LED不同光质对设施葡萄品质与抗性的影响

刘勇，龚林忠*，何华平，王富荣，王会良，艾小艳，刘模发，王泽琼

（1. 湖北省农业科学院果树茶叶研究所，湖北武汉 430064；2. 武汉生物工程学院，湖北武汉 430415）

葡萄含有丰富的糖类、维生素、矿物质，味甜多汁，深受消费者喜爱，在我国南方呈迅速发展的趋势。葡萄为喜干怕湿作物，而我国南方产区常年雨水较多，病虫害危害较为频繁，因而生产上多采用避雨设施栽培[1]。葡萄设施栽培对于抵御外界不良环境的影响，提高葡萄品质，降低病虫害的发生具有显著的效果，但同时也存在光照不足的特点。

光照是作物生长发育的能量来源，作物的形态建成和新陈代谢过程与光照密切相关，光照条件的好坏直接影响到作物的产量和品质。因光照不足导致葡萄树势衰弱、抗性和品质下降已成为我国南方葡萄设施栽培中亟需解决的问题。随着发光二极管（light emitting diode，LED）技术的快速发展，使得低耗能的LED光源在现代农业领域中的应用成为现实[2]。本研究采用不同的LED光源组合对设施葡萄进行补光处理，比较分析不同处理葡萄植株在生长发育、果实品质、病害发生程度等方面的差异，以期筛选出一套适宜的LED光源组合，为本产区设施葡萄的优质、高产、高效栽培提供理论基础和实践依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验园位于武汉市江夏区金水闸，亚热带湿润季风气候，年均温16.8 ℃，年均降雨量1680 mm，无霜期266 d。试验园地势平坦，土壤肥力中等，黄粘土，pH为7.0，有机质含量13.6 g/kg[3]。

选择长势一致，生长健壮的6年生‘夏黑’葡萄扦插苗作为试材，株行距为1.5 m×3.0 m。全园避雨栽培，高干Y型整形，管理水平较好。试验用LED植物补光灯（购自深圳明瑞旌科技有限公司）。

1.2 试验方法

本试验共设置5种不同补光处理。处理1，红光∶蓝光＝1∶1；处理2，红光∶蓝光＝3∶1；处理3，红光∶蓝光＝6∶1；处理4，红光∶蓝光＝9∶1；处理5，不进行任何补光处理，作为对照。光源为不同红、蓝光比例的LED灯，距顶端叶幕1 m高，顺葡萄行向每3 m挂设一盏节能灯。每个处理各设3次重复（小区），每小区4株，5个处理；共15个小区，60株，小区随机排列，并挂牌标示。从5月上旬开始，每天18∶00～24∶00进行人工补光，持续补光60 d。

1.3 调查方法

果实完全成熟后，每个处理组合各取20个果穗测定穗重、粒重、果实纵径、果实横径、可溶性固形物含量、可滴定酸含量等指标，同时使用目测法测定果实色泽，具体方法参照吴小华等[4]，试验数据采用SPSS 16.0进行差异显著性分析。

参照方芳[5]制定的葡萄果实病害分级方法对不同处理果实上葡萄灰霉病的发生情况进行调查，计算不同处理果实的发病率、病情指数。

2 结果与分析

2.1 不同LED光源对葡萄品质的影响

补光60 d后，对不同补光处理葡萄果实品质进行了测量。结果显示，处理3在穗重和单粒重两项指标上极显著高于对照组（处理5），与处理1、2也差异明显；处理2、3、4中可溶性固形物含量均极显著差异于对照组，其中以处理4最为明显；可滴定酸含量以处理4最低，显著低于对照组，并与处理1、2、3差异显著。所有处理在葡萄穗长上没有明显差异（表1）。

表1 不同补光处理对葡萄果实品质的影响Table 1 Effect of different LED sources on the quality of 'Summer black' grape

2.2 不同LED光源对葡萄抗性的影响

对不同处理葡萄植株上灰霉病的危害情况进行了调查。调查结果显示，与对照相比四个补光处理均能够在一定程度上提高夏黑葡萄对灰霉病的抗性，其中处理1效果最好，葡萄灰霉病发病率和病情指数分别为4.88%、2.93，显著低于对照组的12.75%、9.02；其次为处理2，发病率和病情指数分别为6.49%、3.38；处理3与处理4的发病率都在10%以下，也明显低于对照组（图1）。

3 讨论与结论

葡萄设施栽培对于应对不良环境的影响，促早上市，提高果实品质等方面具有得天独厚的优势，因而近年来在我国南方产区发展迅速。南方产区普遍存在高温多雨、空气湿度大、光照条件差的气候特点[6]，加之设施覆盖材料遮蔽和过滤作用导致设施内部光照不足的现象时有发生。葡萄是喜光植物，对光敏感，光照不充足时易引起落花落果[7]。因光照不足导致葡萄树势衰弱、产量和品质下降已成为我国南方葡萄设施栽培中亟需解决的问题。

已有的研究结果表明，在380～760 nm的可见光光谱范围内，植物光合作用可吸收的光能主要是波长为610～720 nm的红、橙光以及波长为400～510 nm的蓝、紫光[1]。LED能够发出植物生长所需要的单色光，各种LED单色光组合后，可形成与各种植物光合作用相吻合的光谱，提高光能利用效率[2]。不同的研究者先后证实LED光源能够明显促进百合、菊花、莴苣、双蝴蝶兰等植物的生长发育[8-11]。与此同时，低耗能的LED人工光源在葡萄离体组织培养中也得到了广泛应用。Anzelika等[12]在葡萄组织培养中发现，蓝光虽然阻止了葡萄试管苗的生长，但能促进叶片的形成和各种光合色素的合成，同时发现远红光对试管苗干鲜重的积累和光合色素的合成也都有明显的影响；Puspa等[13]报道红光对葡萄株高、节间的生长均具有明显的促进作用；马绍英[14]比较分析了不同LED光源对葡萄试管苗的生长发育动态、色素含量、气孔、酶活的影响。

图1 不同处理夏黑葡萄上灰霉病的发生情况Figure 1 The occurrence of gray mold on 'Summer black' grape in different treatments

以上研究多是基于组培试验为基础的，而将LED应用于葡萄设施田间生产的研究则相对较少。为此，本课题组成员开展了不同LED光源对设施葡萄的补光试验，结果表明，四个补光处理在葡萄穗重、单粒重、可溶性固形物等指标上均要明显高于对照组，表明LED光源能够有效提高葡萄果实的品质，这与郑晓翠等[15]的研究结果相符合。在适当范围内，红光比例的增大可有效促进果实产量、糖分积累及果实着色，表明红光可能更有利于葡萄果实的生长和成熟。余阳等[1]报道LED复合光质不仅可促进‘夏黑’葡萄叶片的光合速率，还提高了叶片SOD、POD、MDA等抗氧化酶的活性。最近，付雁南[16]的研究也证实，蓝光、红光能够抑制灰霉病菌丝的生长，提高番茄叶片中SOD、POD和CAT等抗氧化酶的活性。由此推测本试验中的LED复合光质可能提高了‘夏黑’葡萄体内抗氧化酶活性，从而激活了葡萄的防御反应体系，加上LED光质自身的抑菌作用，导致LED补光处理葡萄上灰霉病的危害程度明显低于对照组。

综上所述，本试验得出的结论与前人的结论类似，证实不同的LED光质可以有效提高设施葡萄的果实品质，同时能够明显提高葡萄自身的抗性，为南方设施栽培葡萄进行补光处理提供了有益的启示。同时，关于不同LED光源组合对葡萄的果实品质影响机制及抗性作用机理有待进一步深入研究。