南方農(nóng)業(yè)學(xué)報 Journal of Southern Agriculture 2024 55 2 520 530 ISSN 2095 1191 CODEN NNXAAB http nfnyxb xml DOI 10 3969 j issn 2095 1191 2024 02 022 植物工廠中不同LED光質(zhì)對番杏植株 生長及營養(yǎng)物質(zhì)積累的影響 劉宣宣 1 賀忠群 1 李清明 2 扎西桑布 3 秦艷梅 1 李春燕 1 張瑞潔 1 1 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院 四川成都 611130 2 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院都市農(nóng)業(yè)研究所 四川成都 610299 3 西藏昌都市八宿縣農(nóng)牧科技推廣服務(wù)中心 西藏昌都 854600 摘要 目的 研究植物工廠中不同LED光質(zhì)對番杏植株生長及營養(yǎng)物質(zhì)積累的影響 為篩選適宜番杏植株生長 的最佳光質(zhì)及番杏的優(yōu)質(zhì)高效栽培提供參考依據(jù) 方法 以種植在植物工廠中的番杏為試驗(yàn)材料 設(shè)置白光為對照 CK 及不同比例紅 藍(lán)光 R2B8 R5B5和R8B2 4個光照條件處理 處理后45 d 測定番杏主根長 株高 莖粗 葉片 數(shù) 葉面積和含水量等生長指標(biāo) 測定光合色素含量與光合參數(shù) 凈光合速率 P n 氣孔導(dǎo)度 G s 胞間CO 2 濃度 C i 和蒸騰速率 T r 及營養(yǎng)品質(zhì) 單寧 總黃酮 總皂苷 可溶性糖 維生素C 可溶性蛋白和硝酸鹽含量 指標(biāo) 并分析主 要農(nóng)藝性狀與營養(yǎng)指標(biāo)的相關(guān)性 結(jié)果 隨著紅光比例的增加 株高和主根長呈上升趨勢 排序?yàn)镽8B2 R5B5 CK R2B8 紅光比例的增加顯著促進(jìn)了番杏葉面積的增加 P0 05 硝酸鹽含量 隨著紅光比例的增加而降低 相關(guān)分析結(jié)果顯示 不同LED光質(zhì)處理下番杏的生長特性和營養(yǎng)成分變化密切相關(guān) 番杏的株高與莖粗 葉面積 鮮重等呈極顯著正相關(guān) PR5B5 CK R2B8 The increase in the proportion of red light significantly contributed to the increase in leaf area of T tetragonoides and stem diameter number of leaf leaf area and fresh weight of T tetragonoides under R8B2 treatment were the highest which were significantly increased by 30 40 16 00 39 14 and 5 86 respectively compared to that of CK P0 05 nitrate content decreased with increasing percentage of red light Correlation analysis indi cated that the growth characteristics and nutrient changes of T tetragonoides under different LED light quality treatments were closely related Plant height was extremely significantly significantly positively and correlated with stem diameter leaf area and fresh weight P R5B5 R2B8 相較于CK R8B2處理下株高和主根 長分別增加19 49 和11 95 R282番杏的株高與 主根長低于CK 從圖3和表1可看出 紅光比例的 增加顯著促進(jìn)了番杏葉面積的增加 P0 05 下同 說明紅光可顯著促進(jìn)番杏株高 主根 莖粗 葉片數(shù) 葉面積和鮮重的增加 有利于番杏生長 R8B2處理 下的促進(jìn)效果較佳 2 2 不同LED光質(zhì)對番杏光合色素含量的影響 由圖4看出 不同光和色素含量在不同光質(zhì)處 理下的變化趨勢不同 葉綠素a與總?cè)~綠素含量均 在R8B2處理下中最多 與CK相比分別顯著增加 20 94 和27 42 葉綠素b則在R5B5時含量最高 較R8B2處理顯著增加22 40 類胡蘿卜素含量在 各處理間無顯著差異 說明適宜的藍(lán)光有利于葉綠 素b含量的積累 紅光有利于葉綠a與總?cè)~綠素光 合色素的積累 綜合比較下R8B2處理更有利于光合 色素在番杏葉片中的合成與積累 2 3 不同LED光質(zhì)對番杏光合參數(shù)指標(biāo)的影響 由不同紅 藍(lán)光配比下番杏光合參數(shù)指標(biāo)的變 化 圖5 可知 R8B2處理下番杏P n 達(dá)最大 與CK相 比顯著增加 59 45 R5B5 處理的 P n 達(dá)最小 但 R5B5處理下番杏葉G s C i 和T r 最高 與CK相比分別 增加281 31 5 33 和14 99 2 4 不同LED光質(zhì)對番杏品質(zhì)的影響 2 4 1 不同LED光質(zhì)對番杏抗氧化物的影響 表2 表示不同紅 藍(lán)光配比處理下番杏抗氧化物質(zhì)的變 化情況 可以看出 R2B8處理的總皂苷含量最高 顯 著高于其他3個處理 與CK相比顯著增加14 63 圖 1 各處理的LED光譜分布圖 Fig 1 Spectral distribution of LED in each treatment 相對光譜功率 mW m nm Relative spec tral power 400 300 200 100 0 C CK 1000 750 500 250 0 相對光譜功率 mW m nm Relative spec tral power 波長 nm Wavelength R5B5 400 500 600 700 波長 nm Wavelength 400 500 600 700 波長 nm Wavelength 400 500 600 700 波長 nm Wavelength 400 500 600 700 R2B8 R8B2 B D 1400 1050 700 350 0 1000 750 500 250 0 A 相對光譜功率 mW m nm Relative spec tral power 相對光譜功率 mW m nm Relative spec tral power 523 55卷南 方 農(nóng) 業(yè) 學(xué) 報 R5B5 R8B2與CK的總皂苷含量差異不顯著 隨著 紅光比例的增加 總黃酮含量在R2B8 R5B5 與 R8B2等3個處理間無顯著差異 3個處理均顯著高 于CK 番杏葉片中丹寧含量呈先升高后降低的變化 趨勢 在R5B5處理下含量最高 與CK相比顯著增 加40 17 說明與白光相比 不同光質(zhì)配比處理有 利于提高番杏抗氧化物質(zhì)含量 2 4 2 不同LED光質(zhì)對番杏營養(yǎng)品質(zhì)的影響 由 圖6可知 紅 藍(lán)光組合處理下番杏的品質(zhì)整體上優(yōu) 于CK 可溶性糖和維生素C含量分別在R5B5和 R2B8時達(dá)峰值 可溶性蛋白含量各處理差異不顯 著 硝酸鹽含量隨著紅光比例的增加而降低 R8B2 時含量最少 表明在紅藍(lán)光配比為R8B2時可提高 番杏品質(zhì) 2 5 番杏生長與營養(yǎng)品質(zhì)的相關(guān)分析結(jié)果 番杏的生長及營養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)分析結(jié)果 圖7 表明 株高與莖粗 葉面積 鮮重 含水量呈極 顯著正相關(guān) P 0 01 下同 且與根長 葉片數(shù)和P n 呈顯著正相關(guān) P n 與總?cè)~綠素含量 葉綠素a和莖粗 呈極顯著正相關(guān) 而與類胡蘿卜素含量呈顯著負(fù)相 關(guān) 總黃酮與單寧和可溶性蛋白呈顯著正相關(guān) 而與 硝酸鹽呈極顯著負(fù)相關(guān) 總皂苷與鮮重和含水量呈 圖 3 不同光質(zhì)處理下番杏的形態(tài)特征 Fig 3 Morphological characteristics of T tetragonoides under different light quality treatments 圖 2 不同光質(zhì)處理對番杏株高和主根長的影響 Fig 2 Effects of different light quality treatments on plant height and primary root length of T tetragonoides 圖柱上不同小寫字母表示差異顯著 P 0 05 圖5和圖6同 Different lowercase letters on the bar indicated significant difference P 0 05 The same was applied in Fig 5 and Fig 6 處理 Treatment CK R2B8 R5B5 R8B2 莖粗 mm Stem diameter 3 29 0 05b 3 51 0 26b 3 61 0 41b 4 29 0 08a 葉片數(shù) Number of leaf 50 00 3 46ab 39 33 4 09b 47 00 2 65ab 58 00 3 79a 葉面積 cm 2 Leaf area 21 54 1 72c 19 73 0 99c 25 25 2 11b 29 97 2 05a 鮮重 g 株 Fresh weight g plant 47 51 1 24b 19 51 0 50d 36 74 0 97c 50 29 0 57a 含水量 Water content 91 61 0 95ab 89 42 0 85c 90 63 0 61bc 92 25 0 59a 同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示不同光質(zhì)處理下差異顯著 P 0 05 表2同 Different lowercase letters in the same column indicated significant difference in different light quality treatments P紅 黃 綠 蒲高斌等 2005 其中 紅光能提高植物體內(nèi)碳水化合物含 圖 5 不同光質(zhì)處理對番杏光合氣體交換參數(shù)的影響 Fig 5 Effects of different light quality treatments on photosynthetic gas exchange parameters of T tetragonoides 處理 Treatment CK R2B8 R5B5 R8B2 總皂苷含量 mg g Total saponins content 2 87 0 15b 3 29 0 06a 3 07 0 11b 2 93 0 12b 總黃酮含量 mg g Total flavone content 0 85 0 03b 1 04 0 07a 1 05 0 09a 1 02 0 04a 單寧含量 mg g Tannin content 6 92 0 22c 7 72 0 37b 9 70 0 31a 8 12 0 26b 表 2 不同光質(zhì)處理下番杏抗氧化物質(zhì)含量差異 Table 2 Differences of antioxidant content of T tetragonoides under different light quality treatments 圖 4 不同光質(zhì)處理對番杏光合色素含量的影響 Fig 4 Effects of different light quality treatments on the photo synthetic pigment content of T tetragonoides 圖柱上不同小寫字母表示同一光合色素不同光質(zhì)處理下差異顯著 P 0 05 Different lowercase letters on the bar indicated significant difference in different light quality treatments for photosynthetic pigment P 0 05 CK R2B8 R5B5 R8B2 處理 Treatment 葉綠素a Chlorophyll a 葉綠素b Chlorophyll b 總?cè)~綠素 Total chlorophyll 類胡蘿卜素 Carotenoid 光合色素含量 mg g Photosynthetic pigm ent content 1 2 0 9 0 6 0 3 0 0 c b b a c c c b a a c a CK R2B8 R5B5 R8B2 處理 Treatment CK R2B8 R5B5 R8B2 處理 Treatment CK R2B8 R5B5 R8B2 處理 Treatment CK R2B8 R5B5 R8B2 處理 Treatment P n mol m s C i mmol m s G s mol m s T r mol mol 10 00 7 50 5 00 2 50 0 00 1 00 0 75 0 50 0 25 0 00 500 00 375 00 250 00 125 00 0 00 6 00 4 50 3 00 1 50 0 00 bc bc b c b b a b B a c a b A C D 525 55卷南 方 農(nóng) 業(yè) 學(xué) 報 圖 6 不同光質(zhì)處理對番杏品質(zhì)的影響 Fig 6 Effects of different light quality treatments on the quality of T tetragonoides 圖 7 番杏生長與營養(yǎng)品質(zhì)的相關(guān)分析 Fig 7 Correlation analysis between growth and nutritional quality of T tetragonoides PH 株高 RL 根長 SD 莖粗 NOF 葉片數(shù) LA 葉面積 FW 鮮重 WC 含水量 Chla 葉綠素a Chlb 葉綠素b Chl a b 總?cè)~綠素 CT 類胡 蘿卜素 TS 總皂苷 GF 總黃酮 TN 單寧 SS 可溶性糖 SP 可溶性蛋白 VC 維生素C NR 硝酸鹽 表示顯著相關(guān) P 0 05 表示極顯著 相關(guān) P 0 01 PH Plant height RH Root length SD Stem diameter NOF Number of leaves LA Leaf area FW Fresh weight WC Water content Chla Chloro phyll a Chlb Chlorophyll b Chl a b Total chlorophyll content CT Carotenoids TS Total saponins GF General flavone TN Tannins SS Soluble sugar SP Soluble protein VC Vitamin C NR Nitrate indicated significant correlation P 0 05 and indicated extremely significant correlation P 0 01 CK R2B8 R5B5 R8B2 CK R2B8 R5B5 R8B2 處理 Treatment CK R2B8 R5B5 R8B2 CK R2B8 R5B5 R8B2 處理 Treatment 可溶性糖含量 mg 100 g Soluble sugar content 80 0 60 0 40 0 20 0 0 0 維生素 C 含量 mg 100 g V itamin C cont ent 80 0 60 0 40 0 20 0 0 0 可溶性蛋白含量 g 100 g Soluble protein cont ent 硝酸鹽含量 mg g Nitrate conte nt 2 0 1 5 1 0 0 5 0 0 1 6 1 2 0 8 0 4 0 0 ab c b b a a c d b a b BA C D 處理 Treatment 處理 Treatment d 1 0 0 8 0 6 0 4 0 2 0 0 0 2 0 4 0 6 0 8 1 0 pH RL SD NOF LA FW WC Chla Chlb Chl a b CT P n G s C i T r T s GF TN SS SP VC NR pH RL SD NOF LA FW WC Chla Chlb Chl a b CT P n G s C i T r T s GF TN SS SP VC NR 526 2期 劉宣宣等 植物工廠中不同LED光質(zhì)對番杏植株生長及營養(yǎng)物質(zhì)積累的影響 量 促進(jìn)植物干物質(zhì)積累 陳冰星等 2020 藍(lán)光有 利于提高蛋白質(zhì)含量 抑制植株徒長 本研究發(fā)現(xiàn) 經(jīng)過45 d不同紅 藍(lán)光處理后 番杏植株的莖粗隨紅 光比例增加而增加 而與白光對照相比 藍(lán)光比例增 加對番杏各農(nóng)藝性狀表現(xiàn)出一定的抑制作用 Chen 等 2014 研究不同紅 藍(lán)光組分對萵苣的影響 發(fā)現(xiàn) 不同光質(zhì)組合處理較單一光照處理能更好地提高葉 用萵苣的品質(zhì)與產(chǎn)量 唐銀等 2022 對紅 藍(lán)光影響 杉木組培苗生長的研究發(fā)現(xiàn) 紅 藍(lán)光組合可明顯增 加植物的生根率和植物生長促進(jìn)劑 本研究結(jié)果與 之基本一致 葉片是植物進(jìn)行光合作用的重要器官 葉綠體 能幫助植物合成光合色素進(jìn)行光合作用并獲取能量 合成有機(jī)物 形成碳骨架以供自身發(fā)育 因此 光合 色素含量是決定植物產(chǎn)量與品質(zhì)的重要因素之一 陳祥偉等 2014 利用紅 藍(lán)光比例為7 1的光質(zhì)組 合處理烏塌菜 發(fā)現(xiàn)R7B1能增加烏塌菜的光合色素 含量 提高其光合速率 有效促進(jìn)烏塌菜植株生長 Avinash等 2018 研究不同比例紅 藍(lán)光組合下菠菜 生長情況時發(fā)現(xiàn) 菠菜的光合色素含量隨著藍(lán)光比 例增加呈先增加后降低的趨勢 本研究中番杏葉片 中R8B2處理下的葉綠素a與總?cè)~綠素含量最高 而 葉綠素b含量在R5B5處理下達(dá)最大值 推測可能與 葉綠素a主要吸收紅光 葉綠素b吸收藍(lán)紫光的光譜 與波長范圍有關(guān) 本研究還發(fā)現(xiàn) 紅光增加對P n G s 及T r 具有一定的促進(jìn)作用 盡管紅光與藍(lán)光調(diào)控植物生長發(fā)育的途徑不 同 但將二者進(jìn)行不同比例組合 能更好結(jié)合2種光 調(diào)控植物生長發(fā)育的優(yōu)點(diǎn) 可提高植物的光形態(tài)建 成 促進(jìn)植物的生長發(fā)育 前人研究發(fā)現(xiàn)與單色光 相比 紅 藍(lán)光組合可顯著提高植物體內(nèi)的可溶性 糖 維生素C和可溶性蛋白含量 Causin et al 2006 Matsuda et al 2007 及其他功能成分 如類黃酮 花 色苷 類胡蘿卜素等含量 Ja et al 2008 并有效降 低植物體內(nèi)硝酸鹽含量 Mizuno et al 2011 本研 究結(jié)果表明 番杏葉片中可溶性糖含量在紅 藍(lán)光配 比為R5B5時達(dá)最高值 維生素C含量則隨藍(lán)光比例 增加而增加 可能由于藍(lán)光光譜可提高植物己糖 和D 葡萄糖合成和積累 二者是維生素C的前體 Toledo et al 2003 也有可能是由于維生素C合成 酶的活性主要受光質(zhì)影響的原因?qū)е?劉玉兵等 2020 研究表明藍(lán)光可有效提高植物體內(nèi)半乳糖酸 內(nèi)酯脫氫酶活性進(jìn)而促進(jìn)維生素C的合成 此外 本研究中番杏葉片中硝酸鹽含量隨紅 藍(lán)復(fù)合光中 紅光比例的增加而降低 這可能由于紅光下植物葉 片具有較高的光合能力 可激活體內(nèi)硝酸還原酶活 性和谷氨酰胺合成酶活性 從而起到降低硝酸鹽含 量的作用 Lillo and Appenroth 2001 該結(jié)果與江 浩昭等 2020 隨著藍(lán)光比例的增大 可顯著降低白 菜中硝酸鹽含量的結(jié)果相反 可能是由于不同種類 蔬菜對光的需求存在差異 但研究僅探索了不同 紅 藍(lán)光配比對番杏生長性狀及營養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)的影 響 有關(guān)不同光質(zhì)對番杏抗氧化酶活性物質(zhì)含量變 化及分子機(jī)制的影響有待進(jìn)一步研究 農(nóng)作物品質(zhì)主要從農(nóng)藝性狀與營養(yǎng)品質(zhì)性狀兩 方面進(jìn)行評價 農(nóng)藝性狀是植株的外在直觀表型 營 養(yǎng)品質(zhì)性狀是決定農(nóng)作物品質(zhì)的重要因素 李涌泉 等 2022 楊善等 2015 研究表明甘蔗的P n T r 等 光合作用因子與收獲時甘蔗的品質(zhì)性狀存在顯著相 關(guān)關(guān)系 吳瑕等 2023 在探究有機(jī)肥與生物炭對小 白菜光合作用及硝酸鹽積累的影響中發(fā)現(xiàn) 小白菜 的總干重與株高和根長呈極顯著正相關(guān) 且株高與 根長 C i 等存在顯著正相關(guān)性 本研究結(jié)果與前人 研究一致 番杏植株的株高不僅與其莖粗 葉面積和 鮮重等農(nóng)藝指標(biāo)呈極顯著正相關(guān) 還與植株的P n 有 顯著正相關(guān)性 蔬菜是一種極易富集硝酸鹽的植 物 研究表明人體內(nèi)80 的硝酸鹽均來源于蔬菜 阿 旺達(dá)吉等 2021 在植株的生長發(fā)育過程中 各營 養(yǎng)元素之間的含量變化 可能與物質(zhì)之間的相互代 謝相關(guān) 葉綠素b是含氮化合物 而硝態(tài)氮作為主 要的氮素形態(tài) 在植物葉片中經(jīng)過還原作用后可被 植物吸收 文濱濱等 2019 本研究中 番杏植株硝 酸鹽含量與葉綠素b含量呈負(fù)相關(guān) 總?cè)~綠素含量 與P n 又存在極顯著正相關(guān) 這與高杏 2020 的研究 結(jié)果一致 說明植物可通過增加葉綠素含量 促進(jìn)光 合產(chǎn)物形成 進(jìn)而減少植株體內(nèi)硝酸鹽含量的合成 與積累 4 結(jié)論 紅 藍(lán)光不同配比影響植物工廠中番杏的生長 和營養(yǎng)物質(zhì)積累 番杏葉綠素b與硝酸鹽呈顯著負(fù) 相關(guān) 總?cè)~綠素與P n 呈極顯著正相關(guān) 當(dāng)2種光質(zhì) 配比為R8B2 時可促進(jìn)番杏光合作用 形態(tài)建成和營 養(yǎng)物質(zhì)積累 降低硝酸鹽含量 提升食用口感 可應(yīng) 用于番杏實(shí)際生產(chǎn) 參考文獻(xiàn) References 阿旺達(dá)吉 黃利英 米瑪 明瑪卓嘎 2021 高原環(huán)境下設(shè)施蔬 菜富集硝酸鹽能力比較研究 J 西藏農(nóng)業(yè)科技 43 3 527 55卷南 方 農(nóng) 業(yè) 學(xué) 報 49 52 Awang D J Huang L Y Mi M Mingma Z G 2021 Comparative study on the nitrate accumulation abi lity of greenhouse vegetables in plateau environment J Tibet Journal of Agricultural Sciences 43 3 49 52 doi 10 3969 j issn 1005 2925 2021 03 012 曹建康 姜微波 趙玉梅 2007 果蔬采后生理生化實(shí)驗(yàn)指導(dǎo) M 北京 中國輕工業(yè)出版社 Cao J K Jiang W B Zhao Y M 2007 Guidelines for postharvest physiological and biochemical experiments on fruits and vegetables M Beijing China Light Industry Press 陳冰星 王曉倩 劉濤 王蘇蘇 Gefu 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