王麗娟，白義奎，王鐵良

(1.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)水利學(xué)院，遼寧 沈陽 110866；2.天津農(nóng)學(xué)院園藝園林學(xué)院，天津300384)

不同光質(zhì)處理對草莓生理特性的影響

王麗娟1，2，白義奎1，王鐵良1

(1.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)水利學(xué)院，遼寧 沈陽 110866；2.天津農(nóng)學(xué)院園藝園林學(xué)院，天津300384)

以白光為對照，研究了LED紅、藍(lán)不同光質(zhì)配比對草莓生長及生理特性的影響。結(jié)果表明，與對照相比，LED紅光和以紅光為主的光質(zhì)配比明顯促進(jìn)生物量的積累，凈光合速率以及葉片中可溶性糖含量增加。通過隸屬函數(shù)分析，R7/B3光質(zhì)配比的促進(jìn)效果最突出，應(yīng)選擇R7/B3作為補(bǔ)光最佳光質(zhì)組合。

草莓；LED；生理特性

冬季光照因素是設(shè)施草莓生產(chǎn)的主要環(huán)境限制因子之一，嚴(yán)重影響了設(shè)施草莓冬季生產(chǎn)。所以,探索冬季補(bǔ)光對草莓生產(chǎn)具有重要的意義。在冬季補(bǔ)光過程中，除了滿足光照強(qiáng)度要求外，不同的光質(zhì)對草莓生理特性的影響不同，尤其是生長后期對品質(zhì)的影響。因此，探索補(bǔ)光最佳的光質(zhì)條件顯得尤為重要。目前，設(shè)施內(nèi)人工補(bǔ)充光照已成為設(shè)施栽培領(lǐng)域的一項(xiàng)重要技術(shù)，LED(Light-Emitting Diode)的誕生，使低能耗人工光源在設(shè)施園藝領(lǐng)域的應(yīng)用成為可能[1]。LED燈具有高光電轉(zhuǎn)換效率、使用直流電、體積小、壽命長、耗能低、波長固定與低發(fā)熱等優(yōu)點(diǎn)，與目前普遍使用的高壓鈉燈和熒光燈相比，不僅光量、光質(zhì)(紅/藍(lán)光比例等)可調(diào)，而且還是低發(fā)熱量的冷光源，防潮性強(qiáng)，可近距離照射[2]。因此，LED光源不僅成為發(fā)達(dá)國家植物工廠的主要光源，還是栽培補(bǔ)光的最佳光源[3]?，F(xiàn)今，國內(nèi)在植物設(shè)施栽培領(lǐng)域的LED應(yīng)用機(jī)制研究還處于起步階段，并且國內(nèi)外關(guān)于光質(zhì)的研究主要集中在植物組織培養(yǎng)和植物工廠上，對設(shè)施草莓生理特性的研究還未見報(bào)道。因此，深入研究LED光質(zhì)對草莓生理特性的影響狀況，篩選有利于提升草莓光合能力的LED光質(zhì)配比，為進(jìn)一步研究通過光質(zhì)提升設(shè)施草莓品質(zhì)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

試驗(yàn)于2014年秋季日光溫室內(nèi)育苗，草莓品種為紅顏，培養(yǎng)基質(zhì)為V草炭:V蛭石=1∶1，日本山崎配方進(jìn)行營養(yǎng)液供給，緩苗后選取生長狀況基本一致的草莓苗轉(zhuǎn)移到實(shí)驗(yàn)室的光照培養(yǎng)箱內(nèi)進(jìn)行培養(yǎng)，每個(gè)處理10株，3次重復(fù)，培養(yǎng)條件：白天溫度為(20±1)℃，夜間為(10±1)℃，培養(yǎng)箱內(nèi)的光照度為100 μmol·m-2·s-1，光周期為12 h，相對濕度65%～70%，紅光光譜的波峰為660 nm，光譜波長范圍為620～750 nm，藍(lán)光光譜的波峰為450 nm，光譜波長范圍為440～475 nm。處理30 d后分別測定每個(gè)處理每株苗的生長指標(biāo)、生理指標(biāo)和光合指標(biāo)。光質(zhì)設(shè)計(jì)如表1所示：

表1 LED光質(zhì)設(shè)計(jì)Table 1 LED Light quality design

1.2 測定及分析方法：

干、鮮物質(zhì)含量測定：稱重法；葉綠素含量測定：乙醇、丙酮比色法；可溶性糖含量的測定采用蒽酮比色法[2]。

光合指標(biāo)的測定：采用CIRAS-2光合儀(美國PP Systems 公司)測定，光合儀內(nèi)置可調(diào)光照度、CO2摩爾分?jǐn)?shù)、葉溫和環(huán)境濕度的裝置，選擇草莓心葉向外第2片展開的功能葉于上午9：00-11:00進(jìn)行凈光合速率及其相關(guān)參數(shù)的測定。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)使用SPSS和EXCEL軟件進(jìn)行分析，用隸屬函數(shù)法[4]評價(jià)各光質(zhì)處理對草莓生理特性的影響。 隸屬函數(shù)值計(jì)算公式：

R(1)= (Xi-Xmin) /(Xmax-Xmin)

式中:Xi為指標(biāo)測定值，Xmin、Xmax為所有參試材料某一指標(biāo)的最小值和最大值。累加各指標(biāo)的具體隸屬值，并求出平均值后進(jìn)行比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同光質(zhì)對草莓幼苗生物質(zhì)量的影響

光質(zhì)的改變會(huì)間接影響有機(jī)物在植物地上部和地下部的分配，植物的生物量大小在一定程度上代表幼苗同化產(chǎn)物的積累量。由表2可知，在不同光質(zhì)的影響下，草莓地上、地下的干、鮮重有明顯差異，全株干物質(zhì)含量以R7/B3光質(zhì)處理最大，比對照高出18.39%，與對照相比，以紅光為主的光質(zhì)比例，如R7/B3、R8/B2、R等能明顯的促進(jìn)草莓生物量的積累，而以藍(lán)光為主的光質(zhì)對生物量積累差異不顯著，因此，增加光質(zhì)配比中紅光的比例，可以促進(jìn)草莓同化有機(jī)物的合成。

表2 不同光質(zhì)對草莓幼苗生物質(zhì)量的影響Table 2 Effects of different light quality on the quality of strawberry seedlings g

注：a、b、c、d分別表示P=0.05水平下的差異顯著性。下同。

Note: a,b,c,d indicated the significance at the level ofP=0.05.The same as below.

2.2 不同光質(zhì)對草莓幼苗葉片生理特性的影響

由表3可知，增加光質(zhì)處理中的紅光比例可以促進(jìn)草莓葉片的可溶性糖含量，而藍(lán)光對植株葉片可溶性糖含量沒有明顯的優(yōu)勢性。R7/B3 、R8/B2處理草莓葉片的可溶性糖含量顯著高于其它光質(zhì)處理，但2者之間差異不顯著。R7/B3光質(zhì)處理草莓葉片的可溶性糖含量比對照高17.69%，R8/B2處理比對照高15.82%。

光合色素是植物進(jìn)行光合作用的物質(zhì)基礎(chǔ)，它能夠吸收、傳遞和轉(zhuǎn)換光能，光合色素的含量和組成直接影響植物的光合速率。R8/B2、R7/B3、R處理下草莓葉片葉綠素總量顯著大于對照，但三者處理間差異不顯著。

2.3 不同光質(zhì)對草莓幼苗光合作用及其參數(shù)的影響

不同LED光質(zhì)處理影響了草莓凈光合速率及其光合參數(shù)，由圖1可知，凈光合速率的大小為，R7/B3>R8/B2>R>B>R3/B7>R2/B8>R1/B1>CK，以R7/B3處理最高，比對照高33.85%，；不同光質(zhì)處理蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2摩爾分?jǐn)?shù)表現(xiàn)規(guī)律不同。

表3 不同光質(zhì)對草莓幼苗葉片葉綠素及可溶性糖含量的影響Table 3 Effects of different light quality on chlorophyll and soluble sugar content of strawberry seedlings mg·g-1

圖1 不同光質(zhì)下草莓幼苗凈光合速率及其參數(shù)Fig.1 Seedling photosynthetic rate and its parameters of strawberry under the different light qualities

2.4 不同光質(zhì)下草莓主要指標(biāo)的隸屬函數(shù)值分析

多因素隸屬函數(shù)分析是用來衡量處理間差異性的重要研究手段，通過多因素進(jìn)行隸屬函數(shù)分析，能夠判斷出各光質(zhì)處理的差異狀況，并可以對光質(zhì)進(jìn)行綜合因素篩選。通過對主要測定參數(shù)干物質(zhì)含量、可溶性糖含量、葉綠素含量、凈光合速率隸屬函數(shù)分析，各處理間的排序?yàn)椋篟7/B3>R8/B2>R>B>R1/B1>R3/B7>R2/B8。

表4 不同光質(zhì)處理下各因素隸屬函數(shù)分析Table 4 Analysis of the factors of different light quality under subjection function

3 結(jié)論與討論

光不但是植物生長所需的能量來源，也參與調(diào)節(jié)植物的形態(tài)建成，兩方面作用互相協(xié)調(diào)共同影響著植物的生理代謝[5-6]，在光質(zhì)組成方面，大部分國內(nèi)外學(xué)者研究認(rèn)為，紅藍(lán)光對植物生長發(fā)育有利[6-7]，唐大為等[8]研究表明，紅光有利于黃瓜根系的生長和干物質(zhì)的積累，藍(lán)光使黃瓜植株矮壯，但不利于根系的生長。前人在葛芭[9]、冬青[10]、黃瓜[2]等植物上的研究也表明，紅光可促進(jìn)光合產(chǎn)物的形成。本研究發(fā)現(xiàn)，紅光光質(zhì)處理下植物地上部、地下部的干、鮮物質(zhì)含量較大，與前人在其它作物上的研究結(jié)果一致，組合光質(zhì)如R7/B3、 R8/B2比單色光質(zhì)對植物的生物量積累更有優(yōu)勢，進(jìn)一步說明這兩種光質(zhì)在補(bǔ)光中的重要性。

植株碳水化合物代謝受到光質(zhì)的調(diào)節(jié)，植物體內(nèi)可溶性糖的變化可以反應(yīng)植物的碳代謝的情況。史宏志等[11]的研究表明，復(fù)合光中較高的紅光比例可促進(jìn)煙葉碳代謝的增強(qiáng)；江明艷等[12]在一品紅上的研究也說明，紅、藍(lán)光均極顯著促進(jìn)葉片中可溶性糖的積累，本研究與前人在其他作物上的研究結(jié)果一致，R7/B3處理下草莓葉片的可溶性糖含量大于對照。

植株葉片光合速率的高低直接影響植物營養(yǎng)生長的優(yōu)劣[13]，光合色素的合成、凈光合速率的大小皆受到光質(zhì)的影響，有研究表明，紅光使葉用萵苣葉片的凈光合速率升高幅度最大，藍(lán)光降低了凈光合速率[14]；而李承志等[15]的研究表明，增加藍(lán)光或者紅光照射，提高了白菜、蘿卜的葉綠素含量、光合速率及產(chǎn)量。前人在不同作物上研究還發(fā)現(xiàn)，紅光和藍(lán)光都使番茄幼苗的光合速率顯著大于對照[16]；紅光處理的青蒜苗和豇豆葉片凈光合速率都較高[17]，可見不同作物凈光合速率對光質(zhì)的響應(yīng)不同。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，與對照相比，R7/B3光質(zhì)處理顯著提高了草莓葉片的凈光合速率，其原因可能與紅光和以紅光為主的光質(zhì)能夠有效促進(jìn)葉綠素相對含量的增加有關(guān)。

光對植物生長發(fā)育的影響是光生物學(xué)研究的一個(gè)重要部分，不同波長的光通過與其相關(guān)的色素作用而影響植物體內(nèi)生理代謝的平衡，從而對植物的生長發(fā)育產(chǎn)生影響，不同LED光質(zhì)對草莓的生理特性影響明顯，與對照相比，LED紅光和以紅光為主的光質(zhì)配比明顯促進(jìn)生物量的積累，凈光合速率以及葉片中可溶性糖含量的增加，通過隸屬函數(shù)分析，R7/B3的光質(zhì)配比的促進(jìn)效果最突出，應(yīng)選擇R7/B3作為補(bǔ)光最佳光質(zhì)組合。

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(責(zé)任編輯：李 瑩)

Effects of different light quality on physiological characteristics of strawberry

WANG Lijuan1,2, BAI Yikui1,WANG Tieliang1

(1.College of Water Resource, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110866, China; 2.College of Horticulture and Landscape，Tianjin Agricultural College, Tianjin 300384，China)

With white light as the control, the effect of different LED red and blue light quality ratio on the growth and physiological characteristics of strawberry was studied.The results showed that compared with the control, the LED red and quality ratio dominated by the red light significantly promoted the accumulation of biomass, net photosynthetic rate and the soluble sugar content increase in leaves.Through the analysis of membership function, light quality ratio of R7/B3 had the best effect on the proportion of light quality,therefore R7/B3 could be chosen as the best quality ratio of supplementary light.

strawberry; LED; physiological characteristics

2016-04-10

農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)項(xiàng)目(201203002)；天津市中青年骨干教師資助項(xiàng)目(J010070207)

王麗娟(1971-)，女，河北涿州人，副教授，從事設(shè)施栽培與生理的研究。

王鐵良(1965-)，男，遼寧黑山人，教授，博士研究生導(dǎo)師。

1000-2340(2017)01-0025-04

S628

A