李鳳華 介元芬 吳幗秀 徐巧巧 李嚴曼 李 陽 張家梓 李勝利*

（1 河南農(nóng)業(yè)大學園藝學院，河南鄭州 450002；2 河南農(nóng)業(yè)職業(yè)學院，河南鄭州 451450）

光是影響植物生長發(fā)育的重要環(huán)境因子之一，光質(zhì)一方面可作為能量物質(zhì)經(jīng)光合色素吸收而影響光合作用的光反應階段，另一方面可被不同的光受體感知從而發(fā)揮光信號作用，影響植物的生長發(fā)育。LED 光源因其可選擇特定波長而被廣泛應用在植物工廠中進行現(xiàn)代化蔬菜育苗，其中紅光和藍光對植物生長發(fā)育有重要的影響，紅藍光可以提高瓜果蔬菜的葉片葉綠素含量、光合效率、幼苗質(zhì)量和果實品質(zhì)（Lee et al.，2010；盧寧，2013；崔曉輝 等，2017；Bantis et al.，2019）。紅光和藍光的光譜與植物光合作用所需的光譜相似，因此，目前紅藍光是植物光生物領域研究及應用最多的光譜，另外，近年來綠光的重要性也被逐漸認可（Smith et al.，2017）。綠光可以高透射性照射到植株下層，刺激較低冠層利用光能，同時還能延緩葉片衰老，進而促進光合作用（Materová et al.，2017）。Jean等（2007）發(fā)現(xiàn)綠光能夠參與植物光合作用，影響葉片氣孔的開放，但不會降低植物的光合能力，對光合作用具有一定的積極作用。綠光提高了羅勒和辣椒的生物產(chǎn)量、葉片數(shù)、莖長度和單個葉面 積（Schenkels et al.，2019；Claypool &Lietha，2020）；提高了番茄的葉面積、莖生物量、干質(zhì)量和中部葉層葉片的葉綠素a/b 和類胡蘿卜素含量（Kaiser et al.，2019；Kusuma et al.，2021）。對番茄和黃瓜幼苗進行延時補照LED 紅藍綠組合光，可以有效提高幼苗葉片的葉綠素含量、凈光合速率以及根系活力，進而增加莖粗、葉面積和全株鮮、干質(zhì)量，達到壯苗的效果（朱鹿坤 等，2019）。紅藍綠光的研究主要集中在葉用萵苣、辣椒、番茄、黃瓜等蔬菜作物上，在其他蔬菜作物上的研究較少。

西瓜（）和甜瓜（L.）在我國設施園藝產(chǎn)業(yè)中占有重要地位，我國是世界上西瓜和甜瓜生產(chǎn)與消費的第一大國（FAO，http：//www.fao.org/faostat/en/#data/QC）。西瓜和甜瓜均屬于喜光作物，對光強和光質(zhì)有較高的要求（郝東川和司雨，2012；Bantis et al.，2019）。目前西瓜和甜瓜主要通過溫室進行育苗，多采用太陽光作為光源，光環(huán)境具有不可控性，影響植株的生長。因此溫室常需要采取補光措施，但仍存在生產(chǎn)效率低且易受外界環(huán)境影響等問題。本試驗在全人工光環(huán)境下，通過改變紅藍綠光比例，研究不同光質(zhì)下西瓜與甜瓜幼苗的生理特性，以期篩選出適宜西瓜和甜瓜生長的育苗光質(zhì)，為植物工廠培育壯苗，縮短育苗周期提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2021 年3—5 月在河南農(nóng)業(yè)大學園藝學院的光照培養(yǎng)箱中進行。供試西瓜品種為甜王50，甜瓜品種為青秀2 號，均由河南歐蘭德種業(yè)有限公司提供。西瓜和甜瓜種子均播于50 孔穴盤中，每個處理3 次重復，2 個品種各150 株，育苗基質(zhì)為泥炭、蛭石和珍珠巖體積比為2∶1∶1 的混合基質(zhì)。光照培養(yǎng)箱為鋼架結(jié)構，長×寬×高為200 cm × 70 cm × 180 cm，平均分為3 層，共計2 個培養(yǎng)箱。每個培養(yǎng)層四周均用銀色遮光布覆蓋，避免了處理間光質(zhì)和外界光源的相互影響，每層安裝2臺小風扇（12 V，0.90 A）以保證空氣循環(huán)。光源置于每層的頂部，同一處理的西瓜和甜瓜幼苗均在同一層培養(yǎng)，每層的光環(huán)境可獨立控制。

LED 燈由河南智圣普電子科技有限公司提供，燈與幼苗生長點的距離為50 cm，距離可調(diào)，設置試驗光強為（200 ± 5）μmol·m·s。試驗期間所有光照培養(yǎng)箱的晝/夜溫度為26 ℃/18 ℃、相對濕度65%～75%，光照時間14 h，CO水平600 μmol·mol。試驗處理分別為R4B1（紅藍比4∶1，下同）、R6B1、R4B1G1、R6B1G1，以白光為對照（CK）。使用遠方光譜分析儀在穴盤水平位置監(jiān)測光源的光子通量密度（PPFD）和光譜分布情況。紅光、藍光、綠光的峰值波長分別為630、460、520 nm，各處理的相對光譜分布情況如圖1 所示。

圖1 不同光質(zhì)的相對光譜分布

1.2 測定項目及方法

1.2.1 形態(tài)指標、壯苗指標測定 當西瓜和甜瓜幼苗長至一葉一心時，每個處理隨機選取9 株幼苗測定形態(tài)指標。株高使用透明直尺測量幼苗從地上根基處至生長點的距離；莖粗用游標卡尺測量幼苗子葉基部下1 cm 處的寬度；用便攜式葉面積儀LI-3000C（Lincoln，美國）測量全株葉片葉面積。將幼苗根部用水清洗干凈后吸干表面的水分，用電子天平測定植株地上部、根部、全株鮮質(zhì)量，烘干后測定其干質(zhì)量；并計算植株壯苗指標中的G 值（GV）、根分配率（RDR）和壯苗指數(shù)（SSI）（朱鹿坤 等，2019）。

GV=全株干質(zhì)量/育苗天數(shù)

RDR=根部干質(zhì)量/全株干質(zhì)量

SSI=（莖粗/株高+根部干質(zhì)量/地上部干質(zhì)量）×全株干質(zhì)量

1.2.2 葉片光合色素含量和可溶性糖含量測定 當西瓜和甜瓜幼苗長至一葉一心時，每個處理隨機選取6 株幼苗，混合真葉，采用丙酮和乙醇1∶1（體積比）浸泡法提取葉綠素，用紫外分光光度計U-5100 測定葉片中葉綠素a（Ca）、葉綠素b（Cb）和類胡蘿卜素（C）的含量，并計算Ca/Cb（Lichtenthaler &Wellburn，1983）。每個處理隨機選取6 株幼苗，混合真葉，采用蒽酮比色法測定幼苗葉片中可溶性糖含量（任婧 等，2017）。

1.2.3 根系形態(tài)和根系活力測定 當西瓜和甜瓜幼苗長至一葉一心時，每個處理隨機選取6 株幼苗，洗凈根系，使用根系掃描儀結(jié)合Win RHIZO 軟件，分析根系形態(tài)的相關參數(shù)（Füllner et al.，2012）；每個處理隨機選取6 株幼苗，洗凈根系，用吸水紙吸干根系表面的水分，采用氯化三苯基四氮唑（TTC）法測定根系活力（Zhang et al.，2013）。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Office Excel 2010 軟件處理分析基本數(shù)據(jù)和作圖，使用SPSS 22.0 軟件對數(shù)據(jù)進行分析，通過方差分析（ANOVA），Duncan 多范圍檢驗，確定處理之間的差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同光質(zhì)對西瓜與甜瓜幼苗形態(tài)指標的影響

對西瓜幼苗進行不同光質(zhì)處理發(fā)現(xiàn)（表1），各處理組之間的株高沒有顯著性差異，但均顯著高于CK，R4B1、R6B1、R4B1G1 和R6B1G1 處 理的幼苗株高分別比CK 提高了35.31%、38.61%、36.30%和35.31%。西瓜幼苗的莖粗以R6B1 處理最大，顯著高于CK，比CK 提高了14.80%。紅藍組合光顯著提高了西瓜幼苗的全株干、鮮質(zhì)量，R6B1 處理的影響最大，全株干、鮮質(zhì)量比CK 提高了50.67%、49.70%。紅藍光有利于西瓜幼苗的物質(zhì)積累，在紅藍光的基礎上添加綠光則西瓜幼苗的全株干、鮮質(zhì)量均有所下降。西瓜幼苗進行不同光質(zhì)處理后具體生長形態(tài)見圖2。

表1 不同光質(zhì)處理下西瓜與甜瓜幼苗的形態(tài)指標

對甜瓜幼苗進行不同光質(zhì)處理發(fā)現(xiàn)（表1），不同光質(zhì)處理的甜瓜幼苗株高顯著高于CK，紅光比例的增加促進了甜瓜幼苗的株高增長。R4B1G1和R6B1G1 處理對甜瓜幼苗莖粗的增長作用最顯著，比CK 分別提高了28.75%和22.50%。紅藍綠組合光有利于提高幼苗的葉面積和全株干、鮮質(zhì)量，其中R4B1G1 處理對全株干、鮮質(zhì)量的影響最顯著，分別比CK 提高了91.57%和87.37%。甜瓜幼苗的葉面積隨著綠光的添加而增加，說明在紅藍光存在的基礎上，綠光能夠在一定程度上促進葉片的生長。以上結(jié)果表明，紅藍綠組合光在一定程度上促進了甜瓜幼苗的生長，其中R4B1G1 處理的總體效果最好。甜瓜幼苗進行不同光質(zhì)處理后具體生長形態(tài)見圖2。

圖2 不同光質(zhì)處理下西瓜與甜瓜幼苗表型

2.2 不同光質(zhì)對西瓜與甜瓜幼苗壯苗指標的影響

從圖3 可以看出，不同光質(zhì)處理均提高了西瓜和甜瓜幼苗的壯苗指標，從而達到壯苗的效果。紅藍組合光顯著提高了西瓜幼苗的GV，R4B1 和R6B1 處理分別比CK 提高了24.32%和32.43%。R6B1 處理的幼苗RDR 顯著高于CK、R4B1G1 和R6B1G1 處理。紅藍組合光處理的西瓜幼苗SSI 均得到了顯著提高，R4B1 和R6B1 處理與CK 相比，分別提高了43.08%和61.85%（圖3-A）。

在紅藍光的基礎上添加綠光可以提高甜瓜幼苗的壯苗質(zhì)量。R4B1G1 和R6B1G1 處理的甜瓜幼苗GV 均顯著高于CK、R4B1 和R6B1 處理。R4B1G1 處理的幼苗RDR 最高，顯著高于CK、R4B1 和R6B1 處理，分別提高了80.77%、69.88%和60.23%。R4B1G1 和R6B1G1 處理的甜瓜幼苗SSI 顯著高于CK 和R4B1 處理（圖3-B）。說明紅藍綠組合光特別是R4B1G1 處理較適合甜瓜幼苗的生長，可達到壯苗的效果。

圖3 不同光質(zhì)處理下西瓜與甜瓜幼苗的壯苗指標

2.3 不同光質(zhì)對西瓜與甜瓜幼苗葉片光合色素含量的影響

從表2 可以看出，各光質(zhì)處理的葉片Ca含量均顯著高于CK，R4B1、R6B1、R4B1G1 和R6B1G1 處理分別比CK 提高了22.80%、29.62%、9.98%和8.52%。R6B1 和R6B1G1 處理的Cb 含量顯著高于CK 和R4B1 處理。各光質(zhì)處理的C 含量沒有顯著性差異，但均顯著高于CK。紅藍光處理的西瓜葉片的Ca/Cb 值顯著高于CK 和紅藍綠光處理。綜上可知，組合光可以提高西瓜幼苗葉片的光合色素含量，促進植株吸收光能，其中紅藍組合光效果最好。

由表2 可以看出，R4B1G1 處理的甜瓜幼苗葉片Ca 含量最高，顯著高于CK、R4B1、R6B1和R6B1G1 處理，分別提高了25.81%、31.34%、11.60% 和8.48%。R6B1、R4B1G1 和R6B1G1 處理的Cb 含量顯著高于CK，分別比CK 提高了11.04%、23.02%和14.93%。紅藍綠光處理提高了葉片C 含量和Ca/Cb 值，其中R4B1G1 處理下效果最顯著，分別比CK 提高了19.47%和54.87%。由此可見，紅藍組合光中添加綠光有利于提高甜瓜幼苗葉片的光合色素含量。

表2 不同光質(zhì)處理下西瓜與甜瓜幼苗葉片的光合色素含量

2.4 不同光質(zhì)對西瓜與甜瓜葉片可溶性糖含量的影響

從 圖4-A 可 知，R4B1、R6B1 和R4B1G1 處理的西瓜幼苗葉片的可溶性糖含量顯著高于CK 和R6B1G1 處理，其中R4B1 和R6B1 處理的可溶性糖含量分別比CK 提高了49.43%和71.41%。由此可知，紅藍光能夠顯著提高西瓜葉片的可溶性糖含量。由圖4-B 可知，R4B1G1 處理的甜瓜幼苗葉片中可溶性糖含量顯著高于CK、R4B1、R6B1和R6B1G1 處理，分別提高了34.97%、25.80%、15.09%和16.26%。在紅藍光的基礎上添加綠光可以提高甜瓜幼苗葉片的可溶性糖含量。

圖4 不同光質(zhì)處理下西瓜與甜瓜幼苗葉片的可溶性糖含量

2.5 不同光質(zhì)對西瓜與甜瓜幼苗根系形態(tài)的影響

由表3 可知，紅藍光能顯著提高西瓜幼苗的總根長、根表面積、根體積及分叉數(shù)，其中R6B1 處理的幼苗根系效果最好，各指標均顯著高于CK，比CK分別提高了28.03%、80.76%、85.56% 和57.93%。對甜瓜幼苗進行不同光質(zhì)處理發(fā)現(xiàn)，除對根平均直徑?jīng)]有顯著影響外，紅藍綠組合光顯著促進了甜瓜幼苗的根系生長，其中R4B1G1 處理的幼苗根系生長最好，總根長、根表面積、根體積和分叉數(shù)均顯著高于CK，比CK 分別提高了16.32%、44.71%、63.23%和33.10%。

表3 不同光質(zhì)處理下西瓜與甜瓜幼苗的根系形態(tài)

2.6 不同光質(zhì)對西瓜與甜瓜幼苗根系活力的影響

從圖5-A 可以看出，紅藍組合光可以顯著提高西瓜幼苗的根系活力，隨著紅光成分的增加，西瓜幼苗的根系活力也隨之增加，R6B1 處理與CK相比增加了76.54%。由圖5-B 可知，在紅藍組合光中加入綠光，甜瓜幼苗的根系活力得到了顯著提高，其中R4B1G1 處理的根系活力最高，相比CK增加了27.77%。

圖5 不同光質(zhì)處理下西瓜與甜瓜幼苗的根系活力

3 結(jié)論與討論

不同的光質(zhì)處理可以影響植株的生理過程與形態(tài)特征。紅光能夠促進植株的莖、葉和根系的生長；藍光可降低株高并增加莖粗，使植株的株型緊湊（許大全 等，2015）；綠光可以更加深入地穿透植物冠層，促進植株生長，增加植株的葉生物量、干鮮質(zhì)量和莖長（Kim et al.，2004；Kaiser et al.，2019；Kusuma et al.，2021）；本試驗研究發(fā)現(xiàn)，西瓜幼苗的株高以CK最低，其他光質(zhì)處理間無顯著性差異。紅藍組合光促進了西瓜幼苗的莖粗、葉面積、全株干質(zhì)量和鮮質(zhì)量的增加，提高了幼苗的G 值、根冠比和壯苗指數(shù)，其中以R6B1 處理的效果最為明顯，這與Bantis 等（2019）研究的紅藍光提高了西瓜嫁接苗葉面積和地上部干質(zhì)量的結(jié)果一致。在紅藍光中加入綠光對甜瓜幼苗的株高沒有促進作用，但提高了莖粗、葉面積和全株干質(zhì)量，達到了壯苗效果，其中R4B1G1 處理的效果最佳。這與前人的研究結(jié)果相似，光強一致的條件下，用綠光部分替代藍光和紅光顯著增加了羅勒植株的莖粗、葉長和葉面積（Schenkels et al.，2019）。

葉綠體是植物光合作用中進行能量轉(zhuǎn)換和碳同化的主要場所，葉綠素是氧化還原成分，因此，它們的積累和分配反映了植株的生理狀態(tài)（廖多思 等，2019）。本試驗研究發(fā)現(xiàn)，R4B1G1 處理的甜瓜幼苗葉片的Ca、Cb 含量和Ca/Cb 值與CK 相比均得到了顯著提高，綠光比例增加，甜瓜幼苗的光合色素含量有增加的趨勢。這與前人的研究結(jié)果相似，紅藍綠光可以提高番茄和黃瓜葉片中的葉綠素含量，從而提高光合速率（朱鹿坤 等，2019；Kaiser et al.，2019）。紅藍光中添加綠光對西瓜葉片的光合色素含量沒有顯著促進效果，反而呈下降趨勢，紅藍組合光中R6B1 處理的西瓜葉片光合色素含量最高，且隨著紅光比例的增加而增加，與崔曉輝等（2017）研究的紅藍光可以提高薄皮甜瓜葉片中Ca 和Cb 含量的結(jié)果一致。

可溶性糖含量反映了植株的代謝能力，光質(zhì)可以影響植物的可溶性糖含量（陳文昊 等，2011）。在本試驗中，紅藍組合光處理的西瓜葉片中的可溶性糖含量均顯著高于CK，紅光比例增加，西瓜葉片中的可溶性糖含量也隨之增加，R6B1 處理的西瓜幼苗葉片可溶性糖含量最高，這與李海達等（2014）的研究結(jié)果一致，紅光能夠有效提高番茄和黃瓜幼苗葉片的可溶性糖含量。綠光的添加提高了甜瓜葉片中的可溶性糖含量，其中R4B1G1 處理的葉片可溶性糖含量最高，比CK 提高了34.97%。這與前人的研究結(jié)果相似，紅藍綠光有利于芹菜葉柄的可溶性糖含量積累（劉玉兵 等，2020）。光質(zhì)影響了碳水化合物的合成及運轉(zhuǎn)，從而改變了葉片中可溶性糖的含量（葉寶興 等，2005）。

光質(zhì)影響植物的光合作用，進而影響地上部合成的光合產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到根系部位，影響根系生長，而根系形態(tài)和根系活力又反過來影響植株地上部的生長發(fā)育（程建峰 等，2007）。植株的根長、根表面積和根體積反映了植物吸收水分和養(yǎng)分的能力（Graham &Gregorio，2001；胡田田 等，2008）。本試驗研究發(fā)現(xiàn)，組合光提高了西瓜和甜瓜幼苗的總根長、根表面積、根體積和分叉數(shù)，對根平均直徑?jīng)]有顯著性影響。不同光質(zhì)處理的西瓜與甜瓜幼苗的根系活力均高于CK。其中紅藍光顯著提高了西瓜幼苗的根系活力，以R6B1 處理最佳；紅藍綠光顯著提高了甜瓜幼苗的根系活力，R4B1G1 處理的根系活力最高、根系生長最好。隨著組合光中綠光的添加，甜瓜根系活力呈上升趨勢，說明適宜比例的紅藍綠光能夠促進甜瓜根系的生長發(fā)育。這一結(jié)果與前人的研究一致，綠光部分替代藍光和紅光，辣椒植株的根系生物量、地上部緊密度和葉面積都顯著增加（Schenkels et al.，2019）。

綜上所述，采用適宜比例的LED 組合光培育西瓜和甜瓜幼苗，可有效提高幼苗的株高、莖粗、葉面積、根系生長、物質(zhì)積累等形態(tài)指標和葉片光合色素含量、可溶性糖含量、根系活力等生理生化指標。其中，西瓜幼苗生長的最佳光質(zhì)組合是R6B1，甜瓜幼苗生長的最佳光質(zhì)組合是R4B1G1，可以有效改善幼苗生長形態(tài)，提高幼苗的生理特性，有助于幼苗進行物質(zhì)積累，進而達到壯苗的效果。這一結(jié)果可為西瓜和甜瓜育苗提供理論依據(jù)。