新型稀土转光膜对日光温室黄瓜生长发育及产量的影响

高亚新，李恭峰，马万成，张振兴，王星龍，穆亚宁，李青云

（河北农业大学 园艺学院/河北省蔬菜产业协同创新中心，河北 保定 071000）

近年来，设施农业飞速发展，已经成为我国的支柱产业。光是影响设施栽培的主导因素［1-3］，设施内光照的调控主要通过塑料薄膜进行，为此，人们通过在普通农用棚膜中添加转光剂的方法研制转光膜，这种转光膜能将太阳光中的紫外光或黄绿光转换成对作物有益的蓝光及红橙光［4-6］，使作物充分利用光能，实现调控植物生长发育的目的，进而提高设施蔬菜产量［7］。已有研究证明，转光膜使番茄、青椒等蔬菜作物分别增产21.6%、13.2%［8］；李岩等［9］在研究中提到转光膜可提高甜椒的光合效率，促进植株生长发育，增加产量；胡萝卜、毛豆在转光膜下其株高、茎粗、叶片数等生长指标均高于普通膜处理［10］。转光膜除了增加产量外，还可显著改善果实品质，转光膜覆盖下甜椒果实的Vc 含量提高了31.56%，可溶性糖和游离氨基酸含量也显著提高了14.37%和15.94%［11］。

黄瓜是我国设施栽培的主要蔬菜之一，黄瓜光合作用对光和温度的反应较为敏感［12-13］，相比于温度，光环境对黄瓜光合作用的影响更大［1］。冬季设施内不良的温光环境条件会严重影响黄瓜植株的正常生长发育。转光膜的应用可以明显改善温室内的光环境。近年来，转光膜的研究十分活跃，已成为农用薄膜功能化技术的重要发展方向。目前有关新型棚膜对黄瓜生长发育影响的研究还相对较少。本试验覆盖内蒙古舜明有限公司生产的稀土转光膜，该膜是在PO 膜的基础上加入了稀土转光剂，将太阳光中的紫外光和黄绿光转换成对作物生长有益的蓝紫光及红橙光。张玲玲等人在内蒙古试验研究发现该膜覆盖下西红柿长势增强，株高、茎粗均显著提高；果实品质也得到提升，可溶性蛋白和番茄红素分别是普通膜处理的1.9 倍和1.5 倍［14］。本研究选择冬季光照条件较差、但温度比内蒙古高的冀中地区作为试验地，以‘津优315’密刺黄瓜为试材，普通PO 膜为对照，研究新型稀土转光膜对日光温室黄瓜植株生长、果实品质及产量的影响，为稀土转光膜在冀中地区日光温室黄瓜上的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

供试品种：‘津优315’密刺黄瓜。

供试棚膜：稀土转光膜（内蒙古舜明有限公司生产），厚度0.1 mm，对照棚膜为PO 膜，厚度0.1 mm。

试验于2020 年9 月—2021 年1 月在河北省保定市石象村河北康城现代农产品开发有限公司基地厚土墙日光温室内进行，温室长度 100 m，脊高 5.4 m，内跨 11.5 m。设置2 个处理，对照温室覆盖PO 膜（CK），处理温室覆盖稀土转光膜（RPO），在处理温室和对照温室的中部随机选取相邻的12 行为1个小区，每小区面积约 80 m2，重复3 次。土壤栽培，大行距 80 cm，小行距 40 cm，株距35 cm，覆盖透明地膜，膜下沟灌，水肥管理和病虫害防治同常规生产。黄瓜于2020 年9 月25 日定植，11 月5 日开始采收，2021 年1 月6 日拉秧。

分别在根瓜期（2020 年11 月5 日）、盛瓜期（2020年12 月4 日）和衰老期（2021 年1 月5 日）测定植株生长指标、叶片叶绿素含量和光合参数，每小区选取6 株测定；自采收开始记录小区黄瓜产量，分别测定3 个时期（根瓜期：花后9 d，盛瓜期：花后8 d，衰老期：花后10 d）商品果的果实品质，每小区测定6 个果实。

1.2 测试指标和方法

1.2.1 黄瓜植株形态指标测定 测定黄瓜株高、茎粗、叶片数、叶面积和节间长度。叶面积=叶长×叶宽/1.19，其中1.19 为根据实测面积计算出的系数；茎粗和节间长度测定第3 片真叶和第4 片真叶之间的茎蔓。

1.2.2 黄瓜叶片叶绿素含量的测定 选取植株从顶部向下数第3 片完全展开叶进行测定，使用80%丙酮提取法，在波长470、645、663 nm 下计算叶绿素a、叶绿素b 和类胡萝卜素含量［15］。

1.2.3 黄瓜叶片光合参数的测定 用 YZQ-100A 便携式动态光合仪测定植株顶部向下数第3 片功能叶的净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、蒸腾速率（Tr）和胞间CO2浓度（Ci），测定时设定光量子通量密度（PFD）为1 000 μmol/(m2·s)。

1.2.4 黄瓜果实品质的测定 采用ATAGO（株式会社ATAGO·日本）手持式数显糖量计测定可溶性固形物含量；采用高效液相色谱法测定果实糖含量［16-17］，采用Shodex Asahipak NH2P-50 4E 色谱柱（4.6 mm×250 mm，5 μL），柱温32 ℃，流动相乙腈∶水（75∶25），流速 0.8 mL/min，进样量5 μL，检测器 视差折光检测器，保留时间20 min。采用Agilent 1200 高效液相色谱仪测定。

考马斯亮蓝G-250 染色法测定可溶性蛋白含量［18］；2.6-二氯酚靛酚滴定法测定Vc 含量［19］；氢氧化钠滴定法测定可滴定酸含量［18］；茚三酮比色法测定游离氨基酸的含量［18］。

1.2.5 黄瓜产量的测定 自根瓜采收期开始记录单株结果数和产量，分别在根瓜期、盛瓜期、衰老期期测定单果重。

1.3 数据分析

采用Microsoft Excel 2016 软件处理数据，SPSS 23 软件统计分析。

2 结果与分析

2.1 稀土转光膜对日光温室黄瓜植株生长的影响

由表1 可知， 根瓜期RPO 处理黄瓜植株的株高、茎粗、叶面积均显著高于CK，分别比CK 提高了10.36%、13.85%、4.15%。盛瓜期RPO 处理黄瓜植株的株高、茎粗显著高于CK 5.26%、7.08%。衰老期RPO 处理的茎粗较CK 提高了9.00%。在黄瓜整个生长周期内黄瓜植株叶片数和节间长度虽然差异不显著（P＜0.05），但RPO 处理下黄瓜的叶片数和节间长度始终高于CK。由此可以看出，稀土转光膜显著促进茎的伸长和加粗生长，在一定程度上促进叶片增大。

表1 稀土转光膜对日光温室黄瓜生长指标的影响Table 1 Effect of rare earth light conversion film on cucumber growth index in solar greenhouse

2.2 稀土转光膜对日光温室黄瓜叶片光合色素的影响

在黄瓜根瓜期和盛瓜期，RPO 处理黄瓜叶片的叶绿素a 含量和叶绿素b 含量显著高于CK（表2），根瓜期叶绿素a 和叶绿素b 含量较CK 提高31.26%和22.97%；盛瓜期叶绿素a 和叶绿素b 含量达到最高，分别为24.57、5.70 mg/g，较CK 提高了19.85%、25%。衰老期黄瓜叶片的光合色素含量以及3 个时期的类胡萝卜素含量在2 个处理下均无显著性差异。综上，稀土转光膜显著提高了黄瓜叶片叶绿素a 和叶绿素b 含量，这是提高叶片光合能力的基础。

表2 稀土转光膜对日光温室内黄瓜叶片光合色素的影响Table 2 Effect of rare earth light conversion film on photosynthetic pigments of cucumber leaves in solar greenhouse mg/g FW

2.3 稀土转光膜对日光温室内黄瓜叶片光合参数的影响

由表3 可以看出，在黄瓜整个生育周期内，RPO 处理黄瓜叶片的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度均显著高于CK。其中，盛瓜期黄瓜叶片的光合参数达到最大，RPO 处理较CK 增加了30.08%、25.72%、28.49%，胞间CO2浓度的变化趋势正好与净光合速率、蒸腾速率、气孔导度相反，RPO 处理黄瓜叶片的胞间CO2浓度较CK 降低3.20%。

表3 稀土转光膜对日光温室内黄瓜叶片光合参数的影响Table 3 Effect of rare earth light conversion film on photosynthetic parameters of cucumber leaves in solar greenhouse

2.4 稀土转光膜对日光温室黄瓜果实品质的影响

在黄瓜整个生育期内，RPO 处理的游离氨基酸含量始终高于CK，可滴定酸含量始终低于CK（表4）。盛瓜期游离氨基酸含量达到最高，较CK 提高了27.81%。根瓜期RPO 处理的可溶性蛋白显著高于CK，较CK 提高24.72%；盛瓜期RPO 处理的VC含量显著高于CK，较CK 提高27.40%。根瓜期可滴定酸的含量最高，较CK 降低18.18%，其次是衰老期，较CK 降低20.00%，含量最低的是盛瓜期，较CK 降低35.00%。

表4 稀土转光膜对日光温室黄瓜果实品质的影响Table 4 Effect of rare earth light conversion film on cucumber fruit quality in solar greenhouse

从表5 中可以看出，黄瓜整个生育周期内，RPO 处理果实的葡萄糖和蔗糖含量均显著高于CK，两物质含量也在盛瓜期均达到最高，分别较CK 提高31.15%、12.05%；根瓜期和盛瓜期，RPO处理的可溶性固形物含量显著高于CK，分别较CK提高6.09%、7.44%；盛瓜期和衰老期，RPO 处理的果糖含量显著高于CK，分别较CK 提高32.52%、26.70%。

表5 稀土转光膜对日光温室黄瓜糖组分的影响Table 5 Effect of rare earth light conversion film on sugar composition of cucumber in solar greenhouse

2.5 稀土转光膜对日光温室黄瓜产量的影响

由表6 可知，在黄瓜整个生育周期内RPO 处理的平均单果质量和单株果数均显著高于CK，较CK分别增加了18.96%、9.33%、19.41% 和21.48%；RPO 处理的黄瓜折合亩产量为5 068.78 kg，显著高于CK，较CK 提高了30.01%。

表6 稀土转光膜对黄瓜果实产量的影响Table 6 Effect of rare earth light conversion film on cucumber fruit yield

3 讨论与结论

转光棚膜对日光温室内黄瓜植株的生长发育有明显的促进作用。克列什宁［20］研究发现，在同样的辐射强度和适宜的日照长度下，红橙光下生长的植物生长发育最快；蒋学勤［21］的研究表明转光膜日光温室的番茄株高、茎粗均优于PO 膜处理；本研究同样发现RPO 处理黄瓜的株高、茎粗显著高于PO 处理。可能与转光膜添加稀土转光剂后提高了入射光中红橙光的比例，因此促进了植株的生长。

转光膜可促进植物叶片叶绿素的积累，增强光合能力。前人研究发现，红光可以提高草莓叶绿素含量，且红光/蓝光的比值越大，叶片叶绿素含量越高［22］；张元梅等［23］研究发现，红光还能提高气孔导度，增强植株的光合能力，有利于作物的生长发育。本试验研究发现，在黄瓜整个生育周期中RPO 处理黄瓜叶片净光合速率、蒸腾速率、气孔导度均显著高于CK，胞间CO2浓度显著低于CK，表明转光膜促进黄瓜气孔开放，提高了叶肉细胞对CO2的利用效率，从而提高了叶片的净光合速率［9］。与此同时，叶片的蒸腾速率加大，在一定程度上促进了水分吸收与运输，可能同时促进矿质养分吸收［24］，进而促进植株光合作用和生长发育。

转光膜可以改善果实品质。文莲莲等［1］在研究中指出红色转光膜覆盖生长的黄瓜可溶性糖、游离氨基酸和Vc 含量明显提高。与普通膜相比，添加GTR-Ⅱ转光剂，明显提高番茄果实中的糖酸比、番茄红素、可溶性糖和VC含量［25］。本试验中，在黄瓜生长的全生育期，RPO 处理显著提高了果实游离氨基酸、葡萄糖、蔗糖、果糖（根瓜期除外）和可溶性固形物（衰老期除外）含量，降低了可滴定酸含量，而果实可溶性蛋白在根瓜期，Vc 含量在盛瓜期显著高于CK。果实品质的提高可能是因为透射光中红橙光比例的增加，红光比例的提高可能增加了半乳糖内脂脱氢酶（CaILDH）的合成，导致抗坏血酸氧化酶（AAO）及抗坏血酸过氧化物酶（AAP）含量的降低，但具体机理还需要进一步研究［26］。

转光膜能够促进果实产量增加。陆国军和俞刚翔［27］研究发现，转光膜使葡萄增产6.6%左右；李强等［28］研究发现，与普通棚膜相比，转光膜可以促进芥菜、普通白菜、菜薹（菜心）的地上生物量增加20.53 %～23.40%、20.13 %～32.62%、16.43 %～20.30%。本试验研究发现，RPO 处理温室的黄瓜单果重为267.01 g，较PO 处理增加了41.29%，虽然单株果数仅增加了1.36 个，但由于单果重增加比例较大，且全棚总的采果数量多，因此折合亩产增加了30.01%。

综上，转光膜促进黄瓜生长和果实品质产量提高的原因可能有2 大方面：第一，温度的影响，傅明华等［29］研究发现转光膜可显著提高棚内日最高气温，蒲文宣等［6］测得在冬季和早春应用转光膜能使棚温增加1.7 ℃；刘杨［30］和唐颢等［31］则发现转光膜可显著提高棚内日平均温度，促进草莓花期提前［30］和明前茶(清明节以前出产的春茶)产量提高［31］。土壤温度也是影响植物生长发育的一个重要条件，对大多数植物来说，随着土壤温度增高，生长也加快，根系吸收作用和呼吸作用加强，物质运输加快，因而细胞分裂和伸长的速度也随之而增快，间接影响植物的生长［32］。第二 ，光环境的影响，光环境主要包括光强、光周期以及光质，李文秀等［33］研究结果表明，转光膜可以改善温室内光照条件，进而有效提高空气温度和土壤温度，间接促进黄瓜的生长发育。光质对植株的形态建成、生理代谢和果实品质等方面具有明显的调控作用［1-3］。徐凯等曾在研究中表明，红光/蓝光的比值越大，草莓叶片叶绿素含量越高，红蓝光比例可以影响光合产物的分配，使果实产量增加［22］。

本试验同时测定了稀土转光膜的温光环境，表明冬季平均气温、有效积温和10 cm 土层平均地温分布分别比CK 高6.11%、4.26%、13.79%，转光膜光谱中红橙光比例提高1.25%（相关论文整理中）。结果表明温光环境改善是稀土转光膜促进日光温室黄瓜优质高产的基础，在冬季温光条件不太突出的冀中地区及相近的区域，应用稀土转光膜是黄瓜增产提质的有效途径。