不同LED光源对生菜生长和品质的影响

樊小雪，宋 波，徐 海，陈龙正∗，徐志刚，袁希汉

（1.江苏省农业科学院蔬菜研究所，江苏 南京 210014；2.南京农业大学农学院，江苏 南京 210095）

不同LED光源对生菜生长和品质的影响

樊小雪1，宋 波1，徐 海1，陈龙正1∗，徐志刚2，袁希汉1

（1.江苏省农业科学院蔬菜研究所，江苏 南京 210014；2.南京农业大学农学院，江苏 南京 210095）

试验以生菜为材料，利用LED精量调制光源，设置黄光（Y）、绿光（G）、红光（R）、蓝光（B）和红蓝组合光（R∶B＝3∶1）5个LED光处理，以镝灯白光为对照，探讨了不同LED光源对生菜生长和品质的影响.结果表明：红蓝组合光下生菜植株鲜样质量和干样质量最大，其次是蓝光处理.与对照相比，蓝光和红蓝组合光显著提高了生菜可溶性糖、可溶性蛋白、游离氨基酸和维生素C含量.试验还发现，红蓝组合光显著提高了生菜叶片中硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶活性，从而降低了硝酸盐和亚硝酸盐含量，有效提高了其安全品质.

LED光源；光质；生菜；生长；营养品质；安全性

光质是影响植物生长发育的重要环境因素，对植物生长发育的许多方面有重要影响，如生物量、株高、叶面积、植株形状等［1－3］.在对豇豆幼苗、水稻和香椿苗等多种作物的研究中发现，蓝光有利于可溶性蛋白积累［4－7］.增加蓝光比例还可以促进烟叶的氮代谢，使叶片总氮、蛋白质以及氨基酸含量提高［8］.红光可以促进植物碳水化合物的代谢，提高碳水化合物含量［9－10］.与此同时，红光还可以抑制光合产物的转运过程，促进植株叶片中淀粉的积累［11］.

近年来，新型节能高效的光源发光二极管（light emitting diode，LED）成为研究的热点.与传统光源相比，LED具有冷光源、耗能低、波长固定、光电转换率高等诸多优点.在实际生产中，LED光源光密度和光质（红／蓝光比例或红／远红光比例）等可以调节.使用LED光源结合农作物的需要进行光谱的精确配置，可以促进高效率、高产量、高品质和绿色环保的农作物生产［12－13］.另外采用LED光源能得到解决了以往研究中光质不纯的问题，增加了试验结果的可靠性.本试验通过LED精量调制光质研究其对生菜生长及营养品质的影响，以期探明光质对生菜生长和各项品质的影响，为LED光源在生菜设施栽培上的应用提供理论依据.

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2011年10月在南京农业大学LED植物光源研究中心进行，供试材料为意大利全年耐抽薹生菜.种子经浸种催芽后播于装满草炭＋蛭石＋珍珠岩（3V∶1 V∶1 V）穴盘中育苗，环境条件如下：自然光照条件下，温度（20±2）℃，光周期12h·d－1，相对湿度控制在80%左右.第2片真叶完全展开时，选取形态长势一致的生菜幼苗定植于聚氨酯泡沫育苗块上定植于水培箱中，并置于5种不同光谱能量分布的LED光源和对照镝灯下培养.LED光设置蓝光（B）、红光（R）、绿光（G）、黄光（Y）和红蓝组合光（R∶B＝3∶1）.光强设置为100μmol m－2s－1.利用充气泵供应营养液中氧气，每隔7d更换营养液一次，以园式配方为基本营养液配方，微量元素配方均采用Aron配方.各处理15株，3次重复，光照12h·d－1，处理20d后随机取样测量各项指标.各处理随机选取3株幼苗，每项指标测定设3次重复.

1.2 光谱能量分布

LED光源系统由南京农业大学农学院LED植物光源研究中心自主研制，以日光色镝灯（QB／T3583－99）作为对照.光谱分布如表1所示.

1.3 测定指标及方法

各处理随机选取3株植物测量株高指标，用电子天平称量植株鲜重；于105℃烘箱杀青15min，80℃烘干至恒重称量干重；可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定［14］；游离氨基酸含量采用水合茚三酮法测定［14］；可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝G－250染色法测定［14］；硝态氮含量用硫酸－水杨酸法测定［14］；硝酸还原酶活性用离体法测定［14］，亚硝酸盐含量测定参照秦遂初的方法［15］；谷氨酰胺合成酶活性参照殷召学的方法测定［16］.

1.4 数据分析

所有数据采用Excel 2003进行整理，SPSS17.0软件统计，方差分析采用Duncan’s多重比较法.文中小写字母a、b、c、d、e表示不同处理在0.05水平上的差异显著性.

表1 不同LED光谱能量分布的技术参数Tab.1 Major technique parameters of different light spectral energy distribution under LED

2 结果与分析

2.1 不同LED光质对生菜生物量及形态的影响

由表2可知，与对照相比，生菜植株鲜样质量和干样质量在红蓝组合LED光下最大，分别提高了55.6%和62.5%；其次是蓝光LED处理，提高鲜样质量和干样质量分别为37.7%和25%，红光LED处理提高鲜样质量和干样质量分别为14.8%和12.5%.而黄光LED和绿光LED则明显降低生菜的鲜样质量和干样质量.以上结果表明红光、蓝光以及红蓝组合光是对植物有正面促进效果的光谱.

与CK相比，黄光LED、绿光LED和红光LED显著增加生菜株高；蓝光LED显著抑制株高；红蓝组合LED光与CK没有显著差异.

2.2 不同LED光质对生菜品质指标的影响

由表3可知，光质可以明显影响生菜的品质.红光处理下可溶性糖含量显著高于其他处理，比对照增加了24.1%，红蓝组合光和蓝光分别比对照增加了21.5%和14.3%，而黄光和绿光处理下，可溶性糖含量显著降低.蓝光、红蓝组合光以及红光处理下可溶性蛋白含量显著增加，分别比对照增加了25.2%、5.9%和4.7%，而黄光和绿光处理下，可溶性蛋白含量降低.蓝光和红蓝组合光还显著提高了生菜中氨基酸的含量，分别比对照增加了43.4%和32.8%，其他处理与对照没有明显差异.生菜中维生素C含量在蓝光和红蓝组合光下含量较高，分别比对照提高了29.4%和17.6%，在红光、黄光和绿光处理下含量显著降低.

表2 不同LED光质对生菜生物量及形态的影响Tab.2 Effect of different light quality on morphology and biomass of lettuce seedlings

由表4可知，硝酸盐含量在绿光和黄光下较高，红光和蓝光与对照没有显著差异，而红蓝组合光处理明显降低了硝酸盐含量，比对照降低43.2%.亚硝酸盐的含量与硝酸盐含量趋势一致，也是在红蓝组合光下含量最低.通过对硝酸盐代谢关键酶活性研究发现，红蓝组合光下硝酸盐还原酶活性最高，比对照提高了3倍，蓝光和红光也分别使酶活性提高了1.5倍和1.75倍.与此同时，红蓝组合光也显著提高了谷氨酰胺合成酶的活性，比对照提高了66.7%.可见红光、蓝光和红蓝组合光可以通过提高代谢酶活性来降低生菜的硝酸盐含量，其中红蓝组合光效果最佳.

综合分析可知，相对于对照与其他处理红蓝组合光更能显著提高生菜中可溶性糖、可溶性蛋白、游离氨基酸和维生素C含量，而显著地降低了硝酸盐含量，由此可知红蓝组合处理下生菜营养品质最佳.

表3 不同LED光质对生菜营养品质的影响Tab.3 Effect of different light quality on quality of lettuce seedlings

表4 不同LED光质对生菜安全品质的影响Tab.4 Effect of different LED light quality on safety of lettuce seedlings

3 结论与讨论

大量研究表明，红光和蓝光对高等植物的蛋白质代谢有重要的调节作用，蓝光处理下多种植物的叶片和种子中蛋白质的含量高于红光处理［9，17］.本研究发现蓝光LED处理下生菜叶片中可溶性蛋白和游离氨基酸含量最高，这与前人的研究结果相同.前人研究发现蓝光可以明显促进线粒体的暗呼吸，为氮代谢和蛋白质合成提供能量和碳架［9］；与此同时，蓝光对NR有激活作用，从而为蛋白质的合成提供了较多的可同化氮源［18－19］.因此，蓝光LED有利于生菜可溶性蛋白和氨基酸合成与积累.

糖类是有机代谢的起点物质，是维持生命活动的主要能量来源［20］.前人研究发现，红光提高了番茄、香椿苗和小白菜等［7，21－22］多种蔬菜可溶性糖含量；也有研究报道红蓝组合光提高了水稻幼苗中可溶性糖含量［23］.本研究中也发现红光处理下生菜可溶性糖含量最高，其次是红蓝组合光处理下含量也较高，这与前人研究结果一致.

维生素是人体健康必不可少的营养成分，研究表明蓝光能促进维生素C合成.蓝光处理下，豌豆苗、萝卜芽苗菜和青蒜苗的维生素C含量较高［24－26］.适宜的蓝红光比例同样能有效增加植物维生素C含量［27］.在对油菜的研究中发现，组培苗叶片维生素C的含量在蓝红3∶1处理下最大［28］.本研究发现蓝光和红蓝组合光处理下生菜维生素C含量较高，这与前人研究一致.

光照对植物体内硝酸盐代谢起着极其重要的作用，是决定硝酸盐含量的主要因素之一.硝酸还原酶（NR）和谷氨酰胺合成酶（GS）是NO3－同化过程中2种关键酶［18］.不同光质可以明显改变NR和GS的活性.研究表明，蓝光对NR很可能存在直接的刺激作用，同时红光和光敏色素也可以调控NR活性［29－30］.而GS活性在一定程度上可以由NR活性促进［31］.本试验结果表明，红蓝3∶1LED对生菜NR和GS的活性调控有积极作用，单色的红光和蓝光的效果没有红蓝组合光明显，这可能与光敏色素和隐花色素的互作影响有关.蔬菜中硝酸盐累积是氮素代谢受阻所致，其含量与NR活性和GS酶活性正相关，本研究结果也充分证实这一结论，红蓝组合光提高了硝酸盐代谢酶活性有效降低了生菜中硝酸盐含量.

由于红光和蓝光的光谱能量分布与叶绿素吸收光谱峰值区域一致，因此红蓝组合光对植物的生长发育能产生积极影响，适宜的光谱比例能够充分发挥植物的生长潜力［27，32］，但是适合的比例可能因植物的品种而异.

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责任编辑：高 山

Effects of Different Light Emitting Diodes on Growth and Quality of Lettuce

FAN Xiaoxue1，SONG Bo1，XU Hai1，CHEN Longzheng1，XU Zhigang2，YUAN Xihan1
（1.Institute of Vegetable Crops，Jiangsu Academy of Agricultural Sciences，Nanjing 210014，China；2.College of Agronomy，Nanjing Agricultural University，Nanjing 210095，China）

The study investigated the effects on growth and quality of lettuce under six light treatments：yellow LED（Y），green LED（G），red LED（R），blue LED（B）and the red plus blue light（R∶B＝3∶1）by dysprosium lamp as control（CK）.The results showed that：under combination of red light and blue light，the fresh weight and dry weight were the largest，and the second is blue light treatment.Compared with the control，blue light and the red plus blue light significantly enhanced the content of soluble sugar，soluble protein，amino and vitamin C.The study also showed that the red plus blue light significantly im⁃proved activity of nitrate reductase and glutamine synthetase in lettuce leaf，which reduced the content of nitrate and nitrite and improve the safety effectively.

light emitting diode（LED）；light quality；lettuce；growth；quality；safety

S641.1

A

1008－8423（2015）03－0330－04

10.13501／j.cnki.42－1569／n.2015.09.026

2015－06－22.

江苏省自主创新基金项目（CX（13）2004）；农业部公益性行业（农业）科研专项经费项目（201403032）.

樊小雪（1983－），女，博士，主要从事蔬菜育种与生理生态的研究；∗

陈龙正（1980－），男，博士，副教授，主要从事蔬菜育种与分子育种的研究.