不同LED光源对西瓜幼苗SPAD值、光合参数及生理品质的影响

秦伟　陈昆　赵跃锋　张清华

摘 要：为探究西瓜幼苗生长所需最佳LED光源，在智能温室借助栽培架进行光质照射试验，设置白光（W）、红光（R）、蓝光（B）、红蓝光（R3B2）、红蓝光（R7B3）5个光源水平，研究不同光质照射对西瓜幼苗SPAD值、光合参数及生理品质的影响。结果表明，红光、红蓝光（R3B2）、红蓝光（R7B3）处理下西瓜幼苗叶片光合速率均高于白光对照，较对照分别提高38.82%，15.55%和21.23%，蓝光处理下最低；蒸腾速率和气孔导度的变化规律与光合速率一致，胞间CO2浓度与光合速率呈现负相关关系。西瓜幼苗叶片SPAD值以蓝光处理下最低，红蓝R7B3处理下最高，单只红光或蓝光质下SPAD值低于红蓝复合光质。硝酸盐含量以蓝光下最高、红光下最低，可溶性糖和维生素C含量以红光下最高，可溶性蛋白含量以蓝光下最高。西瓜幼苗维生素C含量与硝酸盐具有负相关关系。

关键词：西瓜；光质；SPAD值；光合参数；生理品质

中图分类号：S512.1 文献标识码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2018.11.003

Effects of Different LED Light Sources on SPAD Value， Photosynthetic Parameters and Physiological Quality of Watermelon Seedlings

QIN Wei， CHEN Kun， ZHAO Yuefeng， ZHANG Qinghua

（Shangqiu Academy of Agricultural and Forestry Sciences， Shangqiu， Henan 476000， China）

Abstract： In order to explore the best LED light source for the growth of watermelon seedlings， 5 light source levels of white light （W）， red light （R）， blue light （B）， red blue light （R3B2） and （R7B3） were set up in the intelligent greenhouse with the help of the cultivation frame， to study the SPAD value， photosynthetic parameters and physiological products of watermelon seedlings with different light quality irradiation. The results showed that the photosynthetic rate of the leaves of watermelon seedlings under the treatment of red， red blue light （R3B2） and red blue light （R7B3） were higher than that of the white light control， which increased by 38.82%， 15.55% and 21.23%， respectively， and the lowest under the blue light treatment. The change of transpiration rate and stomatal conductance was the same as the photosynthetic rate， and the intercellular CO2 concentration was negatively correlated with the photosynthetic rate. The SPAD value of watermelon seedling leaves was the lowest under blue light treatment， while red blue R7B3 treatment was the highest. The SPAD value of single red or blue light was lower than that of red blue compound light. Nitrate content was highest under blue light and lowest under red light. Soluble sugar and vitamin C content were highest under red light， and soluble protein content was highest under blue light. Vitamin C content in watermelon seedlings was negatively correlated with nitrate content.

Key words： watermelon； light quality； SPAD value； photosynthetic parameters； physiological quality

光是植物生長发育的重要环境因子，植物通过向光素（phototropin，PHOT ）、隐花色素（cryptochrome，CRY）、光敏色素（phytochrome，PHY）和UV-B受体（UV-B receptor）等各种光受体去感知环境中光强、光质和光周期等光信号的变化。在380～760 nm范围内的波长被植物机体分子吸收后可产生一系列的化学反应[1]，进而影响植株的形态建成、生长发育及生理代谢等。目前，有关光质在茄子、生菜、番茄、莴苣、青蒜苗、乌塌菜等[1]蔬菜上已有众多研究，而西瓜在光质方面的研究较少，仅曹丹丹等[2]研究报道了4种不同光照对西瓜苗形态指标的影响。当前，国内对西瓜的研究主要集中在施肥方式、轮作模式、逆境胁迫、病害机理研究等方面，而有关光质对西瓜幼苗SPAD值、光合参数和生理品质等方面的研究报道较少。

LED作为新的照明光源，与金属卤化物灯、白炽灯和高压钠灯等传统光源相比，具有光谱性能好、光质单一、冷光源、光能利用率高、寿命长、体积小和重量轻等众多优点，在设施植物栽培补光上应用便捷，在蔬菜育苗工厂和科研试验场所LED光源被广泛应用。

本试验借助LED光源，设置白光（W）、红光（R）、蓝光（B）、红蓝光（R3B2）、红蓝光（R7B3）5个光源水平，研究不同光质照射对西瓜幼苗SPAD值、光合参数及生理品质的影响，以期为光质环境调控下西瓜品质的提高及光质对植物生长的调控机理提供数据支撑。

1 材料和方法

1.1 供试材料

以西瓜品种‘8424种子为试验材料。

1.2 试验设计

试验于2018年4月10日进行。试验设5个LED光源水平：W，以白光为对照（CK）；R，655.7 nm的红光；B，456.2 nm的蓝光；R3B2，3∶2的红蓝光；R7B3，7∶3的红蓝光。在栽培架顶部安装LED照明设备，高度可上下自由调节，在光照处理期间使LED光源与西瓜幼苗始终保持约45 cm的距离，光强为320 μmol·m-2·s-1。

西瓜种子浸种催芽后均匀播种于长60 cm 、宽40 cm 、高20 cm的塑料盆中，盆中装入厚度约15 cm的无病菌基质，每盆播种6穴，每穴播种2粒，在种子上方覆盖厚1.0～1.5 cm的基质并轻轻镇压，每水平设置3次重复，供播种15盆。种子出苗第4 天进行剔苗，每穴留1棵苗子，用剪刀从茎基部将弱苗剪断，出苗第5天開始对西瓜苗进行光照处理，每水平光源下放置3盆，白天温度控制在27～30 ℃，夜间15～18 ℃，每天光照10 h，空气湿度80%～90%，光照处理时间为15 d。处理期间不再施肥，浇水情况根据基质干湿度而定。光照处理结束后，测定幼苗叶片SPAD值、光合特性及品质。

1.3 测定指标及方法

5月5日，分别用SPAD-502叶绿素仪和LI-6400便携式光合仪测定西瓜幼苗第2张叶片的SPAD值和光合速率，每水平选有代表性植株测定3次，结果取平均值。

硝酸盐、可溶性糖、可溶性蛋白和维生素C含量的测定分别采用浓硫酸-水杨酸比色法、蒽酮比色法、考马斯亮蓝G-250法和2，6-二氯靛酚比色法[3]。

1.4 数据分析

用Excel 2007软件进行数据处理和作图，用DPS 7.02软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同光质对西瓜幼苗叶片光合特性的影响

由表1可知，在红光、红蓝光（3∶2）和红蓝光 （7∶3）处理下西瓜幼苗叶片光合速率均高于白光对照，较CK分别提高38.82%，15.55%和21.23%；蓝光处理下最低，较CK降低41.66%，各处理与对照均达到显著及极限著差异水平（P<0.05）。气孔导度的变化趋势与光合速率一致，数值大小顺序为红光>红蓝光R7B3>红蓝光R3B2>白光>蓝光。胞间CO2浓度以蓝光下最高、红光下最低，大小顺序为蓝光>白光>红蓝光R3B2>红蓝光R7B3>红光，与光合速率表现出负相关关系。

2.2 不同光质对西瓜幼苗叶片SPAD值的影响

从图1可以看出，不同光质对西瓜叶片SPAD值影响差异显著。西瓜幼苗叶片SPAD值在红光、蓝光处理下均低于白光对照，且以蓝光处理下最低，较对照降低27.35%；而红蓝复合光质处理下叶片SPAD值均高于白光对照，且以红蓝光R7B3处理下最高，较对照增加17.76%。红、蓝2种光质单作SPAD值均低于对照，但二者组成的红蓝复合光质处理下SPAD值均高于对照，这表明光质对西瓜幼苗叶片叶绿素含量的影响不仅仅是二者的简单叠加，还存在某种方式的加性效应。

2.3 不同光质对西瓜幼苗生理品质的影响

由表2可知，不同光质处理对西瓜幼苗生理品质的影响存在明显差异。硝酸盐含量以蓝光下最高、红光下最低，分别较对照白光提高12.77%和降低36.88%，差异极显著，这表明蓝光对硝酸盐积累有促进作用，红光对硝酸盐的积累有抑制作用，或者是红光通过某种机理加速了硝酸盐在体内的分解。红光、蓝光、红蓝光R3B2、红蓝光R7B3处理下西瓜幼苗可溶性蛋白质含量和维生素C含量均高于白光W，但可溶性糖和维生素C含量以红光下最高，较白光分别提高14.54%和92.00%，可溶性蛋白含量以蓝光下最高，较白光提高49.52%，差异极显著（P<0.01）。另外，从表2还可以看出，西瓜幼苗维生素C含量与硝酸盐具有负相关关系。

3 讨 论

植物光合、蒸腾、基因表达及次生代谢等受光信号的调节，而光信号受光质和光强的调控。杨晓健等[4]研究认为，在红光处理下青蒜苗光合速率最大；张瑞华等[5]研究指出，绿光处理下生姜光合速率最高；谢景等[6]研究得出，蓝光照射有利于黄瓜幼苗净光合速率的提高。本试验结果表明，在红光处理下西瓜幼苗叶片光合速率最大，这表明不同植物的光合速率对光质的响应机理存在差异。本试验条件下，西瓜幼苗红光能显著提高叶片光合速率，可能是因为光合细胞结构受光质的影响[7]。叶片光合速率在红光下最高、胞间CO2浓度最低，而在蓝光下光合速率最低，但胞间CO2浓度最高，光合速率与胞间CO2浓度二者间呈现负相关关系，可能与光合作用消耗CO2有关。

光是绿色植物叶绿素合成及叶绿体发育的重要影响因素之一，光合色素含量的高低对叶片光合特性有重要影响[8-9]。刘丹等[10]研究认为，红蓝组合光能显著提高黄瓜幼苗叶绿素含量。许莉等[11]研究认为，葛芭叶片叶绿素含量在红光下升高，在蓝光下降低。而本试验结果表明，西瓜幼苗叶片SPAD值含量在红蓝光R7B3处理下最高，蓝光处理下最低，红光处理下也低于对照，说明光质对西瓜幼苗叶片SPAD值的影响不单单是简单的光质叠加，还存在某种形式的互作加性效应。

硝酸盐是评价蔬菜品质优劣的重要指标之一，蔬菜中硝酸盐含量高低对人类健康影响较大[12]。本试验结果表明，西瓜幼苗叶片硝酸盐含量以红光下最低，蓝光下最高，这与蓝光能促进硝态氮（NO3-N）的同化有关。西瓜幼苗维生素C含量与硝酸盐含量呈现负相关关系。在红蓝光R7B3处理下，西瓜幼苗叶片可溶性糖含量高于单质光红光或蓝光处理，这可能是因为复合光质能通过作用光敏素来提升蔗糖代谢酶活性进而增加了光合产物的积累量。

参考文献：

[1]CHORY J， WU D Y. Weaving the complex web of signal transduction[J]. Plant physiology， 2001（125）： 77-80.

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[4]杨晓健， 刘世琦， 张自坤， 等. 不同LED光源对青蒜苗生长及叶绿素荧光特性的影响[J]. 中国蔬菜， 2011，1（6）：62-67.

[5]张瑞华，徐坤，董灿兴.光质对生姜叶片光合特性的影响[J]. 中国农业科学，2008， 41 （11）： 3722-3727.

[6]谢景，刘厚诚，宋世威，等.不同光质LED灯对黄光幼苗生长的影响[J]. 长江蔬菜（学术版），2012 （6）：23-25.

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[9]张耀文，赵小光，田建华，等.甘蓝型油菜正反交后代叶片净光合速率和叶绿素含量的比较[J].华北农学报， 2015，30（5）：135-140.

[10]刘丹. LED光源对花生及黄瓜幼苗生长的影响[D]. 南京： 南京农业大学， 2013.

[11]许莉， 刘世琦， 齐连东， 等.不同光质对叶用葛芭光合作用及叶绿素荧光的影响[J].中国农学通报， 2007， 23（1）： 96-100.

[12]STANTAMARIA P， ELIA A， SERIO F. Fertilization strategies for lowering nitrate contents in leaf vegetables： Chicory and rocket salad case[J]. Journal of plant nutrition，1998， 21（9）：1791-1803.