年 月農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)第 卷第 期 非連續(xù)光對(duì)無(wú)土栽培番茄苗期無(wú)機(jī)元素吸收的影響 陳曉麗 劉藝涵 徐 凡 魏曉明 鄭文剛 北京市農(nóng)林科學(xué)院智能裝備技術(shù)研究中心 北京 天津農(nóng)學(xué)院園藝園林學(xué)院 天津 摘要 本研究在人工光型植物工廠中采用巖棉種植番茄植株 分析了在總光量一致的基礎(chǔ)上紅光背景下藍(lán)光補(bǔ)充 介入和藍(lán)光取代介入兩種非連續(xù)供光模式對(duì)番茄植株?duì)I養(yǎng)液無(wú)機(jī)元素吸收及葉片色素光譜參量的影響 結(jié)果表 明 與連續(xù)紅光相比 藍(lán)光以不同方式介入均降低了番茄葉片中 元素含量而提高了莖中 元素含量 藍(lán)光介入一 定程度上抑制了番茄 元素由莖向葉片的運(yùn)輸 藍(lán)光以不同方式介入均提高了番茄地上部中 含量 增幅 而降低了地上部 含量 降幅 及 含量 降幅 其中藍(lán)光補(bǔ) 充介入模式下番茄葉片中 元素含量隨著藍(lán)光補(bǔ)充強(qiáng)度的升高而增加 葉片 含量在藍(lán)光取代介入模式下高 于藍(lán)光補(bǔ)充介入模式而地上部 含量趨勢(shì)則相反 藍(lán)光取代介入的非連續(xù)光模式較藍(lán)光補(bǔ)充介入模式而言更有 利于刺激葉片中 的積累而抑制地上部 的積累 與連續(xù)紅光相比 藍(lán)光以不同方式介入后番茄葉片色素光譜 參量 值 色相角 和 值 修正葉綠素吸收比指數(shù) 均有所提高 相反 值 紅綠區(qū)域光譜反射 比 均有所降低 藍(lán)光補(bǔ)充介入模式下葉片 值和 值隨藍(lán)光補(bǔ)充強(qiáng)度的升高而增大 處理下 值最高 較對(duì)照分別提高 藍(lán)光取代模式下 值和 值隨藍(lán)光間歇時(shí)間的延長(zhǎng)先增大后 減小 處理下 值最高 較對(duì)照分別提高 番茄葉片在綠光波段的反射率與各處理 下 值變化趨勢(shì)接近 而番茄葉片中 元素含量與葉綠素光譜參量呈正相關(guān)性 藍(lán)光取代介入的非連 續(xù)光模式較藍(lán)光補(bǔ)充介入模式而言更有利于刺激葉片類胡蘿卜素分解和葉綠素積累 非連續(xù)供光模式通過(guò)調(diào)控番 茄植株無(wú)機(jī)元素的吸收進(jìn)而作用于葉片色素的形成 本研究為無(wú)土栽培番茄光環(huán)境調(diào)控提供了理論依據(jù) 關(guān)鍵詞 植物工廠 供光模式 番茄苗期 非連續(xù)光 無(wú)機(jī)元素 中圖分類號(hào) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 文章編號(hào) 收稿日期 修回日期 基金項(xiàng)目 北京市智能溫室蔬菜創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目 和北京市農(nóng)林科學(xué)院青年科研基金項(xiàng)目 作者簡(jiǎn)介 陳曉麗 女 副研究員 博士 主要從事植物光配方及設(shè)施光環(huán)境調(diào)控研究 通信作者 鄭文剛 男 研究員 博士 主要從事環(huán)境智能感知控制及水肥智慧灌溉技術(shù)研究 引言 光和無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)分別是植物生長(zhǎng)發(fā)育的能量及物 質(zhì)來(lái)源 番茄植株對(duì)光能的利用 光信號(hào)的響應(yīng)以及 對(duì)營(yíng)養(yǎng)液養(yǎng)分的吸收是決定無(wú)土栽培番茄果實(shí)產(chǎn)量 及品質(zhì)的重要因素 植物葉片的呈色由葉片對(duì)不同 波段可見(jiàn)光的反射決定 而不同波段的反射強(qiáng)度取 決于葉片中葉綠素 葉黃素及類胡蘿卜素等色素含 量 這些色素合成與植物所吸收的無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)元素密 切相關(guān) 如大量元素 是構(gòu)成葉綠素的組分 缺 會(huì)導(dǎo)致葉綠素?zé)o法合成 微量元素 與葉 綠素形成有關(guān) 具有提高葉綠素穩(wěn)定性的功能 避免 葉綠素過(guò)早遭受破壞 因此 葉片呈色和反射 光譜特征是光作用于植株無(wú)機(jī)元素吸收的一個(gè)重要 表型 將植株地下部分離子吸收運(yùn)輸活動(dòng)與地上部 分葉片呈色聯(lián)系起來(lái) 光環(huán)境控制是密閉式設(shè)施生產(chǎn)中提高植物生長(zhǎng) 和品質(zhì)的有效手段之一 紅光和藍(lán)光是影響植物生 理代謝活動(dòng)的主要光譜區(qū)段 因此也成為目前設(shè)施 人工光源中的主流光質(zhì) 研究表明 不同比例 紅藍(lán)組合光對(duì)生菜體內(nèi)礦質(zhì)元素的種類和含量具有 誘導(dǎo)調(diào)節(jié)作用 例如生菜在紅藍(lán)比例 的處理 下對(duì) 元素的吸收量較大 而純紅光顯著 促進(jìn)了生菜對(duì) 和 元素的吸收 光環(huán)境要 素包括光質(zhì) 光量子通量密度 光周期和光分布 連 續(xù)供光是指在一個(gè)光周期內(nèi)的任意時(shí)刻 所有的光 環(huán)境要素均保持一致 即恒定光強(qiáng) 恒定光質(zhì) 也 稱為靜態(tài)光照射 非連續(xù)供光是指在一個(gè)光周期 內(nèi) 光環(huán)境要素中的一項(xiàng)或多項(xiàng)發(fā)生改變 一般為 規(guī)律性變化 如光強(qiáng)遞變 光質(zhì)交替 明暗交替等 也稱動(dòng)態(tài)光照射 研究表明 紅 藍(lán)光在植物某些生 理活動(dòng)中的作用可能相反 也可能一致 而動(dòng)態(tài)光環(huán) 境由于光信號(hào)傳導(dǎo)方式的改變會(huì)在植物中引發(fā)一些 諸如生物量提高 次生代謝物積累量增多 植株電能 利用率提高等積極的結(jié)果 對(duì)于非連續(xù)光環(huán)境 下植株無(wú)機(jī)元素吸收的研究表明 與連續(xù)光照射相 比 不同頻率的交替紅藍(lán)光照射下葉用萵苣體內(nèi) 元素的累積量均得到顯著提高 植株中 元素含量顯著降低 而高頻次的紅藍(lán)光交替照射 能夠顯著刺激植株對(duì) 元素的吸收 隨著 及光配方系統(tǒng)調(diào)控硬件的深度開(kāi)發(fā) 植物光配方不 再局限于對(duì)光質(zhì) 光強(qiáng)度以及光期的調(diào)節(jié) 而是拓展 到供光模式的調(diào)節(jié) 優(yōu)化的紅藍(lán)光供光模式可能避 免紅 藍(lán)光在植物某些生理活動(dòng)中的相反作用 最大 化地提高兩種光質(zhì)的協(xié)同作用 目前 尚未見(jiàn)非連 續(xù)供光模式下番茄植株對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素吸收利用的相關(guān) 研究報(bào)道 綜上 人工光源光質(zhì) 供光模式等對(duì)植物無(wú)機(jī) 養(yǎng)分的吸收具有明顯的影響 而目前光環(huán)境要素 對(duì)番茄植株的作用研究主要圍繞植株生物量 葉 片光合 幼苗活性等方面 而對(duì)無(wú)土栽培番茄植株 無(wú)機(jī)元素吸收方面的影響研究鮮見(jiàn)報(bào)道 為了探 究不同的紅藍(lán)光環(huán)境對(duì)番茄植株無(wú)機(jī)元素吸收的 影響 本研究以連續(xù)紅藍(lán)光照射為對(duì)照 比較藍(lán)光 介入和藍(lán)光取代兩種非連續(xù)光模式下番茄植株對(duì) 等無(wú)機(jī)元素的吸收以 及葉片光譜參量和反射光譜特征的影響 以期為 番茄無(wú)土栽培設(shè)施中光環(huán)境的調(diào)控提供理論依 據(jù) 材料與方法 試驗(yàn)在北京市農(nóng)林科學(xué)院全人工光型植物工廠 農(nóng) 業(yè) 機(jī) 械 學(xué) 報(bào) 年 中進(jìn)行 試驗(yàn)光源采用可以設(shè)置任意光配方及供光 模式的 植物光配方系統(tǒng) 以番茄品種 豐收 為試驗(yàn)材料 采用荷蘭進(jìn)口 農(nóng)用巖棉進(jìn)行種植 植物工廠內(nèi)溫度為 光期 暗期 空氣相對(duì)濕度 濃度為 營(yíng)養(yǎng)液采用 日本山崎配方 灌溉頻率為 次 在整個(gè)試驗(yàn)周 期內(nèi) 營(yíng)養(yǎng)液電導(dǎo)率范圍為 單 株?duì)I養(yǎng)液灌溉總量為 株 光源為 紅藍(lán) 光 栽培面距離光源高度為 播種后即將巖 棉塊置于不同的紅 藍(lán)供光模式下進(jìn)行培養(yǎng) 光期 暗期均為 紅 藍(lán)光峰值波長(zhǎng)分別為 和 光合有效輻射的測(cè)量采用光量子儀 美國(guó) 光譜測(cè)試采用 型光譜儀 美 國(guó) 波長(zhǎng)范圍為 從播種日起第 天進(jìn)行取樣和指標(biāo)測(cè)定 根據(jù)葉菜和果菜光配方相關(guān)研究 苗期的 光期和光強(qiáng)度設(shè)置范圍一般為 和 本試驗(yàn)中非連續(xù)光處理根據(jù)藍(lán) 光的介入方式分為兩類 一類為在紅光 背景光的 基礎(chǔ)上 光強(qiáng)度 光期 間歇 補(bǔ)充相同總光量 不同光強(qiáng) 度及光期的藍(lán)光 光強(qiáng)度分別為 對(duì)應(yīng)補(bǔ)光周期分別為 對(duì)應(yīng)試驗(yàn)處理分別記作 以沒(méi)有藍(lán)光介入的連續(xù)純紅 光 為對(duì)照 見(jiàn)表 另一類為在背景光紅光的基 礎(chǔ)上以等光強(qiáng)度的藍(lán)光 間歇取 代紅光 間歇間隔分別為 以 沒(méi)有藍(lán)光介入的連續(xù)光 純紅光 為對(duì)照 試驗(yàn)處 理分別記作 見(jiàn) 表 由于 或 處理中 藍(lán)光與紅光光期完 全同步 因此為連續(xù)光模式 表 不同供光模式處理 試驗(yàn)處理供光模式日累積光量子數(shù) 瞬時(shí)光強(qiáng)度 光期 暗期紅光藍(lán)光總光量紅光藍(lán)光總光強(qiáng) 藍(lán)光補(bǔ)充 介入模式 藍(lán)光取代 介入模式 注 表中 表示不同光質(zhì)的切換 如 指紅光照射 后轉(zhuǎn)為紅藍(lán)混合光照射 測(cè)定與分析 葉片光譜參量 番茄植株葉片在 光譜范圍的反射 率用分光測(cè)色儀 型 進(jìn)行測(cè)定 對(duì) 空間和數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以獲得色調(diào) 色相角 反映番茄植株葉片著色 數(shù)值越大 葉片 越綠 光化學(xué)反射指數(shù) 反映類胡蘿卜素與 葉綠素的比率 光譜中紅色和綠色區(qū)域的反射比 反映花青素與葉綠素的比率 修正 葉綠素吸收比指數(shù) 反映葉綠素的變 動(dòng) 無(wú)機(jī)元素測(cè)定 無(wú)機(jī)元素測(cè)試采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜 儀 美國(guó) 光譜儀條件 樣品提升量 載氣 輔助氣 冷卻氣 高頻發(fā)生器功率 稱取 番茄植株樣 品于消煮管中 加入濃硝酸和高氯酸的混合酸 體積比為 于 消煮 至溶液接 近無(wú)色時(shí)冷卻 過(guò)濾后濾液用去離子水定容至 以同樣的方法制備空白對(duì)照 濃硝酸和高氯 酸均為優(yōu)級(jí)純 購(gòu)自北京市化工廠 元素標(biāo)準(zhǔn)液源自 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心 配制不同質(zhì)量濃度的 元素標(biāo)準(zhǔn)溶液 各元素分析譜線波 長(zhǎng)見(jiàn)表 表 顯示 標(biāo)準(zhǔn)液質(zhì)量濃度與吸光度呈較 好的線性關(guān)系 相關(guān)系數(shù) 在 之間 相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差 為 第 期 陳曉麗等 非連續(xù)光對(duì)無(wú)土栽培番茄苗期無(wú)機(jī)元素吸收的影響 表 各元素分析譜線波長(zhǎng) 標(biāo)準(zhǔn)液質(zhì)量濃度 相關(guān)系數(shù) 和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差 元素光譜波長(zhǎng) 標(biāo)準(zhǔn)液質(zhì)量濃度 相關(guān)系數(shù) 相對(duì)標(biāo)準(zhǔn) 偏差 數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)采用 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析 采用 繪制聚類分析熱圖 軟件進(jìn)行 相關(guān)性分析 結(jié)果分析 非連續(xù)光模式 藍(lán)光補(bǔ)充 下番茄植株各部位 無(wú)機(jī)元素含量 由表 可見(jiàn) 番茄植株中 元 素含量表現(xiàn)為葉片大于莖 元素含量表現(xiàn)為葉片 小于莖 元素含量差異在葉片和莖中不明 顯 與純紅光 相比 兩種藍(lán)光介入的非連續(xù)供光 模式均降低了番茄葉片中 元素含量 但提高了莖 中 元素含量 藍(lán)光介入一定程度上抑制了番茄 元素由莖向葉片的運(yùn)輸 與 相比 藍(lán)光補(bǔ)充介入 模式均提高了番茄葉片或莖中 元素含量 葉片 表 藍(lán)光補(bǔ)充介入模式下番茄植株大量元素含量 平均值 標(biāo)準(zhǔn)差 部位元素 葉片 莖 地上部 注 同行不同小寫字母表示差異顯著 下同 表 藍(lán)光補(bǔ)充介入模式下番茄植株微量元素含量 平均值 標(biāo)準(zhǔn)差 部位元素 葉片 莖 地上部 農(nóng) 業(yè) 機(jī) 械 學(xué) 報(bào) 年 中 元素含量隨著藍(lán)光補(bǔ)充強(qiáng)度的增加而升高 莖中 元素含量隨著藍(lán)光補(bǔ)充強(qiáng)度的增加而降 低 可見(jiàn)藍(lán)光強(qiáng)度的增加促進(jìn)了番茄植株 元素 由莖向葉片的運(yùn)輸 在光量一定的基礎(chǔ)上 藍(lán)光強(qiáng)度 越高 光期越短 越有利于葉片中 元素的積累 與純紅光相比 除 之外藍(lán)光補(bǔ)光介入模 式均顯著降低了番茄葉片及莖中 元素含量 且在總光量一致的前提下 藍(lán)光強(qiáng)度越 低 光期越長(zhǎng) 越不利于 在番茄植株中的吸收 地上部 元素含量在 處理下最低 與純紅光 相比 藍(lán)光補(bǔ)充介入處理均降低了番茄葉片和莖中 元素含量 處理下番茄植株中 元素含量 最低 可能是因?yàn)樵撎幚硐滤{(lán)光與紅光同步供光 藍(lán) 光持續(xù)光期最長(zhǎng) 與純紅光相比 低光強(qiáng)藍(lán)光補(bǔ)充 介入降低了葉片以及莖中 元素含量 但是隨著 藍(lán)光強(qiáng)度繼續(xù)增加 元素含量逐漸升高且高于對(duì) 照 處理下葉片以及莖中 元素含量均最 高 可見(jiàn)高強(qiáng)度短光期的藍(lán)光介入有利于番茄植株 中微量元素 的吸收和積累 圖 藍(lán)光補(bǔ)充供光模式下番茄植株無(wú)機(jī)元素吸收聚類分析 非連續(xù)光模式 藍(lán)光補(bǔ)充 下番茄植株無(wú)機(jī)元 素吸收聚類和相關(guān)性分析 聚類分析熱圖反映不同供光處理對(duì)所有無(wú)機(jī)元 素的總體調(diào)控效應(yīng) 由圖 可見(jiàn) 低強(qiáng)度長(zhǎng)光期藍(lán) 光介入模式 處理組成一個(gè)聚 類亞群 短光期藍(lán)光處理 組成一 個(gè)聚類亞群 除 元素外 后一個(gè)聚類亞群處 理下番茄植株各部位無(wú)機(jī)元素含量整體均高于前一 個(gè)聚類亞群 說(shuō)明長(zhǎng)光期藍(lán)光不利于大部分無(wú)機(jī)元 素的吸收 聚類分析熱圖直觀呈現(xiàn)了純紅光下植株 低 含量以及藍(lán)光介入后 含量的提升 充分說(shuō) 明藍(lán)光對(duì) 元素吸收的正向調(diào)控作用 此外 如 圖 所示 高強(qiáng)度藍(lán)光處理 對(duì)植株 元素 存在明顯的正向調(diào)控作用 圖中全株僅指植株地上 部分 不包含地下部分 對(duì)大量元素在植株不同部位的相關(guān)性分析 圖 可見(jiàn) 番茄植株各部位的 元素含量均與相 應(yīng)部位 元素含量呈負(fù)相關(guān) 可能是因?yàn)?對(duì)膜通道的搶奪能力強(qiáng)于 和 對(duì) 和 的吸收呈現(xiàn)拮抗作用 與連續(xù)紅光相比 非 連續(xù)光藍(lán)光補(bǔ)充介入模式下葉片中 元素含量降 低而 元素含量升高 可能是離子間拮抗作用 的表現(xiàn) 相反 通過(guò)對(duì)微量元素在植株不同部位的 相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn) 等 種微量元素之 間均呈現(xiàn)正相關(guān) 此外 大量元素和微量元素之間 也存在顯著的相關(guān)關(guān)系 葉片 和 均顯著 負(fù)相關(guān) 地上部 與 與 均顯 著負(fù)相關(guān) 而地上部 與 葉片 與 均顯著正相關(guān) 圖 中 表示 表示 非連續(xù)光模式 藍(lán)光取代 下番茄植株各部位 無(wú)機(jī)元素含量 由表 可見(jiàn) 與純紅光相比 藍(lán)光取代介入模式 均顯著降低了番茄葉片中 元素含量 但不同程度 地提高了莖中 元素含量 與藍(lán)光補(bǔ)充 介入模式效應(yīng)相同 可見(jiàn)紅光背景下藍(lán)光以不同方 式介入均會(huì)抑制番茄植株中 元素由莖向葉片的 第 期 陳曉麗等 非連續(xù)光對(duì)無(wú)土栽培番茄苗期無(wú)機(jī)元素吸收的影響 圖 藍(lán)光補(bǔ)充供光模式下番茄植株無(wú)機(jī)元素吸收相關(guān)性分析 表 藍(lán)光取代介入模式下番茄植株大量元素含量 平均值 標(biāo)準(zhǔn)差 部位元素 葉片 莖 地上部 運(yùn)輸 與純紅光相比 藍(lán)光取代介入模式均提高了 番茄葉片或莖中 元素含量 其中葉片中 元素 含量在 和 等藍(lán)光取代 介入非連續(xù)光模式下提高幅度 大于表 中藍(lán)光補(bǔ)充介入非連續(xù)光模式 同時(shí)前者處理中藍(lán)光光量?jī)H 為后者處理的一半 表 可見(jiàn)藍(lán)光以取代方式介 入背景紅光更有利于刺激葉片中 元素的積累 由表 可見(jiàn) 與純紅光相比 藍(lán)光取代介入模式均顯 著降低了番茄葉片及莖中 元素含量 與藍(lán)光補(bǔ)充介入模式效應(yīng)相同 可見(jiàn)紅光背景下藍(lán) 光以不同方式介入均抑制了番茄植株中 元素的 吸收 此外 與純紅光相比 藍(lán)光取代介入模式亦顯 著降低了番茄葉片和莖中 元素含量 其中番茄植株中 元素含量隨著藍(lán)光取代 介入間歇時(shí)長(zhǎng)的增加而降低 植株 元素含量在 處理下最低 非連續(xù)光模式 藍(lán)光取代 下番茄植株無(wú)機(jī)元 素吸收聚類和相關(guān)性分析 由圖 可見(jiàn) 元素構(gòu)成一個(gè)聚類亞 群 與純紅光相比 該亞群元素含量在藍(lán)光介入后均 得到不同程度的提升 其中 含量在連續(xù)光 農(nóng) 業(yè) 機(jī) 械 學(xué) 報(bào) 年 表 藍(lán)光取代介入模式下番茄植株微量元素含量 平均值 標(biāo)準(zhǔn)差 部位元素 葉片 莖 地上部 圖 藍(lán)光取代供光模式下番茄植株無(wú)機(jī)元素吸收聚類分析 處理下增幅最大 而葉片 含量則在 非連續(xù)光模式下提升幅度最 大 圖 進(jìn)一步說(shuō)明藍(lán)光介入對(duì) 元素吸收的正 向調(diào)控作用 此外 由 以外的其他元素 聚類而成一個(gè)亞群 與純紅光相比 該亞群元素含 量在藍(lán)光介入后均得到不同程度的下調(diào) 其中 含量分別在 處理下 降幅最大 通過(guò)對(duì)大量元素在植株不同部位的相關(guān)性分析 圖 發(fā)現(xiàn) 植株各部位的 元素與 元素 均呈負(fù)相關(guān) 相反 植株各部位的 等 微量元素之間均呈正相關(guān) 可見(jiàn) 藍(lán)光取代介入模 式處理也表現(xiàn)出植株 可能對(duì) 和 存在拮抗 作用 此外 藍(lán)光取代介入供光模式下植株大量元 素和微量元素之間的相關(guān)關(guān)系與藍(lán)光補(bǔ)充介入模式 下有所不同 表現(xiàn)為 地上部 與 分別在 和 水平顯著負(fù)相關(guān) 葉片 與 與 分別在 和 水平顯著負(fù)相關(guān) 而葉片 與 顯著正相關(guān) 可見(jiàn) 元素之間的相 關(guān)性與供光模式有關(guān) 不同供光模式可能通過(guò)調(diào)控 和協(xié)調(diào)元素吸收之間的關(guān)系進(jìn)而影響植物相關(guān)生理 活動(dòng) 圖 中 表示 表示 非連續(xù)光模式下番茄葉片色素光譜參量 表 顯示了不同處理下番茄植株葉片的光譜參 第 期 陳曉麗等 非連續(xù)光對(duì)無(wú)土栽培番茄苗期無(wú)機(jī)元素吸收的影響 圖 藍(lán)光取代供光模式下番茄植株無(wú)機(jī)元素吸收相關(guān)性分析 表 不同供光模式下番茄植株葉片光譜參量 平均值 標(biāo)準(zhǔn)差 處理 藍(lán)光補(bǔ)充介入模式 藍(lán)光取代介入模式 量值 結(jié)果顯示 與純紅光相比 藍(lán)光補(bǔ)充介入和藍(lán) 光取代介入的非連續(xù)供光模式下番茄葉片 值 和 值均有所提高 而番茄葉片 值 均有所降低 藍(lán)光補(bǔ)光介入模式中 值和 值隨介入藍(lán)光強(qiáng)度的增加而增大 處 理下 值最高 較對(duì)照分別提高 藍(lán)光取代模式中 值和 值隨藍(lán)光 間歇時(shí)間的延長(zhǎng)先增大后減小 處理下 值最高 較對(duì)照分別提高 比較藍(lán)光介入和藍(lán)光取代兩種非連續(xù)供光模式下番 茄葉片色素光譜參量可見(jiàn) 在總光量相等的前提下 藍(lán)光取代介入模式比藍(lán)光補(bǔ)充介入模式更有利于刺 激葉片類胡蘿卜素的分解和葉綠素積累 與純紅光相比 藍(lán)光介入處理均提高了番茄葉 片和莖中 元素含量 且藍(lán)光補(bǔ)光介入模式下番 茄葉片 元素含量隨著藍(lán)光補(bǔ)充強(qiáng)度的增加而升 高 這與表 顯示的番茄葉片 值和 值在 不同光處理間的變化趨勢(shì)一致 值反映番茄植 株葉片著色 數(shù)值越大 葉片越綠 修正葉綠素吸收 比指數(shù) 反映葉綠素的變動(dòng) 可見(jiàn) 番茄植株 尤其葉片中 元素含量的增加與葉綠素增加呈現(xiàn) 一定的正相關(guān)性 這可能是由于葉綠素為鎂卟啉化 合物 而 元素是構(gòu)成葉綠素分子的重要組成部 分 元素的積累有利于促進(jìn)葉綠素的形成 由于 農(nóng) 業(yè) 機(jī) 械 學(xué) 報(bào) 年 類胡蘿卜素中不含 元素 葉綠素含量指征光譜參 量 和 最高的 處理中番茄葉片 反映類胡蘿卜 葉綠素比值 值最低 幾乎為零 非連續(xù)光模式下番茄葉片反射光譜 圖 和圖 為不同處理下番茄葉片的反射光譜 曲線 番茄葉片綠光光譜區(qū)域 反射 率在藍(lán)光補(bǔ)充介入處理下隨著藍(lán)光強(qiáng)度的增加而升 高 和 處理下番茄葉片平均 反射率分別為 和 較純紅 光對(duì)照分別提高 與純紅光 相比 等藍(lán)光取代介入處理均 提高了番茄葉片綠光區(qū)域反射率 提高幅度為 植物葉片呈色與葉片中色素如葉綠 素 葉黃素 花青素等含量密切相關(guān) 葉片呈現(xiàn)綠色 與葉綠素吸收大部分紅光和紫光但反射綠光直接相 關(guān) 結(jié)果可見(jiàn)番茄葉片在綠光區(qū)域的反射率與其各 處理下葉綠素光譜參量變化趨勢(shì)接近 不同模式的 光照射可能通過(guò)調(diào)控番茄植株對(duì)色素代謝相關(guān)的無(wú) 機(jī)元素吸收來(lái)影響葉片著色 圖 不同供光模式 藍(lán)光補(bǔ)充介入 下番茄葉片 反射光譜曲線 圖 不同供光模式 藍(lán)光取代介入 下番茄葉片 反射光譜曲線 討論 光環(huán)境影響植物的養(yǎng)分吸收 而植物體內(nèi)營(yíng)養(yǎng) 元素通過(guò)作用于光合色素的合成反過(guò)來(lái)作用于植物 的光能傳導(dǎo)和光合作用 本研究表明 紅光背景下 介入相同光量的藍(lán)光培育番茄植株 植株?duì)I養(yǎng)元素 吸收 莖葉間運(yùn)轉(zhuǎn)以及葉片葉綠素光譜參量的變化 均與藍(lán)光的介入方式有關(guān) 總體來(lái)看 藍(lán)光介入后 番茄植株體內(nèi)大量元素 含量較純紅光下均 有所增加 其中 元素在藍(lán)光取代介入模式下增 加幅度大于藍(lán)光補(bǔ)充介入模式 相反 藍(lán)光介入后 番茄植株體內(nèi)微量元素 含量較純紅 光下均有所降低 同時(shí) 藍(lán)光介入后番茄葉片葉綠 素光譜參量 以及葉片在綠光波段區(qū)域 的平均反射率均有所升高 以往研究表明 純紅光 顯著促進(jìn)了生菜對(duì) 和 元素的吸收 這與本 研究結(jié)果基本一致 即藍(lán)光的介入不利于番茄植株 對(duì) 和 元素的吸收 此外 研究表明藍(lán)光促進(jìn) 了植物葉片中葉綠素的生物合成 并在植物葉片中 葉綠素的生成和移動(dòng)中發(fā)揮了主要作用 缺乏藍(lán)光 對(duì)許多植物如黃瓜 菠菜和小麥等的葉綠素生物合 成有不利影響 大量元素 是構(gòu)成葉綠素 的組分 缺 會(huì)導(dǎo)致葉綠素?zé)o法合成 盡管微量元 素 也與葉綠素合成有關(guān) 具有提高葉綠素穩(wěn) 定性的功能 而從本研究結(jié)果來(lái)看 藍(lán)光可能主要通 過(guò)增加 這種葉綠素結(jié)構(gòu)性元素的吸收量來(lái)促進(jìn) 葉綠素的合成 且藍(lán)光取代介入模式下的促進(jìn)作用 大于藍(lán)光補(bǔ)充模式 有研究者認(rèn)為藍(lán)光對(duì)植物葉綠 素生物合成的影響是定性而非定量的效應(yīng) 即葉綠 素含量不隨藍(lán)光比例的升高而增加 也有相反研 究結(jié)果表明 葉片葉綠素含量隨著藍(lán)光比例的增加 而逐漸增加 本研究結(jié)果顯示 與純紅光相比 在藍(lán)光補(bǔ)光介入模式下番茄葉片葉綠素光譜參量隨 著藍(lán)光補(bǔ)充強(qiáng)度的增加而升高 這可能表明不同品 種的葉綠素對(duì)光質(zhì)的反應(yīng)不同 本研究結(jié)果還表明 在藍(lán)光取代紅光的介入模式下番茄葉片葉綠素隨著 藍(lán)光介入時(shí)間間隔的延長(zhǎng)先升高后降低 在總光量 相等的基礎(chǔ)上 藍(lán)光取代介入模式比藍(lán)光補(bǔ)充介入 模式更有利于刺激番茄葉片葉綠素合成 本研究結(jié)果還顯示 紅光背景下藍(lán)光以連續(xù)或 者非連續(xù)的供光方式介入對(duì)番茄植株無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)元素 吸收及運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的差異結(jié)果 這表明紅 藍(lán)光在調(diào)節(jié) 番茄植株?duì)I養(yǎng)元素吸收轉(zhuǎn)運(yùn)的生理過(guò)程中是相互影 響的 而不是獨(dú)立作用的 然而 就某一種元素而 言 未觀察到番茄地上部元素含量與藍(lán)光光強(qiáng)度或 藍(lán)光介入間隔時(shí)間的明顯正 負(fù)相關(guān)關(guān)系 紅 藍(lán)光 之間復(fù)雜的互作機(jī)制可能與紅 藍(lán)光受體的信號(hào)傳 導(dǎo)有關(guān) 紅光和藍(lán)光通過(guò)光感受器蛋白影響植物的 光響應(yīng) 這些蛋白質(zhì)包括作為紅光受體的光敏色素 作為藍(lán)色紫外線受 體的隱花色素 和向光素 第 期 陳曉麗等 非連續(xù)光對(duì)無(wú)土栽培番茄苗期無(wú)機(jī)元素吸收的影響 紅光和藍(lán)光通過(guò)這些光感受器完成 植物的信號(hào)傳導(dǎo) 這些光感受器在不同的生理活動(dòng) 或不同的環(huán)境狀態(tài)中表現(xiàn)出協(xié)同或拮抗關(guān)系 例 如 和 在誘導(dǎo)開(kāi)花方面是拮抗的 但在調(diào) 節(jié)向光性方面是協(xié)同的 在擬南芥中表現(xiàn)出對(duì) 的功能依賴性 當(dāng)植物暴露于連續(xù)光照時(shí) 和 功能變得獨(dú)立 因此 紅光和藍(lán)光的 信號(hào)傳導(dǎo)通路中可能存在信號(hào)串?dāng)_或放大 適當(dāng)?shù)?藍(lán)光介入照射可能通過(guò)消除紅 藍(lán)光信號(hào)傳導(dǎo)通路 之間的信號(hào)串?dāng)_或拮抗 從而充分發(fā)揮紅 藍(lán)光的生 理功能 這可能是相同總光量不同藍(lán)光介入模式下 目標(biāo)物質(zhì) 如本研究中的無(wú)機(jī)元素 增效或減效的 原因之一 在總光量一致的前提下 本研究中非連續(xù)藍(lán)光 取代介入模式 較連 續(xù)紅光或連續(xù)紅藍(lán)光而言 番茄葉片 含量得到 大幅提升 對(duì) 元素的刺激增益效果顯著 發(fā)光 二極管 作為光譜可調(diào)的植物生長(zhǎng)光源 在園 藝生產(chǎn)系統(tǒng)中受到廣泛關(guān)注 由于 的高度可控 性 目前人工光型栽培設(shè)施中的照射方式已不必局 限于傳統(tǒng)模式 本文認(rèn)為能夠增效的非連續(xù)供光模 式均值得探索 結(jié)論 與連續(xù)紅光相比 藍(lán)光以不同方式介入均 降低了番茄葉片中 元素含量而提高了莖中 元 素含量 藍(lán)光介入一定程度上抑制了 由莖向葉片 的運(yùn)輸 藍(lán)光以不同方式介入均促進(jìn)了番茄地上部 的吸收同時(shí)抑制了 和 的吸收 其中藍(lán)光 補(bǔ)充介入模式下番茄葉片中 含量隨著藍(lán)光補(bǔ)充 強(qiáng)度的升高而增加 藍(lán)光強(qiáng)度增加一定程度上促進(jìn) 了 由莖向葉片的運(yùn)輸 藍(lán)光取代介入的非連續(xù) 光模式較藍(lán)光補(bǔ)充介入模式而言更有利于刺激葉片 的積累以及抑制地上部 的積累 與連續(xù)紅光相比 藍(lán)光以不同方式介入后 番茄葉片葉綠素光譜參量均有所提高 藍(lán)光補(bǔ)充介 入模式下葉綠素光譜參量隨藍(lán)光補(bǔ)充強(qiáng)度的升高而 增大 番茄葉片葉綠素光譜參量與葉片中 含量 正相關(guān)且與各處理間綠光波段反射率變化趨勢(shì)相 近 藍(lán)光取代介入的非連續(xù)光模式較藍(lán)光補(bǔ)充介入 模式而言更有利于刺激類胡蘿卜素分解和葉綠素積 累 非連續(xù)供光模式可能通過(guò)調(diào)控番茄植株無(wú)機(jī)元 素的吸收進(jìn)而作用于葉片色素代謝等相關(guān)的植物生 理活動(dòng) 參考文獻(xiàn) 下轉(zhuǎn)第 頁(yè) 農(nóng) 業(yè) 機(jī) 械 學(xué) 報(bào) 年 肖白 趙曉寧 姜卓 等 利用模糊信息?；c支持向量機(jī)的空間負(fù)荷預(yù)測(cè)方法 電網(wǎng)技術(shù) 陳錦鵬 胡志堅(jiān) 陳緯楠 等 二次模態(tài)分解組合 的綜合能源系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測(cè) 電力系統(tǒng)自動(dòng)化 張繼波 陳辰 李楠 等 極端寡照天氣對(duì)設(shè)施番茄光合特性及抗氧化酶活性的影響 山東農(nóng)業(yè)科學(xué) 張曉鳳 王秀英 布谷鳥搜索算法綜述 計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用 上接第 頁(yè) 陳曉麗 楊其長(zhǎng) 王利春 等 紅藍(lán)光交替照射下生菜能量利用與光合性能分析 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào) 王美嬌 彭晶 齊立娟 等 光信號(hào)調(diào)控植物響應(yīng)非生物脅迫的研究進(jìn)展 植物生理學(xué)報(bào) 第 期 劉潭等 基于多模型融合策略的溫室番茄光合速率預(yù)測(cè)方法