不同光质LED暗期补光对水培切割再生生菜生长和生理的影响

陈艳丽 刘娅 曾丽萍 王珧 王旭 朱国鹏

摘    要： 采用耐切割叶用莴苣品种‘奶油生菜为试材，以海南夏季锯齿型温室内自然光照和光周期为对照，利用LED精量调制红蓝光比例分别为R/B=4、8、10，对水培生菜切割一茬后的再生苗进行夜间延时补光，探究不同光质LED暗期补光对水培切割再生生菜生长和生理的影响。结果表明：R/B =8、10两个处理的再生生菜采收时单株地上部鲜质量达到对照的2.36、2.13倍，随着LED红蓝复合补光光源红光比例的增加，生菜地上部鲜质量和可溶性蛋白含量呈现先增加后减小、可溶性糖含量持续增加的趋势。光合色素以R/B =10的含量最高，叶绿素荧光指标R/B =8、10处理高于CK和R/B =4处理。R/B =8处理的脯氨酸、SOD酶含量极显著或显著高于其他3个处理，EC值、MDA含量表现出R/B =4处理显著低于CK。综合各指标来看，对水培生菜再生苗进行暗期延时补光处理时，R/B=8是最优的光质配比。

关键词： 水培生菜; LED; 光质; 切割再生; 生长和生理

Abstract：In order to find out the influence of different R/B LED in dark period on the growth and physiology of hydroponic regeneration lettuce. ‘Butter lettuce was taken as experimental material， three treatments（R/B=4， 8， 10） were carried out and the treatment of that in natural light in Zigzag greenhouse was set to be CK. The results showed that the Top FW per plant of regeneration lettuce in treatment of R/B =8， 10 were the 2.36， 2.13 times as high as that of CK. With the increase of proportion of red light， the Top FW per plant and soluble protein of regeneration lettuce increased first and then decreased， while the soluble sugar of that continuously increased. The photosynthetic pigments of the R/B =10 were the highest， chlorophyll fluorescence of R/B =8， 10 were higher than those of CK and R/B =4. The proline content and SOD activity of R/B =8 were remarkably higher than those of other three treatments. EC value and MDA content of R/B =4 were lower than those of CK. In conclusion， the treatment of R/B=8 showed the optimal  proportion of light and quality.

Key words：Hydroponic lettuce; LED; Light quality; Cutting regeneration; Growth and physiology

生菜（Lactuca sativa L.）屬菊科（Asteraceae）莴苣属（Lactuca） [1]，性喜冷凉，高温会使其生长不良，且极易抽苔，降低食用品质。海南地处热带地区，年平均气温为 23～25 ℃，最热的8月平均为 35～39 ℃[2];生菜的水培切割再生技术是利用前茬庞大根系的吸收合成能力，一茬多收，缩短了水培生菜的生育周期[3]，但夏秋高温季节水培生产的生菜，特别是切割再生生菜相对于冷凉季节来说，存在着产量偏低、品质不高的问题[4-5]。

随着设施农业技术的不断发展，植物补光有着十分广阔的应用前景[6]。而光质即不同波长的光谱，对植物生长发育和生理品质起到不同的作用[7]。倪迪安等[8]通过对番茄研究表明，红蓝光比例为7︰3的LED植物灯照明可基本满足番茄的生长的需要，黄丹丹等[9]进一步证明利用红灯和蓝灯夜间补光比绿灯更有利于增加番茄的光合效率。LED红蓝组合光比荧光灯更有利于降低生菜硝酸盐含量[10-11]。同时，有不少报道认为[12-16]，红蓝光组合比单色光处理更能促进植物生长发育，适当比例的红蓝组合光更有利于蔬菜的部分营养品质。

但是前人关于LED光源在蔬菜生产的研究，主要侧重于在植物工厂的密闭环境内全天候使用LED作为栽培光源时LED对蔬菜生长发育的影响，而对于热带地区生产型的温室中，白天用温室内自然光照，仅在晚上用不同红蓝比例的LED光源进行延时补光对水培切割再生生菜植株生长发育有何影响，目前国内鲜有研究。笔者选用前期试验筛选的耐切割生菜品种奶油生菜‘东洋玉湖-586为试材，通过精量调制LED光质对水培切割再生生菜进行暗期补光处理，研究其对水培生菜再生植株生长生理及营养品质的影响，优化生菜的水培切割再生技术方案，以期从光环境调控的角度为热带地区设施栽培蔬菜生长、品质和生理特性的调控提供新的实践和理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验于2016年5—10月高温季节在海南大学农科实验教学基地的连栋锯齿型温室中进行，供试材料为奶油生菜‘东洋玉湖-586（由青县现代农业技术推广中心生产）。LED光源采用荷兰飞利浦（中国）投资有限公司生产的科研模组灯。

1.2 方法

生菜种子首先用0.2%的KNO3溶液浸种8 h，然后移至17 ℃的恒温环境中催芽2 d，再播种于3 cm × 3 cm × 3 cm的海绵育苗块上。在2片子叶展开之前用清水浇灌，之后用1/4浓度的日本园试配方营养液进行浇灌至幼苗2～3片真叶展开。将幼苗按照8 cm×8 cm的高密度定植于DRF渗吸式水培系统，海绵育苗块的四周裹上一层薄的亲水性的无纺布，营养液改用1/2浓度。试验采用随机区组设计，重复3次。当定植在水培系统里的植株生长到6～7片真叶时，开始使用留生长点平切方法采收[5]，采收时基部留2～3片基生老叶，留茬高度在2～3 cm左右。

第1次切割采收后，试验以温室内正常的日夜光照为对照（CK），设4个处理，白天统一用温室内自然光照，夜间将LED用不同配比的红蓝光源进行延时补光，处理分别为：R/B=4、8、10（分别用T1、T2、T3代表处理名称）进行延时补光，总光照强度为200 μmol·m-2·s-1 ，补光时间12 h，补光处理7 d后，植株长满定植板开始进行取样测量。

1.3 测定项目及方法

植株的叶片数以叶片展开为准开始计数，植株的鲜质量用1/1 000天平称量，然后将鲜样在烘干箱中经105 ℃杀青15 min 后于80 ℃烘至恒重，用1/10 000电子天平称量即为干质量;叶色值用SPAD-502仪器测定;荧光参数用PAM-2500便携式调制叶绿素荧光仪测定。可溶性蛋白质含量采用考马斯亮蓝G-250染色法测定，可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定，硝态氮含量采用水杨酸法测定，维生素C含量采用2，6-二氯酚靛酚法测定，相对电导率（EC）采用电导率仪测定，游离氨基酸含量采用茚三酮溶液显色法测定，丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸（TBA）比色法测定，SOD活性采用氯化硝基四氮唑蓝（NBT）还原法测定，POD活性采用愈创木酚法测定，CAT活性采用紫外吸收法测定，根系活力采用TTC染色法测定，叶绿素a、b和类胡萝卜素含量采用酒精萃取法测定[17]。

采收后，用烘干的植株干样进行全N、P、K、Ca、Mg等含量的测定，其中全氮含量采用凯氏定氮法测定，植株中PO43--P含量采用磷钼黄比色法测定，K+、Ca2+、Mg2+含量采用原子吸收分光光度计法测定。

1.4 数据处理

使用DPS 7.05版数据处理分析软件，采用Duncan新复极差法对数据进行差异显著性检验（单因素方差分析）。

2 结果与分析

2.1 不同光质LED暗期补光对水培切割再生生菜生长的影响

如表1所示，与对照相比，除了叶片数生菜再生苗无显著性差异之外，其他形态指标均表现出补光处理显著或极显著优于对照;而不同光质处理间，随红光比例增加，生菜再生苗叶面积明显增大，根长变长，鲜质量、干质量增加，T2和T3各形态指标无明显差异，但2者较T1体现了明显的优势，说明利用LED光源夜间补光极大促进了生菜再生苗的生长，缓解了海南夏秋白天高温对水培切割生菜的伤害，极显著提高了生菜的产量。

2.2 不同光质LED暗期补光对水培切割生菜品质的影响

如表2所示，不同光质暗期补光处理不同程度地增加了再生生菜叶片可溶性蛋白和可溶性糖的含量，但对其硝态氮、维生素C含量影响不明显。其中T2处理极显著促进了可溶性蛋白的积累，并和T1、T3达到显著性差异;T3处理极显著增加了可溶性糖的含量，且与T1达到极显著性差异。该结果表明，随着红光比例的增加，可溶性蛋白含量呈现先增加后减小而可溶性糖含量持续增加的趋势。这是由于补光的蓝红光总光照强度不变，红光增加的同时，蓝光会根据比例相应减少。

2.3 不同光质LED暗期补光对水培切割生菜光合色素和叶绿素荧光的影响

如表3所示，不同光质夜间补光处理后，生菜再生苗叶片光合色素含量不同，叶绿素a、b、（a+b）及类胡萝卜素均以T3的含量最高，且均与T1无显著性差异。其中T1、T3叶绿素a含量显著高于CK、 T2;同时T1、T3叶绿素 b、（a+b）含量显著高于T2，且与CK、T1无显著性差异;而T2叶绿素a、b和（a+b）含量与CK无显著性差异;T3类胡萝卜素含量显著高于T2而与CK、T1无显著性差异。

由表4可知，不同光质夜间补光处理下的生菜再生苗的最大光能转化效率（Fv/Fm）、最大天线转化效率（Fv/Fm）、光化学猝灭系数（qP）、非光化学猝灭系数（NPQ）和PSII实际光合效率（ΦPSII）均表现出T2、T3高于CK、T1，其中暗反应下T3 的PSII最大光化学效率极显著高于T1且显著高于CK，而光适应下T2、T3 的PSII最大天线转化效率显著高于T1。

2.4 不同光质LED暗期补光对水培切割生菜高温季节生理抗逆性指标的影响

如表5所示，生菜再生苗相对电导率EC值、MDA含量表现出T1处理均显著低于CK，而T2、T3与CK差异不大;T2处理脯氨酸、SOD酶活性极显著或显著高于其他3个处理，T1处理POD、CAT酶活性极显著或显著低于其他3个处理。说明不同光质LED夜间延时补光一定程度上缓解了高温胁迫对再生生菜的细胞伤害，提高了植物细胞渗透调节能力，影响了植物保护酶的活性，对植物耐热性有一定的调节能力。

2.5 不同光質LED暗期补光对水培切割生菜地上部矿质营养的影响

从表6可以看出，T1、T2处理地上部累积的全氮最高，极显著高于T3和T1;CK、T2处理积累的全磷和全钾最高，极显著高于T3;T2处理累积的钙显著高于CK，与T1、T3不显著，CK积累的镁显著高于T3，但与T1、T2差异不显著。综合4个处理来看。以T2处理的再生植株单位干物质重量积累的矿质营养最高。

3 讨论与结论

前人研究表明，植物生长光合能效最高的辐射集中在红光和蓝光区，且LED红蓝复合光能有效提升生菜叶片品质[9，18-19]。本试验设计的补光处理在生菜切割后在夜间进行，7 d左右即可进行切割采收，采收时R/B =8、10的2个处理下生菜的经济产量达到对照的2.36、2.13倍，单位面积产量分别为0.895、0.809 kg·m-2 ，生产周期比陈艳丽[5]在研究低段密植对水培莴苣的切割再生品种比较试验中的12～15 d切割采收周期缩短了1/2，产量也超过供试叶用莴苣的绝大数再生苗单茬单位面积均产。本试验中，随着红光比例的增加，生菜再生苗的表观形态生长明显加快，极大缩短了生产周期，产量显著提高。与此同时，随着蓝光的减少，再生生菜可溶性蛋白含量呈现先增加后减小而可溶性糖含量持续增加的趋势，说明高比例红蓝复合光有利于可溶性糖的积累，适当增加蓝光的比例有利于可溶性蛋白含量的增加，而这与前人研究得出蓝光下生长的植物的蛋白质含量较高，而红光下碳水化合物含量较高结论一致[16，20-21]。

一般情况下，非环境胁迫并经过充分暗适应的植物叶片PSII的最大光能转化效率是比较恒定的，Fv/Fm比值在0.80～0.85之间[22]，Fv/Fm的下降常用来作为植物在高温、低温、干旱等逆境条件下发生光抑制的标志[23]。本试验中再生生菜Fv/Fm均在0.71～0.78之间，可能与栽培的高温环境有关。而补光处理提高了Fv/Fm，同时ΦPSII和ETR（光合电子传递速率）也有所提升。由此可知，海南夏季高温季节的温室水培环境下，白天高温伴随强光可能导致切割再生生菜受到了一定的光抑制，而本试验夜间延时补光则对白天植物遭受高温胁迫和光抑制起到了一定的补偿作用。R/B=10补光处理的再生生菜极大促进了光合色素的积累，由此可见，高比例的红蓝光延时补光缓解了再生生菜受到的高温胁迫和光抑制作用。

在逆境下膜脂过氧化的主要产物MDA的积累常能够引起细胞膜功能紊乱[24]，高温能诱导SOD、POD、APX和CAT 活性上升，活性氧清除能力增强，以减轻氧化伤害[25-27]。本试验中不同红蓝比例的补光处理对生菜再生苗生理抗逆性指标的影响不同，R/B=4补光处理后抑制了细胞膜透性的增大，增加了MDA含量，减少了POD、CAT酶活性，而R/B=8增大了植物保护酶SOD活性。说明不同光质LED夜间延时补光一定程度上缓解了高温胁迫对再生生菜的细胞伤害，提高了植物细胞渗透调节能力，影响了植物保护酶的活性，对植物耐热性有一定的调节能力。本试验设置处理有限，如调整更为精细的红蓝光配比或按时间点多次取样测量相关抗逆指标，可进一步探究延时补光对植物耐热性的影响。

氮、磷和钾是植物主要构成元素，在植物干质量中占有较大的比例[28]，钾、磷、钙、镁、钠和铁等矿质元素的含量也是无土栽培生菜不可或缺的品质指标[29]。本试验结果表明，LED光源红蓝光质比例为R/B=8∶1时，暗期补光下生菜再生植株单位干物质重量积累的全氮、全磷、全钾、钙及镁等矿质营养含量均最高，说明较高比例红蓝组合的暗期补光有力促进了植株对矿质营养的吸收，这与陈晓丽[30]、伍洁[31]等研究基本一致。此外，陈艳丽[5]认为高温下水培叶用莴苣再生植株可以通过加大吸收Ca、Mg元素来增强对逆境的适应性。本试验用不同光质对生菜进行暗期补光，适宜的光质有利于生菜再生苗对矿质元素的吸收，可加强生菜再生苗越夏栽培对高温逆境的适应性，提高再生生菜的产量和品质。

R/B=8与R/B=10处理在再生生菜的综合指标中表现突出但相互差异并不显著。R/B=10处理的形态各指标、品质指标可溶性蛋白、抗逆指标脯氨酸以及各抗氧化保护酶活性相比R/B=8已有下降的趋势，这可能是由于补光的蓝红光总量不变，红光增加的同时，蓝光会根据比例相应减少，而削弱了蓝光对有机物积累和分配的功能。

综上可知，LED光源夜间补光缓解了高温对水培切割再生生菜生产的影响，从光调控光质比例方面优化了水培生菜切割再生技术，且在总光照强度为200 μmol·m-2·s-1的情况下，调整LED光质比例为R/B=8对水培生菜再生苗进行延时补光处理，更有利于海南夏秋季高温季节水培再生生菜产量增加和品质提高，且极大缩短了生菜的生产周期。

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