蘇志能，洪燕南，陳大華，陳光彩，楊 婷

(1.廣東綠愛生物科技股份有限公司，廣州 529728；2.復旦大學 電光源研究所，上海 200433)

LED研究

LED照明對生菜育苗的影響研究

蘇志能1，洪燕南1，陳大華2，陳光彩1，楊 婷1

(1.廣東綠愛生物科技股份有限公司，廣州 529728；2.復旦大學 電光源研究所，上海 200433)

探討了在4種不同光譜能量分布(Spectral Power Distribution 簡稱 SPD)的LED燈照明下，不同類型和品種的生菜育苗生長情況，研究表明SPD對不同生菜的影響趨勢類同，生長節(jié)點接近，周期變化不大,但紅光含量高時，生菜垂直生長優(yōu)勢尤為明顯，藍光含量高時，品種特性影響上表現(xiàn)更為突出，這一結(jié)論對今后人工照明培育生菜有一定的指導意義。

LED；生菜；光譜能量分布

1 試驗對象

太陽輻射總能量中可見光(380～780 nm)約占50%，其中紅藍光光譜能量分布與葉綠素吸收光譜區(qū)相吻合，是光合作用的主要能源。在植物生長過程中紅光能誘導種子萌發(fā)，莖桿伸長，植物開花，老葉脫落，干物質(zhì)積累等。已有研究表明，經(jīng)紅光處理的番茄幼苗碳水化合物含量、C/N比均最高，青蒜苗株高，假莖粗、假莖長、植株干重/鮮重高于其他光處理。藍光則影響植物葉綠素、花青苷、蛋白質(zhì)與非碳水化合物的積累，促進營養(yǎng)器官生長，使植物結(jié)實健壯。在對3種蔬菜6個品種幼苗試驗中得知，藍光處理的辣椒壯苗指數(shù)和干樣質(zhì)量均達到最大。綠光對植物的生長作用表現(xiàn)不明顯，黃橙紫青光的研究也不多，尚不明確其在植物體內(nèi)具體的作用機理。不過已有研究發(fā)現(xiàn)黃光有利于葉用萵苣的生長發(fā)育。在紅藍光基礎上添加一定量的黃光有助于不結(jié)球白菜植株光合色素積累。不同的光質(zhì)對植物生長生理影響有所區(qū)別，因此選取合適的SPD人工照明，能促進植物茁壯生長，這一研究已成為農(nóng)業(yè)的研究熱點，并取得了十分可觀的效益。作為廣明源光科技股份有限公司的子公司，成立于2015年的廣東綠愛生物科技股份有限公司，是一家集現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、植物照明、作物生產(chǎn)、技術服務于一體的高新企業(yè)。公司主要從事LED植物照明燈的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售，可為客戶提供專業(yè)、高效、節(jié)能、環(huán)保的LED室內(nèi)植物照明工廠的規(guī)劃與設計方案。公司在華南地區(qū)擁有1座全封閉式LED人工光照明植物工廠，占地面積690 m2，種植總面積可達6 000 m2，在植物照明研究中已有比較深厚的經(jīng)驗累積，成為中國這一領域有影響力的公司之一。

研究選取的是生菜(Lactuca sativa)，即葉用萵苣的俗稱，屬菊科萵苣一年生或二年生草本蔬菜。原產(chǎn)歐洲地中海沿岸，由野生種馴化而來，古希臘人、羅馬人最早食用。在中國，東南沿海大城市近郊、兩廣地區(qū)栽培較多，是百姓接受程度高的食用葉菜之一。它含有大量β胡蘿卜素、抗氧化物、維生素，還有大量膳食纖維和微量元素Mg、P、Ca及少量的Fe、Cu、Zn，食用營養(yǎng)價值及藥用保健功效都很高。人工照明選用LED燈，因為他有單色可調(diào)、省電、安全、尺寸小、冷光源、窄光譜、環(huán)保等一系列優(yōu)點，符合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)節(jié)能高效、環(huán)境友好的發(fā)展方向，LED光源的使用和逐步普及將會使密閉式植物工廠的多層立體栽培優(yōu)勢得到充分發(fā)揮，作物種植生產(chǎn)集約化、工廠流程化將更為成熟，在緩解土地壓力上起到舉足輕重的作用。目前人工照明以紅藍復合光為栽培生菜的光源，對提高生菜的產(chǎn)量和營養(yǎng)品質(zhì)具有顯著效果，而且合適的紅藍比例也是育苗品質(zhì)重要影響因素之一。例如，8R/2B紅藍組合光對黃瓜幼苗生長、株高、壯苗指數(shù)、植株干物質(zhì)量有顯著促進作用，許多研究證實了這一結(jié)果，而1R/1B有利于黃瓜幼苗葉綠體的發(fā)育和高光合速率的實現(xiàn)。隨著R/B值的增加黃瓜幼苗的生長發(fā)育中干質(zhì)量、鮮質(zhì)量、葉面積、葉綠素含量、光合速率變化趨勢都呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。在紅藍光比例1∶1到8∶1之間，選取4種不同SPD的LED照明，探究它們對生菜幼苗的生長變化影響，為相關LED照明產(chǎn)品的研發(fā)，提供較為全面的依據(jù)。

2 試驗材料、試驗步驟和結(jié)果

試驗選取了皺葉生菜、直立生菜、結(jié)球生菜3大類。皺葉生菜品種：特紅皺(有色)、紅卷葉(有色)、黑木耳(有色)、橡葉(綠色)、大速(綠色)、耐抽苔(綠色)，直立生菜品種：紫油麥(有色)、紫冠(有色)、紫珊(有色)，結(jié)球生菜品種：泰國結(jié)球(綠色)。所選取的人工照明LED燈分別為1號燈 (4R/1B)、2號燈 (4R/2B)、3號燈(4R/3B)和4號燈 (4R/3B) 。4種LED紅藍光比值上，1號燈>2號燈>3號燈≥4號燈，綠光含量2號燈>3號燈>1號燈>4號燈，其SPD如圖1所示。

圖1 紅藍光譜分布圖

試驗步驟如下，用育苗海綿作為基質(zhì)進行播種，置于黑暗環(huán)境中3 d，待種子發(fā)芽后置于4種LED燈下照明，每天照射9.5 h，當子葉完全展開后，添加EC 1.2 mS/cm的營養(yǎng)液。試驗期間溫度維持在20～25 ℃，濕度60%～80%。12 d后，測量其根系長度、上胚軸長度、下胚軸長度、真葉數(shù)這些常規(guī)指標。采用EXCEL和DPS7.05對實驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析和差異性分析。

在不同SPD人工照明下，特紅皺生菜幼苗生長的影響如圖2所示。3號燈照射下的特紅皺生菜根系最長，明顯比1號燈、2號燈照射下的長，2號燈照射下根系最短。下胚軸、上胚軸均以1號燈照射下的最長，上胚軸與其他照射下對比差異性顯著，而下胚軸相互比較差異性不明顯。2號燈照射下的上胚軸也顯著長于3號燈和4號燈，而以3號燈的最低。4種燈照射下生菜的真葉數(shù)沒有明顯的差異，只抽出2片真葉?？傮w上，特紅皺生菜1號燈照射下莖葉生長速度較快，但葉柄纖細，植株瘦長，而3號燈照射下的根系長，覆蓋面積廣，植株偏粗矮。

圖2 特紅皺生菜指標數(shù)據(jù) 注：圖中同組數(shù)據(jù)標不同小寫字母表示差異顯著性(p<0.05)，除真葉數(shù)，其余單位均為cm，下同。

不同的SPD對紅卷葉生菜幼苗生長的影響如圖3所示。紅卷葉生菜在4種不同SPD的LED照射下，其根系長度、下胚軸長度、植株的真葉數(shù)都沒有明顯差異。1號燈照射下的上胚軸長度要顯著長于其余3種燈?？偟膩碚f，在幾種燈照射下的紅卷葉生菜生長進度比較接近。1號燈照射下的紅卷葉生菜地上部份長勢強，葉柄纖長，縱向生長更為直觀。3號燈和4號燈照射下的地下生長快，接觸面積大些。

圖3 紅卷葉生菜指標數(shù)據(jù)

不同的SPD對黑木耳生菜幼苗生長的影響如圖4所示。黑木耳生菜根長以4號燈照射下的最短，顯著短于3號燈下，其余照明下對比差異顯著性不大。1號燈照射下的上胚軸、下胚軸比較長，4號燈照射下的最短。3號燈與4號燈照射下的上胚軸對比差異性顯著，下胚軸效果無明顯差別。此次育苗過程中，黑木耳生菜真葉數(shù)接近，無明顯的差別，其新葉抽出的速度也比較接近。綜上所述，1號燈照射下的黑木耳生菜地上部及根系生長速度飛快，植株修長，葉色淺淡，2號燈照明下的植株莖干生長水平次之。3號燈照射下根系發(fā)達，上胚軸較長，葉片黑紫色明顯，對植株抗病抗倒伏和提高蔬菜品質(zhì)有其獨特作用。

圖4 黑木耳生菜指標數(shù)據(jù)

不同的光配方對橡葉生菜小苗生長的影響如圖5所示。1號燈照射下的橡葉有機生菜根系長度、上胚軸比較長，其次為4號燈、3號燈，2號燈照射下最短。其中1、4號燈與2號燈照射下的對比差異性顯著。1號燈照射下的下胚軸明顯大于3、4號燈，其余處理差異不大。與黑木耳生菜一樣，橡葉有機生菜在4種燈照射下的真葉數(shù)基本相當，都有3片真葉且無明顯的差異。綜合各種指標，1號燈照射下的橡葉生菜生長速度更快。

圖5 橡葉有機生菜指標數(shù)據(jù)

不同的光配方對大速生菜幼苗生長的影響如圖6所示。在4種不同SPD的LED燈育苗試驗中，4號燈照射的大速生菜根系最長，1號燈次之，2號燈照射下的根系長度最短。1號燈照射下的大速生菜上胚軸顯著長于3號燈、4號燈照射下的，而3號燈照明下的與2、4號燈照射下的對比差異性也十分顯著，其值為最小，植株看起來較矮小。1號燈照明的下胚軸與2號燈照射下的差異性不顯著，但都顯著長于3、4號燈照射下的結(jié)果。真葉數(shù)以4號燈照射下的最多，效果最顯著，3號燈照射下次之，以1號燈照射下真葉數(shù)最少。綜上所述，4號燈照射下的大速生菜根系長，能增加養(yǎng)分的吸收面積，真葉數(shù)多，有利于加強光合反應，1號燈照射下的莖節(jié)伸長明顯，小苗縱向生長速度遙遙領先，2號燈下次之，3號燈下的縱向生長不突出。

圖6 大速生菜指標數(shù)據(jù)

不同的SPD人工照明對耐抽苔生菜小苗生長的影響如圖7所示。耐抽苔生菜根系長度以及真葉抽出數(shù)目以4號燈照射下的值為最大，1號燈照射下的值最小，但除了1號燈和4號燈照射下的真葉數(shù)有明顯差異外，其余并無明顯的差異性。而上下胚軸的處理以1號和2號燈照射下的較大，與3號燈、4號燈的對比差異性顯著，3號燈照射下的上下胚軸都最短，但與4號燈的對比并無顯著性差異?？偟膩碚f，4種燈照射下的耐抽苔生菜根長并沒有突出差別。1號燈、2號燈照射下莖株生長快于其他，植株亭亭玉立，葉色淡綠。

圖7 耐抽苔生菜指標數(shù)據(jù)

不同光配方對紫油麥菜幼苗生長的影響如圖8所示。1號燈照射下的紫油麥菜上胚軸突出，根系發(fā)達。4號燈照射下的值最小，但各種照明下無顯著差異。下胚軸以2號燈照射下為最大，1號燈次之，3、4號燈最小，1、2號燈照射下顯著長于3、4號燈。真葉數(shù)則以4號燈照射下的最多。由此可知，4種SPD的LED燈照射下，對紫油麥菜的根長、上胚軸、真葉數(shù)生長并無顯著性差異。1、2號燈照射下的地上莖干偏長，3、4號燈照射下植株高度增長稍緩慢，葉片濃紫綠色，與紫油麥菜室外種植所原有的品質(zhì)色澤相接近。

圖8 紫油麥菜指標數(shù)據(jù)

不同SPD的LED照明對紫冠生菜小苗生長的影響如圖9所示。紫冠生菜各LED燈照射下根長無顯著性差異，1號燈照射下的偏長，上胚軸1號燈照射下的值最大，顯著大于2、3、4號燈的。此外1、2號燈照射下的紫冠生菜下胚軸顯著長于3、4號燈照射下的。真葉數(shù)方面，除了2號燈照射下的偏少，其他幾種照明下其真葉數(shù)相差不大。綜上所述，1、2號燈照射下的紫冠生菜莖株生長速度比較快，2號燈照射下抽葉緩慢，顏色淺綠，色澤差異較大。3、4號燈照射下長得慢，葉色深紫，接近紫冠生菜品種形態(tài)的原始色澤。

圖9 紫冠生菜指標數(shù)據(jù)

不同光配方對紫珊生菜小苗生長的影響如圖10所示。紫珊生菜根長、上胚軸、下胚軸、真葉數(shù)所有測量指標均以1號燈照射下的值為最大，2號燈次之。在根長、上下胚軸方面，1、2號燈照射下的顯著長于3、4號。且4種燈照射下的上胚軸之間對比差異顯著。抽出真葉數(shù)無明顯區(qū)別。與紫冠生菜相似，葉色以3、4號燈處理的偏深紫色，原因也可能相同。綜上所述，1號燈照射的紫珊生菜根系長度、上下胚軸、葉片等生長速度領先，3、4號燈照射的整體長勢比較緩慢，不過葉面深紫，色澤良好，是1、2號燈照射下欠缺的。

圖10 紫珊生菜指標數(shù)據(jù)

不同光配方對結(jié)球生菜幼苗生長的影響如圖11所示。結(jié)球生菜根系長度以4號燈照射下的值最大，2號燈照射下的值最小，但各照明相互之間對比無明顯的差異。上胚軸以2號燈照射下的值最大，顯著大于3、4號燈的，3號燈照射下的值最小。下胚軸1、2號燈照射下的偏長，顯著長于3號燈照射下的。其真葉數(shù)無明顯差異。綜上所述，1、2號燈照射下的結(jié)球生菜上下胚軸生長迅速，各照明下根系長度、真葉數(shù)無顯著性差異。

圖11 結(jié)球生菜指標數(shù)據(jù)

3 結(jié) 論

4種不同SPD的LED燈照明，對不同品種生菜的生長影響趨勢大致相同。在1、2號燈照射下的生菜上下胚軸的長度基本都長于3、4號燈，植株纖長挺拔，根部以上縱向生長趨勢尤為突出，但葉色較淡，有色生菜褪色變綠趨勢明顯，與生菜原色澤相差較大。3、4號燈照射下植株垂直方向生長緩慢，株高不突出，但葉片顏色較深，有色生菜色澤比較正常。各品種生菜在不同燈光處理下葉片差別不大，趨勢基本相同，生長節(jié)點和周期相近。紅光含量比例高則垂直生長優(yōu)勢明顯，藍光比例高則品種特性上表現(xiàn)更突出。紅光能誘導種子萌發(fā)、莖桿伸長等，紅光比例越高植株縱向生長就會越快，莖干也會伸得越長，植株就越高。藍光比例高則影響植物葉綠素、花青苷、類葉色素合成，直接或間接影響植物胚軸的伸長、酶的調(diào)節(jié)和合成、氣孔張開、葉綠體的成熟和光形態(tài)建成，使植物結(jié)實健壯。紅光過高易導致幼苗徒長，不利于壯苗抗倒伏，病蟲害的抵抗力也相對較弱，藍光過高會嚴重抑制植物生長，不利于幼苗頂端優(yōu)勢，出現(xiàn)老小苗現(xiàn)象。

單從幼苗外觀形態(tài)生長指標上，選擇1號燈照明育種，無論根系長度，還是地上部生長等方面都具有較大的育苗生產(chǎn)效益，滿足生產(chǎn)需要。2號燈處理的普遍根系不發(fā)達，暫時不建議使用。若更看重育苗的品質(zhì)指標，3、4號照明也具有特別的優(yōu)勢，不過幼苗長勢偏緩慢，難以滿足規(guī)?；缟a(chǎn)。此后可結(jié)合這幾種燈的優(yōu)點，進一步調(diào)整燈的SPD，在保證良好品質(zhì)的基礎上，進一步促進生菜小苗茁壯生長，實現(xiàn)育苗的產(chǎn)量化、優(yōu)質(zhì)化。

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Study on Seedling Growth of Lettuces under the LED Illuminating

SU Zhineng1，HONG Yannan1，CHEN Dahua2，CHEN Guangcai1，YANG Ting1

(1.Guangdong Lvai Science & Technology of Organism Co.,Ltd.Guangzhou 529728,P.R.China； 2.The Institute for Electric Light Sources,Fudan University, Shanghai 200433,P.R.China)

The seedling growth of different type of lettuces under LED illuminating with 4 different kinds of spectral power distribution (SPD) has been investigated . The results showed that the effects of the seedling growth of different type of lettuces under LED illuminating with the 4 kinds of SPD is basically same ，the growing nodes and period are not obviously changed . However，when the red light is higher the vertical growth of lettuces is more obvious and when the blue light is more the influence of growth for various lettuce is more strong . The conclusion of our research work might be useful for the seedling growth of lettuce in the future for others.

LED；romaine lettuce；spectral energy distribution

2017- 04-10 作者簡介：蘇志能，男，廣東綠愛生物科技股份有限公司。