补光光强和补光时间对黄瓜植株生长和果实品质的影响

李若婵　高瑀杰　寇龙龙　曹晓阳　赵鑫庚　苗妍秀　侯雷平

摘要：为实现冬季设施黄瓜高效优质生产，本试验以黄瓜品种改良21-10为试材，设置对照（CK）、40μmol·m-2·s-1补光4h（T1）、80μmol·m-2·s-1补光4h（T2）、40μmol·m-2·s-1补光8h（T3）和80μmol·m-2·s-1补光8h（T4）共5个处理，研究不同补光光强和补光时间对黄瓜植株生长、果实品质和矿质元素积累的影响。结果表明，与CK相比，T1和T4处理虽然显著增加黄瓜株高和果实纵径、K含量，然而显著降低果实Vc含量；T2和T3处理显著增加黄瓜株高、最大叶面积、果实单果重、果实横径、果实纵径和果实K、Ca，Mn含量，同时T2处理还显著增加黄瓜果实中可溶性蛋白质、可溶性糖和蔗糖含量。隶属函数分析表明，T2处理黄瓜生长发育和果实品质的综合评价值最高。综上表明，80μmol·m-2·s-1补光4h（T2）最有利于黄瓜生长发育和果实优良品质的形成。

关键词：黄瓜；补光光强：补光时间；果实品质；矿质元素积累

中图分类号：S642.201 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2024）03-0043-05

近年来，设施蔬菜栽培已经成为我国园艺产业的重要组成部分。然而我国北方地区冬季常见的持续雾霾天气和防寒保温措施会造成日光温室内光强降低、光周期缩短，从而导致蔬菜生长发育不良和品质下降。因此，弱光短日照环境已经成为制约冬季设施蔬菜产业的重要因素。

光强是影响植物植株形态建成、光合作用和营养物质积累的重要光环境因素。光强越高，植物吸收的光能越多，干物质积累量越大，反之光强过低，植物生长缓慢甚至停滞。丁娟娟等研究发现，随光强增高，不结球小白菜茎粗、叶片数、叶面积均显著增加。刘杰等研究发现生菜生长的各时期内增高光强均显著增加叶面积。Mikulic-Petkovsek等研究发现，随光强增加，野生蓝莓果实的糖酸比显著提高。Song等研究发现，增高光强能显著增加生菜中Vc、可溶性蛋白质和可溶性糖含量，提高生菜品质。

光周期对植物的生长发育和果实品质形成有重要影响。光周期的改变会直接影响植物的光合效率和碳水化合物的分配。前人研究表明，补光4h显著增加水稻的壮苗指数，且对产量也有促进作用。李海云等研究发现，延长光照时间显著增加黄瓜幼苗的茎粗和根冠比，有助于黄瓜植株生长。Shen等研究表明，随着光照时间的延长，叶用莴苣中粗纤维、可溶性糖和Vc含量显著升高。

以上看出，先前研究主要集中在补光时间和光强各自对植物生长发育和果实品质的影响上，关于两者互作方面的研究还有待深入。黄瓜（Cucumis sativus L.）是葫芦科黄瓜属一年生草本植物，是我国设施蔬菜栽培中重要的园艺作物。黄瓜果实营养丰富，富含糖类、蛋白质、Vc等营养成分。设施黄瓜冬季栽培中的弱光短日照条件严重影响黄瓜生长发育和果实品质，因此，本试验以黄瓜品种改良21-10为试材，研究不同补光光强和时间对黄瓜植株生长、果实品质和矿质元素含量的影响，以期为冬季设施黄瓜产业的健康发展提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试黄瓜砧木品种为金妈妈1949，接穗为改良21-10。补光灯为T8 LED灯管，佛山电器照明有限公司产品。

1.2 试验设计与管理

黄瓜幼苗长至三叶一心时定植到日光温室，定植密度5.2株／m2。黄瓜进入结果期时进行补光，共设置5个处理，分别是不补光（CK）、40μmol·m-2·s-1补光4h（T1）、80μmol·m-2·s-1补光4h（T2）、40μmol·m-2·s-1补光8h（T3）和80μmol·m-2·s-1补光8h（T4）。各处理之间用黑色遮光布隔开。光强为补光灯垂直下方黄瓜植株最高叶片测得的数值。补光时间4h为早上揭开保温被前补光2h，晚上覆盖保温被后补光2h；补光时间8h为早上揭开保温被前补光4h，晚上覆盖保温被后补光4h。小区面积：8.0m×1.2m=9.6m2。采用随机区组排列，重复3次。

所有处理全生育期的灌水量相同，均采用水肥一体化滴灌管理。试验所用肥料为‘六国化工牌水溶肥，于黄瓜营养生长期和结瓜期施用，氮磷钾配比分别为17：17：17和16：6：25。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 黄瓜植株生长指标

处理第28天，每处理选取6株长势一致的黄瓜植株测株高、茎粗、最大叶片的叶长和叶宽。最大叶面积=0.743×叶长×叶宽。

1.3.2 黄瓜果实外在品质

处理第28天，每处理选取6个成熟黄瓜果实，使用天平称其单果重，使用果实硬度计测定果实硬度，使用直尺测量果实纵径和横径。

1.3.3 黄瓜果实内在品质

处理第28天，每处理选取6个成熟黄瓜果实，参考李合生的方法测定可溶性糖、可溶性蛋白质和Vc含量，采用间苯二酚光度法测果糖和蔗糖含量，采用酸碱滴定法测定有机酸含量。

1.3.4 黄瓜果实矿质元素

处理第28天，每处理选取6个成熟黄瓜果实，烘干研磨后过300H筛。称干样0.2g用H2SO4-H2O2消煮法消煮，使用原子吸收光谱仪（德国耶拿NOVAA800原子吸收光谱仪）测定K、Ca、Mg、Mn、Zn含量，用钼锑抗比色法测定P含量。

1.4 数据处理与分析

使用SPSS 21软件中的单因素方差分析法进行数据分析，采用隶属函数分析法对黄瓜植株生长和果实品质进行综合评价。

2 结果与分析

2.1 补光光强和时间对黄瓜植株生长的影响

由表1可知，T1处理黄瓜植株株高和茎粗较CK分别显著增加6.73%和44.80%：T2处理株高、茎粗和最大叶面积较CK分别增加5.90%、21.40%和14.26%，T3处理株高、茎粗和最大叶面积较CK分别增加8.91%、38.71％和26.01%，T4处理株高、茎粗和最大叶面积较CK分别增加2.29%、36.73%和19.01%，且均達显著水平。与T1相比，T2处理茎粗显著降低16.16%：T3处理株高、最大叶面积分别增加2.04%和14.81%，均达显著水平：T4处理株高显著降低4.16%。

2.2 补光光强和时间对黄瓜果实外在品质的影响

由表2可知，与CK相比，T1处理黄瓜果实纵径显著增加9.50%，果实硬度显著降低28.68%：T2处理果实单果重、横径和纵径分别增加23.93%、23.59%和10.07%，均达显著水平，果实硬度则显著降低30.01%：T3处理果实单果重、横径和纵径分别增加23.94%、25.69%和11.75％，均达显著水平，果实硬度显著降低14.24%：T4处理果实单果重和纵径分别显著增加17.11%和12.58%，果实硬度显著降低31.16％。与T1相比，T2处理果实单果重和横径分别增加15.33%和11.45%，T3处理果实单果重、横径、果实硬度分别增加15.35%、13.32%和20.17%，均达显著水平。

2.3 补光光强和时间对黄瓜果实内在品质的影响

由表3可知，与CK相比，T1处理黄瓜果实中可溶性蛋白质含量显著增加52.18%：T2处理可溶性蛋白质、可溶性糖和蔗糖含量分别增加73.92%、47.06%和86.54%，均达显著水平。与T1相比，T2处理黄瓜Vc、可溶性蛋白质和可溶性糖含量分别增加39.30%、14.29%和56.25%，均达显著水平：T3处理Vc含量显著增加23.32%：T3和T4处理可溶性蛋白质含量分别降低41.90％和52.38%，均达显著水平。

2.4 补光光强和时间对黄瓜果实矿质元素含量的影响

由表4可知，与CK相比，T1处理黄瓜果实中K、P含量分别增加19.01%和22.60%，T2处理K、Ca、Mg和Mn含量分别增加23.23%、59.80%、47.33%和5.06%，T3处理K、Ca和Mn含量分别增加14.47%、181.83%和8.43%，T4處理K、Ca和Mn含量分别增加15.15%、230.28%和11.24%，均达显著水平。与T1相比，T2处理Ca含量增加134.04%，T3处理Ca和Mn含量分别增加312.75%和6.04%，T4处理Ca、Mn含量分别增加383.70%和8.79％，P含量降低14.90％，均达显著水平。

2.5 黄瓜植株生长发育的综合评价

使用隶属函数法对黄瓜植株6个生长发育和果实品质指标进行综合分析评价，结果（表5）表明，T2处理的综合评价值最高，其次为T3，T1和T4处理分处第三和第四位，CK排最后一位。

3 讨论与结论

光强和光周期参与调控植物光形态建成、生理代谢和果实品质形成等方面。植株生物量的变化直接反映了植物的生长状况。文莲莲等研究发现补光显著增加番茄幼苗的株高、茎粗和叶面积。蒋欣梅等研究发现，随着光强的增加，蒲公英的叶长、叶片数及叶面积显著增加。本试验表明，与对照（CK）相比，各补光处理黄瓜的株高和茎粗均显著增加，T2、T3和T4处理黄瓜最大叶面积均显著增加。说明增加补光时间和光强能促进黄瓜植株生长，原因是补光显著增强了黄瓜的光合作用，继而促进黄瓜的营养生长。

果实外在品质如果实大小、果实硬度是衡量果实商品性的重要指标。本试验结果显示，与CK相比，各补光处理黄瓜果实硬度均显著降低，T2和T3处理果实单果重、果实横径和纵径均显著增加：与T1相比，T2和T3处理单果重和横径均显著增加。这说明增加补光时间和光强增加黄瓜的果实大小，降低果实硬度，提高黄瓜果实的商品价值。这与前人研究结果基本一致，如：孔令霞研究表明随着补光时长的增加，草莓单果重、果实纵径和横径均呈增长趋势：田海青等研究发现果实硬度会随着光强的增加而降低。其原因主要是补光提高了黄瓜叶片的净光合速率，促进干物质积累：同时，补光还能增加多聚半乳糖醛酸酶（PG）活性，降低果实硬度。

黄瓜果实的营养成分含量决定了其营养价值和风味品质。本试验表明，与CK相比，T1和T2处理均显著增加黄瓜果实中可溶性蛋白质含量，且T2处理可溶性糖和蔗糖含量均显著增加：与T1相比，T2和T3处理的Vc含量均显著增加。这说明增加补光时间和光强能够提升黄瓜果实的内在品质。这与前人研究结果基本一致：陈琦等研究表明补光能显著增加黄瓜果实中可溶性糖和可溶性蛋白质含量：李海达等22研究表明补光12h显著增加樱桃番茄果实中Vc、可溶性蛋白质、可溶性糖和蔗糖含量：赵玉萍等研究发现增加光强能显著提高番茄果实内可溶性糖、Vc和氨基酸含量。其原因主要是增加补光时长和光强提升了净光合速率，增加碳水化合物积累，且碳水化合物含量的升高为蛋白质的合成提供了更多的碳骨架，有利于蛋白质的形成。

光照时间延长能够提高作物对矿质营养元素的吸收和积累。本试验发现，与CK相比，T2、T3和T4处理黄瓜果实中K、Ca和Mn元素含量均显著增加。王瑞等研究发现补光5h显著增加番茄果实内Ca、Mg、Cu、Fe、Mn、Zn元素含量。孙雄松等25研究发现，随着光照时数的增加，玉米对N、P、K的吸收量大幅度提高。李海云等研究发现，光照时间的延长有利于黄瓜对N、P、K和Fe的吸收和积累。

综上所述，不同补光光强和时间显著影响黄瓜生长发育和果实品质形成，其中80μmol·m-2·s-1补光4h（T2）最有利于黄瓜生长发育和果实优良品质的形成。

基金项目：山西省重点研发计划项目（202102140601013）：山西省基础研究计划青年科学研究项目（20210302124242）