不同光强脉冲光对生菜生长及品质的影响

王梦琪,牟孙涛,杨振超

(1.西北农林科技大学 附属中学,陕西 杨凌 712100；2.西北农林科技大学 园艺学院，陕西 杨凌 712100)

引言

近些年设施农业的在我国迅速发展。由于温室覆盖材料、灰尘以及结构遮光等因素的影响，温室内的光照环境较差，一般仅为露地的30%～70%[1]，运用人工植物补光增加作物产量，缩短种植周期，提高作物品质已经成为现代农业高效生产的重要保障，而随着植物工厂的出现，采用人工光源替代自然光更成为一种发展趋势[2]，且研究人员在光质、光强、光周期方面也进行了大量研究[3-6]。随着国家可持续性发展的政策，以及对节能方面的要求，针对补光耗电量大的问题，探索新的节能、高效人工光源成为新的研究课题，脉冲光作为一种新型节能人工光源也逐渐被学者所认可[7]。目前已有研究人员探索了脉冲光频率、占空比对其供光下植株影响规律[8～9]，但不同光强下其规律表现是否一致却鲜有报道。本试验通过研究脉冲光在不同光强下对植株生长及品质的影响，探索在不同光强下脉冲光对植物的影响规律，为设施补光提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

将四叶一心的生菜定植于7 cm×7 cm的塑料营养钵中，置于65 cm×65 cm、底部高度可调的培养架以供处理。试验所采用的LED光源光谱如图1所示。LED脉冲光参数为40%占空比、512Hz。

图1 LED光谱

1.2 试验设计

试验共设置三个光强水平的脉冲光处理，分别为T1：321.75 μmol·m-2·s-1、T2：170.01 μmol·m-2·s-1、T3：85.61 μmol·m-2·s-1，各光强水平设置3个连续光作为对照。试验过程中调整培养架底部高度保证试验光强与试验设计一致。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 形态指标及生物量的测定 自处理之日起，每6 d测量一次。每处理随机选取3株，分别测量其株高、株幅，最大叶叶长、叶宽。第24天时，随机选取3株用电子天平先测量其地上下部鲜重，在60℃干燥箱中烘干至质量恒定后测量其干重，结果取均值。

1.3.2 品质测定 维生素C、可溶性蛋白、硝态氮、可溶性总糖及还原糖含量分别采用钼蓝比色法、考马斯亮蓝-G250染色法、水杨酸硫酸法、蒽酮比色法、3,5-二硝基水杨酸法测定[10]，各处理均取3次样，结果取均值。

1.3.3 数据分析 数据处理采用Microsoft Excel 2010，数据分析采用spss 19，绘图采用origin 2017。

2 结果与分析

2.1 不同光强脉冲光对生菜生长的影响

由图2可以看出，生菜在不同光强脉冲光与连续光下，其生长呈现一致的变化趋势。其中，T2、CK2处理下生菜的各形态指标随时间的变化，两者之间的差异并不明显；但T1、T3处理，其株高、株幅、叶长在采收时明显大于其对照CK1、CK3。叶宽总体而言各处理与其对照差异不大。

从表1可以看出，不同光强的脉冲光处理会影响植物地上下物质积累。其中，T2地上部鲜重与其对照相比均无显著性差异，但T1与CK1相比显著提升了30.04%，T3较对照而言显著提升了13.95%；T1、T3地下部鲜重较其对照而言差异不显著，但T2地下部鲜重显著大于CK3；T1、T2地上部干重与其对照相比无显著性差异，但T3较CK3而言显著提升了50.28%；T1、T3地下部干重较对照而言差异不显著，但T2地下部干重均显著大于其对照。

图2 不同处理下生菜的生长动态

表1 收获时不同处理下生菜的生长指标

2.2 不同光强脉冲光对生菜品质的影响

从表2可以看出，不同光强的脉冲光会影响生菜的品质形成。其中，各脉冲光处理下生菜叶片Vc含量均低于其对照，但与对照相比均无显著性差异，但各处理可溶性蛋白含量均显著高于其对照；T1、T3处理叶片的硝态氮含量与其对照相比均无显著性差异，但T2较对照而言显著降低了19.40%；T2、T3的可溶性总糖显著高于对照，T1较对照而言差异不显著；T1、T3还原糖含量较对照而言无显著性差异，但T2显著高于对照。

表2 不同处理下生菜的品质

3 讨论

研究表明不同光强均会影响其光照下植株形态、光合作用、内源激素、矿物质营养分配、光合色素复合体的形成、含量、分布[11]，也有研究表明在相同的瞬时光强下，脉冲光与连续光相比物质积累无显著性差异，部分品质甚至优于连续光[12～13]。但目前关于不同光强下脉冲光对作物影响规律是否一致却鲜有研究。本文以生菜为试材，通过研究不同光强脉冲光与连续光下生菜的生长与品质的差异，探索不同光强脉冲光对作物生长与品质的影响规律。

3.1 不同光强脉冲光对生菜生长的影响

从试验结果可以看出，中等光强(T2)脉冲光下植株形态与连续光无显著性差异，但在低光强(T1)与高光强(T3)时，脉冲光下生菜形态除叶宽外均显著高于对照的连续光处理。这可能与脉冲光自身特性所导致-在相同光照时长时，脉冲光下叶片所接受的光积累量总小于连续光。研究表明植物在弱光条件下会出现植株生长较高、叶面积增大的情况[14]，脉冲光由于自身特性会造成一个比连续光较弱的光环境，导致植物徒长以及叶面积增大等现象。而在高光强时(T3)，脉冲光所造成的弱光效果则可能效削弱强光的光抑制效果，导致脉冲光下植株各形态指标显著高于连续光。从物质积累的情况来看，各脉冲光处理生菜地上部干、鲜重在中光强下与对照相比无显著差异，但在强光时，脉冲光处理下生菜地上部干、鲜重均显著高于连续光，这也进一步为强光时脉冲光可能削弱光抑制对植株的影响提供了依据。

3.2 不同光强脉冲光对生菜品质的影响

研究表明，脉冲光频率、占空比均会影响其光照下作物的品质[8～9]，从本试验结果可以看出，在相同频率及占空比下，不同光强脉冲光对品质的影响程度却有一定差异。在低光强(T1)时，脉冲光下生菜品质指标只有可溶性蛋白含量较连续光而言有差异显著；中光强时，可溶性蛋白含量、硝态氮含量、可溶性总糖以及还原糖含量与连续光相比差异均有显著性差异；在高光强(T3)时，也仅有可溶性蛋白含量与可溶性总糖含量较连续光差异显著。这表明在相同的频率与占空比下；脉冲光在中光强时对生菜品质造成了较大影响，而在高光强与低光强时，这种影响程度相对较弱。

4 结语

与连续光相比，不同光强脉冲光对其光照下生菜的影响具有一定的差异。低光强与高光强对生菜的形态及物质积累影响较大，而中等光强主要影响生菜品的质影响。故在生产中可以根据实际需求选择合适光强的脉冲光。但本文仅研究了不同光强下脉冲光的一个频率与占空比组合，在不同频率与占空比下其影响规律是否一致仍待进一步研究。