LED补光对日光温室脱毒马铃薯微型薯结薯特性的影响

钱创建 宿飞飞 王绍鹏 刘振宇 张微 夏善勇 盛万民

摘 要：为了探究LED光源在马铃薯微型薯日光温室繁育中的作用，以马铃薯脱毒试管苗克新13号为试材，以温室内自然光照为对照，利用LED混合光源绿光∶蓝光∶红光= 1∶1∶3对脱毒试管苗进行补光，研究现代化全光温室中LED光源补光对微型薯结薯特性的影响。结果表明，LED光源补光后微型薯的结薯数量和总质量分别提高了10.0%和14.4%;除了0～10 g级别的微型薯外，其他级别微型薯的结薯总数量和结薯总质量均有所提高。综上所述，LED混合光源绿光∶蓝光∶红光= 1∶1∶3处理可以增加日光温室微型薯生产的数量和质量，LED人工补光条件下11～20 g、21～30 g、31～40 g各级别微型薯质量和微型薯数量分别为对照条件下的1.1、1.7、2.4倍和1.3、1.6、2.4倍，这将为马铃薯微型薯日光温室生产中补充光源的选择提供参考。

关键词：马铃薯;微型薯;LED光源;日光温室

中图分类号：S532 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2021）07-054-04

Effect of LED lighting on the production characteristics of virus-free potato minituber in solar greenhouse

QIAN Chuangjian1，2， SU Feifei2， WANG Shaopeng2， LIU Zhenyu2， ZHANG Wei3， XIA Shanyong2， SHENG Wanmin2

（1. Postdoctoral Programme， Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences， Harbin 150086， Heilongjiang， China; 2. Potato Institute， Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences， Harbin 150086， Heilongjiang， China; 3. Biotechnology Institute， Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences， Harbin 150086， Heilongjiang， China）

Abstract： In order to find out the action of LED light source in production of potato minituber in solar greenhose， Kexin 13 hao was taken as experimental material， natural light in the greenhouse as CK， the LED mixed light source green ： blue ： red = 1：1：3 was used to supplement the light of virus-free test tube seedlings， and study the influence of LED light source on the production characteristics of potato minituber. The results showed that the effect of LED on the production of potato minituber is very obvious. Compared with CK， the number and the total weight of potato minituber increased by 10.0% and 14.4%， respectively in LED lighting treatment. The total number and the total weight of other grades were improved except for 0-10 g grade potato minituber. In conclution that the treatment of LED mixed light source green ： blue ： red = 1：1：3 could increase the quantity and weight of potato minituber in solar greenhouse. The weight and quantity of potato minituber of 10-20 g， 20-30 g， 30-40 g in LEDs lighting treatment were 1.1， 1.7， 2.4 times and 1.3， 1.6， 2.4 times as big as control， respectively. These provide guide for the selection of supplementary light source in the production of potato minituber in solar greenhouse.

Key words： Potato; Potato minituber; LED light source; Solar greenhouse

隨着农业产业结构的调整和马铃薯主粮化战略的提出，以及马铃薯加工业的飞速发展，马铃薯栽培成为种植业结构调整和增加农民收入的一项重要战略选择。马铃薯脱毒种薯（微型薯）是种薯繁育的关键环节，各级种薯的生产与应用都会受到微型薯质量和数量的影响[1]。光既是植物叶片进行光合作用的根本能源，也是植物生长、发育和分化的调节因子，植物体通过不同的光受体感受不同性质的光信号，察觉生长环境中光质、光强、光照时间和方向的变化来启动生存所必需的生理和形态结构的变化[2-4]。光对设施内（日光温室）作物生长发育和产量品质形成的影响十分显著[5]。LED光源由于具有波谱宽度小、波长专一，以及与植物光合作用和光形态建成的光谱范围吻合、光能有效利用率高、发热量少等显著优点，已被广泛应用于植物生理或栽培领域研究中[6-9]。目前LED光源在植物产业中主要应用于植物工厂，大批量组培育苗，生产经济价值高的经济作物等，日本、美国等偏重于植物工厂，荷兰、比利时等偏重于温室补光，国内主要用于设施农业生产高产值的蔬菜作物，如西红柿、黄瓜和生菜等[2]。LED光源在马铃薯种质资源试管苗保存中也有广泛应用[10-12]，陈丽丽等[13]研究表明，单色红、绿光源LED培养的组培苗可以缩短培养周期，节约成本;单色蓝光下培养的早熟马铃薯组培苗移栽后表现出良好的结薯性能;红蓝和红蓝绿复色光更有利于培育壮苗。柳红[14]研究表明，红光、红蓝光更有利于组培苗形态与生理的健康生长，有利于营养物质的大量积累，红蓝紫光下组培苗的茎粗和株高较大，根数较多。

然而LED光源在马铃薯微型薯日光温室繁育中的研究尚未见报道。因此，笔者以自育马铃薯新品种脱毒试管苗为材料，在日光温室中研究LED 补光对微型薯结薯特性的影响，明确LED 光源在马铃薯微型薯生产中的作用，为提高微型薯的生产效率、降低微型薯的生产成本提供参考，同时为新光源在马铃薯微型薯日光温室设施栽培中的推广应用提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 材料

供试马铃薯品种为克新13号，由黑龙江省农业科学院马铃薯研究所提供，为中晚熟品种。

1.2 方法

试验于2019年4—10月在黑龙江省马铃薯工程技术研究中心现代化全光温室内（45 °41 ′2 ″N，126 °36 ′51 ″E）进行。温室为节能型日光温室，苗床长17 m，宽1.6 m。移苗前15 d左右进行苗床准备。苗床基质为草炭土，厚度约为10 cm，用50%辛硫磷乳油2000倍液和50%多菌灵可湿性粉剂1000倍液进行灭菌杀虫。移苗前，对试管苗进行炼苗，以试管苗绿色小叶展开为炼苗结束。选用健壮无菌、叶子展开较大的幼苗定植于苗床，行株距为7.0 cm×5.0 cm，采用随机区组设计，3次重复，小区面积4.8 m2，马铃薯总株数1370株。温室环境温度控制在18～25 ℃，日常管理参照黑龙江省马铃薯工程技术研究中心《脱毒马铃薯原原种标准化生产操作规程》。

光源采用易生石木（北京）生物科技有限公司生产的LED特定光谱灯（植物组织培养专用），型号YS-LED-18 E，电压AC 100～270 V，功率18 W，绿光、蓝光和红光光源的设置为1∶1∶3（选取的灯源为前期黑龙江省马铃薯生物学与品质改良重点实验室研究总结而来，绿光、蓝光和红光的峰值波长分别为525、450、660 nm），光源距离苗床高度85 cm，此处光照度为770 lx（圖1）。待幼苗展开3片真叶进行LED补光（T），以日光温室自然光为对照（CK）。补光时间为每天8：00—17：00，收获前2周结束补光。

收获时使用精确至0.1 g的电子天平（JY5001）对各小区马铃薯原原种块茎质量按照大小分为五级，即0～10 g、11～20 g、21～30 g、31～40 g、41～50 g，分别统计各级块茎的数量和质量。

1.3 数据统计处理及分析

采用Microsoft Excel 2013整理数据，采用 SPSS 26.0 （IBM Corp.， Armonk， NY， US）统计分析软件处理数据，对处理组与对照组调查数据的平均值进行方差分析（ANOVA）（LSD）。使用GraphPad Prism 8.0进行绘图[15]。

2 结果与分析

2.1 LED补光对单位面积微型薯质量和块茎数量的影响

由图2～3可知，LED补光对温室微型薯生产有一定影响。从块茎外部形态上看， LED补光处理后微型薯块茎多数大于温室自然光下块茎。LED补光处理后单位面积微型薯块茎数量高于温室自然光处理，但2个处理之间块茎数量差异不显著;LED补光处理后单位面积块茎总质量显著高于温室自然光处理。温室自然光下微型薯结薯数量为239.9粒·m-2，微型薯总产量为1.25 kg·m-2;进行LED补光后微型薯的结薯数量为264.0粒·m-2，微型薯总产量为1.43 kg·m-2，LED补光处理单位面积微型薯数量和产量分别提高10.0%、14.4%。

2.2 LED补光对单位面积不同级别微型薯质量的影响

由图4可知，温室自然光下0～10 g级别的微型薯质量高于LED人工补光条件处理，其他级别的微型薯生产质量均表现为LED人工补光处理高于温室自然光处理，但2个处理相同级别的微型薯质量差异不显著。LED人工补光下10～20 g、21～30 g、31～40 g各级别微型薯质量分别为对照的1.1、1.7、2.4倍，温室自然光下无41～50 g级别的微型薯形成。

2.3 LED补光对单位面积不同级别微型薯块茎数量的影响

由见图4、图5可知，LED补光对单位面积不同级别微型薯块茎数量和质量的影响趋势一致。除了0～10 g级别的微型薯外，在其他微型薯级别中，LED人工补光均有利于微型薯数量的增加。LED人工补光下11～20 g、21～30 g、31～40 g各级别微型薯数量分别为对照的1.3、1.6和2.4倍。41～50 g级别的微型薯生产中进行LED人工补光后可达1.67粒·m-2。

3 讨论与结论

光作为一种环境信号和能源，通过光合作用对设施作物生长发育和产量品质有显著影响[4]。植物周围环境光强和光质的变化可以改变植物的生长特性、叶的品质、花的形成以及病虫害的防控。由于LED具有体积小、波长专一、安全、质量轻和寿命长等优点[16]，它目前主要用于植物工厂、组培育苗、温室补光等方面[2]。可是LED光源在马铃薯微型薯日光温室繁育研究中少见，本研究表明绿、蓝、红光混合色的LED光源在马铃薯微型薯日光温室繁育中也有较好的表现，LED补光对温室微型薯的生产影响十分明显，从块茎形态上看，LED补光处理后块茎大。进行LED补光后微型薯的结薯数量和总质量均有所提高，分别提高了10.0%和14.4%。从微型薯的不同级别比较来看，除了0～10 g级别外，其他级别的微型薯结薯总数和结薯总质量均表现为绿、蓝、红光混合色LED人工补光后要提高一些。这些都可能与红蓝组合光谱有利于植物光合产物的积累有关，红蓝组合光谱可以增加植株幼苗叶片的光合速率，提高可溶性蛋白、可溶性糖、碳水化合物和游离氨基酸等的含量，促进光合产物在植株根、叶、茎中的均衡分布[17-20]。同时，红光蓝光配比也可以增大叶片栅栏组织厚度、气孔密度、气孔开张度和光合速率[21]，这也可能是促进微型薯结薯总数量和结薯总质量增加的原因。另外，以前大家认为绿光被植物叶片吸收的较少，是植物无用的光谱[22]，但是随着研究的不断深入，发现绿光可以渗透进入植物的下层叶片，促进下层叶片的发育，在红蓝光组合光谱中添加绿光有利于光合产物、干物质的积累[23]。在红蓝组合光谱中添加绿光，菊花组培苗的可溶性糖、碳水化合物和游离氨基酸的含量均最高[24]，番茄幼苗的总淀粉含量最高[20]。因此本试验中绿、蓝、红光组合光谱为马铃薯微型薯的生长积累了大量的有机物质，从而可以提高微型薯的结薯率和薯块质量。光质影响可溶性糖含量的原因很多，可能是影响了碳水化合物的吸收改变了可溶性糖含量[25]，也可能是光质的改变诱导了光敏色素对蔗糖代谢酶的调控，促进了蔗糖代谢相关酶活性的提高，从而积累更多的光合作用产物[26-27]。

综上所述，与对照光源处理相比，LED混合光源绿光∶蓝光∶红光= 1∶1∶3处理可以增加日光温室微型薯生产的数量和质量。因此，绿光∶蓝光∶红光= 1∶1∶3配比的LED混合光源可以作为马铃薯微型薯日光温室生产中补充光源的选择依据。

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