光强及光周期对红叶生菜生长及品质的影响

吉家曾,李聪聪,丁慧霞,陈增举

(广州市八斗农业科技有限公司，广东 广州 510760)

引言

人工光利用型植物工厂是设施农业发展的高级阶段，具有生产效率高、环保、控制精度高、洁净无污染等特点，发展前景非常广阔。但也存在高成本、高能耗、低收益等诸多弊端[1]。前人的研究表明，人工光植物工厂的运行成本中电费高达了29%，而植物工厂的耗能主要以人工光的耗能为主[2]，所以通过光环境调控，提高植物的光合作用能力，近而降低植物工厂的运行成本，对植物工厂的发展和推广具有重要的意义。

目前，有关于光环境因子的交互作用对生菜的影响研究较少，所以对光强和光周期组合研究具有重要意义。本试验研究不同光强和光周期组合对红叶生菜生长及品质的影响，以期寻求因素间的最优组合，旨在为植物工厂光环境调控提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料为香港红边生菜，LED灯由广州某公司提供，营养液选用华南农业大学叶菜B改良配方。

1.2 试验材料

试验于2016年3月在广州某公司栽培试验室内进行，栽培室环境控制：温度25 ℃，二氧化碳浓度595～660 ppm，相对湿度60%～75%。试验设置3个光周期梯度T1、T2、T3，分别为8、12、16 h·d-1，3个光强梯度S1、S2、S3，分别为 250、350、450 μmol·m-2·s-1，采用双因素完全随机试验，共12个处理：T1S1、T1S2、T1S3、T2S1、T2S2、T2S3、T3S1、T3S2、T3S3，每处理5次重复。待生菜幼苗长至3叶1心时移栽至栽培架上，栽培方式采用深液流法。

1.3 指标测定

1.3.1 生理指标测定

在采收后用直尺测量生菜的生长株高、叶长、叶宽，并统计其叶片数，用天平秤称量生菜的干鲜重。

1.3.2 品质指标测定

硝酸盐含量采用比色法测定，可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定，可溶性蛋白质含量采用考马斯亮蓝法测定，维生素C含量采用2,6-二氯酚靛酚滴定法测定[3]。

1.4 数据分析

采用EXCEL和SAS 9.0软件分别进行数据整理分析和方差分析。

2 结果与分析

由图1可知，在短光周期12 h·d-1时，植株的叶片数随光强的增大呈现出先增后减的趋势，叶片数最大值在350 μmol·m-2·s-1；在长光周期14 h·d-1及16 h·d-1时，增大光强可促进植株的增长，光强对植株叶片数的影响表现为正相关；延长光周期可促进植株的生长。

从移栽至14天前，植株生长较为缓慢；14 d之后，植株进入快速生长期，此段时间内(14～28 d)植株生长较快，叶片数快速增长。

图1 光强及光周期对生菜植株叶片数的影响Fig. 1 Effects of light intensity and photoperiod on leaf number of lettuce

由图2可知，短光周期下(12 h·d-1、14 h·d-1)，增大光强植株的叶幅宽表现为先增后减，在350 μmol·m-2·s-1前，表现为明显的正相关，超过350 μmol·m-2·s-1后，则表现为明显的负相关。长光周期(16 h·d-1)下，光强对植株叶幅宽的影响表现为明显的负相关。光周期对植株叶幅宽的增长无显著相关。

生长前期(21 d前)，植株叶幅宽增长较快；说明生长的生长前期主要储存生长物质，生长后期叶幅宽逐渐减缓，而叶片数快速增加。

图2 光强及光周期对生菜植株叶幅宽的影响Fig.2 Effects of light intensity and photoperiod on leaf width of lettuce

由图3可知，不同光周期处理对植株生长的影响是显著的，植株的单株鲜重随光周期的延长呈现递增的趋势，以16 h·d-1的光周期下植株的单株重量最高，在12 h·d-1及16 h·d-1光周期下，不同光强处理对植株单株鲜重的影响是不显著的。但在14 h·d-1光周期下，植株单株鲜重随着光强的增加呈现先增后减的趋势。

图3 光强及光周期对生菜单株鲜重的影响Fig.3 Effects of light intensity and photoperiod on fresh weight of lettuce

由图4可看出，各处理间对生菜植株可溶性蛋白含量的影响是显著的，其中，以12 h+450下植株的可溶性蛋白含量最高，其次为14 h+450。短光周期下(12 h·d-1)，植株可溶性蛋白含量随光照强度的增大而提高，中长光周期下(14、16 h·d-1)，植株可溶性蛋白含量随光照强度呈现为先减后增的趋势。

图4 光强及光周期对生菜可溶性蛋白含量的影响Fig.4 Effects of light intensity and photoperiod on soluble protein content of lettuce

如图5所示，同一光周期下，不同光照强度对生菜植株的可溶性糖含量的影响是显著的，且随着光照强度的增大而提高，这表明提高光强有利于植株光合产物及糖分的积累；而在同一光照强度下，植株可溶性糖随着光周期的延长而提高。

图5 光强及光周期对生菜可溶性糖含量的影响Fig.5 Effects of light intensity and photoperiod on soluble sugar content of lettuce

由图6可知，同一光周期下，生菜植株的维生素C含量随着光照强度增大呈现先增后减的趋势，均在350 μmol·m-2·s-1下含量最高，这表明在350 μmol·m-2·s-1光强下有利于植株维生素C的积累；在250 μmol·m-2·s-1光强下，延长光周期有助于生菜植株维生素C含量的提高，但在光强为350 μmol·m-2·s-1和450 μmol·m-2·s-1下，不同光周期对植株维生素C含量的影响是不显著的。

图6 光强及光周期对生菜维生素C含量的影响Fig.6 Effects of light intensity and photoperiod on vitamin C content of lettuce

如图7所示，同一光周期下，不同光照强度对植株的硝酸盐含量的影响是显著的，且随着光照强度的增大而降低；而在同一光照强度下，植株的硝酸盐含量随着光周期的延长而降低。这表明 ，提高光照强度及延长光周期均有利于降低蔬菜的硝酸盐含量。

图7 光强及光周期对生菜硝酸盐含量的影响Fig.7 Effects of light intensity and photoperiod on nitrate content of lettuce

3 讨论与分析

光是植物生长的敏感的环境因子之一，一方面光是植物光合作用的必需能量来源，另一方面还能通过刺激光敏色素传导信号，诱导相关基因表达，调节植物生理代谢反应和物质运输[4，5]。因此，光照强度的强弱及光照时间的长短必定会对生菜植株的生长发育及品质产生影响。本试验结果表明：在长光周期14 h·d-1及16 h·d-1时，增大光强可增加植株的叶片数，但光强对生菜植株鲜重的影响并无显著性的差异。延长光周期均可促进生菜植株叶片数的增长和鲜重的提高。这与在生菜[6，7]、番茄[8]上研究结果一致，但与王蒙蒙等[9]的研究结果不一致，推测其原因可能是试验条件及品种差异引起的，其试验光强是200 μmol·m-2·s-1，比本试验的光强要低；也有试验表明弱光条件下延长光照时间利于生菜生物量的积累[10]，这说明光照强度与光周期是有一定的互作作用的。

从品质分析结果来看，延长光周期、增大光强有助于提高生菜可溶性糖的合成，与方舒玲等[11]、王君等[12]研究结果一致；同时可降低生菜硝酸盐含量，增大光强有助于降低生菜硝酸盐含量[13]，长光照有利于降低硝酸盐含量[14]。短光照有利于茄子幼苗蛋白质的合成[15]，而光周期对生菜可溶性蛋白质含量的影响无显著差异[16]，这可能是因为作物品种不同和试验光周期设置水平不同导致的。本试验研究结果表明，生菜的维生素C随着光照强度的增加而呈现先增后减的趋势，维生素C 以350 μmol·m-2·s-1处理下最佳。这与刘杰等[6]、方舒玲等[17]研究结果不同，这可能是由于作物品种不同和试验光强设置水平不同引起的。

综合分析得出，光强提高有利于提高生菜的品质，但不利于生菜的生长，在350 μmol·m-2·s-1+14 h·d-1组合处理下生菜均有较好的生长和品质指标，是本试验生菜栽培最佳的组合处理。