不 同光強(qiáng)的 LED 光源對水培上海青生長和品質(zhì)的影響謝素珍1， 劉士哲1， 陳建勝2， 蔡如海2， 羅 健1（1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)無土栽培技術(shù)研究室 ，廣東 廣州 510642；2.廣州中大中鳴科技有限公司 ，廣東 廣州 510275）摘 要 ：利用波長為 630 nm 紅光和 460 nm 藍(lán)光 LED（Light Emitting Diode）作為光源 ，以自然光為對照 ，研究 4 種不同光合有效輻射 （PAR，分別為 100、150、200、250 mol/m2s）的 LED 光源對靜止水培上海青生長和品質(zhì)的影響 。 結(jié)果表明 ：LED 光源和自然光處理的上海青都出現(xiàn)葉片葉緣向下卷曲的現(xiàn)象 ；隨著 LED 光源 PAR 的增大 ，上海青葉片的葉緣卷曲程度加重 ，甚至出現(xiàn)葉緣向上卷曲的現(xiàn)象 ，但徒長現(xiàn)象減輕 ，植株較健壯 ，各項(xiàng)生物量和生長指標(biāo)也呈增大的趨勢 ；葉綠素含量各指標(biāo)差異不大 ，且 LED 光源處理的 VC 含量高于自然光處理 ；當(dāng) PAR 為 200250 mol/m2s 時(shí)較利于上海青的生長 。關(guān)鍵詞 ：LED 光源 ； 光合有效輻射 ； 上海青 ； 靜止水培 ； 生長 ； 品質(zhì)中圖分類號 ：S123 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 ： 文章編號 ：1004874X（2013）14004103Effects of PAR in LED on the growth and quality of Pak-choi（Brassica campestris）in still hydroponicsXIE Su-zhen1, LIU Shi-zhe1, CHEN Jian-sheng2, CAI Ru-hai2, LUO Jian1(1.Lab of Soilless Culture, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China;2.Joinmax Display Technology Co. Ltd., Guangzhou 510275, China)Abstract: The purpose of this experiment was to study the effects of different Photosynthetic Active Radiation (PAR) LED (LightEmitting Diode) as full light source on the growth and quality of pak-choi（Brassica campestris）in hydroponics. The LED light source wascomposed of red with peak at 630 nm(R) and blue with peak at 460 nm(B). Four kinds of PAR (100, 150, 200, 250 mol/m2s) LED weredesigned in the experiment respectively, compareing with the treatment of natural light source (CK). The results indicated that the edge ofpak-choi leaves curled downwards both in LED and CK treatments. With the increasing of PAR, the curling of leaves was more serious,but the spindling of pak-choi relieved, and the plants were stronger and biomass and the growth indexes increased. While there were nosignificant differences of each chlorophyll indexes among the three LED treatments, the VC of pak-choi in LED treatments was higherthan that in CK. The pak-choi grew well when the PAR was 200250 mol/m2s.Key words: LED light source; photosynthetic active radiation; pak-choi; still hydroponic; growth; quality光是植物生長發(fā)育的重要環(huán)境因子 ， 植物的生長發(fā)育 、開花結(jié)果是通過光合作用 、光形態(tài)建成反應(yīng) 、光周期調(diào)節(jié)來完成的 ，這些都離不開光的參與和調(diào)節(jié)1-2。 設(shè)施栽培是一種可控農(nóng)業(yè) ，而設(shè)施內(nèi)的光環(huán)境對蔬菜的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)有重要影響 。 在蔬菜生產(chǎn)中 ，光合有效輻射 （PhotosyntheticActive Radiation, PAR）的供給會限制作物的生長3-4。LED （Light Emitting Diode） 作為第 4 代新型照明光源 ，具有光質(zhì)純 、光效高 、與植物光合作用和光形態(tài)建成的光譜范圍吻合以及節(jié)能環(huán)保等突出優(yōu)勢 ， 可實(shí)現(xiàn)高效能 、低熱負(fù)荷和緊湊空間的集約化植物生產(chǎn)5-6。 已有研究表明 ，紅藍(lán)復(fù)合光對甜菜7、菠菜8、蘿卜和生菜9、草莓10、紫蘇11、黃瓜12、辣椒13、小白菜和油菜14、番茄15等蔬菜的生長形態(tài)和品質(zhì)有顯著的影響 。由于不同蔬菜不同生長時(shí)期所需的光譜組合 、PAR及光照周期存在一定差異 ， 且很多研究都是以熒光燈為對照 ，而在上海青 （Brassica campestris L.）方面的研究也還未見報(bào)道 。 本研究在前人的基礎(chǔ)上 ， 利用波長為 630 nm紅光和 460 nm 藍(lán)光 LED 組合成新型的 LED 光源裝置 ，以 紅 藍(lán) 配 比 71 作 為 基 準(zhǔn) ， 并 設(shè) 置 100、150、200、250mol/m2s 4 種光合有效輻射值 ，以自然光為對照 ，初步探討不同光強(qiáng)的 LED 光源對靜止水培上海青生長和品質(zhì)的影響 ，以期為找到適合上海青生長的光強(qiáng)提供理論依據(jù) 。1 材料與方法1.1 試驗(yàn)材料選用 “上海青 ”（日野青梗菜 ）為試材 。 2012 年 5 月 15日在華南農(nóng)業(yè)大學(xué)無土栽培技術(shù)研究室的溫室大棚內(nèi)育苗 ，2012 年 5 月 29 日 ，待幼苗長至兩葉一心時(shí) ，移苗定植于華南農(nóng)業(yè)大學(xué)無土栽培技術(shù)研究室內(nèi) 。 采用靜止深水培方式種植 ， 營養(yǎng)液選用華南農(nóng)業(yè)大學(xué)葉菜 B 方 ： 營養(yǎng)液pH=6.3（0.1）、EC=1.4（0.1）mS/cm、營養(yǎng)液溫度 26（1）。1.2 供試裝置1.2.1 常規(guī)材料 育苗盤 、18 L 藍(lán)色塑料箱 、 泡沫板 、定植杯 ；柜式 LED 培養(yǎng)架 ，LED 燈板架在架子上面 ，培養(yǎng)架四周用隔光簾圍住 ，減少光損失和交叉污染 ，其中留出一面可以卷起以便試驗(yàn)操作 。1.2.2 光源設(shè)備 光源設(shè)備采用廣州中大中鳴科技有限公司生產(chǎn)的 LED 燈板 ，每個(gè)燈板由 60 顆紅色 （630 nm）燈珠和 24 顆藍(lán)色 （460 nm）燈珠均勻交替分布組成 ，每顆燈珠加了一個(gè) 40透鏡 （減少光損失 ）。 燈板規(guī)格為 =50 cm30 cm，可以根據(jù)試驗(yàn)需要調(diào)節(jié)不同的光質(zhì)配比 、光強(qiáng) 、光周期以及距作物的高度 。1.3 試驗(yàn)環(huán)境條件與設(shè)置收稿日期 ：2013-05-24基金項(xiàng)目 ：廣州市番禺區(qū)科技計(jì)劃項(xiàng)目 （2012-Z-02-01）作者簡介 ：謝素珍 （1987-），女 ，在讀碩士生 ，E-mail：xiesuzheng163.com通訊作者 ：羅健 （1966-），女 ，副教授 ，E-mail：jluoscau.edu.cn廣東農(nóng)業(yè)科學(xué) 2013 年第 14 期41C M Y KDOI:10.16768/j.issn.1004-874x.2013.14.055蒸 騰速率(mmol/m2s)2.120.066b2.110.272b1.820.156b2.190.031b2.650.053a胞間 CO2濃度(mol/mol)121.52.67a120.417.10a106.63.45a103.11.36a120.91.02a氣孔導(dǎo)度(mol/m2s)0.0600.001b0.0540.002bc0.0470.004c0.0570.002b0.0780.003a光合速率(mol/m2s)11.360.12b8.870.56c9.100.47c10.880.13b14.520.29a處理CKL1L2L3L4表 4 不同 PAR 的 LED 光源對上海青光合指標(biāo)的影響葉綠素 a/b2.7360.036a2.7560.094a2.5400.030b2.7630.044a2.7860.049a葉綠素 （a+b）含量 (mg/g)1.9860.241a1.7010.101a1.8150.118a1.6990.074a1.6090.089a葉綠素 b 含量(mg/g)0.5330.067a0.4540.031a0.5130.034a0.4440.022a0.4250.025a葉綠素 a 含量(mg/g)1.4530.174a1.2470.073a1.3020.084a1.2250.052a1.1830.065aSPAD 值33.60.69b34.40.51b34.40.52b33.61.02b37.81.20a處理CKL1L2L3L4表 3 不同 PAR 的 LED 光源對上海青葉綠素含量的影響莖粗 (cm)0.5220.020a0.3740.037b0.4230.018b0.5140.034a0.5680.018a根長 (cm)20.30.96a17.51.31a17.60.45a18.41.66a19.61.11a葉面積 (cm2)31.942.00b17.042.25c18.410.93c40.862.56a44.520.76a冠幅 (cm)24.50.71bc20.71.57c21.91.32c26.50.09b30.41.85a株高 (cm)22.40.29a18.10.81b19.40.81b18.91.09b18.20.88b處理CKL1L2L3L4表 2 不同 PAR 的 LED 光源對上海青生長指標(biāo)的影響根冠比0.0590.004a0.0440.003b0.0480.002ab0.0450.004b0.0430.005b根系干重(g/pot)0.830.05ab0.370.08b0.460.05b0.690.09ab1.170.31a地上部干重(g/pot)5.960.31b3.130.82c4.880.55bc6.610.68b10.021.16a根系鮮重(g/pot)6.970.78ab2.671.07c4.550.90bc6.051.09ab9.224.12a地上部鮮重(g/pot)119.495.00b64.5416.91c96.3012.87bc137.3913.89b205.9224.99a處理CKL1L2L3L4表 1 不同 PAR 的 LED 光源對上海青生物量的影響注 ：（1）表中數(shù)據(jù)為 4 次重復(fù)的平均值 標(biāo)準(zhǔn)誤 ；（2）同列數(shù)據(jù)小寫英文字母不同者表示差異顯著 ；表 2表 5 同 。試驗(yàn)在華南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院無土栽培技術(shù)研究室的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完成 。 試驗(yàn)過程中各項(xiàng)環(huán)境指標(biāo) ：晝溫 28（3）、夜溫 23（2）、濕度 60%80%。試驗(yàn)共設(shè)置 5 個(gè)處理 ，以自然光為對照 ，以紅藍(lán)配比71 作為基準(zhǔn) ， 設(shè)置 4 種光強(qiáng) ， 分別為 LED1 （PAR=100mol/m2s）、LED2（PAR=150 mol/m2s）、LED3（PAR=200mol/m2s）、LED4（PAR=250 mol/m2s），分別簡寫為 L1、L2、L3 和 L4；每個(gè)處理 4 次重復(fù) ，每次重復(fù)設(shè)置 1 個(gè)種植箱 ，每個(gè)種植箱定植 6 棵上海青 。光 合 有 效 輻 射 （PAR） 的測定儀器為氣象站（2000series, WatchDog, Weather Station, USA）， 開燈時(shí)間為每天的 6:0018:00，光周期為 12 h/d。 試驗(yàn)中將 LED 燈板置于作物頂部 25 cm 處 ， 使其盡量接近距離照射植物 ，減少不必要的光能損失 。1.4 指標(biāo)測定與方法在上海青定植 26 d 后 ，觀察并測定相關(guān)指標(biāo) ，用直尺測株高 、根長 、冠幅 ，用游標(biāo)卡尺測定莖粗 ，葉面積用 LI-3000C 葉面積儀測定 ；地上部和地下部鮮重用百分之一天平稱量 ；光合指標(biāo)用 LI-6400（USA）便攜式光合儀測定 ；相對葉綠素含量用便攜式 SPAD-502 透射型活體葉綠素儀（日本 ）測定 ；葉綠素含量的測定采用 Arnon 法測定 ，即用80%丙酮提取液比色測定16；芥菜的品質(zhì)指標(biāo)分別采用蒽酮比色法17、2,6-二氯靛酚法18、折射儀法19測定芥菜可溶性糖 、維生素 C、可溶性固形物的含量 ；植株養(yǎng)分全 N、全P、 全 K 含量分別采用 H2SO4-H2O2消煮 -蒸餾法 （FOSS2300-III 型自動定氮儀 ）、H2SO4-H2O2消煮 -鉬銻抗比色法 、H2SO4-H2O2消煮 -原子吸收分光光度法20測定 。1.5 數(shù)據(jù)分析所有數(shù)據(jù)均采用 Microsoft Excel 和 SAS 統(tǒng)計(jì)分析軟件 。采用 Duncan 新復(fù)極差法 （DMRT）進(jìn)行數(shù)據(jù)差異顯著性檢驗(yàn) 。2 結(jié)果與分析2.1 不同 PAR 的 LED 光源對上海青外觀形態(tài)的影響由圖 1（封二 ）可知 ，5 個(gè)處理的上海青均出現(xiàn)葉緣向下卷曲的現(xiàn)象 。 L1 和 L2 兩個(gè)處理的外觀相似 ，但隨著光強(qiáng)的增大 ，上海青徒長的現(xiàn)象減輕 ，葉柄與主莖的夾角也變小 ，根量變多 ，主莖變粗 ，葉面積變大 ，葉色變深 ，但 L4處理有個(gè)別葉片出現(xiàn)葉緣向上卷曲的現(xiàn)象 。2.2 不同 PAR 的 LED 光源對上海青生物量的影響由表 1 可知 ， 不同 PAR 的 LED 光源對上海青生物量的影響不同 。 LED 處理的地上部鮮重 、根系鮮重 、地上部干重和根系干重均隨著 PAR 的增加而增大 。 L4 處理的地上部鮮重最大 ，顯著大于其余 4 個(gè)處理 ，L3 和 L2 與對照無顯著差異 ，但 L1 顯著小于對照 。 各處理的地上部干重變化情況與地上部鮮重的一致 。 L4 處理的根系鮮重與對照和 L3無顯著差異 ，但顯著大于 L1 和 L2，而 L1 顯著小于對照 。L4處理的根系干重與對照和 L3 差異不顯著 ， 但顯著大于 L1和 L2，而后兩者間差異不顯著 。 L2 處理的根冠比與其余 4個(gè)處理差異不顯著 ，但 L1、L2 和 L3 均顯著小于對照 。2.2 不同 PAR 的 LED 光源對上海青生長指標(biāo)的影響由表 2 可知 ，LED 各處理的株高無顯著差異 ，且均顯著小于對照 。 L4 處理的冠幅最大 ，且顯著大于其余四個(gè)處理 ，而 L3 與對照無顯著差異 ，但顯著大于 L1 和 L2，而后兩者間差異不顯著 。L3 和 L4 處理的葉面積均顯著大于其余 3 個(gè)處理 ，而 L1 和 L2 顯著小于對照 。 各處理的根長差異不顯著 。 L3 和 L4 處理的莖粗與對照無顯著差異 ，且均顯著大于 L1 和 L2，而后兩者間差異不顯著 。2.4 不同 PAR 的 LED 光源對上海青葉綠素含量的影響由表 3 可知 ，L4 處理的 SPAD 值最大 ， 顯著高于其余 4個(gè)處理 ，而后 4 個(gè)處理間差異不顯著 。 各處理之間的葉綠素a、葉綠素 b 和葉綠素 （a+b）差異都不顯著 。 L2 處理的葉綠素a/b 顯著小于其余 4 個(gè)處理 ，而后 4 個(gè)處理間差異不顯著 。2.5 不同 PAR 的 LED 光源對上海青光合指標(biāo)的影響由表 4 可知 ，L4 處理的光合速率最大 ，且顯著大于其余4 個(gè)處理 ，其中 L1 與 L2 無顯著差異 ，但均顯著低于對照和L3，而后兩者間差異不顯著 。 4 種 PAR 處理中 ，光合速率隨著 PAR 的增加而增大 。 L4 處理的氣孔導(dǎo)度顯著大于其余 4個(gè)處理 ，L3 與對照和 L1 差異不顯著 ，但顯著大于 L2。 5 個(gè)處42C M Y K植 株總 K 量(mg/pot)479.122.9b307.962.3c403.952.0bc550.461.3b815.588.7a植株全 K 含量(mg/g)80.40.7a83.32.1a82.23.0a83.00.8a81.71.8a植株總 P 量(mg/pot)68.15.1a51.810.6bc64.28.0ab40.23.7c46.13.5abc植株全 P 含量(mg/g)11.40.3b13.90.1a13.10.5a6.20.6c4.80.6d植株總 N 量(mg/pot)285.118.2b179.433.3c241.530.0bc321.334.5b506.969.5a植株全 N 含量(mg/g)47.80.6a49.11.7a49.30.9a48.51.2a50.21.4a處理CKL1L2L3L4表 6 不同 PAR 的 LED 光源對上海青養(yǎng)分吸收的影響注 ：植株總 N 量 (mg/pot)=植株全 N 含量 (mg/g)單個(gè)種植箱的植株地上部總干重 (g/pot)，植株總 P 量和總 K 量同 。VC 含量(mg/kg)160.11.8c262.819.6ab286.323.9a224.511.3b273.72.3a可溶性糖含量(%)0.220.02ab0.170.02b0.230.02ab0.160.02b0.310.04a可溶性固形物(%)2.30.10ab2.20.10b2.00.08b2.60.19a2.20.10b處理CKL1L2L3L4表 5 不同 PAR 的 LED 光源對上海青品質(zhì)的影響理之間的胞間 CO2濃度差異不顯著 。 L4 處理的蒸騰速率最大 ，且顯著大于其余 4 個(gè)處理 ，而后 4 個(gè)處理間差異不顯著 。2.6 不同 PAR 的 LED 光源對上海青品質(zhì)的影響由表 5 可知 ，L3 處理的可溶性固形物含量與對照無顯著差異 ，但顯著大于 L1、L2 和 L4，且后三者間差異不顯著 。 L4 處理的可溶性糖含量與對照和 L2 無顯著差異 ，但顯著大于 L1 和 L3，而后兩者間差異不顯著 。 各 LED 處理的 Vc 含量均顯著大于對照 ， 而 L2 和 L4 與 L1 無顯著差異 ，但顯著大于 L3。2.7 不同 PAR 的 LED 光源對上海青養(yǎng)分吸收的影響由表 6 可知 ，5 個(gè)處理的植株的全 N 含量和全 K 含量均差異不顯著 。 LED 各處理的植株總 N 量隨著 PAR 的增加而增大 ，L4 顯著大于其余 4 個(gè)處理 ，L1 與 L2 無顯著差異 ，但顯著小于對照和 L3。 L1 和 L2 處理的植株全 P 含量顯著大于其余 3 個(gè)處理 ，L3 顯著大于 L4， 但均顯著小于對照 。 L2 處理的植株總 P 量與對照 、L1 和 L4 無顯著差異 ，但顯著大于 L3，而 L1 和 L3 顯著小于對照 。 各處理的植株總 K 量變化情況與植株總 N 量的一樣 。3 結(jié)論與討論本研究表明 ， 自然光和 LED 光源各個(gè)處理的植株都出現(xiàn)了葉緣向下卷曲的現(xiàn)象 ， 可能與品種的選擇有關(guān) ，這與聞婧等21在生菜上的研究結(jié)果相差較大 。 梁磊等22研究發(fā)現(xiàn) ，10%和 30%的光照強(qiáng)度會使觀賞蔬菜 “紫冠 1 號小白菜 ”和 “中八葉烏塌菜 ”葉片反卷嚴(yán)重 ，而 “紫羅蘭生菜 ”和 “奶油生菜 ”兩個(gè)品種的葉片在弱光下變得狹長 ，其原因是為了提高弱光下散射光的利用率而使葉片變得松散而狹長 ，可見弱光對蔬菜形態(tài)產(chǎn)生了影響 。 但梁磊等的試驗(yàn)研究所用的光源未說明 ，故只是一種可能 。隨著 LED 光源 PAR 的增大 ，上海青的產(chǎn)量和各項(xiàng)生長指標(biāo)呈現(xiàn)增大的趨勢 ，而上海青徒長的趨勢減弱 。 唐中華等23研究發(fā)現(xiàn) ，弱光處理前期長春花葉片中 GA3和 IAA含量均顯著高于對照水平 ，可能對其節(jié)間伸長和葉面積增大起到了積極的作用24。 在本試驗(yàn)中 ，當(dāng) PAR 為 100mol/m2s 和 150 mol/m2s 時(shí) ，仍不能滿足供試上海青品種正常的生長 ，因此出現(xiàn)徒長的現(xiàn)象 。對于葉綠素各指標(biāo) ，除 L4 處理的 SPAD 值最大 、L2 處理的葉綠素 a/b 最小外 ，其他幾個(gè)葉綠素指標(biāo)在各處理間差異都不顯著 ，可見 ，增大 PAR 并不能使葉綠素 a 和葉綠素 b 含量增加 。隨著 LED 光源 PAR 的增大 ，上海青的光合速率呈增大的趨勢 。 除胞間 CO2濃度差異不顯著外 ，其他 3 個(gè)光合指標(biāo)均以 L4 處理達(dá)到最大值 ，且顯著大于自然光處理 。各品質(zhì)指標(biāo)沒有隨著 PAR 的增大而出現(xiàn)增大的趨勢 ，其中 LED 光源各個(gè)處理的 VC 含量都顯著高于自然光處理 ， 且以 L2 處理最大 ；L3 處理和 L4 處理的可溶性固形物含量和可溶性糖含量分別最高 。 這與吳蘭坤等25在櫻桃上的研究結(jié)果不同 。植株的全 N、K 含量在各個(gè)處理之間差異不顯著 ，但植株總 N 量和總 K 量隨著 PAR 的增大均呈增大的趨勢 。植株全 P 含量以 L1 處理最大 ，而植株總 P 量則以自然光最大 ，且與 L1 和 L3 差異顯著 。 這表明 LED 對植株全 N、全 K 和植株總 P 量的影響不明顯 。綜上可見 ，隨著 LED 光源 PAR 的增大 ， 上海青的產(chǎn)量和各項(xiàng)生長指標(biāo)均呈現(xiàn)增大的趨勢 ，而上海青徒長的趨勢變輕 ，且有利于光合指標(biāo)和植株總 N 量和總 K 量的增加 ， 當(dāng) PAR 為 200250mol/m2s 時(shí)較利于上海青的生長 。上海青葉片的葉緣向下卷曲 、伸展不開 ，可能與 LED光源影響植物激素的變化有關(guān) ，如生長素 、赤霉素 、細(xì)胞分裂素等 ，因?yàn)檫@些植物激素具有促進(jìn)細(xì)胞分裂 ，葉片擴(kuò)大等作用 ，但有關(guān)這方面的研究還未見報(bào)道 ，還需進(jìn)一步的探討 。 另外 ，試驗(yàn)所用 LED 光源可能也存在一些技術(shù)上的問題 ，目前仍在進(jìn)一步研究和改進(jìn)中 。參考文獻(xiàn) ：1 李雯琳 .LED 光源不同光質(zhì)對葉用萵苣種子發(fā)芽及幼苗生理生化特性的影響 D.蘭州 :甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) ,2009.2 楊其長 .LED 在農(nóng)業(yè)與生物產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用與前景展望 J.中國農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報(bào) 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