光质对豌豆芽苗菜生长与生理特性的影响

余 婷，陈鹏飞，闵腾辉，田 强，王前贵，秦 勇

(新疆农业大学林学与园艺学院，新疆 乌鲁木齐 830052)

0 引言

豌豆(PisumsativumL.)别名为龙须菜、豌豆尖等，是一年生攀援型的草本植物，起源于小亚细亚西边、地中海地区，以及埃塞俄比亚、亚州西部等地区，以其嫩荚、嫩梢、嫩叶和种子供人食用，做法多样，可烧汤、炒菜或做凉菜，在《本草纲目》中也有对豌豆医药方面用途的介绍[1-2]。豌豆苗含有多种人体所需的氨基酸、矿物质、丰富的维生素和大量的维生素B，而维生素B可以去除油质皮肤上过多的油脂，起到嫩滑皮肤的作用。豌豆苗还具有利尿、消肿、止痛和促进消化等保健功能[3-4]。豌豆种子易购买，便于规模化生产，生产周期较短，周年均衡供应，能增加就业岗位、促进就业，经济效益和社会效益较好，发展前景十分广阔[5]。在众多的环境因素中，光照在植株生长、发育及内部某些功能性化学物质的积累过程中具有重要作用[6-7]。LED作为光源可近距离的照射植物，不仅可以充分利用种植空间，提高单位面积产量，还能降低生产成本。通过调整LED的光质和光强，探究其对植物的影响，方法简便易行，还能提高植株体内部的某些功能性化学物质的浓度[8-10]。LED光对植株生长的影响已有诸多报道。CRAVER J K等[11]发现，在红光∶蓝光=87∶13的条件下，芥菜、球茎甘蓝芽苗菜中的总绿叶素含量较高。ZHOU Y M等[12]发现，苦荞在6 d的发芽过程中，芦丁含量在不断地增加并在第5天时含量达到最大。LIU H K等[13]发现，相比于对照，蓝光照射下豌豆芽的铁还原力、自由基清除活性和芽苗的还原力会显著增加，尤其会增加所有单酚类物质的含量。VALE A P等[14]研究发现，黑暗有利于甘蓝苗菜所有营养品质的积累。耿灵灵等[15]发现，植物吸收的主要光源是红光和蓝光，许多蔬菜在红蓝组合光下的生长营养状况优于在单色红光或蓝光下的生长营养状况。班甜甜等[16]指出，红光∶蓝光=4∶1最适合豌豆芽苗菜的生产。余碧霞等[17]发现，在室内、光线不足的地方进行蔬菜种植的光源可选择红光∶蓝光=5∶1、红光∶蓝光∶白光=3∶2∶1。

目前，我国主要从品种、播种密度、采收时间、光条件及化学物质引诱等方面对芽苗菜进行了研究，在LED红蓝复合光种植豌豆芽苗菜方面的研究相对较少，并且存在复合光处理数量偏少的问题[18]。本试验以“绿山谷麻豌豆2号”为研究对象，用10种不同比例的LED红蓝复合光进行处理，通过观测并比较豌豆芽苗菜的生长及品质指标，探究不同光质对豌豆芽苗菜生长及品质的影响，筛选出适宜豌豆芽苗菜生长的LED红蓝复合光，为豌豆芽苗菜的工厂化种植提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验时间、地点及材料

本试验于2020年8—9月在新疆农业大学林学与园艺学院综合实验室进行。

供试品种：绿山谷麻豌豆2号(北京绿山谷芽苗菜有限责任公司)。

试验材料及药品：GLZ-C-G型光合有效辐射计(浙江托普云农科技股份有限公司)；LED植物补光灯(盐城市赛瑞特半导体照明有限公司)；育苗盘：24 cm×16 cm×2 cm(北京绿山谷芽苗菜有限责任公司)；育苗纸(北京绿山谷芽苗菜有限责任公司)；遮光布(杭州泛客买电子商务有限公司)；游标卡尺、直尺、电子天平、烧杯、量筒和高锰酸钾等。

1.2 方法

1.2.1 试验设计

采用随机区组设计，以LED红蓝复合光的不同比例为变量设置单因素试验，以白光为对照(CK)，共10个处理，每个处理重复3次，每个重复1盘。LED红蓝复合光的不同比例如表1所示。

表1 不同比例的LED红蓝复合光

1.2.2 试验方法

首先将育苗盘、托盘使用0.1%的高锰酸钾溶液浸泡消毒后洗净备用，然后选取大小均匀、颗粒饱满的种子，每盘称取(干质量)92.2 g(2.4 kg/m2)，清洗干净后放置于烧杯中，使用室温水浸泡24 h，清洗种子2～3遍[19]。将种子均匀放置于铺好湿润育苗纸的育苗盘中，将育苗盘放置在栽培架上，用遮光布遮挡光线，进行避光催芽[19]。

待种子发芽2～3 cm时，进行LED照光培养，照光期间每隔2～3 h喷施一次清水，以便维持种皮的湿度[20]。光周期为12 h亮-12 h暗，光照强度30 μmol/(m2·s)。

待豌豆芽苗菜生长至第8天进行采收，采样全部结束后，进行相关指标的测定。

1.2.3 测定指标

每盘取5棵幼苗，测定株高、茎粗。每个处理随机选取15株，完整取出洗净，吸水纸吸干水分，用电子天平测定地上部鲜质量、地下部鲜质量和全株鲜质量，直尺测定根系长度，排水法测定根体积。测定完成后分装并进行标记，放置于105 ℃的烘箱中15 min进行杀青处理，调整至75 ℃烘干至质量，电子天平测定地上部干质量、地下部干质量和全株干质量。根据测定数值进行计算：干鲜比=全株干质量/全株鲜质量；根冠比=地下部鲜质量/地上部鲜质量。可食率/%=(地上部鲜质量/全株鲜质量)×100%；含水率/%=(全株鲜质量-全株干质量)/全株鲜质量×100%。生物产量=单位面积茎质量+子叶质量+根质量；经济产量=单位面积茎质量+子叶质量[19]。

植株的可溶性糖含量、可溶性蛋白质含量、叶绿素含量、总酚含量、维生素C含量分别采用硫酸-蒽酮比色法、考马斯亮蓝G-205法、酒精萃取法、福林酚法、2，6-二氯靛酚钠法进行测定[21-22]。

1.3 数据处理和分析

采用Microsoft Excel 2016对数据进行统计和分析，SPSS 19.0软件对数据进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1 生长状况

不同比例红蓝复合光对豌豆芽苗菜的生长影响较大。由表2可知，处理7的植株株高最高，且显著高于其他处理，其次是处理3、处理1，两个处理之间达到显著差异水平；茎粗方面，处理1>处理5>处理2>处理3>处理4，处理1、处理5之间无显著差异；处理1的植株根系长度、根体积最大；处理1的植株根冠比具有最大值，且与其他处理均达到显著差异水平。说明LED红蓝复合光在一定程度上能促进豌豆芽苗菜的生长，相比于CK，处理1(红光∶蓝光=3∶1)有利于豌豆芽苗菜的茎粗、根系长度及根体积的增加。

表2 不同LED红蓝复合光条件下豌豆芽苗菜生长对比

2.2 干鲜质量

由表3可知，不同比例红蓝复合光影响豌豆芽苗菜的干鲜质量。处理7的植株地上部鲜质量最大，其次是处理3、处理2；处理3的植株地上部干质量最大，显著高于其他处理，处理2、处理5、处理7次之，且这3个处理之间无显著差异；地下部鲜质量、地下部干质量方面均是处理1的植株最大；处理3的植株全株鲜质量、全株干质量为最大，与其他处理均达到显著差异。说明处理1(红光∶蓝光=3∶1)的照射有利于豌豆芽苗菜地下部的生长及干物质的积累，而处理3(红光∶蓝光=5∶1)有利于豌豆芽苗菜全株的生长及干物质积累。

表3 不同LED红蓝复合光条件下豌豆芽苗菜干鲜质量对比

2.3 产量

由表4可知，处理3的生物产量、生物产率显著高于其他处理及对照，其次是处理7，处理6的生物产量、生物产率最低；处理7的经济产量、经济产率、可食率最高，处理3次之，且处理7、处理3之间无显著差异；含水率方面，处理1具有最大值，其他各处理之间无显著差异。由以上可知，处理3(红光∶蓝光=5∶1)、处理7(红光∶绿光∶蓝光=9∶1∶0)均能有效提高豌豆芽苗菜的生物量。

表4 不同LED红蓝复合光条件下豌豆芽苗菜产量对比

2.4 叶绿素含量

豌豆芽苗菜叶绿素含量受不同红蓝复合光的影响，如图1所示。处理3的叶绿素a含量最高，显著大于其他处理，CK的叶绿素a含量最低；叶绿素b含量最高的是处理3，处理2、处理7和处理2、处理6、处理8之间无显著差异，叶绿素b含量最低的处理为CK；处理3的叶绿素a+b、类胡萝卜素含量显著高于其他处理，CK的叶绿素a+b、类胡萝卜素含量最低。以上说明LED红蓝复合光可有效提高豌豆芽苗菜的叶绿素含量，其中处理3(红光∶蓝光=5∶1)的效果最为理想。

图1 不同LED红蓝复合光条件下豌豆芽苗菜叶绿素含量对比Fig.1 Comparison of chlorophyll content of pea sprout seedlings under different LED red-blue compound light conditions

2.5 营养品质

由图2可知，LED红蓝复合光处理的植株可溶性糖含量、可溶性蛋白含量都比CK的植株高。处理7的可溶性糖含量最高，其次是处理5>处理8>处理2>处理9，都显著高于CK；可溶性蛋白方面，处理9最高，处理7次之，两个处理之间无显著差异，可溶性蛋白含量最低的是CK。维生素C含量最高的是处理1，与其他处理达到显著差异，处理8的维生素C含量最低；处理1的总酚含量最高，总酚含量最低的是处理7，处理4、处理6、处理8的总酚含量与CK无显著差异。

图2 不同LED红蓝复合光条件下豌豆芽苗菜品质对比Fig.2 Comparison of pea sprout quality under different LED red-blue compound light conditions

3 讨论

3.1 生长状况

不同LED红蓝复合光影响着豌豆芽苗菜的生长及发育。SCHUERGER A C等[23]研究发现，LED光质在植物生长发育、形态建成的过程中起着重要的作用。CHRISTIE J M等[24]研究发现，经UV-A和蓝光等单波长的光处理后，植物的反应会表现在促进根系发育、节间距缩短、向光性和叶绿体分布等方面。黄枝等[8]发现红光能促进豌豆芽苗菜生长；而张立伟等[25]研究发现红光同样能促进萝卜芽苗菜的生长。KIM H H等[26]发现在LED红蓝光中添加24%绿光时能促进莴苣的生长。在本研究中，随着红蓝光比例的变化，豌豆芽苗菜的生长指标的数值没有明显的规律可循，这与徐文栋等[27]的研究结果相同。茎粗、根系长度、根体积方面，处理1(红光∶蓝光=3∶1)具有最大值，而处理7(红光∶绿光∶蓝光=9∶1∶0)株高最高，说明LED红蓝光中添加适量绿光能促进豌豆芽苗菜的生长。

植株的生长状况、产量性状及营养品质是评价芽苗菜的重要指标[28]。谭仁豪等[29]研究发现，1∶5蓝红光质能促进绿豆芽苗菜地下部及全株生物量的增加。LU N S[30]发现红光能促进植株的生长。在本试验中，处理3(红光∶蓝光=5∶1)的全株鲜质量、全株干质量最大，经济产量、经济产率相对较高，说明处理3(红光∶蓝光=5∶1)能够满足豌豆芽苗菜生长的需求，使得植株积累较多的干物质，从而具有较高产量；处理7(红光∶绿光∶蓝光=9∶1∶0)地上部鲜质量最大，经济产量、经济产率最高，这与汪玉洁等[31]的研究结果一致。

3.2 营养品质

维生素C是人体所必需的维生素之一，而人们日常生活中的维生素C大部分是来自于蔬菜，所以维生素C是评定蔬菜品质的关键指标[27]。光会在不同程度上影响植株中的维生素C含量、蛋白质含量及可溶性糖含量等，由于植物的种类不同，对光的响应也会有所差异[32]。蒲高斌等[33]发现，红光处理的植株可溶性糖、可溶性蛋白含量等都比白光处理的植株高。本研究中，处理7(红光∶绿光∶蓝光=9∶1∶0)可溶性糖含量最高，处理9(红光∶绿光∶蓝光=7∶1∶2)可溶性蛋白含量最高，CK(白光)的可溶性糖、可溶性蛋白含量最低；处理1(红光∶蓝光=3∶1)的维生素C含量、总酚含量最高，而处理3(红光∶蓝光=5∶1)的可溶性蛋白、维生素C含量相对较低，这与陈祥伟等[34]、谭仁豪等[29]的研究结果相似。

3.3 叶绿素含量

叶绿素在光能的吸收和利用过程中起着不可替代的作用，是植物进行光合作用的主要色素[31]。许大全等[35]发现光合作用的基本能源来源于红光和蓝光。BUKHOV N G等[36]发现在LED红蓝光中，适当的蓝光比例能促进植株高光合能力的形成。苏烁等[37]发现豌豆苗的色素含量与维生素C含量、类黄酮含量及可溶性蛋白含量呈正相关。HOGEWONING S W等[38]发现植株的光合能力与单位面积的叶片质量、叶绿素含量及气孔导度相关，随着蓝光从0增加到50%，植株叶片的光合能力也在不断提高，当蓝光高于50%时，植株的光合能力会逐渐降低。在本研究中，LED红蓝光处理过的植株叶绿素含量均高于CK。叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b及类胡萝卜素含量均是处理3(红光∶蓝光=5∶1)的植株效果最为显著，说明处理3的植株转化光能的速率较快，适量的蓝光可增加植株光合色素的积累，这与WU M C等[39]的研究结果一致。

4 结论

不同比例红蓝光对豌豆芽苗菜的生长及发育的影响是繁琐而复杂的，豌豆芽苗菜的生长是新陈代谢与光合作用相协调的一个过程，同时也是LED红蓝光叠加的作用效果。本试验红光∶蓝光=5∶1的植株全株鲜质量最大，生物产量最高，其干物质积累较多，光合色素含量最多，有利于光合作用的进行。从产量、干物质积累及光合作用方面考虑，建议在采用LED种植豌豆芽苗菜时采用红光∶蓝光=5∶1。