趙姣姣 楊其長(zhǎng) 劉文科

(中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所，農(nóng)業(yè)部設(shè)施農(nóng)業(yè)節(jié)能與廢棄物處理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081)

瞿麥 (dianthus superbus)，別名十竹子花、野麥、石桂花，石竹科多年生草本藥用植物，全草入藥有通經(jīng)、利尿的功效［1］。因?yàn)槠浠ㄉG麗，常用來(lái)布置花壇、花境或巖石園，也可用于盆栽花卉或切花［2］。目前瞿麥的栽培主要為陸地土壤栽培。然而隨著藥用植物的連年種植，藥用植物連作障礙問(wèn)題日益凸顯，而且栽培過(guò)程中化肥農(nóng)藥的大量使用導(dǎo)致土壤中硝態(tài)氮、重金屬及其它有害元素殘留超標(biāo)，并且通過(guò)植物的富集作用進(jìn)入藥用植物體內(nèi)，影響藥用植物產(chǎn)量和品質(zhì)，調(diào)查數(shù)據(jù)表明，我國(guó)中藥材總銅、鉛、砷、鎘、汞的超標(biāo)率分別為21.0%、12.0%、9.7%、28.5%、6.9%［3］。無(wú)土栽培技術(shù)因其特有的優(yōu)點(diǎn)，環(huán)境可控、病蟲(chóng)害可控、清潔無(wú)污染等日益受到人們的青睞，然而目前無(wú)土栽培技術(shù)多用于蔬菜的栽培，藥用植物無(wú)土栽培技術(shù)的研究只限定在幾種貴重藥材上，如西洋參［4］、石斛［5］。對(duì)常用藥用植物的無(wú)土栽培研究，尤其是瞿麥的無(wú)土栽培研究未見(jiàn)報(bào)道。

作為植物生長(zhǎng)最重要的環(huán)境因子，光對(duì)植物生長(zhǎng)有重要作用。光通過(guò)光質(zhì)、光強(qiáng)和光周期影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育，其中光質(zhì)調(diào)控植物的生長(zhǎng)、形態(tài)建成、物質(zhì)代謝及基因表達(dá)等。LED即發(fā)光二極管，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、體積小、抗震性好、安全性高等屬性特點(diǎn)，以及光效高、窄波普、光質(zhì)純、低能耗、冷光源、壽命長(zhǎng)、響應(yīng)快、使用方便和環(huán)保型高等光電優(yōu)勢(shì)，而廣泛應(yīng)用于設(shè)施園藝作物的栽培上［6］，如黃瓜［7］、生菜［8］、烤煙［9］、鐵皮石斛［10］。本文以LED紅藍(lán)光質(zhì)為切入點(diǎn)研究不同光質(zhì)對(duì)水培瞿麥的生長(zhǎng)及氮磷吸收的影響，以期為瞿麥無(wú)土栽培的實(shí)現(xiàn)提供科學(xué)根據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

瞿麥種子購(gòu)于安國(guó)市藥材市場(chǎng)。2012年9月14日育苗，9月28日移栽至營(yíng)養(yǎng)液中，營(yíng)養(yǎng)液中氮濃度 5mmol·L－1，基礎(chǔ)營(yíng)養(yǎng)組成為 (mmol·L－1):0.5Ca(NO3)2，0.75K2SO40.5KH2PO4，0.1KCl，0.65MgSO4，1.0x10－3H3BO3，1.0x10－3MnSO4，1.0x10－4CuSO4，1.0x10－3ZnSO4，5x10－6(NH4)6Mo7O24，0.1EDTA－Fe。每桶營(yíng)養(yǎng)液4.3L，每個(gè)處理重復(fù)4次，每盆4株。2012年11月23日開(kāi)始光處理，光處理一個(gè)月。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

光質(zhì)處理設(shè)3個(gè)處理即白光、紅光、紅藍(lán):1:3，栽培盆上邊緣到LED燈20cm處光強(qiáng)為200μmol·m－2·s－1，每天光處理12小時(shí)。試驗(yàn)采用70W的LED筒燈進(jìn)行照射，每個(gè)燈下一處理，光強(qiáng)用Licor－250A照度計(jì)測(cè)定。

1.3 樣品測(cè)定

光處理一個(gè)月后，分別收獲瞿麥地上部和根系，地上部測(cè)定鮮重、干重、株高、莖粗，根系測(cè)定鮮重、干重、根長(zhǎng)等生物學(xué)形狀。地上部和根系105℃殺青，80℃烘干后，用粉碎機(jī)粉碎磨細(xì)后，測(cè)定植株中全氮和全磷含量。全氮采用凱氏定氮法測(cè)定，全磷采用釩鉬藍(lán)比色法測(cè)定［11］。

1.4 數(shù)據(jù)分析

應(yīng)用Excel2003和SAS8.2統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 LED光質(zhì)對(duì)瞿麥生長(zhǎng)的影響

2.1.1 LED光質(zhì)對(duì)瞿麥生物量的影響

由表1可以看出，不同LED光質(zhì)對(duì)瞿麥的地上部鮮重、株高和根長(zhǎng)無(wú)顯著影響，各處理之間沒(méi)有差異，但是紅藍(lán)光處理下瞿麥莖粗、根鮮重、地上部干重和根干重最大。同時(shí)，在地上部鮮重在3個(gè)光質(zhì)處理相似的情況下，紅藍(lán)光下的地上部干重顯著大于其它兩個(gè)處理，說(shuō)明紅藍(lán)光3:1處理有利于地上部干物質(zhì)的積累，為根系生物量及干物質(zhì)量的增加奠定基礎(chǔ)。紅藍(lán)光下根系鮮重和干重大于白光和紅光處理，與白光和紅光相比，紅藍(lán)3:1處理更有利于根系生物量和干物質(zhì)的積累，在白光和紅光之間，白光較紅光有利于干物質(zhì)的累積。由此可見(jiàn)，紅藍(lán)1:3可促進(jìn)瞿麥莖的增粗和生物量的增加，但是對(duì)株高和根長(zhǎng)沒(méi)有顯著地促進(jìn)作用。

表1 光質(zhì)對(duì)瞿麥生物量的影響Table 1 Effect of light quality on biomass of Dianthus Superbus

2.1.2 LED光質(zhì)對(duì)瞿麥開(kāi)花的影響

光處理20天后，紅藍(lán)光處理瞿麥?zhǔn)紫痊F(xiàn)蕾開(kāi)花其次為紅光處理，至收獲白光處理下瞿麥?zhǔn)冀K沒(méi)有開(kāi)花 (圖1)。而且，紅藍(lán)光處理瞿麥開(kāi)花時(shí)間比比紅光早了10天，白光處理下始終沒(méi)有開(kāi)花。由此可見(jiàn)，紅藍(lán)1:3的組合處理可促進(jìn)水培瞿麥開(kāi)花。

圖1 不同光質(zhì)下瞿麥開(kāi)花現(xiàn)蕾情況 (由左到右依次是白光、紅光、紅藍(lán)1:3)Fig.1 Blossom situation of Dianthus Superbus under light qualities(From left to right in turn is white light，red light，red and blue 1:3)

2.2 LED光質(zhì)對(duì)瞿麥氮吸收的影響

由表2可以看出，不同光質(zhì)處理下瞿麥地上部和根系含氮量無(wú)差異。紅藍(lán)光下地上部氮吸收量最大，紅光次之，白光下最低。紅光處理下根系氮吸收量最大，其次為白光和紅藍(lán)光。由此可見(jiàn)，光質(zhì)對(duì)瞿麥氮含量沒(méi)有影響，紅光有益于根系氮吸收，紅藍(lán)1:3則有益于地上部氮吸收。

表2 不同光質(zhì)下瞿麥地上部和根系氮含量及氮吸收量Table 2 Nitrogern content and uptake of Dianthus Superbus under different light quality

2.3 LED光質(zhì)對(duì)瞿麥磷吸收的影響

由表3可以看出，瞿麥地上部及根系含磷量和根系磷吸收量在不同光質(zhì)處理之間沒(méi)有顯著性差異，但在紅光處理下地上部磷吸收量顯著降低。由此可見(jiàn)，紅光抑制了瞿麥地上部磷的吸收。

表3 不同光質(zhì)下瞿麥地上部和根系磷含量及磷吸收量Table 3 Phosphorus content and uptake of Dianthus Superbus under different light quality

3 結(jié)論與討論

前人研究表明不同光質(zhì)對(duì)植物生長(zhǎng)的影響不同，由于研究選用的植物種類(lèi)、生長(zhǎng)條件、生長(zhǎng)時(shí)期及環(huán)境條件不同，不同光質(zhì)對(duì)植物生長(zhǎng)的影響的結(jié)論也不盡相同。與白光相比，LED藍(lán)光處理生菜可提高生菜的生物量［12］，補(bǔ)充紅光處理提高了黃瓜幼苗的株高、干鮮質(zhì)量等農(nóng)藝性狀［13］。曹剛等［14］研究發(fā)現(xiàn)與單色光處理相比紅藍(lán)組合光更有利于黃瓜幼苗的生長(zhǎng)。同時(shí)，光質(zhì)影響作物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收，如藍(lán)光促進(jìn)水稻黃化幼苗吸收NO3－，增加體內(nèi)NO3－含量，并促進(jìn)NR(硝酸還原酶)的誘導(dǎo)，紅光對(duì)初級(jí)氮的同化過(guò)程表現(xiàn)出抑制作用;光質(zhì)能調(diào)節(jié)高等植物的碳水化合物和蛋白質(zhì)的代謝，藍(lán)光下生長(zhǎng)植物的蛋白質(zhì)含量較高，而紅光下生長(zhǎng)的植物碳水化合物含量通常較高［15－17］。植株干物質(zhì)的累積與分配也受光質(zhì)的影響，紅光與紅外光的比值降低能減少植株干物質(zhì)的累積，且大量物質(zhì)分配到葉片［18］，藍(lán)光處理可顯著促進(jìn)水稻幼苗蛋白質(zhì)合成代謝［16］。植物開(kāi)花主要受低溫春化、光周期、光照條件的影響，而光照控制植物開(kāi)花的生理效應(yīng)主要與植物體內(nèi)光敏色素的轉(zhuǎn)化有關(guān)。光敏色素在植物體內(nèi)主要以兩種形式存在:一種是紅光吸收型，簡(jiǎn)稱(chēng)Pr，另外一種是遠(yuǎn)紅光吸收型簡(jiǎn)稱(chēng)Pfr。植物成花主要取決于二者比例的大小，當(dāng)Pfr/Pr的比值高時(shí)，促使長(zhǎng)日照植物開(kāi)花，反之則促進(jìn)短日照植物開(kāi)花［19］。

本文研究結(jié)果表明在本試驗(yàn)條件下可實(shí)現(xiàn)水培瞿麥的生長(zhǎng)，且紅藍(lán)光有助于水培瞿麥生物量的累積以及促進(jìn)瞿麥開(kāi)花，而紅光則有助于瞿麥氮磷的吸收。然而，本試驗(yàn)中紅光和紅藍(lán)光對(duì)瞿麥生長(zhǎng)和氮磷吸收的反應(yīng)不同，其原因可能是光質(zhì)處理時(shí)間較短。本文研究中紅藍(lán)組合光瞿麥優(yōu)先開(kāi)花的原因可能是紅藍(lán)組合光照射瞿麥導(dǎo)致瞿麥體內(nèi)兩種類(lèi)型的光敏色素發(fā)生改變，誘導(dǎo)瞿麥開(kāi)花。有研究證實(shí)［20，21］遠(yuǎn)紅光、藍(lán)光可通過(guò)光敏色素和隱花色素促進(jìn)植物開(kāi)花，紅光通過(guò)光敏色素抑制開(kāi)花。但有關(guān)LED光質(zhì)對(duì)瞿麥開(kāi)花影響的機(jī)理還需要進(jìn)一步研究。本研究結(jié)果表明與紅光和白光相比，紅藍(lán)1:3組合光提高瞿麥中干物質(zhì)的累積，與前人的研究結(jié)果相似。

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