材料、试验步骤和结果

试验选取了皱叶生菜、直立生菜、结球生菜3大类。皱叶生菜品种：特红皱(有色)、红卷叶(有色)、黑木耳(有色)、橡叶(绿色)、大速(绿色)、耐抽苔(绿色)，直立生菜品种：紫油麦(有色)、紫冠(有色)、紫珊(有色)，结球生菜品种：泰国结球(绿色)。所选取的人工照明LED灯分别为1号灯 (4R/1B)、2号灯 (4R/2B)、3号灯(4R/3B)和4号灯 (4R/3B) 。4种LED红蓝光比值上，1号灯>2号灯>3号灯≥4号灯，绿光含量2号灯>3号灯>1号灯>4号灯，其SPD如图1所示。

图1 红蓝光谱分布图

试验步骤如下，用育苗海绵作为基质进行播种，置于黑暗环境中3 d，待种子发芽后置于4种LED灯下照明，每天照射9.5 h，当子叶完全展开后，添加EC 1.2 mS/cm的营养液。试验期间温度维持在20～25 ℃，湿度60%～80%。12 d后，测量其根系长度、上胚轴长度、下胚轴长度、真叶数这些常规指标。采用EXCEL和DPS7.05对实验数据进行统计分析和差异性分析。

在不同SPD人工照明下，特红皱生菜幼苗生长的影响如图2所示。3号灯照射下的特红皱生菜根系最长，明显比1号灯、2号灯照射下的长，2号灯照射下根系最短。下胚轴、上胚轴均以1号灯照射下的最长，上胚轴与其他照射下对比差异性显著，而下胚轴相互比较差异性不明显。2号灯照射下的上胚轴也显著长于3号灯和4号灯，而以3号灯的最低。4种灯照射下生菜的真叶数没有明显的差异，只抽出2片真叶。总体上，特红皱生菜1号灯照射下茎叶生长速度较快，但叶柄纤细，植株瘦长，而3号灯照射下的根系长，覆盖面积广，植株偏粗矮。

图2 特红皱生菜指标数据 注：图中同组数据标不同小写字母表示差异显著性(p<0.05)，除真叶数，其余单位均为cm，下同。

不同的SPD对红卷叶生菜幼苗生长的影响如图3所示。红卷叶生菜在4种不同SPD的LED照射下，其根系长度、下胚轴长度、植株的真叶数都没有明显差异。1号灯照射下的上胚轴长度要显著长于其余3种灯。总的来说，在几种灯照射下的红卷叶生菜生长进度比较接近。1号灯照射下的红卷叶生菜地上部份长势强，叶柄纤长，纵向生长更为直观。3号灯和4号灯照射下的地下生长快，接触面积大些。

图3 红卷叶生菜指标数据

不同的SPD对黑木耳生菜幼苗生长的影响如图4所示。黑木耳生菜根长以4号灯照射下的最短，显著短于3号灯下，其余照明下对比差异显著性不大。1号灯照射下的上胚轴、下胚轴比较长，4号灯照射下的最短。3号灯与4号灯照射下的上胚轴对比差异性显著，下胚轴效果无明显差别。此次育苗过程中，黑木耳生菜真叶数接近，无明显的差别，其新叶抽出的速度也比较接近。综上所述，1号灯照射下的黑木耳生菜地上部及根系生长速度飞快，植株修长，叶色浅淡，2号灯照明下的植株茎干生长水平次之。3号灯照射下根系发达，上胚轴较长，叶片黑紫色明显，对植株抗病抗倒伏和提高蔬菜品质有其独特作用。

图4 黑木耳生菜指标数据

不同的光配方对橡叶生菜小苗生长的影响如图5所示。1号灯照射下的橡叶有机生菜根系长度、上胚轴比较长，其次为4号灯、3号灯，2号灯照射下最短。其中1、4号灯与2号灯照射下的对比差异性显著。1号灯照射下的下胚轴明显大于3、4号灯，其余处理差异不大。与黑木耳生菜一样，橡叶有机生菜在4种灯照射下的真叶数基本相当，都有3片真叶且无明显的差异。综合各种指标，1号灯照射下的橡叶生菜生长速度更快。

图5 橡叶有机生菜指标数据

不同的光配方对大速生菜幼苗生长的影响如图6所示。在4种不同SPD的LED灯育苗试验中，4号灯照射的大速生菜根系最长，1号灯次之，2号灯照射下的根系长度最短。1号灯照射下的大速生菜上胚轴显著长于3号灯、4号灯照射下的，而3号灯照明下的与2、4号灯照射下的对比差异性也十分显著，其值为最小，植株看起来较矮小。1号灯照明的下胚轴与2号灯照射下的差异性不显著，但都显著长于3、4号灯照射下的结果。真叶数以4号灯照射下的最多，效果最显著，3号灯照射下次之，以1号灯照射下真叶数最少。综上所述，4号灯照射下的大速生菜根系长，能增加养分的吸收面积，真叶数多，有利于加强光合反应，1号灯照射下的茎节伸长明显，小苗纵向生长速度遥遥领先，2号灯下次之，3号灯下的纵向生长不突出。

图6 大速生菜指标数据

不同的SPD人工照明对耐抽苔生菜小苗生长的影响如图7所示。耐抽苔生菜根系长度以及真叶抽出数目以4号灯照射下的值为最大，1号灯照射下的值最小，但除了1号灯和4号灯照射下的真叶数有明显差异外，其余并无明显的差异性。而上下胚轴的处理以1号和2号灯照射下的较大，与3号灯、4号灯的对比差异性显著，3号灯照射下的上下胚轴都最短，但与4号灯的对比并无显著性差异。总的来说，4种灯照射下的耐抽苔生菜根长并没有突出差别。1号灯、2号灯照射下茎株生长快于其他，植株亭亭玉立，叶色淡绿。

图7 耐抽苔生菜指标数据

不同光配方对紫油麦菜幼苗生长的影响如图8所示。1号灯照射下的紫油麦菜上胚轴突出，根系发达。4号灯照射下的值最小，但各种照明下无显著差异。下胚轴以2号灯照射下为最大，1号灯次之，3、4号灯最小，1、2号灯照射下显著长于3、4号灯。真叶数则以4号灯照射下的最多。由此可知，4种SPD的LED灯照射下，对紫油麦菜的根长、上胚轴、真叶数生长并无显著性差异。1、2号灯照射下的地上茎干偏长，3、4号灯照射下植株高度增长稍缓慢，叶片浓紫绿色，与紫油麦菜室外种植所原有的品质色泽相接近。

图8 紫油麦菜指标数据

不同SPD的LED照明对紫冠生菜小苗生长的影响如图9所示。紫冠生菜各LED灯照射下根长无显著性差异，1号灯照射下的偏长，上胚轴1号灯照射下的值最大，显著大于2、3、4号灯的。此外1、2号灯照射下的紫冠生菜下胚轴显著长于3、4号灯照射下的。真叶数方面，除了2号灯照射下的偏少，其他几种照明下其真叶数相差不大。综上所述，1、2号灯照射下的紫冠生菜茎株生长速度比较快，2号灯照射下抽叶缓慢，颜色浅绿，色泽差异较大。3、4号灯照射下长得慢，叶色深紫，接近紫冠生菜品种形态的原始色泽。

图9 紫冠生菜指标数据

不同光配方对紫珊生菜小苗生长的影响如图10所示。紫珊生菜根长、上胚轴、下胚轴、真叶数所有测量指标均以1号灯照射下的值为最大，2号灯次之。在根长、上下胚轴方面，1、2号灯照射下的显著长于3、4号。且4种灯照射下的上胚轴之间对比差异显著。抽出真叶数无明显区别。与紫冠生菜相似，叶色以3、4号灯处理的偏深紫色，原因也可能相同。综上所述，1号灯照射的紫珊生菜根系长度、上下胚轴、叶片等生长速度领先，3、4号灯照射的整体长势比较缓慢，不过叶面深紫，色泽良好，是1、2号灯照射下欠缺的。

图10 紫珊生菜指标数据

不同光配方对结球生菜幼苗生长的影响如图11所示。结球生菜根系长度以4号灯照射下的值最大，2号灯照射下的值最小，但各照明相互之间对比无明显的差异。上胚轴以2号灯照射下的值最大，显著大于3、4号灯的，3号灯照射下的值最小。下胚轴1、2号灯照射下的偏长，显著长于3号灯照射下的。其真叶数无明显差异。综上所述，1、2号灯照射下的结球生菜上下胚轴生长迅速，各照明下根系长度、真叶数无显著性差异。

图11 结球生菜指标数据

3 结 论

4种不同SPD的LED灯照明，对不同品种生菜的生长影响趋势大致相同。在1、2号灯照射下的生菜上下胚轴的长度基本都长于3、4号灯，植株纤长挺拔，根部以上纵向生长趋势尤为突出，但叶色较淡，有色生菜褪色变绿趋势明显，与生菜原色泽相差较大。3、4号灯照射下植株垂直方向生长缓慢，株高不突出，但叶片颜色较深，有色生菜色泽比较正常。各品种生菜在不同灯光处理下叶片差别不大，趋势基本相同，生长节点和周期相近。红光含量比例高则垂直生长优势明显，蓝光比例高则品种特性上表现更突出。红光能诱导种子萌发、茎杆伸长等，红光比例越高植株纵向生长就会越快，茎干也会伸得越长，植株就越高。蓝光比例高则影响植物叶绿素、花青苷、类叶色素合成，直接或间接影响植物胚轴的伸长、酶的调节和合成、气孔张开、叶绿体的成熟和光形态建成，使植物结实健壮。红光过高易导致幼苗徒长，不利于壮苗抗倒伏，病虫害的抵抗力也相对较弱，蓝光过高会严重抑制植物生长，不利于幼苗顶端优势，出现老小苗现象。

单从幼苗外观形态生长指标上，选择1号灯照明育种，无论根系长度，还是地上部生长等方面都具有较大的育苗生产效益，满足生产需要。2号灯处理的普遍根系不发达，暂时不建议使用。若更看重育苗的品质指标，3、4号照明也具有特别的优势，不过幼苗长势偏缓慢，难以满足规模化育苗生产。此后可结合这几种灯的优点，进一步调整灯的SPD，在保证良好品质的基础上，进一步促进生菜小苗茁壮生长，实现育苗的产量化、优质化。

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Study on Seedling Growth of Lettuces under the LED Illuminating

SU Zhineng1，HONG Yannan1，CHEN Dahua2，CHEN Guangcai1，YANG Ting1

(1.Guangdong Lvai Science & Technology of Organism Co.,Ltd.Guangzhou 529728,P.R.China； 2.The Institute for Electric Light Sources,Fudan University, Shanghai 200433,P.R.China)

The seedling growth of different type of lettuces under LED illuminating with 4 different kinds of spectral power distribution (SPD) has been investigated . The results showed that the effects of the seedling growth of different type of lettuces under LED illuminating with the 4 kinds of SPD is basically same ，the growing nodes and period are not obviously changed . However，when the red light is higher the vertical growth of lettuces is more obvious and when the blue light is more the influence of growth for various lettuce is more strong . The conclusion of our research work might be useful for the seedling growth of lettuce in the future for others.

LED；romaine lettuce；spectral energy distribution

2017- 04-10 作者简介：苏志能，男，广东绿爱生物科技股份有限公司。