红白光比例对植物工厂十字花科蔬菜生长及品质的影响

钟剑富 李雅 刘厚诚

|摘要|植物工厂条件下研究红白比为1：1（LR）和3：1（HR）的光质处理对3种十字花科蔬菜（‘广府1号油菜心、‘千宝菜和‘黄叶白菜）生长及品质的影响。结果表明：HR处理下‘黄叶白菜根系鲜重显著高于LR处理;‘黄叶白菜维生素C含量、可溶性糖含量和DPPH清除率在HR处理下均显著提高，增幅分别为25.0%、38.2%和25.0%;其硝酸盐含量也显著增加，增幅25.3%。然而，‘黄叶白菜的类黄酮含量在LR处理下显著提高115.6%。‘广府1号油菜心和‘千宝菜的品质及抗氧化能力在处理间没有显著差异。因此，改变红白比例对‘广府1号油菜心和‘千宝菜的生长、品质和抗氧化能力无显著影响，‘黄叶白菜在高红光比处理下其品质显著提高。

前言

红光和蓝光作为植物进行光合作用和形态建成的主要光谱，合理利用有利于提高蔬菜的营养品质，如红光显著提高韭菜[1]、乌塌菜[2]、奶油生菜[3]可溶性糖含量，提高豌豆芽苗菜的维生素C含量[4];蓝光促进小白菜[5]、生菜[6]粗蛋白含量增加。红蓝光组合可以显著提高小白菜植株茎粗、叶宽、叶面积[7]，降低亚硝酸盐含量[5]，提高生菜可溶性糖、可溶性蛋白、游离氨基酸和维生素C含量[8]。含有全光谱的白光对生菜的生长促进效果更好[9]，在白光的基础上添加红光或蓝光可以提高生菜光合性能[10]。

试验在植物工厂条件下，研究了不同红白比例LED灯对‘广府1号油菜心、‘千宝菜和‘黄叶白菜的生长及品质的影响，为植物工厂条件下十字花科蔬菜的生产提供参考。

材料与方法

试验材料

试验在华南农业大学试验植物工厂内进行。试验品种为‘广府1号油菜心、‘千宝菜‘黄叶白菜3种蔬菜（广东省良种引进服务公司提供），采用海绵块育苗，使用1/4剂量的霍格兰氏营养液;播种14天后，挑选3叶1心期且健壮程度一致的幼苗移栽，使用1/2剂量的霍格兰氏营养液栽培。试验光源采用多通道智能可调LED灯板（各通道光强独立可调，广州诚汇装备农业科技有限公司提供，红光LED波长660±10 nm、蓝光LED波长460±10 nm、白光LED），设两个处理：LR（红白1：1）和HR（红白3：1），光质光强见图1（台湾群智Asensetk APL-01照明护照测定），PPFD（Photosynthetic Photon Flux Density，光合光量子密度）为350±5 μmol/（m2·s）。每天光照时间为8：00～18：00。移苗45天后，取样测定。每个处理3个重复，每个重复24株植株。

生物量的测定

植株的全株、地上部和根系的鲜重使用千分之一电子天平进行称量;干重则将鲜样放入烘箱，105℃杀青1 h，75℃烘干至恒重后，再使用千分之一电子天平进行称量。

营养物质及抗氧化能力的测定

维生素C含量测定采用钼蓝比色法;可溶性糖含量测定采用蒽酮比色法;可溶性蛋白含量测定采用考马斯亮蓝法;游离氨基酸含量测定采用茚三铜溶液显色法;硝酸盐含量测定采用紫外分光光度法[11]。

DPPH自由基清除率测定参照Tadolini的方法[12];FRAP抗氧化能力的测定参照Benzie所述方法[13];总酚含量测定采用Folin-Cioealteu法[12];类黄酮含量测定采用硝酸铝法[14]。

数据统计

试验所得数据利用Excel 2007和SPSS 17.0软件进行统计分析，采用多重比较法，邓肯氏检验（P<0.05）判断差异显著性。

结果与分析

红白光比例对十字花科蔬菜生长的影响

3种蔬菜生长的光质处理效果不同（表1）。‘广府1号油菜心和‘千宝菜在LR和HR处理下植株干鲜重及根冠比之间未表现出显著差异。‘黄叶白菜根系鲜重在HR处理下显著提高，较LR处理高90.1%，其他干鲜重和根冠比之间没有显著差异。

可见，不同红白光质比对‘广府1号油菜心和‘千宝菜生长影响不显著，而对‘黄叶白菜根系生长有明显影响。较高红光比例有利于‘黄叶白菜根系的生长。

红白光比例对十字花科蔬菜营养品质的影响

3种蔬菜的营养品质会受到光质处理的影响（表2）。‘广府1号油菜心和‘千宝菜的维生素C、可溶性糖、可溶性蛋白、游离氨基酸和硝酸盐含量在处理间均未表现出显著差异。HR处理下‘黄叶白菜维生素C含量和可溶性糖含量显著高于LR处理，分别高出25.0%和38.2%，硝酸盐含量也是HR处理下最高，高出LR处理25.3%，其可溶性蛋白和游离氨基酸含量处理间差异不显著。

可见，不同红白光质比对‘广府1号油菜心和‘千宝菜的品质形成影响不显著，较高红光处理的‘黄叶白菜维生素C含量和可溶性糖含量显著提高，硝酸盐含量也显著提高。

红白光比例对十字花科蔬菜抗氧化能力的影响

3种蔬菜的抗氧化能力会受到光质处理的影响（表3）。LR处理与HR处理下‘广府1号油菜心和‘千宝菜的DPPH自由基清除率、FRAP值、总酚含量和类黄酮含量均未表现出显著差異。‘黄叶白菜DPPH自由基清除率以HR处理最高，较LR处理高25.0%;FRAP值、类黄酮含量则以LR处理最高，分别高出HR处理30.5%、115.6%。

可见不同红白光质比对‘广府1号油菜心和‘千宝菜的抗氧化能力影响不显著;‘黄叶白菜中低红光处理显著提高类黄酮含量和FRAP值，而高红光处理显著提高DPPH自由基清除率。

讨论

研究表明，光质中红光比例提高时3种蔬菜的生物量增加（表1），其原因可能是红光能增加植物叶面积[15]并促进叶绿素a、叶绿素b的合成[1，16]，适当增加红光比例能提高RuBP羧化酶活性[16]，进而提高叶片固定CO2的能力，促进碳水化合物的积累。

結合光谱图（图1）可知，白光含有蓝光光谱，LR处理红蓝比约为2.3，HR处理红蓝比约为4.7。研究表明，红光可以提高可溶性糖含量。本研究发现，提高红光比例时黄叶白菜可溶性糖含量显著提高，这与在乌塌菜[2]、小白菜[7]、生菜[15-16]、韭菜[1]、芹菜[17]中的研究结果相同，可能是较高比例红光更能够提高蔗糖代谢相关酶活性，影响作物的碳水化合物积累。

蓝光可以提高可溶性蛋白含量，而红光可以降低可溶性蛋白含量，提高蓝光比例能促进作物可溶性蛋白含量的提高[2，15，18]，原因可能是蓝光促进了线粒体的呼吸作用和初级氮代谢酶活性，为蛋白质合成提供了充足的碳骨架和氮源，从而提高可溶性蛋白含量[19]，本研究中3种蔬菜可溶性蛋白含量在处理间均未表现出差异，可能是在一定的红蓝比光照下可溶性蛋白质达到某种平衡的结果。半乳糖酸内酯脱氢酶（GLDH）是维生素C合成的关键酶[20]，红光降低GLDH活性，蓝光提高GLDH活性[1]，维生素C含量随蓝光比例的增加而增加。本研究中‘黄叶白菜维生素C含量在高红光比例下显著提高，可能是红光促进碳水化合物的积累，为维生素C合成提供了丰富的原料，从而提高了维生素C含量。游离氨基酸含量随蓝光比例增加而增加[15，16，21]，可能蓝光为蛋白质合成提供了充足的碳骨架和氮源，碳骨架和氮源先合成氨基酸，再进一步合成蛋白质。随着红光比例的降低，奶油生菜硝酸盐含量表现出先降低后增加的趋势[22]，本研究发现，提高红光比例‘黄叶白菜硝酸盐含量显著提高，可能是蓝光对NR的激活作用比其他光质强[23]，降低白光比例（即蓝光比例降低）使得活化NR数量减少，从而促进硝酸盐的积累。

不同光质能通过影响苯丙氨酸解氨酶PAL和查尔酮合成酶CHS的活性从而改变类黄酮含量：蓝光和UV-B处理能显著提高西兰花芽苗菜PAL活性[24]，两种萝卜芽苗菜PAL活性都是在UV-B处理下最高[25];蓝光能显著提高‘杨花萝卜芽苗菜中PAL活性。本研究表明，增加红光比例时‘黄叶白菜类黄酮含量显著降低，可能是白光比例降低（即蓝光比例降低）使PAL活性受到影响，进而降低了类黄酮含量。

高红光比例能促进十字花科蔬菜的生长，提高生物量;提高红光比例对‘广府1号油菜心和‘千宝菜的品质与抗氧化能力影响不显著，但能显著提高‘黄叶白菜维生素C、可溶性糖含量和DPPH自由基清除率，降低类黄酮含量，因此通过改变光质配比能够显著影响蔬菜产量及品质，其效果因作物种类而异。

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*项目支持：广东重点研发计划项目（2019B020214005、2019B020222003 ），广州市科技计划项目（201704020058、201704020006）。

作者简介：钟剑富（1996- ），男，广东梅州人，硕士研究生，研究方向为设施蔬菜生理生态。E-mail：1004580755@qq.com。

**通信作者：刘厚诚（1968-），男，湖南涟源人，教授，研究方向为设施蔬菜生理生态。Email：liuhch@scau.edu.cn。

[引用信息]钟剑富，李雅旻，刘厚诚.红白光比例对植物工厂十字花科蔬菜生长及品质的影响[J].农业工程技术，2020，40（19）：64-67.