LED红蓝光连续光照对辣椒苗生长和壮苗指数的影响

林坤明，刘文科，刘家源，陈艳琦

(中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所，农业部设施农业节能与废弃物处理重点实验室，北京 100081)

引言

蔬菜生产是农业生产的重要组成部分，不仅满足了人们日常生活的需求，还给菜农们带来了巨大的经济效益。蔬菜育苗是蔬菜生产的首要环节，幼苗的质量对定植后蔬菜的产量和品质至关重要[1]。传统育苗方式受恶劣天气的影响，不可避免地面临着幼苗生长缓慢、徒长、病虫害等诸多挑战[2]。随着LED照明技术的发展，利用人工光进行蔬菜工厂化育苗具有育苗效率高、病虫害少、易标准化等传统蔬菜育苗方式难以比拟的优势。新一代LED光源较传统光源具有节能高效、寿命长、环保耐用、体积小、热辐射低、波长幅度小的特点[3]，能够在植物工厂的环境下根据幼苗生长发育需要制定合适的光照配方，精确调控幼苗生理代谢过程，实现蔬菜育苗的无公害、标准化和快速生产，缩短育苗周期。

植物幼苗个体对光环境的变化十分敏感，幼苗期的品质对于育苗来说至关重要。植物对光谱具有选择性吸收的特性，不同波长的光能调控植物形态建成、光合作用和物质代谢等生理活动。近年来，利用光质调节蔬菜生长的研究受到了国内外学者的广泛关注，已有研究表明光质对番茄[4-6]、茄子[7]、白菜[8，9]、辣椒[10，11]等园艺作物的生长发育具有重要的调控作用。前人研究表明：蓝光通过降低植物体内的IAA水平来抑制作物生长，红光可以促进植物子叶伸长，但抑制茎的过度生长[12]；增加光环境中的红光比率，可以提高草莓叶片叶绿素含量，增加蓝紫光比率可提高莴苣和番茄叶片的叶绿素含量，有利于作物光合作用生产[13，14]；红光可通过抑制光合产物从叶中的输出来增加叶片的淀粉积累[15]。

连续光照(Continuous Light，CL)是指区别于自然界原有的24 h光周期昼夜交替的光环境，给植物提供连续24 h的明暗条件[16]。连续光照延长了植物进行光合作用的时间，也是植物工厂中除强光照射之外另一种增加光量子投入、促进植物生长的有效手段。研究发现，连续光照可以加速植物的生长、增加生物量、提高品质[17-19]。辣椒作为光周期不敏感作物[20]，在连续光照环境下可以提高其生长。吴根良等[21]利用红蓝光组合与高光强延长光周期，以此提高辣椒的生长。但少有研究通过利用辣椒作物的光周期不敏感性进行红蓝光连续光照育苗。光环境中光强、光质和光周期是相互联系与制约，本试验在保持现日累积光照量(Daily Light Integral，DLI)相同的条件下，分别采用不同的光质和光周期处理，来探究红蓝光连续光照对辣椒苗期生长的影响。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

试验以海丰23号牛角椒为试验对象，选择饱满、大小均匀、有光泽的种子，在55 ℃的温水中浸泡15 min消毒处理。浸泡后将种子捞出洗净，用清水浸泡8 h。用生菜育苗托盘，在网格上面铺4层纱布，然后将浸泡后的种子均匀铺在纱布上面，上面盖2层纱布，用纯水浇透。托盘里面加入50 ml的清水，以保证潮湿的环境。托盘放入28 ℃的恒温培养箱中，黑暗条件下催芽。每天观察发芽情况，适当补充水分，预计4 d可以出芽良好。育苗基质配比为V(草炭)∶V(蛭石)∶V(珍珠岩)=3∶1∶1。营养液采用Hoagland营养液配方，营养液pH调为5.5～6.5，EC值调为1.5～1.8 mS/cm。每个处理下种植两个品种辣椒，同一辣椒品种放入一个穴盘内，穴盘规格为72孔，外观尺寸为540 mm×280 mm×40 mm，密度为476 株/m2，株距为4.5 cm，穴盘洗净晾干后使用。

当种子“露白”后，选择均匀健康种子用镊子点播到穴盘中：①播种前将混合基质均匀铺在孔穴中，基质距离上表面1 cm左右，穴盘每穴中的基质要均匀、疏松，也不能出现中空，然后用“潮汐式”法将基质浇透(所有用水均为蒸馏水)。②每穴轻轻播入1粒种子。播种时需注意种子应平放在穴孔内，不可竖立，避免出现“带帽”出土。③用基质覆盖播种后的穴盘，用刮板刮去穴格上面多余的基质，使穴格清晰可见。然后用“潮汐式”法浇透。浇水后，穴盘晾干10 min左右，以便基质中的明水流完。④用保鲜膜(或黑布)将穴盘孔封住(2 d)，防止基质水分蒸发过快(当观察到第一株苗出土时，撤去保鲜膜)。

1.2 试验设计

试验采用LED红蓝光对辣椒进行栽培，见表1，所有光照处理的DLI相等，均为15.552 mol/m2·d。明期时段为16：00—10：00，暗期时段为10：00—16：00。

表1 试验光照处理

处理一为常规光照(RB-NL)，明期光强为240 μmol·m-2·s-1，光质为R∶B=4∶1(红光∶蓝光=4∶1，下同)，暗期光强为0 μmol·m-2·s-1。处理二为红蓝光连续光照(RB-CL)，光强和光质均一直分别保持为180 μmol·m-2·s-1和R∶B=4∶1。处理三为纯红光连续光照(R-CL)，光强一直保持为180 μmol·m-2·s-1，光质为R。处理四为纯蓝光连续光照(B-CL)，光强一直保持为180 μmol·m-2·s-1，光质为B。

1.3 测定项目及方法

分别在发芽后第15 d、20 d和25 d进行破坏性测量。各处理组每个品种辣椒的穴盘中随机选取生长一致的辣椒幼苗10株，用清水冲洗干净，用量角器测定幼苗叶向值(叶柄和主茎的角度)，用直尺测量幼苗株高，用游标卡尺测量幼苗茎粗(子叶下方1/3处的茎粗)，用电子天平分别称地上部和地下部鲜重质量，用叶面积仪测定叶面积，计算壮苗指数。然后，在105 ℃杀青25 min后72 ℃烘干48 h至恒重后称总干重量。比叶重、壮苗指数的计算式为：比叶重=总叶片重/总叶面积；壮苗指数1=(茎粗/株高×总干重)×10；壮苗指数2=(茎粗/株高×总鲜重)×10。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2010和SPSS 23软件处理数据，用方差分析软件对数据进行单因素方差分析，并运用Duncan检验法对显著性差异(P<0.05)进行多重比较，采用Origin 2021软件制图。

2 结果与分析

2.1 LED红蓝光连续光照对辣椒苗生长形态的影响

本次试验处理期间，R-CL处理辣椒苗株高一直显著高于其他处理[图1(a)]。辣椒苗定值15 d时，除R-CL外，其他三个处理株高没有明显差异，随着种植天数增加，差异逐渐体现，在种植25 d时，B-CL处理辣椒苗株高经过一个快速增长期，株高仅次于R-CL处理下，然后是RB-CL处理，RB-NL处理下辣椒苗株高最低(图2)。不同光处理下，辣椒苗茎粗差异相对较小[图1(b)]。定值15 d时R-CL处理辣椒苗茎粗显著高于其他处理，在20 d时各处理没有表现明显差异性，而在25 d时R-CL处理辣椒苗茎粗小于B-CL和RB-CL处理下，RB-NL处理下辣椒苗茎粗最小。

图1 不同处理对辣椒苗株高和茎粗随时间的变化情况的影响Fig.1 The effects of different treatments on seedling height and stem diameter of pepper注：图中小写字母表示处理间差异显著性(p<0.05)，误差线表示标准差。Notes：Small letters in the figure indicate the significance of differences between treatments (p<0.05)，and error lines indicate standard deviations.

2.2 LED红蓝光连续光照对辣椒苗叶片的影响

辣椒叶向值、叶面积直接影响植株的株型及对光能的利用和品种的生产潜力。由表2可知，R-CL处理下，辣椒苗叶向值显著高于其他处理，其叶面积也最高，但其叶片重低于B-CL处理，最后通过方差分析发现该处理下比叶重显著低于其他处理。B-CL和RB-Cl比叶重最高，其中B-CL处理下，叶向值显著最低，叶片重显著最高。说明B-Cl处理下，辣椒苗叶片光能利用率最高，其株型也更加利用后期生长。

表2 不同处理对辣椒苗叶片的影响(25 d)

2.3 LED红蓝光连续光照对辣椒苗干鲜重的影响

由表3、4可以发现，在辣椒苗种植15 d时，R-CL处理下辣椒苗快速增长，其地上部鲜重、总干鲜重均显著高于其他处理，地下部除了RB-NL处理，其他处理间没有差异。随着种植时间的延长，R-Cl处理下辣椒苗生长增势相比其他处理减缓，在25 d时，B-CL处理在地上部鲜重、地下部鲜重、总干鲜重均显著高于其他处理，而RB-NL处理下各指标均显著最低。

表3 不同处理对辣椒苗地上部和地下部鲜重的影响

表4 不同处理对辣椒苗总鲜重和总干重的影响

2.4 LED红蓝光连续光照对辣椒苗壮苗指数的影响

由表5可知，壮苗指数1、2在辣椒苗种植前期各处理间差异较小，随着种植时间的延长各处理间差异显著增大。在15 d时，B-CL处理下辣椒苗壮苗指数1最高，而其他处理间则没有明显差异，这一结果和壮苗指数2类似；而在25 d时，辣椒苗壮苗指数1中，B-CL和RB-CL处理下壮苗指数1均表现最高，RB-NL和R-CL次之，壮苗指数2中各处理间差异更加明显，其中B-CL处理下壮苗指数2显著高于其他处理，然后是RB-CL、RB-NL，R-CL处理下壮苗指数2最低。

表5 不同处理对辣椒苗壮苗指数的影响

3 讨论

CL增加了植物的光合作用和同化作用的时间，同时避免了暗期呼吸作用的消耗，从而增加了干物质和营养物质的累计[22]。Kozai等[23]研究表明，CL促使番茄干重、鲜重及叶面积显著提高；Zha等[24]研究CL对生菜的影响发现，与同光强正常光周期处理相比，CL下生菜地上部干鲜重较高，且生物量的提升依赖于比叶重而非叶面积，显著促进了生菜幼苗的生长。本研究表明，相比较常规光照，连续光照均可以有效促进辣椒苗期生物量的积累。

Jishi等[25]测定了LED红蓝光交错照射对生菜生长的影响，发现DLI相同条件下，随着单色蓝光照射时间的增加，生菜叶片变长、产量增加。本研究发现，连续蓝光照射下，辣椒苗地上部鲜重、地下部鲜重、比叶重和壮苗指数显著高于其他处理，叶向值显著低于其他处理。其中叶向值作为可以同时反映叶片“直”和“立”两个特性的综合指标[26]。叶向值小，导致叶面向上伸展，整株占用空间面积小，更有利于光能利用和株间通风。蒲高斌等[27]研究发现苗期照射蓝光亦可以促进番茄幼苗的生长，有利于培育壮苗，并认为蓝光照射下番茄幼苗光合速率显著高于对照，原因可能是蓝光促进叶片气孔开放，增加了胞间CO2浓度；白生文等[28]研究了蓝光和紫光对辣椒幼苗生长生理的影响，试验发现蓝光处理下植株株高、干重、鲜重、光合速率、气孔导度等显著增高，其中植株干重、光合速率含量均在白光处理两倍以上。杨振超等[29]试验中也发现，蓝光比例更高的处理组，辣椒幼苗光合性能显著提高，更利于在植物工厂环境下生长。

综上所述，连续光照促进了辣椒苗生物量的积累，其中连续红光处理下株高显著上升，连续蓝光处理下总干重、总鲜重、壮苗指数和比叶重均显著上升，并且较低的叶向值表明连续蓝光处理下辣椒苗的株型更好，更利于植物工厂育苗。