不同LED光质对烟草生长及养分积累的影响

陈军　彭健健　吴家森

摘 要：为探究不同光质作为烟草生长光源的应用效果，在人工气候室条件下，以本生烟草为试验材料，设置3种不同光质光源LED-v1（R1.2/B1，R3.4/FR1）、LED-v2（R7.4/B1，R2.9/FR1）、LED-v1/v2（R2.3/B1，R3.1/FR1）处理，分析烟草的生长指标对不同光质的响应。结果表明：LED-v1/v2处理本生烟草的株高、茎粗、叶面积、叶片数、生物量显著优于其他处理。低R/FR和低R/B光质能提高烟草叶片的含N量，有助于合成有机物及提高抗逆性，提高烟草的经济品质。适当降低LED-v1/v2光质R/B和R/FR值更有利于烟草的生长和品质的提升。光合反应中心Ⅱ（ΦPSⅡ）、表观电子传递速率（ETR）、PSⅡ最大光化学量子产量（Fv/Fm）等叶绿素荧光指标在不同的处理间无显著差异。综上，烟草生长最适合的人工光源为LED-v1/v2（R2.3/B1，R3.1/FR1）。

关键词：本生烟草；LED；光质；叶绿素荧光

中图分类号：S 572 文献标志码：A 文章编号：0253-2301（2023）04-0052-06

DOI： 10.13651/j.cnki.fjnykj.2023.04.008

Effects of Different LED Light Qualities on Tobacco Growth and Nutrient Accumulation

CHEN Jun1， 2， PENG Jian-jian1， WU Jia-sen1

（1. School of Environment and Resources， Zhejiang A & F University， Hangzhou， Zhejaing 311300， China;2. Hangzhou Liquan Technology Co.， Ltd.， Hangzhou， Zhejaing 311121， China）

Abstract： In order to explore the application effect of different light quality as the light source of tobacco growth， by taking Nicotiana benthamiana as the experimental material under the condition of artificial climate chamber， three light sources with different light quality， including LED-v1 （R1.2/B1， R3.4/FR1）， LED-v2 （R7.4/B1， R2.9/FR1）， and LED-v1/v2 （R2.3/B1， R3.1/FR1）， were set up to analyze the response of tobacco growth indicators to different light quality. The results showed that the plant height， stem thick， leaf area， blade number and biomass of Nicotiana benthamiana treated with LED-v1/v2 were significantly better than those of other treatments. Low R/FR and low R/B light quality could increase the N content in the leaves of tobacco， help to synthesize the organic matters and improve the stress resistance， and also improve the economic quality of tobacco. Appropriately reducing the R/B and R/FR values of LED-v1/v2 light quality was more conducive to the growth of f tobacco and its quality improvement. There was no significant difference in the chlorophyll fluorescence parameters such as photosynthetic reaction centre Ⅱ （ΦPSⅡ）， apparent electron transport rate （ETR）， PSⅡ maximal photochemical efficiency （Fv/Fm） among different treatments. In summary， the most suitable artificial light source for the growth of tobacco was LED-v1/v2 （R2.3/B1， R3.1/FR1）.

Key words： Nicotiana benthamiana； LED； Light quality； Chlorophyll fluorescence

光對植物的生长发育具有非常重要的作用，是植物光合作用的动力源泉。在不同光强光质的作用下，不同的植物会产生各种不同的光形态形成反应，并影响其发育的过程[1]。LED光源因节能高效被广泛应用在植物生长领域，因为LED灯光质比较单一，可以研究不同的光质对植物生长发育的影响。在植物组织培养中，利用LED进行光照、调整光质和光量子通量密度（PPFD），有利于培育植株的成长、光循环、形态构建、缩减培育时间、提升质量。国内外对光质的研究对象多集中在作物上，LED光源已经在水稻[2-3]、小麦[4-5]、西瓜[6]、黄瓜[7-9]、拟南芥[10-12]、樱桃萝卜[13-14]、油麦菜[15]、栀子花[16]、芦荟[17]、大豆[18]、番茄[19-22]、青葱[23]、马铃薯[24]、辣椒[25]等研究，探讨不同光质对不同植物生理生化及品质的影响。但由于植物材料和处理方法的不同，目前对于光质配比的研究结论不尽一致。

本生烟草Nicotiana benthamiana原产于澳洲，归属于茄科，是含有19条染色体的异源四倍体植物。本生烟草生长条件为每天16 h光照、8 h黑暗，湿度60%～70%，温度在25℃左右，光照强度为2200 lx

[26]。烟草作为喜光植物，不同光质的光（白光、红光、黄光、蓝光和紫光）对烟叶的发展、外形构建、内在构造和光合作用等都有影响[27]。LED复合光对云烟组培苗丛芽的增殖效果比日光灯和LED单一光质效果好[28]。

在日光型气候室中，红色LED补光的烟苗光合速度、株高和茎粗均显著高于蓝色LED[29]，单色LED红光处理的烟苗株高、茎粗、叶片数显著高于蓝光[30-31]。红蓝白的LED复合光质，对烟叶组培苗促进发育的作用高于单色红光、单色蓝光、单色白光会和红蓝复合光[32-33]。与单色LED光源相比，不同光质的LED光源组合能更好地促进烟苗的生长[34]，但蓝光（450 nm）、红光（660 nm）和远红光（730 nm）的比例更适合烟草的生长发育的影响还未见报道。本研究选用3种不同光质的LED光源，比较不同处理对本生烟草生长发育的影响，以期为LED光源烟草种植的推广应用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料为本生烟草Nicotiana benthamiana。

1.2 试验设计

在3种不同光质LED-v1[（PPFD=403.93 μmol·m-2·s-1），R1.2/B1，R3.4/FR1]、LED-v2[（PPFD=305.66 μmol·m-2·s-1），R7.4/B1，R2.9/FR1]、LED-v1/v2[（PPFD=379.95 μmol·m-2·s-1），R2.3/B1，R3.1/FR1]處理条件下，采用营养钵育苗。再到幼苗长至2叶1心时定植。每钵1株，每处理5株，重复3次。营养基质为泥炭∶珍珠岩∶蛭石=4∶1∶1。肥料为通用型水溶性复合肥花多多，氮磷钾比为20∶20∶20，每隔7 d浇1次肥，浓度为1000 mg·kg-1。生长过程在人工气候室内进行，人工气候室温度设置为25℃，相对湿度65%，每日光照时间14 h。为了保证温湿度的一致性，把本生烟草全部放置在培养架的中间层面。培养架之间用遮光百叶分隔，即保证通风又保证气候室空气的正常流动。

1.3 指标测定

1.3.1 生长指标 （1）叶形态。分别取定植后20、30、40 d，从基座开始，第6、9、12片叶子，测量叶长和叶宽，将叶近视为椭圆形，以公式S=1/4×π×a×b（ a/b分别为叶长和叶宽）计算叶表面积。（2）株高。分别于定植后20、30、40 d测量植株高度。（3）茎粗。分别于定植后20、30、40 d测量植株茎粗，在茎高1 cm处测量。（4）叶片数。分别于定植后20、30、40 d测量植株叶片数。

1.3.2 植株生物量 定植60 d后收取整个植物，测植株的生物量鲜重和干重。

1.3.3 叶绿素荧光参数 定植6周后，用LI6400XT便携式光合作用测定系统配置640040荧光叶室测定幼苗第12片叶光系统Ⅱ（PSⅡ）的最大光化学量子产量（Fv/Fm）、有效光化学量子产量（ΦPSⅡ）、相对电子传递速率（ETR）、光化学猝灭系数（qP）和非光化学猝灭系数（qN）等叶绿素荧光参数，每处理随机测量5株。

1.3.4 叶片养分含量 分析植株叶片N、P、K含量。本生烟草叶片样品用去离子水洗净，置于烘箱中105℃杀青30 min，然后在80℃条件下烘干至恒量[35]，取出，用高速粉碎机将样品粉碎，过0.149 mm筛后，分别装袋编号，待用。样品经过H2SO4-H2O2处理，全氮采用半微量开氏法，全磷采用钼蓝比色法，全钾采用火焰光度法[36]。

1.4 数据处理

数据使用Excel软件处理，计算平均值和标准差，在a=0.05的显著性水平上进行t检验后进行作图。

2 结果与分析

2.1 不同LED光质对烟草生长指标的影响

2.1.1 不同LED光质对本生烟草株高的影响 由表1可知，在本生烟草生长的整个生长阶段，LED-v1/v2处理本生烟草的株高显著高于高R/B值的LED-v2处理。LED-v1/v2处理与LED-v1处理的烟草在20 d和40 d时株高差异不显著，在30 d时差异显著。

2.1.2 不同LED光质对烟草茎粗的影响 由表2可知，在本生烟草生长20 d时，3种不同光质处理烟草的茎粗无显著差异。30、40 d时，LED-v1/v2处理与LED-v1、LED-v2处理的茎粗差异显著，茎粗最大的是LED-v1/v2处理，最小的是LED-v2处理；LED-v1/v2处理的茎粗约是LED-v2处理的2倍。

2.1.3 不同LED光质对烟草叶片数的影响 由表3可知，LED-v1/v2处理本生烟草的叶片数在20 d左右时，与LED-v2处理差异显著，与LED-v1处理差异不显著；在30、40 d时，LED-v1/v2处理的叶片数与LED-v1、LED-v2处理差异显著。在40 d时，叶片数量差异非常大，大小排序为LED-v1/v2＞LED-v1＞LED-v2；LED-v1/v2处理的分枝多，叶片也多，LED-v2几乎没有分枝。

2.1.4 不同LED光质对烟草叶形态的影响 由表4可知，不同光质LED处理对本生烟草叶形态的影响显著。在20 d时，LED-v1/v2处理的烟草叶长、叶宽和叶面积显著大于LED-v2处理，但与LED-v1处理的叶宽差异不显著。在30、40 d时，LED-v1/v2处理的烟草叶长、叶宽和叶面积显著大于LED-v1和LED-v2两个处理。

2.1.5 不同LED光质对烟草干重含量的影响 由表5可知，LED-v1/v2处理的本生烟草鲜重、干重和鲜干重百分比都显著高于LED-v1和LED-v2，其中以LED-v2处理烟草的鲜重和干重最小，LED-v1和LED-v2处理间无显著差异。

2.2 不同LED光质对荧光参数的影响

由表6可知，不同光质光源处理下，本生烟草的ΦPSⅡ、qP没有显著差异。LED-v1/v2处理烟草的Fv/Fm显著低于LED-v1和LED-v2处理。低R/B的LED-v1处理ETR显著低于其他两个处理。R/B相对较高的LED-v1/v2和LED-v2两个处理的qN显著低于LED-v1处理。

2.3 不同LED光质对叶片养分含量的影响

由表7可知，LED-v2处理本生烟叶的N含量显著高于LED-v1/v2处理，LED-v1/v2处理烟草的P含量显著高于LED-v1处理，LED-v1和LED-v2处理烟草的K含量显著高于LED-v1/v2处理。

3 讨论与结论

3.1 讨论

植物的生长发育由红光、远红光的光敏色素和蓝光、近紫外光受体的隐花色素调节，光源中的红蓝光比和红远红光比对植物生长起关键作用。本研究表明，不同的R/B光质对本生烟草植株形态有重要影响。在本生烟草生长周期，R/B低的LEDv1/v2和LED-v1处理本生烟草的株高、茎粗、叶片数、叶面积、鲜重和干重显著优于高R/B的LED-v2处理；R2.3/B1的LED-v1/v2处理生长指标又显著优于R1.2/B1的LED-v1处理。研究表明，红光促进植物茎的伸长，R7.4/B的LED-v2处理株高显著低于其他两个低R/B值处理，原因可能是太高的R/B反而抑制了本生烟草的生长。从试验过程也可以观察到，高R/B的LED-v2处理烟草开花结实早于其他两个处理，过早开花导致烟草从营养生长转向生殖生长，消耗大量的营养物质，下层叶子早枯。烟草的叶子具有最重要经济价值，叶面积的大小直接影响了烟草的表观经济特征，把R/B提高到一定范围内，更能促进本生烟草的生长[34]。

有研究表明，低R/FR显著提高大豆光合速率，促进物质的积累[18]，低R/FR的LED-v2处理烟草的干物质N、K含量高于或略高于其他两个处理，这也表明低R/FR有利于本生烟草有机物质的形成和积累。另有研究表明，辣椒在蓝光处理下分枝数最多[37]，本试验中相对低R/B的两个处理烟草的叶片数显著高于高R/B的LED-v2处理，分枝也较多。过高蓝光比抑制了叶片的发育[38]，还具有抑制节间生长的作用[39]，低R/B的LED-v1处理烟草的株高和叶面积显著低于LED-v1/v2的处理。

在不同LED光质处理下，黄瓜在R4/B1[11]、辣椒在R5/B1[25]处理下的ΦPSⅡ反应中心开放程度较大，但3个不同烟草处理之间没有显著差异。LED-v1处理烟草的表观电子传递速率（ETR）高于其他两个处理，可能与不同处理的光合量子通量（PPFD）有一定的线性关系。低R/B的LED-v1处理烟草的非光化学猝灭系数（qN）显著高于其他2个处理；而光化学猝灭系数（qP）在不同处理间无显著差异，说明高PPFD值下，烟草用于热能散失的能量占吸收光能的比率较高。

3.2 结论

在人工气候室条件下，R2.3/B1的LED-v1/v2处理烟草的各项生长指标都优于R1.2/B1的LED-v1和R7.4/B1的LED-v2处理。R2.9/FR1的LED-v2处理烟草更有利于有机物质的积累；R1.2/B1的LED-v1处理能够促进烟草含N有机物的合成，提高烟草品质。因此，适当降低LED-v1/v2光质R/B和R/FR值可能更有利于烟草生长和品质提升。

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（责任编辑：林玲娜）

收稿日期：2023-03-25

作者简介：陈军，男，1981年生，工程师，主要从事人工气候室研发推广工作。

*通信作者：吴家森，男，1972年生，教授级高级工程师，主要从事森林土壤与环境研究（E-mial：jswu@zafu.edu.cn）。

基金项目：杭州市临安区农业农村局项目（LANY2022001）。