李沛璽，成 杰，陳 寧，楊延杰，李大鵬，閆征南

（1.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院 山東青島 266109； 2.山東七彩莊園蔬菜食品基地有限公司 山東壽光 262700）

南瓜（Cucurbita moschataDuch.）為葫蘆科南瓜屬一年生草本植物[1]。南瓜具有很高的營養(yǎng)價值，含有豐富的β-胡蘿卜素、蛋白質(zhì)和微量元素，并且脂肪含量很低，是高膳食纖維食物。此外，南瓜方便運輸，品種繁多，口感甜，深受人們喜愛[2-3]。近年來，南瓜產(chǎn)品的開發(fā)越來越多，可見其具有廣闊的市場前景[4]。為提高南瓜幼苗的培育效率，南瓜育苗已實現(xiàn)工廠化。工廠化育苗是一次成苗的現(xiàn)代化育苗技術(shù)，具有省工、省力、成本低、效率高、便于優(yōu)良品種推廣和規(guī)范育苗管理的優(yōu)勢。此外，成苗便于遠(yuǎn)距離運輸和機械化移栽，成苗率高，定植后根系活力好、長勢強、產(chǎn)量高，可以實現(xiàn)蔬菜育苗及生產(chǎn)的機械化、工廠化及商品化[5-6]。

相比于露地和溫室栽培，植物工廠是一種通過智能化技術(shù)實現(xiàn)對作物生長環(huán)境高精度控制的高效農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)，可縮短植物生長周期，實現(xiàn)高品質(zhì)蔬菜和優(yōu)質(zhì)蔬菜種苗的周年穩(wěn)定生產(chǎn)[7-8]。光作為植物生長發(fā)育的關(guān)鍵環(huán)境因子，它不僅可以為植物光合作用提供能源，還可以為植物提供信號并調(diào)節(jié)其生長過程，影響植物的生理以及農(nóng)藝性狀[9-10]。弱光條件下植物會發(fā)生徒長、纖弱和葉片變薄等現(xiàn)象，光照過強會使植株發(fā)生萎蔫，出現(xiàn)葉小變黃等現(xiàn)象。由此可見，光照度過強或過弱均會對植物產(chǎn)生不良影響[11]。光照時間主要通過影響植物的光合作用和光形態(tài)建成，進(jìn)而調(diào)控和誘導(dǎo)植物生長，最終對植物的形態(tài)產(chǎn)生影響[12]。但單一的光照度或光照周期均不能反映植物對光的響應(yīng)情況，而日累積光照量（DLI）是指植物在1 d 內(nèi)接受到的光能總量[13]，種植者可以利用DLI 預(yù)測產(chǎn)量或調(diào)整管理策略。相同DLI 下適當(dāng)?shù)墓庹斩群凸庹罩芷诮M合可以有效提高黃瓜幼苗和生菜的質(zhì)量或產(chǎn)量[14-15]。在完全可控環(huán)境的相同DLI 條件下，不同光照度和光照周期組合對南瓜幼苗生長尚缺乏研究。此外，南瓜種類和品種繁多，不同品種南瓜幼苗對光環(huán)境響應(yīng)有待于進(jìn)一步研究。因此，筆者以培育優(yōu)質(zhì)南瓜幼苗為目的，設(shè)計相同DLI 下不同光照環(huán)境處理對不同品種南瓜幼苗生長的影響試驗，探究不同光照度與光照周期組合與不同品種南瓜幼苗生長的關(guān)系，篩選出適宜南瓜幼苗生長的光照環(huán)境，為培育優(yōu)質(zhì)南瓜幼苗提供理論依據(jù)與數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料

以南瓜品種RTCU8405 和RTCU6752 為研究對象，均為中國南瓜，由青島金媽媽農(nóng)業(yè)科技有限公司提供。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2020 年10－11 月進(jìn)行，將南瓜種子播于裝有混合基質(zhì)（V草炭∶V蛭石∶V珍珠巖=3∶1∶1）的50 孔穴盤（長×寬×高=54 cm×28 cm×4.5 cm）中，放置于青島農(nóng)業(yè)大學(xué)植物工廠試驗室內(nèi)，在相同日累積光照量下設(shè)置5 種不同的光照度和光照周期組合中進(jìn)行培育（表1），每50 株為1 個重復(fù)，3 次重復(fù)，隨機區(qū)組排列。育苗期間采用霍格蘭營養(yǎng)液配方，電導(dǎo)率（EC）控制在2.0～2.4 mS?cm-1，pH 值調(diào)整為6.0～6.5。溫度控制在18～25 ℃，濕度為60%～70%，CO2濃度不控制。

表1 試驗區(qū)設(shè)計

1.3 指標(biāo)測定

待南瓜幼苗長至2 葉1 心時，每個處理隨機選取6 株長勢一致的南瓜幼苗測定株高和莖粗。并將南瓜幼苗地上部和地下部分開測量鮮質(zhì)量，然后在105 ℃下殺青后75 ℃下烘干24 h，分別測定地上部和地下部干質(zhì)量。選取植株成熟的最大葉片，測定葉長和葉寬，使用葉面積儀（Yaxin-1241，北京雅欣理儀科技有限公司，中國）測定葉面積。壯苗指數(shù)=（莖粗/株高＋地下部干質(zhì)量/地上部干質(zhì)量）×全株干質(zhì)量；用根系掃描儀（V800，精工愛普生公司，日本）將洗凈待測南瓜幼苗根系掃描成TIFF 格式圖像，再用圖像分析軟件（2016 a 版，Regent Instruments 公司，加拿大）測定南瓜幼苗的總根長、根體積和根表面積。每個處理隨機選取6 株長勢一致的南瓜幼苗，分別使用質(zhì)構(gòu)分析儀（TMS Pro，食品技術(shù)公司，美國）和Updegraff[16]方法測定南瓜莖節(jié)硬度和纖維素含量。試驗3 次重復(fù)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用Excel 2019 進(jìn)行分析，采用DPS 統(tǒng)計軟件（7.05 版，杭州睿豐信息技術(shù)有限公司，中國）進(jìn)行顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 相同DLI 下光照度與光照周期對不同南瓜品種幼苗形態(tài)的影響

由圖1 可以看出，在相同DLI 條件下，隨著光照度降低和光照周期的延長，不同南瓜品種幼苗的葉長、葉寬和葉面積均呈先增加后降低趨勢；當(dāng)光照周期超過18 h·d-1時，隨著光強度降低和光照周期延長，南瓜幼苗的葉面積均呈降低趨勢。RTCU8405 幼苗的葉長在P200-H14 組合處理下達(dá)到最大值，而RTCU6752 幼苗的葉長在P156-H18 組合處理下達(dá)到最大值。RTCU6752 和RTCU8405幼苗的葉面積均在光照度156 μmol·m-2·s-1和光照周期18 h·d-1的組合處理下達(dá)到最大值。當(dāng)光照度從467 μmol·m-2·s-1降低到156 μmol·m-2·s-1時，RTCU8405 和RTCU6752 幼苗的葉面積分別增加了54.4%和90.6%。

圖1 光照環(huán)境對不同南瓜品種幼苗葉片形態(tài)的影響

由圖2 可以看出，在相同DLI 下，隨著光照度降低和光照周期的延長，南瓜幼苗的莖粗均呈先增加后降低的趨勢，且在P156-H18 處理下達(dá)到最大值，但2 個南瓜品種P156-H18 和P127-H22 處理的幼苗莖粗無顯著差異。當(dāng)光照度從467 μmol·m-2·s-1降低到156 μmol·m-2·s-1時，RTCU8405 和RTCU6752 幼苗的莖粗分別增加了31.4%和13.5%。而2 個南瓜品種幼苗的株高則呈現(xiàn)與莖粗相反趨勢。RTCU6752 和RTCU8405 幼苗的株高均在P127-H22 時達(dá)到最小值；當(dāng)光照度從467 μmol·m-2·s-1降低到127 μmol·m-2·s-1時，RTCU8405 和RTCU6752 幼苗的株高分別顯著降低了25.7%和14.3%。

圖2 光照環(huán)境對不同南瓜品種幼苗莖粗和株高的影響

2.2 相同DLI 下光照度與光照周期對不同南瓜品種幼苗生物量積累的影響

由表2 可知，在DLI 相同的情況下，隨著光照度降低和光照周期的延長，不同南瓜品種幼苗的地上部鮮質(zhì)量和地上部干質(zhì)量總體均呈先增加后減少趨勢。當(dāng)光照周期從6 h·d-1延長至14 h·d-1，RTCU8405 幼苗的地上部鮮質(zhì)量和地下部鮮質(zhì)量呈增加趨勢，但RTCU6752 幼苗的地下部鮮質(zhì)量無顯著變化。當(dāng)光照周期從18 h·d-1延長至22 h·d-1，2個南瓜品種幼苗的地下部鮮質(zhì)量無顯著變化。當(dāng)光照度從467 μmol·m-2·s-1降低到156 μmol·m-2·s-1時，RTCU8405 和RTCU6752 幼苗的地上部鮮質(zhì)量分別顯著增加57.0%和103.3%，地下部鮮質(zhì)量分別增加97.9%和57.5%，地上部干質(zhì)量分別顯著增加90.9%和165.6%，地下部干質(zhì)量分別顯著增加29.7%和62.5%。

表2 光照環(huán)境對不同南瓜品種幼苗生物量積累的影響 （g?株-1）

2.3 相同DLI 下光照度與光照周期對不同南瓜品種幼苗壯苗指數(shù)的影響

由圖3 可以看出，在相同DLI 下，隨著光照度降低和光照周期的延長，南瓜幼苗的壯苗指數(shù)均呈先增加后降低的趨勢，且2 個南瓜品種幼苗的壯苗指數(shù)均在P156-H18 處理下最大。當(dāng)光照周期超過18 h·d-1時，南瓜幼苗的壯苗指數(shù)呈降低趨勢，且RTCU6752 幼苗的壯苗指數(shù)顯著降低，但P156-H18和P127-H22 處理下培育的RTCU8405 幼苗的壯苗指數(shù)無顯著差異。當(dāng)光照度從467 μmol·m-2·s-1降低到156 μmol·m-2·s-1時，RTCU8405 幼苗的壯苗指數(shù)顯著增加69.1%；當(dāng)光照度從156 μmol·m-2·s-1降低到127 μmol·m-2·s-1時，RTCU6752 幼苗的壯苗指數(shù)顯著降低48.6%。

圖3 光照環(huán)境對不同南瓜品種幼苗壯苗指數(shù)的影響

2.4 相同DLI 下光照度與光照周期對不同南瓜品種幼苗根系結(jié)構(gòu)的影響

由表3 可知，對于RTCU8405 南瓜的幼苗，相同DLI 下當(dāng)光照度從467 μmol·m-2·s-1降低至156 μmol·m-2·s-1時，南瓜幼苗的根表面積和根體積均無顯著變化；當(dāng)光照度從156 μmol·m-2·s-1降低至127 μmol·m-2·s-1時，南瓜幼苗的根長、根表面積和根體積均顯著降低，且分別降低了31.3%、32.7%和41.9%。

表3 光照環(huán)境對不同南瓜品種幼苗根系結(jié)構(gòu)的影響

對于RTCU6752 南瓜的幼苗，相同DLI 下當(dāng)光照度從467 μmol·m-2·s-1降低至200 μmol·m-2·s-1時，南瓜幼苗的根長、根表面積和根體積均呈增加趨勢；且當(dāng)光照度從156 μmol·m-2·s-1降低至127 μmol·m-2·s-1時，南瓜幼苗的根長和根表面積無顯著變化，但南瓜幼苗的根體積顯著降低，降低了24.1%。

2.5 相同DLI 下光照度與光照周期對不同南瓜品種幼苗莖節(jié)硬度和纖維素含量的影響

由圖4 可以看出，相同DLI 下不同光照度與光照周期組合對南瓜幼苗莖節(jié)硬度和纖維素含量具有一定影響，且不同品種間存在一定差異。RTCU8405 南瓜的幼苗，莖節(jié)硬度和纖維素含量均隨著光照度的降低和光照周期的延長呈先增加后降低趨勢，且在P156-H18 處理條件下達(dá)到最大值。RTCU6752 南瓜的幼苗，其莖節(jié)硬度和纖維素含量均隨著光照度的降低和光照周期的延長呈先增加后降低的趨勢，在P280-H10 處理條件下達(dá) 到 最大值，當(dāng)光照度從280 μmol·m-2·s-1降低至127 μmol·m-2·s-1時，南瓜幼苗莖節(jié)硬度呈現(xiàn)降低趨勢，但是纖維素含量無顯著變化。

圖4 光照環(huán)境對不同南瓜品種幼苗莖節(jié)硬度和纖維素含量的影響

3 討論與結(jié)論

光照環(huán)境對植物的形態(tài)建成、生長過程以及品質(zhì)形成起著關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用[17]。光照環(huán)境作為設(shè)施育苗生產(chǎn)的重要環(huán)境條件，不僅包括光照度和光照周期，還受到日累積光照量的直接影響[13]。光照度和光照周期對南瓜幼苗的形態(tài)指標(biāo)和生物量積累均有顯著影響[10,18]。筆者的研究結(jié)果表明，在日累積光照量相同的條件下強光照與短光照周期組合下培育的南瓜幼苗植株多表現(xiàn)為莖粗細(xì)、株高較高和地上部鮮質(zhì)量較少；而隨著光照度降低與光照周期延長，南瓜幼苗的莖粗增加、株高降低和地上部鮮質(zhì)量增加。由此可見，較長的光照周期與較弱的光照度組合可以有效改善植株形態(tài)特征，促進(jìn)幼苗生物量積累，提高南瓜幼苗質(zhì)量。植物的生長發(fā)育過程受光周期的調(diào)節(jié)，不同光照周期處理可以顯著改變植物的發(fā)育形態(tài)。李海云等[19]的研究表明，長光照周期有利于培育健壯植株，有效地提高了植物葉片中的可溶性蛋白含量且長光照周期下黃瓜幼苗的干物質(zhì)積累更快。龍作義等[20]的研究表明，長光周期明顯較于短光照周期更加有利于促進(jìn)紅皮云杉苗木的生長；還有研究表明，長光照周期更有利于泡桐葉片芽誘導(dǎo)[21]。過強的光照度影響植物光合作用，抑制植物生長[22]。筆者的研究結(jié)果表明，長光照周期與較弱的光照度組合較適宜優(yōu)質(zhì)南瓜幼苗的培育，可能是因為隨著南瓜幼苗的光合作用的時間延長，從而產(chǎn)生了更多的碳水化合物以支持植株的生長以及形態(tài)建成。前人的研究表明，光照周期能夠影響植株生長調(diào)節(jié)物質(zhì)濃度，這些植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)能夠影響植物根系對營養(yǎng)元素的吸收，從而能影響植物的幼苗生長[23]；因此在一定范圍內(nèi)適當(dāng)增加光照周期降低光照度有利于培育南瓜壯苗。

根系是作物吸收水分和養(yǎng)分、固定和支持植株的器官，它不僅具有吸收功能，而且是重要的代謝器官，在作物的生長發(fā)育和產(chǎn)量形成過程中起著非常重要的作用[24]。筆者的研究結(jié)果表明，相同DLI下不同光照度與光照周期組合對南瓜幼苗根長、根體積和根表面積等有一定影響，且不同品種對于光環(huán)境的影響存在差異。在日累積光照量相同的條件下強光照與短光照周期組合下培育的南瓜幼苗植株多表現(xiàn)為根長較短、根體積較小、根表面積較小，而隨著光照度減弱光照周期增加，南瓜幼苗根長、根體積、根表面積變大，更加有利于南瓜幼苗的營養(yǎng)循環(huán)。

纖維素是決定植物細(xì)胞壁強度的主要物質(zhì)，對支持植株的生長以及形態(tài)建成有重要影響，可以有效改善植株形態(tài)特征，提高蔬菜幼苗質(zhì)量[25]。植物莖節(jié)硬度對于植物抗倒伏起著重要作用。適宜機械化移栽的蔬菜幼苗一般具有抗倒抗病性強、植株矮壯、株型緊湊的特性[26]。Yan 等[15]的研究表明，當(dāng)補光時長從6 h·d-1延長至10 h·d-1，溫室黃瓜幼苗莖節(jié)硬度顯著增加，但纖維素含量無顯著變化，這可能與木質(zhì)素、果膠和半纖維素等化合物含量有關(guān)。筆者的研究結(jié)果表明，較長的光照周期與較弱的光照度組合有利于南瓜幼苗莖節(jié)硬度和纖維素含量的增加，有利于后期的機械化移栽。

在完全可控環(huán)境條件下，相同DLI 下不同光照度與光照周期組合對2 個南瓜品種幼苗的地上部和地下部形態(tài)特征、生物量積累和莖節(jié)硬度均有一定影響。當(dāng)光照周期從6 h·d-1增加到18 h·d-1（即光照度從467μmol·m-2·s-1降低至156μmol·m-2·s-1）時，2 個南瓜品種的幼苗株型更加緊湊且植株更加健壯，但當(dāng)光照周期超過18 h·d-1時，2 個南瓜品種幼苗的指標(biāo)無顯著變化或出現(xiàn)降低的趨勢。綜上所述，在相同DLI 下，較長的光照周期和較弱的光照度組合可以使南瓜植株形態(tài)緊湊矮壯，有利于南瓜幼苗的培育，因此，在完全可控環(huán)境中，建議在光照度為156～200 μmol·m-2·s-1與光照周期為14～18 h·d-1的組合條件下培育南瓜幼苗。