激 光 生 物 學(xué) 報(bào) ACTA LASER BIOLOGY SINICA Vol 33 No 2 Apr 2024 第 33 卷第 2 期 2024 年 4 月 植物工廠環(huán)境下光強(qiáng)對(duì)陸地棉生長(zhǎng)發(fā)育的影響 盧建祥 1 高倩文 1 高志強(qiáng) 1 陳浩東 2 陽會(huì)兵 1 1 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院 長(zhǎng)沙 410128 2 湖南省棉花科學(xué)研究所 常德 415101 摘 要 為研究植物工廠環(huán)境下不同光強(qiáng)對(duì)陸地棉 Gossypium hirsutum L 生長(zhǎng)發(fā)育的影響 本試驗(yàn)在植物工廠 內(nèi) 以陸地棉品種湘 FZ001為試驗(yàn)品種 采用 16 h光照 8 h暗期循環(huán) 設(shè)置 3種光強(qiáng)處理 L1為 450 mol m 2 s 1 L2 為 600 mol m 2 s 1 L3為 750 mol m 2 s 1 測(cè)量棉花的各器官干重 使用直尺測(cè)量棉花株高 用 SPAD 502葉綠素儀 測(cè)量棉花葉片的葉綠素相對(duì)含量 使用 Flour Pen 110測(cè)量棉花的初始熒光 F 0 最大熒光 Fm 等 6個(gè)葉綠素?zé)晒鈪?數(shù) L1光強(qiáng)處理下棉花的葉綠素相對(duì)含量和株高最大 L2光強(qiáng)處理下棉花的根干重最大 3種光強(qiáng)處理下的棉花 莖 葉和單株總重從高到低依次為 L3 L2 L1 F 0 和 Fm 從高到低依次為 L1 L2 L3 最大光化學(xué)量子產(chǎn)量 Fv Fm 從高到低依次為 L2 L3 L1 同一光強(qiáng)處理下棉花的光化學(xué)猝滅系數(shù) qp 有效量子產(chǎn)量 PSII 變化曲線相同 3種光強(qiáng)處理下棉花的 qp 非光化學(xué)猝滅 NPQ PSII在生長(zhǎng)前期差異不大 后期差異較大 從生長(zhǎng)后期來看 3 種光強(qiáng)處理下棉花的 qp PSII從高到低依次為 L3 L2 L1 NPQ從高到低依次為 L2 L3 L1 棉花單株總干重 莖干重 葉干重在高光強(qiáng)下較大 光強(qiáng)太高或太低都會(huì)抑制棉花根的生長(zhǎng) 低光強(qiáng)可促進(jìn)棉花的株高 與 L1和 L3 光強(qiáng)處理下的棉花相比 L2光強(qiáng)適宜棉花的生長(zhǎng) 既避免了棉花植株間爭(zhēng)光 也避免了光抑制現(xiàn)象 葉綠素含量適 中 使得棉花的光化學(xué)效率最高 本研究可為棉花工廠化生產(chǎn)和棉花育種加速器研發(fā)與應(yīng)用提供指導(dǎo) 關(guān)鍵詞 植物工廠 光強(qiáng) 陸地棉 生長(zhǎng)發(fā)育 光合特性 中圖分類號(hào) Q948 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A DOI 10 3969 j issn 1007 7146 2024 02 003 Effects of Light Flux Density on the Growth and Development of Land Cotton in a Plant Factory Environment LU Jianxiang 1 GAO Qianwen 1 GAO Zhiqiang 1 CHEN Haodong 2 YANG Huibing 1 1 College of Agriculture Hunan Agricultural University Changsha 410128 China 2 Institute of Cotton Sciences of Hunan Province Changde 415101 China Abstract Xiang FZ001 was used as a test variety in this experiment which was conducted in a plant factory with a cycle of 16 hours of light and 8 hours of darkness to study the effects of varying light intensities on the growth and development of cot ton Gossypium hirsutum L three light intensity treatments with parameters of L1 450 mol m 2 s 1 L2 600 mol m 2 s 1 and L3 750 mol m 2 s 1 were established to determine the dry weight of each cotton organ The height of the cotton plant was measured using a straightedge the chlorophyll content of cotton leaves was measured using a SPAD 502 chlorophyll meter Ad ditionally six chlorophyll fluorescence parameters were measured including initial fluorescence F 0 and maximum fluorescence F m using a Flour Pen 110 The relative chlorophyll content and plant height of cotton were greatest under the L1 light intensity treatment the root dry weight of cotton was greatest under the L2 light intensity treatment and the total weight of cotton stems leaves and individual plants under the three light intensity treatments were L3 L2 L1 in descending order and the F 0 and F m 收稿日期 2023 09 17 修回日期 2023 11 05 基金項(xiàng)目 2023年湖南省棉花科技創(chuàng)新專項(xiàng)項(xiàng)目 湘財(cái)建指 2023 98號(hào) 2022年湖南省棉花科技創(chuàng)新專項(xiàng)項(xiàng)目 湘財(cái) 建指 2022 51號(hào) 2021年湖南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目 2021JJ30348 作者簡(jiǎn)介 盧建祥 碩士研究生 通信作者 陽會(huì)兵 教授 主要從事智慧農(nóng)業(yè)相關(guān)研究 E mail yhb 12304 研究論文 激 光 生 物 學(xué) 報(bào)116 第 33 卷 陸地棉 Gossypium hirsutum L 系錦葵科 Mal low 棉屬 Gossypium 雙子葉植物 一年生草本 雖然我國是棉花生產(chǎn)大國 1 但是棉花總產(chǎn)仍不能 滿足我國對(duì)于棉花的需求 2 而植物工廠可通過 控制光 溫等條件進(jìn)行植物的室內(nèi)栽培 3 4 進(jìn)而 可有效縮短棉花的育苗周期 提高種苗質(zhì)量 5 光 照是影響作物生長(zhǎng)的重要因素 6 因此 研究植物 工廠中光強(qiáng)對(duì)棉花的影響是有實(shí)際意義的 光強(qiáng) 可以影響植物的光合作用 生長(zhǎng)等 7 8 適宜的光強(qiáng) 可促進(jìn)植物的生長(zhǎng)發(fā)育 提高產(chǎn)量等 9 光強(qiáng)過高 會(huì)使植物發(fā)生光抑制 也會(huì)導(dǎo)致光系統(tǒng) II photosys tem II PSII 反應(yīng)中心受損 光合速率下降 10 11 高 光強(qiáng)使生成三磷酸腺苷和還原型輔酶 的合成速 度要比轉(zhuǎn)移到 PSII 的速度慢得多 使得類囊體多余 的能量積累 從而導(dǎo)致光抑制 光強(qiáng)過低會(huì)使植物 的葉面積 氣孔密度和光合速率下降 增加倒伏率 等 12 14 葉綠素?zé)晒鈪?shù)是一種非侵入性的 快速 評(píng)估植物光合作用裝置特性的方法 可測(cè)出不同類 型的環(huán)境脅迫對(duì)植物受影響的程度 15 16 有研究發(fā) 現(xiàn) 低光強(qiáng)和中等光強(qiáng)下 干旱脅迫的發(fā)生可導(dǎo)致 棉花的有效量子產(chǎn)量 quantum yield of photosystem II photochemistry PSII 增加 17 楊興洪等 18 將棉花 分別進(jìn)行遮蔭處理和自然光處理后又進(jìn)行了短時(shí) 間的持續(xù)光照處理 發(fā)現(xiàn)自然光處理下的棉花葉片 的凈光合速率 氣孔導(dǎo)度 PSII達(dá)到最大值的時(shí)間 較短 而遮蔭條件下的棉花所用時(shí)間較長(zhǎng) 前人對(duì) 光強(qiáng)影響植物的研究主要集中于生菜 19 辣椒 20 大豆 21 藤本植物 22 等上 光強(qiáng)對(duì)蔬菜的影響成果 較多 對(duì)陸地棉光照強(qiáng)度的研究多以遮光處理方式 實(shí)施 23 24 缺乏光強(qiáng)對(duì)棉花影響的系統(tǒng)研究 因此 本文對(duì)植物工廠內(nèi)光強(qiáng)對(duì)棉花生長(zhǎng)發(fā)育的影響進(jìn) 行研究 為棉花工廠化生產(chǎn)和開發(fā)棉花育種加速器 提供技術(shù)支撐 1 材料與方法 1 1 試驗(yàn)條件 本試驗(yàn)于 2022年在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物工廠內(nèi) 實(shí)施 室內(nèi)全包保濕隔熱材料 內(nèi)部安裝了溫度傳 感器 濕度傳感器和二氧化碳監(jiān)測(cè)控制一體機(jī) 實(shí) 現(xiàn)了對(duì)植物工廠內(nèi)光照 溫濕度和二氧化碳濃度的 全程監(jiān)測(cè)和自動(dòng)調(diào)控 將盆栽置于植物工廠內(nèi)底 部 頂部安裝了可調(diào)整光強(qiáng)和上下升降 適應(yīng)作物 株高變化 的量子板植物燈組合板 量子板植物燈 的光子通量密度為 1 500 mol m 2 s 1 安裝了水肥 一體化滴灌系統(tǒng) 并實(shí)現(xiàn)了對(duì)培養(yǎng)盆的土壤含水量 等的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè) 植物工廠的主控平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了對(duì)室 內(nèi)環(huán)境和培養(yǎng)盆的全程監(jiān)測(cè) 自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程管 理 光照條件可根據(jù)試驗(yàn)需要實(shí)現(xiàn)全開放設(shè)計(jì) 且 配有調(diào)整光照 升溫降溫 增濕降濕 補(bǔ)充二氧化碳 等設(shè)備設(shè)施 植物工廠的控制主界面如圖 1所示 主要由 5個(gè)操作界面組成 1 植物工廠內(nèi)的實(shí)時(shí)動(dòng) 態(tài)呈現(xiàn) 可遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)植物工廠內(nèi)的實(shí)際狀況和異常 情況 2 車間環(huán)境參數(shù) 可以直接看到植物工廠內(nèi) 的空氣溫度 空氣相對(duì)濕度和二氧化碳濃度 3 通 用控制狀態(tài) 呈現(xiàn)植物工廠內(nèi)環(huán)境調(diào)控設(shè)施的工作 狀態(tài) 4 光源控制狀態(tài) 呈現(xiàn)量子板植物燈的工作 狀態(tài) 5 種植箱檢測(cè)數(shù)據(jù) 呈現(xiàn)植物工廠內(nèi)各種傳 感器的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù) were L1 L2 L3 in descending order The maximum photochemical quantum yield F v F m was L2 L3 L1 in descending or der The photochemical bursting coefficient qp and effective quantum yield PSII of cotton under the same light intensity treat ment showed the same curves of change During the pre growth era there was no significant difference in the qp PSII and non photochemical burst NPQ of cotton under the three light intensity treatments However in the late period there was a greater difference For the late growth stage cotton s qp and PSII under the three light intensity treatments were high to low in the order of L3 L2 L1 and high to low in the order of L2 L3 L1 High light intensities increase the dry weight stem dry weight and leaf dry weight of cotton plants low light intensities enhance the height of the cotton plant but too high or too low a light intensity prevents the growth of cotton roots Compared with cotton under L1 and L3 light intensity treatments L2 light intensity was suit able for cotton growth avoiding both inter plant competition for light and the phenomenon of photoinhibition with moderate chlo rophyll content resulting in the highest photochemical efficiency of cotton This study can provide a guidance for cotton factory production and cotton breeding accelerator development and application Key words plant factory light flux density Gossypium hirsutum L growth and development photosynthetic characteristics Acta Laser Biology Sinica 2024 33 2 115 122 117第2期 1 2 供試材料 供試材料為湖南省棉花科學(xué)研究所提供的陸 地棉品種湘 FZ001 湘審棉 20170006 全生育期為 136 d 單株成鈴 17 7個(gè) 單鈴籽棉重 4 96 g 大田生 產(chǎn)平均畝產(chǎn)皮棉 99 3 kg 衣分 41 35 衣指 6 42 g 子指 9 05 g 1 3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與培養(yǎng)環(huán)境 光照強(qiáng)度處理采用單因素分組試驗(yàn)設(shè)計(jì) 通過主 控平臺(tái)控制種植箱內(nèi)的光量子通量密度 按燈具輸出 光子通量密度的 30 L1為 450 mol m 2 s 1 40 L2 為 600 mol m 2 s 1 50 L3為 750 mol m 2 s 1 設(shè)置處 理 本次試驗(yàn)采取 16 h光照 8 h暗期循環(huán) 植物工廠的車間環(huán)境控制參數(shù) 溫度控制在 28 2 空氣相對(duì)濕度控制在 70 10 二氧 化碳的體積分?jǐn)?shù)控制在 0 045 0 005 棉花移栽 盆規(guī)格為 14 cm 14 cm 11 cm的方形盆 移栽基質(zhì) 為蛭石 水稻土 有機(jī)肥 其體積比為 2 1 1 棉花種 子在 11月 8號(hào)浸種催芽 11月 10號(hào)播種 11月 18號(hào) 出苗 每個(gè)種植箱內(nèi) 42盆 每盆 1株棉花幼苗 選 定 5盆進(jìn)行連續(xù)表型監(jiān)測(cè) 其余用作觀察記載 水 肥一體化滴灌系統(tǒng)的肥液為 0 007 復(fù)合肥 m N m P 2 O 5 m K 2 O 15 15 15 0 002 尿素 1 4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集 1 4 1 葉綠素相對(duì)含量測(cè)定 用 SPAD 502葉綠素儀 Minolta Camera Osaka Japan 測(cè)定棉花葉片的葉綠素相對(duì)含量 分別于播 種后 21 d 12月 1日 25 d 12月 5日 29 d 12月 9日 33 d 12月 13日 37 d 12月 17日 測(cè)量棉花 的葉綠素相對(duì)含量 每個(gè)光強(qiáng)處理測(cè)量 5株棉花 選擇棉花倒 4葉進(jìn)行測(cè)量 1個(gè)葉片測(cè)量 3次取平均 值 5個(gè)葉片的葉綠素相對(duì)含量平均值作為該光強(qiáng) 下的葉綠素相對(duì)含量 1 4 2 葉綠素?zé)晒鈹?shù)據(jù)采集 使用 Flour Pen 110 手持葉綠素?zé)晒庥?jì) PSI Dr sov Czech Republic 采集數(shù)據(jù) 測(cè)量初始熒光 F 0 最大熒光 Fm 最大光化學(xué)量子產(chǎn)量 Fv Fm 光化學(xué) 猝滅系數(shù) photochemical quenching qp 非光化學(xué)猝滅 non photochemical quenching NPQ PSII 6個(gè)葉綠素 熒光參數(shù) 每次測(cè)量需要將棉花葉片暗處理 30 min 每個(gè)光強(qiáng)處理測(cè)量 5株 在相同葉片位置上測(cè)量葉 綠素相對(duì)含量 每測(cè)量 3次取 1個(gè)平均值 5株棉花的 葉綠素?zé)晒馄骄底鳛樵摴鈴?qiáng)下的葉綠素?zé)晒鈪?shù) 葉綠素?zé)晒鈹?shù)據(jù)采集時(shí)間與葉綠素相對(duì)含量測(cè)定時(shí) 間同步 1 4 3 株高采集 于 12月 17日 使用直尺進(jìn)行棉花株高采集 每 個(gè)處理選定 5個(gè)單株進(jìn)行株高數(shù)據(jù)采集 每株棉花 測(cè)量 3次 取 5株棉花株高的平均值作為該光強(qiáng)下 棉花的株高 圖 1 植物工廠控制系統(tǒng)主界面 Fig 1 Main interface of plant factory control system 1 實(shí)時(shí)狀態(tài)呈現(xiàn) 2 車間環(huán)境參數(shù) 3 通用控制狀態(tài) 4 光源控制狀態(tài) 5 種植箱監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù) 1 Real time status presentation 2 Workshop environmental parameters 3 General control status 4 Light source control status 5 Grow box monitoring data 頁眉文章標(biāo)題 盧建祥等 植物工廠環(huán)境下光強(qiáng)對(duì)陸地棉生長(zhǎng)發(fā)育的影響 盧建祥等 植物工廠環(huán)境下光強(qiáng)對(duì)陸地棉生長(zhǎng)發(fā)育的影響 激 光 生 物 學(xué) 報(bào)118 第 33 卷 2 2 不同光強(qiáng)對(duì)棉花葉綠素相對(duì)含量的影響 圖 2為不同光強(qiáng)處理的棉花葉綠素相對(duì)含量的 動(dòng)態(tài)變化 由圖 2可知 3種光強(qiáng)處理?xiàng)l件下棉花的 葉綠素相對(duì)含量值都隨著生育期的推進(jìn)而增加 在 播種 37 d后達(dá)到峰值 葉綠素相對(duì)含量最大的為 L1 光強(qiáng)處理 L1和 L2光強(qiáng)條件下棉花的葉綠素相對(duì) 含量變化規(guī)律和增長(zhǎng)速率基本一致 都是 快增 慢 增 快增 L3光強(qiáng)條件下棉花的葉綠素相對(duì)含量為 慢增 快增 慢增 3種光強(qiáng)處理下棉花的葉綠素 相對(duì)含量增長(zhǎng)速率都在播種 33 d后開始降低 但 L3 光強(qiáng)條件下棉花的葉綠素相對(duì)含量在播種 33 d后與 播種 37 d后相比幾乎無增長(zhǎng) 由此可知 L1光強(qiáng)下 棉花的葉綠素含量最大 其次是 L2 本試驗(yàn)結(jié)果表 明 棉花的葉綠素相對(duì)含量隨著光強(qiáng)的降低而增加 圖 2 不同光強(qiáng)處理的棉花葉綠素相對(duì)含量的動(dòng)態(tài)變化 Fig 2 Dynamic changes of relative chlorophyll content of cotton under different light intensity treatments 1 4 4 干重測(cè)定 于 12月 17日 將每個(gè)光強(qiáng)處理的 5株棉花植 株分割為根 莖 葉 于烘干箱內(nèi) 105 殺青 30 min 然后將溫度調(diào)至 80 烘干 48 h 至恒重 然后分別 稱根干重 莖干重 葉干重以及總干重 1 5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析 將采集的葉綠素?zé)晒鈪?shù)導(dǎo)入到 FluorPen軟件 并輸出為文本文件 然后導(dǎo)入到 Excel 2018中 挑 選出需要的 6個(gè)葉綠素?zé)晒鈪?shù) 將選出的葉綠素 熒光參數(shù) 棉花干重 株高 葉綠素相對(duì)含量輸入到 Excel 2018中 求出平均數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差 將棉花各器 官干重和株高輸入到 SPSS 19 0軟件中 采用最小 顯著差異 least significance difference LSD 法進(jìn)行 多重比較 將葉綠素相對(duì)含量和葉綠素?zé)晒鈪?shù) 輸入到 origin 2020軟件制圖 2 結(jié)果與分析 2 1 不同光強(qiáng)對(duì)棉花各器官干重及株高的影響 由表 1可知 在 3種不同的光強(qiáng)處理下棉花的 根干重 莖干重差異未達(dá)到顯著性水平 L2光強(qiáng)下 的棉花根干重最大 3種光強(qiáng)下莖干重從高到低依 次為 L3 L2 L1 L1和 L2光強(qiáng)下的葉干重差異未 達(dá)到顯著性水平 但 L1 L2光強(qiáng)下的葉干重與 L3 光強(qiáng)下的葉干重之間差異達(dá)到顯著性水平 L3光強(qiáng) 下的葉干重最大 L1和 L2光強(qiáng)下的總干重差異未 達(dá)到顯著性水平 與 L3光強(qiáng)下的總干重差異達(dá)到 顯著性水平 3種光強(qiáng)下的棉花總干重大小依次為 L3 L2 L1 3種光強(qiáng)處理間的株高差異達(dá)到顯著 性水平 隨著光強(qiáng)的增加 棉花的株高降低 L1光 強(qiáng)處理下棉花的株高最大 其次是 L2 L3條件下棉 花的株高最低 L1光強(qiáng)條件下的棉花株高比 L2和 L3光強(qiáng)下的株高分別高了 9 32 和 18 46 由此可見 光強(qiáng)只對(duì)棉花的葉干重 總干重和 株高有影響 L2光強(qiáng)有益于棉花根的生長(zhǎng) L3光 強(qiáng)下的棉花莖干重 葉干重以及總干重最大 本試 驗(yàn)對(duì)比了 3種光強(qiáng)處理的棉花株高 結(jié)果可以看出 光強(qiáng)越高 株高越低 表 1 不同光強(qiáng)條件下棉花各器官的干重和株高 Tab 1 Dry weight and plant height of cotton organs under different light intensities Treatment Root dry weight g Stem dry weight g Leaf dry weight g Gross dry weight g Plant height mm L1 0 98 0 34a 1 39 0 39a 2 04 0 53b 5 69 0 86b 173 68 3 43a L2 1 15 0 39a 1 52 0 38a 2 25 0 83b 7 54 1 99b 157 49 4 13b L3 1 14 0 39a 1 65 0 36a 4 07 1 45a 8 20 1 05a 141 62 2 03c 注 同欄內(nèi)同列數(shù)據(jù)后標(biāo)有不同字母表示在5 水平上差異顯著 Note The same column data in the same column are marked with different letters to indicate a significant difference at the 5 level 119第2期 2 3 不 同 光 強(qiáng) 對(duì) 棉 花 葉 綠 素 熒 光 參 數(shù) F 0 F m F v F m 的影響 由圖 3可知 隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng) L1和 L2光 強(qiáng)條件下棉花的 F 0 變化過程幾乎是同步的 播種 21 d 后最大 L3光強(qiáng)下棉花的 F 0 呈 V 型 播種 21 d后最大 播種 29 d后最低 L1和 L2光強(qiáng)條件下 棉花的 Fm 峰值在播種 29 d 后 L3光強(qiáng)下棉花的 Fm 相對(duì)較低 峰值在播種 33 d 后 L2和 L3光強(qiáng)下棉 花的 Fv Fm 變化趨勢(shì)相同 都呈先增加后降低的趨 勢(shì) 峰值都出現(xiàn)在播種 29 d 后 L1光強(qiáng)條件下棉花 的 Fv Fm 都呈持續(xù)增加 3種光強(qiáng)的 Fv Fm 大小依次 為 L2 L3 L1 但在播種 37 d后 Fv Fm 大小依次為 L1 L2 L3 由此可知 L1 L2光強(qiáng)下棉花的 F 0 F m 變化規(guī)律相差不大 L1光強(qiáng)條件下棉花的 F 0 Fm 值最大 其次是 L2 隨著生育期的推進(jìn) Fv Fm 的大 小關(guān)系由 L2 L3 L1變?yōu)榱?L1 L2 L3 2 4 不同光強(qiáng)對(duì)棉花葉綠素?zé)晒鈪?shù) qp NPQ PSII的影響 由圖 4可知 在播種 21 d 后 棉花的 qp NPQ PSII相差不大 隨著生育時(shí)期的推進(jìn) 3種光照處 理間的差異增大 3種光強(qiáng)下棉花的 qp 值和 PSII 值變化趨勢(shì)及大小關(guān)系相同 與 L2光強(qiáng)下棉花的 qp和 PSII相比 L1和 L3光強(qiáng)下棉花的 qp和 PSII 變化較大 3種光強(qiáng)下棉花的 qp 和 PSII值都在播 種 21 d 后達(dá)到最大 L2光強(qiáng)下棉花的 NPQ值相比 于 L1和 L3光強(qiáng)下棉花的 NPQ變化相對(duì)平緩 L2 光強(qiáng)下棉花的 NPQ在播種 33 d 后達(dá)到峰值 L1和 L3光強(qiáng)下棉花的 NPQ在播種 37 d 后達(dá)到峰值 由 此可見 L2光強(qiáng)下棉花的 qp NPQ PSII相對(duì)穩(wěn) 定 隨著光強(qiáng)的增加 棉花的 qp PSII也增加 光 強(qiáng)太高或太低都會(huì)使棉花的 NPQ下降 圖 3 不同光強(qiáng)處理的棉花 F0 Fm Fv Fm 的動(dòng)態(tài)變化 Fig 3 Dynamics of F0 Fm and Fv Fm in cotton treated with different luminous flux densities a 不同光強(qiáng)處理的棉花 F0 的動(dòng)態(tài)變化 b 不同光強(qiáng)處理的棉花 Fm 的動(dòng)態(tài)變化 c 不同光強(qiáng)處理的棉花 Fv Fm 的動(dòng)態(tài)變化 a Dynamics of F0 in cotton treated with different light flux densities b Dynamics of Fm in cotton treated with different light flux densities c Dynamics of Fv Fm in cotton treated with different light flux densities 圖 4 不同光強(qiáng)處理的棉花 qp NPQ PSII 的動(dòng)態(tài)變化 Fig 4 Dynamics of qp NPQ and PSII in cotton treated with different light flux densities a 不同光強(qiáng)處理的棉花 qp的動(dòng)態(tài)變化 b 不同光強(qiáng)處理的棉花 NPQ的動(dòng)態(tài)變化 c 不同光強(qiáng)處理的棉花 PSII的動(dòng)態(tài)變化 a Dynamics of qp in cotton treated with different light flux densities b Dynamics of NPQ in cotton treated with different light flux densities c Dynamics of PSII in cotton treated with different light flux densities 頁眉文章標(biāo)題 盧建祥等 植物工廠環(huán)境下光強(qiáng)對(duì)陸地棉生長(zhǎng)發(fā)育的影響 盧建祥等 植物工廠環(huán)境下光強(qiáng)對(duì)陸地棉生長(zhǎng)發(fā)育的影響 激 光 生 物 學(xué) 報(bào)120 第 33 卷 3 討論 不同光照條件會(huì)對(duì)植物的光合特性 生物量等 產(chǎn)生顯著的影響 25 植物的同化作用主要表現(xiàn)為 干物質(zhì)積累 時(shí)向東等 26 研究發(fā)現(xiàn) 遮光提高了煙 草的干物質(zhì)積累量 李飛等 27 研究發(fā)現(xiàn) 遮光可以 提高棉花的鮮重質(zhì)量和干重質(zhì)量 本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn) 光 強(qiáng)對(duì)于棉花各器官的干重影響是不同的 光強(qiáng)太高 或太低都會(huì)導(dǎo)致棉花的根干重降低 光強(qiáng)越高棉花 莖干重 葉干重和總干重越高 這與侍偉紅 28 的研 究相符 王志敏等 29 認(rèn)為 上述現(xiàn)象是低光強(qiáng)使 棉花各器官間的干物質(zhì)積累分配失調(diào)導(dǎo)致的 本 試驗(yàn)中棉花株高的大小依次為 L1 L2 L3 低光 強(qiáng)條件下的棉花株高較大 石俊毅等 30 和連曉倩 等 31 的研究也得出了相同的結(jié)論 并認(rèn)為 這可能 是低光強(qiáng)會(huì)使個(gè)體間表現(xiàn)出爭(zhēng)光趨勢(shì) 促使了棉花 植株長(zhǎng)高 葉綠素在光合作用中負(fù)責(zé)光能的吸收 傳遞 等 光照通過調(diào)配葉片上的氮素影響葉綠素的合 成 32 33 侍偉紅 28 研究發(fā)現(xiàn) 隨著光強(qiáng)降低 棉花 的葉綠素相對(duì)含量增加 與本試驗(yàn)結(jié)果相同 這是 因?yàn)楦吖鈴?qiáng)會(huì)抑制葉綠素的合成 低光強(qiáng)可以緩解 葉片葉綠素的降解速率 3種光強(qiáng)處理的葉綠素相 對(duì)含量增長(zhǎng)速率都在播種后 37 d 開始降低 這可能 是由于棉花進(jìn)入蕾鈴期后營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)減緩 從而導(dǎo)致 葉片的葉綠素含量降低 34 測(cè)量葉綠素?zé)晒鈪?shù)之前要進(jìn)行光暗處理 通 過測(cè)量植物光合作用中熒光的動(dòng)態(tài)變化 從而推算 出植物的一些生物光合信息 35 F 0 是初始熒光 與 植物葉片的葉綠素含量有關(guān) 可通過 F 0 研究植物脅 迫 而 F 0 由葉綠素含量決定 36 37 Fm 是最大熒光 可反映電子通過 PSII 的傳遞情況 38 李晶等 39 的 研究表明 Fm 增加時(shí)葉綠素含量增加 與本試驗(yàn)結(jié) 果相同 本試驗(yàn)中 450 mol m 2 s 1 光強(qiáng)下棉花的 葉綠素相對(duì)含量 F 0 和 Fm 都是最大的 說明 L1光 強(qiáng)條件下生長(zhǎng)的棉花葉綠素?zé)晒獍l(fā)射能力增強(qiáng) F v F m 可以反映 PSII 光化學(xué)效率的高低 大多數(shù) C3 植物的 Fv Fm 是 0 80 0 84 除非是在低溫 高溫 干旱等脅迫環(huán)境中才會(huì)低于 0 80 40 有研究表明 萵苣的 Fv Fm 通常隨著光照強(qiáng)度的降低而增加 41 44 但本研究中 L2光強(qiáng)下棉花的 Fv Fm 最大 表明 L2光 強(qiáng)下棉花葉片的 PSII 反應(yīng)中心光化學(xué)效率和潛在 活性較高 L2光強(qiáng)下棉花葉片的 PSII 功能良好 說 明光強(qiáng)太高或者太低都會(huì)導(dǎo)致棉花 Fv Fm 的降低 與曹剛等 45 的研究結(jié)果相同 PSII 是 PSII 光化學(xué)能量轉(zhuǎn)換的有效量子產(chǎn) 量 可反映植物的光利用效率 46 47 qp 反映了 PSII 反應(yīng)中心的開放程度 本試驗(yàn)中 L3光強(qiáng)下棉花的 PSII qp最大 NPQ為非光化學(xué)淬滅 是指植物吸 收的光用來驅(qū)動(dòng)光合作用 其中的一種能量猝滅機(jī) 制是 NPQ 即 PSII中葉綠素的過量能量被無害化地 耗散為熱能 12 在一定的光強(qiáng)范圍內(nèi) 隨著光強(qiáng)的 降低 qp 增加 NPQ下降 反之亦然 48 PSII qp 和 NPQ是反映光合效率和光能利用效率的指標(biāo) 在低光強(qiáng)下 由于光能有限 植物的光合效率和光 能利用效率會(huì)降低 因此 PSII qP和 NPQ的值會(huì) 降低 雖然 L3光強(qiáng)下生長(zhǎng)的棉花有較高的 Fv Fm qp PSII 但其葉綠素相對(duì)含量較低 說明 L3光強(qiáng) 抑制了棉花葉綠素相對(duì)含量的產(chǎn)生 導(dǎo)致光合作用 降低 L2光強(qiáng)下棉花的 Fv Fm 和 NPQ最大 導(dǎo)致了 qp 和 PSII降低 PSII 光化學(xué)反應(yīng)中心活性已受到 影響 進(jìn)入反應(yīng)中心進(jìn)行電荷分離轉(zhuǎn)化的激發(fā)能相 應(yīng)減少 49 由上可知 低光強(qiáng)可有效促進(jìn)棉花株高的增 加 適宜的光強(qiáng)可以促進(jìn)棉花根的生長(zhǎng) 光強(qiáng)越高 單株棉花的莖干重 葉干重及總干重越大 高光強(qiáng) 會(huì)導(dǎo)致棉花光合系統(tǒng)受到破壞 葉片的葉綠素含量 下降 去除過剩能量的能力受損 葉片受到明顯的 光抑制 低光強(qiáng)下棉花葉片的葉綠素含量較高 電 子傳遞能力較強(qiáng) 但是光合結(jié)構(gòu)所能捕獲的光能較 少 PSII 反應(yīng)中心的開放程度低 導(dǎo)致葉片的光合 能力顯著減弱 因此 適宜的光強(qiáng)有利于提高棉花 葉片的光合能力 參考文獻(xiàn) References 1 上官藝馨 曹靜 季為 等 陸地棉 異常棉異附加系抗旱耐鹽 性評(píng)價(jià)及關(guān)鍵生理生化指標(biāo)測(cè)定 J 棉花學(xué)報(bào) 2022 34 5 369 382 SHANGGUAN Yixin CAO Jing JI Wei et al Evaluation of drought and salt resistance and measurement of key physiological and biochemical indexes for a set of monosomic alien addition lines derived from Gossypium anomalum in G hirsutum back ground J Cotton Journal 2022 34 5 369 382 2 錢靜斐 宋玉蘭 原瑞玲 等 開放條件下我國棉花產(chǎn)業(yè)安 全問題及發(fā)展策略 J 中國農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃 2020 41 5 140 145 QIAN Jingfei SONG Yulan YUAN Ruiling et al Security prob lems and development strategies of China s cotton industry under open conditions J China Agricultural Resources and Zoning 2020 41 5 140 145 121第2期 3 MORIMOTO T TORII T HASHIMOTO Y Optimal control of physiological processes of plants in a green plant factory J Con trol Engineering Practice 1995 3 4 505 511 4 HU M C CHEN Y H HUANG L C A sustainable vegetable sup ply chain using plant factories in Taiwanese markets a Nash Cournot model J International Journal of Production Econom ics 2014 152 6 49 56 5 季方 甘佩典 劉男 等 LED光質(zhì)和日累積光照量對(duì)番茄種 苗生長(zhǎng)及能量利用效率的影響 J 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) 2020 36 22 231 238 JI Fang GAN Peidian LIU Nan et al Effects of LED light qual ity and daily cumulative light on growth and energy use efficiency of tomato seedlings J Journal of Agricultural Engineering 2020 36 22 231 238 6 AMIR J SINCLAIR T R A model of the temperature and solar radiation effects on spring wheat growth and yield J Field Crops Research 1991 28 1 2 47 58 7 HE B CHEN Y ZHANG H et al The effect of colored plastic films on the photosynthetic characteristics and content of active ingredients of Dysosma versipellis J Horticulture Environment and Bio technology 2018 59 7 519 528 8 LI T HEUVELINK E DUECK T A et al Enhancement of crop photosynthesis by diffuse light quantifying the contributing fac tors J Annals of Botany 2014 114 1 145 156 9 YAO X LIU X XU Z et al Effects of light intensity on leaf microstructure and growth of rape seedlings cultivated under a combination of red and blue LEDs J Journal of Integrative Ag riculture 2017 16 1 97 105 10 SCHUSTER M GAO Y SCH TTLER M A et al Limited re sponsiveness of chloroplast gene expression during acclimation to high light in tobacco J Plant Physiology 2020 182 1 424 435 11 楊運(yùn)源 鄧征 黃永芳 等 不同光照強(qiáng)度對(duì)四季金花茶光合 生理特性的影響 J 亞熱帶植物科學(xué) 2021 50 6 471 477 YANG Yunyuan DENG Zheng HUANG Yongfang et al Photo synthetic and physiological characteristics of Camellia perpetua under different light intensities J Subtropical Plant Science 2021 50 6 471 477 12 雷怡 高靜 王琪 等 弱光對(duì)南北大豆品種葉片結(jié)構(gòu)與光合 特性的影響 J 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 2023 41 5 755 764 LEI Yi GAO Jing