周國(guó)泉，吳家森，汪小剛

（1.浙江林學(xué)院理學(xué)院，浙江臨安，311300；2.浙江林學(xué)院林業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院）

發(fā)光二極管（LED）因提供的藍(lán)色、紅色及遠(yuǎn)紅色光譜正好與植物光合作用和光形態(tài)建成的光譜范圍相匹配，常被應(yīng)用于植物光生理研究和組織培養(yǎng)上。1996年，Okamoto等人使用超高亮度紅光LED與藍(lán)光LED作組培光源，在藍(lán)光與紅光光量子數(shù)之比為1∶2下正常培育了蔬菜[1]。應(yīng)用LED已成功栽培的組培苗還有菠菜[2]、胡椒[3]和馬鈴薯[4]等。與使用日光燈管的栽培方式相比，LED作組培光源的組培苗生長(zhǎng)數(shù)月后在鮮質(zhì)量、干質(zhì)量、葉片數(shù)、葉寬、根數(shù)及根長(zhǎng)上并無(wú)顯著差異，證實(shí)在環(huán)控室中使用LED作為栽培光源來(lái)栽培組培苗是可行的。但是，我國(guó)在這方面的研究起步較晚。2001年，臺(tái)灣的饒瑞佶等人開(kāi)始研究超高亮度發(fā)光二極管作為組培苗栽培人工光源的燈具制作[5]。2003年，郭雙生等人將LED作為受控生態(tài)保護(hù)系統(tǒng)中植物生長(zhǎng)的光源[6]。2003年，諸葛強(qiáng)等人將LED應(yīng)用于桉樹快繁，結(jié)果顯示LED顯著促進(jìn)赤桉（Eucalyptus camaldulensis）組培苗生根和生長(zhǎng)[7]。2007 年，吳沿友等人將LED應(yīng)用于諸葛菜（Orychophragmus violaceus）和油菜（Brassica juncea）的組培苗上，結(jié)果表明經(jīng)LED光源處理的組培苗鮮質(zhì)量增長(zhǎng)、碳酸酐酶活性以及葉綠素含量等明顯高于對(duì)照的日光燈處理[8]。2008年，邸秀茹等人研究了LED輻射的不同光質(zhì)配比對(duì)菊花組培苗生長(zhǎng)的影響[9]。利用自制的紅/藍(lán)（R/B）比例均勻的發(fā)光二極管組合燈作栽培光源[10]，吳家森等人研究其對(duì)綠蘿生長(zhǎng)的影響[11]。本文利用自行研制的R/B和紅/遠(yuǎn)紅（R/FR）二者比例均勻且可調(diào)的紅、藍(lán)、遠(yuǎn)紅光發(fā)光二極管組合補(bǔ)光燈[12]，研究三色發(fā)光二極管組合燈補(bǔ)光對(duì)溫室生菜（Lactuca sativa）生長(zhǎng)及光合特性的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)備

本研究使用3種補(bǔ)光光源，LED組合1（R∶B∶FR=6∶1∶0.18）、LED 組合 2（R∶B∶FR=7∶1∶0.21）和 LED 組合 3（R∶B∶FR=5∶1∶0.15）。3 種補(bǔ)光光源的 R/FR 比值保持不變，但R/B比例卻不相同。其中，紅光LED型號(hào)：CHHE3B04ALD，標(biāo)準(zhǔn)電壓：2.0～2.1 V，標(biāo)準(zhǔn)電流：10 mA，波長(zhǎng)：626～629 nm，亮度：22～25 cd。藍(lán)光 LED 型號(hào)：CH-HB3B04ALD-G，標(biāo)準(zhǔn)電壓：3.0～3.2 V，標(biāo)準(zhǔn)電流：20 mA，波長(zhǎng)：465～468 nm，亮度：5～7 cd。遠(yuǎn)紅光 LED型號(hào)：L735-03AU，標(biāo)準(zhǔn)電壓：1.85～2.0 V，標(biāo)準(zhǔn)電流：50 mA，波長(zhǎng)：730～738 nm，亮度：640 mcd。

1.2 試驗(yàn)材料

生菜（種子購(gòu)自杭州科豐種子有限公司），自行培育至3片葉片時(shí)，定植于營(yíng)養(yǎng)缽中。

1.3 試驗(yàn)方法

將生菜苗種于溫室大棚中，分為4組，每組種生菜苗10株，重復(fù)3次。第1組為空白對(duì)照，處理1～3分別用上述對(duì)應(yīng)的LED組合燈1～3進(jìn)行補(bǔ)光，組合燈位于生菜上方15 cm，試驗(yàn)期間即2008年12月1日至2009年1月6日利用定時(shí)裝置每天在7：00～8：00、18：00～19：00對(duì)3組生菜自動(dòng)進(jìn)行2 h的補(bǔ)光。

測(cè)量的生長(zhǎng)指標(biāo)為：葉片數(shù)量、葉質(zhì)量、地上部高度、地下部長(zhǎng)度、主根（最粗的根）長(zhǎng)度、整個(gè)生菜的鮮質(zhì)量、葉和根中的礦物質(zhì)元素含量。

氣體交換參數(shù)測(cè)定：2009年1月7日9：00～11：30，對(duì)不同光質(zhì)補(bǔ)光的生菜進(jìn)行光合特性測(cè)定。測(cè)定葉片為頂端往下的第3片功能葉，光響應(yīng)曲線利用Li-6400（美國(guó)，LI-Cor公司生產(chǎn)）紅藍(lán)光源6400-02測(cè)定，測(cè)量時(shí)的溫室溫度設(shè)置為25℃，二氧化碳摩爾分?jǐn)?shù)設(shè)定為370μmol/L，光照強(qiáng)度梯度設(shè)置為2000，1 500，1 000，800，600，400，300，200，100，50，0 μmol·m-2·s-1，測(cè)定的指標(biāo)有光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、胞間二氧化碳濃度（Ci）、氣孔導(dǎo)度（Gs）。每處理測(cè)定 5株，每株1片葉。礦物質(zhì)元素含量的測(cè)定方法為等離子發(fā)射光譜法即ICP法。葉綠素相對(duì)含量用SPAD-502（日本MINOLTA生產(chǎn)）葉綠素儀測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同光質(zhì)補(bǔ)光對(duì)生菜生長(zhǎng)的影響

生菜在不同光質(zhì)補(bǔ)光37 d后的生長(zhǎng)指標(biāo)見(jiàn)表1。補(bǔ)光后地上部高度均有不同程度的增長(zhǎng)，尤為處理3增長(zhǎng)最多；地下部有不同程度的縮短，以處理2縮短最多；主根處理3有較多的增長(zhǎng)，但處理1和2略有縮短；葉片數(shù)量均增多，以處理1增加最多；葉質(zhì)量有增長(zhǎng)，處理1和處理3明顯好于處理2；整個(gè)生菜的鮮質(zhì)量均略有增長(zhǎng)，以處理1增長(zhǎng)最多，處理3緊隨其后。由于土質(zhì)松軟，所以地下部均比較長(zhǎng)，大大超過(guò)了地上部，形狀呈須狀，但主根不是很長(zhǎng)。

對(duì)處理1～3的葉和根分別進(jìn)行烘干消化處理后，送南京林業(yè)大學(xué)生態(tài)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行礦物質(zhì)元素含量的測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表2和3。由表2可知，補(bǔ)光后，所測(cè)量的指標(biāo)均有不同程度的增長(zhǎng)，尤其是對(duì)人體十分有益的鋅和鐵成倍增長(zhǎng)，磷和鈣也有一定增長(zhǎng)。處理1和3中銅含量偏多。處理1，2，3中生菜葉的礦物質(zhì)元素全面，如果食用，對(duì)人體的健康有益。根中礦物質(zhì)元素含量不同于葉中的含量。根中硼、鋅含量與葉中差不多，鈣、磷和錳含量為葉中的1/2左右，鐵含量明顯高于葉中的含量，鈉含量為葉中的2.5倍左右。處理3根中硼的含量特別少，然而銅的含量又特別高（表3）。總的來(lái)講，生菜根中礦物質(zhì)元素含量也是很豐富的，但生菜的根一般不食用。

表1 不同光質(zhì)補(bǔ)光條件下生菜的生長(zhǎng)指標(biāo)

表2 不同光質(zhì)補(bǔ)光條件下生菜葉中礦物質(zhì)元素的含量mg/g

表3 不同補(bǔ)光條件下生菜根中礦物質(zhì)元素的含量 mg/g

圖1 生菜光合作用光響應(yīng)曲線

圖2 生菜氣孔導(dǎo)度對(duì)光強(qiáng)的響應(yīng)

圖3 生菜胞間二氧化碳對(duì)光強(qiáng)的響應(yīng)

圖4 生菜蒸騰速率對(duì)光強(qiáng)的響應(yīng)

2.2 不同光質(zhì)補(bǔ)光對(duì)生菜光合特性的影響

光響應(yīng)曲線反映了植物光合速率隨光照強(qiáng)度的變化而變化的規(guī)律。從圖1可以看出，起初隨著光量子通量的增大，凈光合速率幾乎呈直線上升；當(dāng)光量子通量達(dá)到一定值后，凈光合速率增加的幅度就逐漸減慢，最后達(dá)到一定限度，不再隨光量子通量的增加而增加，即達(dá)到光飽和。圖1表明，在弱光條件下，生菜在3種LED組合補(bǔ)光下光合速率較一致，但光量子通量超過(guò) 300 μmol·m-2·s-1時(shí)，LED 組合燈補(bǔ)光的生菜光合速率大于自然條件，其中處理3＞處理1＞處理2。由圖2可知，隨著光照強(qiáng)度的增強(qiáng)，生菜氣孔導(dǎo)度逐漸下降，生菜的氣孔導(dǎo)度總體表現(xiàn)為處理1＞處理3＞處理2＞CK。隨著光照強(qiáng)度的增加，生菜胞間二氧化碳濃度略有下降，如圖3所示。當(dāng)光量子通量小于100 μmol·m-2·s-1時(shí)，3種處理的生菜胞間二氧化碳濃度很難區(qū)分，但均高于空白對(duì)照組。當(dāng)光量子通量較大時(shí)，CK＞處理1＞處理2＞處理3，其中空白對(duì)照組和處理1差異較小。圖4中的蒸騰速率隨光量子通量的增加，除CK略有增加外，其他處理則緩慢下降，且保持較穩(wěn)定的水平，其中處理1＞處理3＞處理2。

通過(guò)光響應(yīng)曲線可以計(jì)算出光補(bǔ)償點(diǎn)、光飽和點(diǎn)及最大凈光合速率，結(jié)果見(jiàn)表4。LED組合燈補(bǔ)光大大提高了光飽和點(diǎn)，處理2和處理3提高了2.5倍左右，處理1也提高了近2倍；光補(bǔ)償點(diǎn)也有較大幅度的提高，以處理3提高最多，處理1其次。采用LED組合燈補(bǔ)光后，生菜葉綠素相對(duì)含量也得到了提高，其中處理3提高最多，處理1和處理2相差不多。

表4 不同光質(zhì)補(bǔ)光條件下生菜的光合生理指標(biāo)

3 結(jié)論

與自然條件相比，使用紅、藍(lán)、遠(yuǎn)紅光三色LED組合燈對(duì)生菜進(jìn)行補(bǔ)光，能使生菜較好地生長(zhǎng)，特別是在 R∶B 為 5∶1 和 6∶1 時(shí)，其葉片數(shù)、葉片長(zhǎng)、葉質(zhì)量和整個(gè)生菜的鮮質(zhì)量等均有明顯的增長(zhǎng)，但地下部分略有縮短；補(bǔ)光后，生菜葉的礦物質(zhì)元素含量均有不同幅度的提高，尤其是對(duì)人體十分有益的鋅和鐵成倍增長(zhǎng)。當(dāng)R∶B為5∶1和 6∶1時(shí)，生菜葉中銅的含量偏多。生菜根中礦物質(zhì)元素含量不同于葉中的含量，鈣、磷和錳含量為葉中的一半左右，鐵含量明顯高于葉中的含量，鈉含量為葉中的 2.5 倍左右。R∶B 為 5∶1 時(shí)，生菜根中硼的含量特別少，而銅的含量特別高。使用LED組合燈補(bǔ)光，使生菜的光補(bǔ)償點(diǎn)和光飽和點(diǎn)升高，光合能力增強(qiáng)，氣孔導(dǎo)度加大，蒸騰速率加快，葉綠素含量提高，但胞間二氧化碳濃度略有下降。綜合考慮，補(bǔ)光使生菜的品質(zhì)得到了提高，以R∶B=5∶1為最合適，R∶B=6∶1其次。再增大R/B的比例，生菜的生長(zhǎng)指標(biāo)提高不顯著，但礦物質(zhì)元素含量能得到有效提高。

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