不同红蓝LED组合光源对西瓜幼苗生长和生理参数的影响

李小娥　黄远　苗田田　万正杰　黎煊　孔秋生　别之龙

摘要：西瓜是一种重要的园艺作物，种苗易徒长。以荧光灯为对照（光照强度为150μmol·m^-2·s^-1），探讨了相同光照强度下，不同红光蓝光配比（PdB）LED组合光源（7：1、7：2，7：3）对西瓜幼苗生长和生理参数的影响。结果表明，红蓝LED组合光源下西瓜幼苗茎粗度、鲜质量、干质量、壮苗指数均有所增加，其中在R/B=7：3下表现尤为突出。生理数据表明，较高的叶绿素和可溶性糖含量，以及较大的叶片栅栏组织厚度、气孔密度、气孔开张度和光合速率，是LED组合光源R/B=7：3处理提高种苗质量的重要原因。

关键词：西瓜；幼苗；光质；LED

随着全球能源成本的不断攀升和光电技术的快速发展，节能、高效的LED（Light Emiring Diodes）在设施农业上作为人工光源受到世界各国关注n，LED可以根据园艺植物生长所需的光环境来精确配置光谱，还可以影响园艺植物的生长发育以及光形态的建成。西瓜是一种重要的园艺作物，近年来随着西瓜集约化育苗技术的兴起，LED在西瓜育苗上具有广阔的应用前景。本试验以西瓜为试验材料，以荧光灯为对照，从形态和生理方面研究了不同红蓝配比混合LED光源对种苗质量的影响，以期为西瓜幼苗的培育提供光环境调控依据。

1.材料与方法

1.1材料

西瓜品种为‘早佳8424，由新疆农科院哈密瓜研究中心提供。

1.2试验设计

试验设4个处理，以荧光灯为对照，将LED混合光源的红光蓝光配比分别设置为7：1、7：2、7：3，光照强度均为150μmol·m^-2·s^-1，光周期12h，温度28℃/18℃（白天/晚上），空气相对湿度70%。试验用LED红蓝光源由飞利浦公司生产。

1.3试验时间及地点

试验于2013年4-5月，在国家蔬菜改良中心华中分中心连栋玻璃温室的人工气候室内完成育苗过程。生长、生理指标测定在园艺植物生物学教育部重点实验室、华中农业大学电镜公共平台完成。

1.4育苗过程

采用1%高锰酸钾溶液对西瓜种子进行消毒15min，种子洗净之后采用55-60℃的温水浸种15min，之后常温浸种6h，将种子取出沥干30min后，放入30℃催芽箱催芽。西瓜种子露白后，将其播种于50孔塑料穴盘，放人人工气候室内进行处理。当西瓜幼苗长到3叶1心时，对幼苗的形态指标、生理指标进行测量。

1.5测定指标和方法

1.5.1形态指标不同光源处理下随机取6株幼苗，用去离子水小心洗去根部基质，并擦干植株上的水分，测量植株高度、茎粗度、鲜质量；用根系扫描仪和根系分析系统WinRHIZO测量根系长度、面积、直径、体积。测量干质量时，先将幼苗装入纸袋内，再放人烘箱，80℃烘干至恒质量，使用电子天平进行称量。壮苗指数=（茎粗度/植株高度）×全株干质量。

1.5.2相对叶绿素、根系活力、可溶性糖和可溶性蛋白

采用SPAD-502叶绿素计（Konica Minol-ta，日本）测定相对叶绿素含量，每处理10次重复。参照李合生的方法，采用T-FC法测幼苗根系活力，采用蒽酮比色法测幼苗叶片可溶性糖含量，采用考马斯亮蓝法测叶片可溶性蛋白含量。

1.5.3光合作用

选取从下往上第1片展开的真叶，使用便携式光合仪LI-6400对不同光源处理下的西瓜幼苗光合指标进行测量。

1.5.4叶片解剖结构不同处理下取长势一致的3株幼苗，在第1片真叶主脉旁两边取叶肉组织，用FAA液（福尔马林5mL；乙酸5mL；50%乙醇90mL）固定，由武汉谷歌生物科技有限公司进行石蜡包埋，番茄一固绿染色。采用Nikon显微镜ECLIPSE 90i在20倍镜下，用微测尺测量栅栏组织、海绵组织以及叶肉的总厚度，每个重复16次。叶肉组织细胞结构紧密度（CTR）/%=栅栏组织厚度/叶肉厚度×100，叶肉组织细胞结构疏松度（SR）/%=海绵组织厚度/叶肉厚度×100。

1.5.5叶片气孔参照Savvides等的方法，在不同处理下选取长势一致的第1片真叶，在叶片中部主脉两侧取材（2mm×2mm），采用戊二醛溶液（2.5%）对样品进行固定处理，然后采用乙醇梯度进行脱水，丙酮置换浸透，临界点干燥，之后粘贴样品，喷金，在JSM-6390扫描电镜600倍下观察气孔特征，选取典型视野照相。查看视野内的气孔数目，气孔密度=单位视野内的气孔数量/单位视野的面积，采用微尺测量气孔的长度和宽度，气孔开张的长度和宽度。每个处理选取3个叶片，每个叶片选取3个典型视野。

1.6数据处理

试验所有数据采用Excel 2003软件进行作图和计算，用SPSS-Statistics 19.0软件进行显著性分析。

2.结果与分析

2.1LED光源对西瓜幼苗形态指标的影响

与对照相比，R/B=7：3处理下‘早佳8424幼苗植株高度显著下降、茎粗度显著增加（表1）。R/B=7：l、R/B=7：2、R/B=7：3处理的‘早佳8424幼苗鲜质量分别增加12.6%、10.1%、26.9%；干质量分别增加24.5%、28.4%、55.9%，根体积分别增加41.7%、41.7%、83.3%。与对照相比，LED光源处理的幼苗根长度、根面积无显著差异（表1）。LED混合光源处理的‘早佳8424壮苗指数显著高于对照，在R/B=7：3表现尤为明显（图1）。

2.2LED光源对西瓜幼苗叶绿素含量、根系活力、可溶性糖和可溶性蛋白的影响

不同光源处理下‘早佳8424幼苗根系活力无显著差异（表2）。相对叶绿素含量、可溶性糖、可溶性蛋白含量具有差异，与对照相比，‘早佳8424幼苗在R/B=7：2、R/B=7：3处理下相对叶绿素含量分别提高16.5%、18.6%，R/B=7：l、R/B=7：2、R/B=7：3处理下可溶性糖含量分别增加53.9%，70.6%、69.6%。R/B=7：1处理下‘早佳8424幼苗的可溶性蛋白含量最高，与对照相比达到显著差异。

2.3 LED光源对西瓜幼苗光合特性的影响

表2显示，各处理与对照在气孔导度上无显著差异。与对照相比，R/B=7：1、R/B=7：2、R/B=7：3下的幼苗光合速率均有所增加，分别增加24，6%、13.7%、14.1%。

2.4LED光源对西瓜幼苗叶片解剖结构的影响

由表3可知，与对照相比，LED光源处理的‘早佳8424幼苗海绵组织厚度无显著差异。IUB=7：3处理下幼苗栅栏组织厚度、叶肉厚度、叶肉组织细胞结构紧密度（CTR）显著增加，栅栏组织厚度增加24.8%，叶肉厚度增加7.3%，CTR增加16.2%。

2.5LED光源对西瓜幼苗气孔特征的影响

由表4可知，不同光源处理下西瓜幼苗气孔大小无显著差异，但气孔密度、气孔开张的长度和宽度存在差异。与R/B=7：1相比，R/B=7：2、R/B=7：3处理下‘早佳8424幼苗叶片气孔密度分别增加8.7%、17.9%。不同光源下幼苗的气孔开张度存在显著差异，随着LED蓝光成分的增加，气孔的宽度逐渐增大，在R/B=7：3下达到最大值。与对照相比，R/B=7：3下气孔开张长度增加15.9%，气孔开张宽度增加17.9%。

3.讨论与结论

3.1LED光源对幼苗形态指标的影响

不同光质会对幼苗的形态结构产生影响。与对照相比，LED光源处理的西瓜幼苗鲜质量、干质量均有所增加，其中在R/B=7：3下表现尤为突出，说明红蓝混合LED能很好促进幼苗有机物的积累。这与前人在萝卜嘲、菊花、生菜、黄瓜等作物上的研究一致。根系对植物的生长起着重要作用，植物根系能吸收、合成、输导水分和养分，并且具有固定植物体的作用。本研究中，R/B=7：3时根体积显著增加，邸秀茹等也发现红蓝混合光源能促进菊花组培苗根系的生长。

本研究表明，LED光源应用到西瓜幼苗上能够起到培育壮苗的作用。光照处理中蓝光成分增加到一定程度（R/B=7：3时），幼苗植株高度显著下降，幼苗壮苗指数显著增加。这可能是因为蓝光的增加抑制了幼苗植株高度的伸长，促进了茎粗度的增加。这与菊花、番茄、青蒜苗上的结果一致。在相同的光照强度下能够激发出更多被幼苗所吸收的有效光谱，壮苗指数更高。西瓜种苗易徒长，R/B=7：3处理下壮苗的培育对于西瓜种苗集约化生产具有重要的经济价值。

3.2LED光源对幼苗生理指标的影响

植物通过叶绿素吸收光能，叶绿素含量多促进植物的光合作用。依靠光合作用提供能量，来满足生存的需要。经过LED光源处理后，‘早佳8424幼苗光合速率、气孔导度均有所增加。气孔大小指标反应了气孔的分化程度。本研究中，不同LED混合光源处理下，西瓜幼苗的气孔大小与对照无显著差异，与黄瓜、莴苣上的研究结果一致。但随着LED混合光源中蓝光成分的增加，幼苗气孔密度、气孔开张长度和宽度有所增加，这与在菊花、番茄上的研究结果一致。对于蓝光能促进气孔开张度的原因，Kinoshita等认为是通过向光素、隐花色素来调节气孔的开张度，Zeiger等和Kang等认为蓝色吸收类胡萝卜素玉米黄质促进了气孔的开张。本研究中，R/B=7：3处理幼苗叶绿素的含量、气孔密度、气孔开张长度和宽度增加可能是其光合能力增强的重要原因。

可溶性糖、可溶性蛋白在幼苗的生长代谢中起着重要的调节作用，其含量的多少是衡量幼苗质量重要的生理指标。随着LED混合光源中红光成分的减少、蓝光成分的增加，西瓜幼苗可溶性糖含量增加，在R/B=7：3下达到最大。西瓜幼苗经过LED处理后，其可溶性蛋白含量也有所增加。因此，可溶性糖和蛋白含量增加是R/B=7：3处理下壮苗的重要原因。

在叶片结构中，叶绿体主要分布在栅栏组织，海绵组织中含有的叶绿体较少。叶片中栅栏组织厚度大，在叶片结构中所占的比例高，有利于植物进行光合作用。本研究结果显示，PdB=7：3处理下‘早佳8424幼苗栅栏组织厚度、叶肉厚度显著增加，CTR也逐渐增加。西瓜幼苗叶片CTR的增加，意味着栅栏组织在叶片解剖结构中所占比例的增加，更有利于植物进行光合作用。本结果与前人的研究相一致，Li‘等采用不同LED光源对棉花组培苗进行处理中也发现，蓝光有促进叶肉厚度、栅栏组织长度的作用。

综上所述，与对照光源处理相比，LED混合光源R/B=7：3处理下西瓜幼苗矮壮、根系发达；从生理指标上看，叶片叶绿素含量、可溶性糖含量较高，气孔开张度较大、栅栏组织增厚，光合速率提高。因此，合适的红蓝混合LED光源能起到壮苗的作用，其中红蓝光配比为7：3是西瓜幼苗的最优光源配比组合。