基于LSD分析LED多重光质配比对芦荟生长的影响

2016-05-04文尚胜陈浩伟马丙戌

发光学报 2016年3期

关键词：红蓝增长量光质

符民，文尚胜，陈浩伟，马丙戌

( 1．华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室，广东广州 510640;2．华南理工大学材料科学与工程学院，广东广州 510640)

基于LSD分析LED多重光质配比对芦荟生长的影响

符民1,2，文尚胜1,2*，陈浩伟2，马丙戌2

( 1．华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室，广东广州 510640;2．华南理工大学材料科学与工程学院，广东广州 510640)

利用LED精量调制光源，设置红光、蓝光、红蓝1∶1、红蓝7∶1共4个不同光质配比的LED植物补光灯实验组，以室内自然光(CK)为空白对照组，对芦荟盆栽进行补光处理，基于SPSS软件对实验数据进行LSD多重方差分析，研究不同光质配比对芦荟生长的影响。实验结果表明：红光能促进芦荟叶片的伸长，蓝光有利于促进芦荟叶片厚度的增加，红蓝7∶1光处理下的芦荟生长效果最好，是本次实验中的最佳光质配比。

LED；植物补光灯；农业照明；光色配比； LSD

1 引言

植物的生长发育其实就是基因的表达过程，而基因的表达除了受到遗传因素的影响外，也受到外在环境因子(温度、光、湿度、气体以及病原因子等)的调控。光作为环境影响因子，作为植物光合作用必须的因子，其光周期、光照强度以及光质无时无刻不在影响着植物的生长发育。光质，即光的波长，是光的重要属性。可见光的光谱波长是390～770 nm，而植物的主要吸收光谱为640～660 nm的红光部分和430～450 nm蓝紫光部分[1]。在自然环境中，随着气候的不断变化，照射到植物表面的可见光光谱组成也是在不断变化的[2]，这就为人工光源补光提供了可能。随着设施农业的发展，人工光源(主要有高压钠灯、荧光灯、金属卤素灯、白炽灯等)在设施生产中己成为必要的光调控手段，但这些补光光源都具有能耗较大、运行费用高且与植物光合作用所吸收的光谱不能很好地匹配的缺点。作为新型照明光源，LED具有光电转换效率高、节能环保、使用直流电、体积小、耗能低、波长固定等优点[3]，很适合作为植物补光光源。1982年，日本三棱公司就有关于将波长650 nm的红色LED光源作为温室番茄补光光源的报道[4]。目前，LED光源已成功用于多种植物的栽培实验，如莴苣[5-7]、甜椒[8-9]、水稻[10]、小白菜[11]、石斛[12]和草莓[13]等。

芦荟，是一种集药食、美容保健和观赏于一体的重要经济植物，生性喜阳、畏寒，冬季多用于大棚温室培养[14-15]。SPSS为一款统计分析软件，由美国斯坦福大学的3位研究生共同研制开发，并借助于数据管理窗口和主窗口的Data、File、Transform等菜单完成。方差分析(Analysis of variance，ANOVA)，又称“变异数分析”或“F检验”，用于两个及两个以上样本均数差别显著性检验[16]。本实验设置了不同光质比的LED补光光源，在模拟温室的条件下对芦荟盆栽进行培育，对其数据基于SPSS软件进行LSD多重方差分析[17](P<0.05)，研究其对温室芦荟的生长发育的影响，从而为设施栽培中芦荟生长发育所需的光环境提供相应的科学参考。

2 材料与方法

2.1 实验材料与实验设计

实验所用植物材料为市场上购买的健康的统一规格的芦荟盆栽，于2015年在自行搭建的模拟温室平台进行实验。植物补光灯选用KW-ZW-14W型号的LED平板灯，工作电压为220 V，功率为14 W。LED光处理：红光(225颗LED红灯珠)、蓝光(225颗LED蓝灯珠)、红蓝1/1(113颗红珠和112颗蓝珠)、红蓝7/1(195颗红珠和30颗蓝珠)。其中，LED红色灯珠的峰值波长为625 nm，LED蓝色灯珠的峰值波长为460 nm。其他实验仪器还有100 mL量筒、20 cm直尺、精度为0.02 mm的游标卡尺、数字光度计MS6612及室内温度计等。

在模拟温室平台下，以室内自然光为对照光源。室内温度、照度和湿度变化如图1所示。每组补光光源处理两盆芦荟盆栽，保持每组补光光源处于同一水平高度，设定补光光源时间为7:00 am～7:00 pm共11 h的补光时间。

图1 15 d内室内温度(a)、照度(b)和湿度(c)变化情况。

Fig.1 Changes of room temperature (a), illumination (b), and humidity (c) in 15 d, respectively.

2.2 测定项目与数据处理

测量每组芦荟株高，并随机选取4片正在发育中的芦荟叶片，测量其叶长、叶宽和叶厚，每5 d测量一次，为期15 d。每次于上午10:00 am测量，数据记录采用Excel2003，采集的数据利用origin8.5.1和SPSS19.0进行整理和分析，采用多重比较LSD法进行方差显著性分析(P<0.05)。

3 结果与讨论

3.1 不同光质对芦荟生长的影响

芦荟(Aloe)喜光，为多年生常绿肉质多汁草本植物。其生长发育状况可从其株高、叶长、叶宽和叶厚来判断。图2为不同光质比处理下的芦荟各项指标的生长增长量，可以看出不同光质配比处理的芦荟生长发育状况是不一样的。从总体情况来看，光质比R∶B=7∶1 的LED补光灯处理下的芦荟各项指标最好，其他各组芦荟的生长状况各有不同，而空白对照组的一盆芦荟在第10天时死亡，数据不计。

图2 15 d内不同光质配比处理下的芦荟株高(a)、叶长(b)、叶宽(c)和叶厚(d)增长量。

Fig.2 Height (a), leaf length (b), leaf width (c), and leaf thickness (d) of aloe under different light qualities ratio treatment in 15 d.

由图2(a)可知，不同光质比处理下的株高的增长量分别为R∶B=7∶1组>R∶B=1∶1组>Red组>Blue组；由图2(b)可知，叶长的增长量为R∶B=7∶1组>Red组>Blue组≈R∶B=1∶1组；由图2(c)可以看出，除了R∶B=7∶1光处理下的芦荟外，其余各组的芦荟叶宽的增长量相差不大，有待进一步验证；由图2(d)可以看出，叶厚的增长量为R∶B=7∶1组>Blue组>Red组>R∶B=1∶1组。

3.2 LSD多重方差比较法显著性分析

最小显著差数(Least significant difference，LSD)是均差达到差异显著水平的临界值。当均差大于或等于该临界值时，为差异显著；小于该临界值时，则为差异不显著。最小显著差数通常是在实验结束后统计分析出来的[18]。或者再通过查表得到t分布双尾概率，再用计算出的概率与显著水平比较，如果大于显著水平α，则说明这两个水平间显著差异不明显；如果小于显著水平α，则说明这两个水平之间显著差异[19]。

(1)

(2)

本实验数据采用单因素方差分析，用1、2、3和4来代表红光组、蓝光组、红蓝1∶1组和红蓝7∶1组，基于SPSS软件对实验数据分别进行LSD方差多重比较显著性分析，得到各数据的显著性概率，以此来获取本实验最合适的实验结果。

实验数据经过处理后，可得到表1和表2。由表1 可以看出各组水平之间的显著性概率都大于0.05，即组间的差异性不显著，也即是不同光质配比处理下的芦荟株高和叶长的增长量差异不显著。但是从均值来看，4代表的红蓝7∶1组最大，所以在表1中我们还是将增长量均值最大的红蓝7∶1组作为最佳组。由表2叶宽数据可知，只有水平4与其他水平的显著性概率小于0.05，即水平4与其他水平差异显著；而且水平4的增长量均值最大，即红蓝7∶1处理下的芦荟叶宽增长量相对于其他光处理增长量差异最显著。而由表2叶厚数据可知，水平4只相对于水平3差异显著，即红蓝7∶1处理下的芦荟叶厚增长量效果比红蓝1∶1处理下的要好，而且差异很大。而且，水平4的芦荟叶厚增长量均值为最大。所以我们仍选取4为最佳组。综上，水平4(即R∶B=7∶1)为本实验的最佳光质配比。

表1 LSD处理下的株高、叶长均值差值和显著性

表2 LSD处理下的叶宽、叶厚均值差值和显著性

*以上表格均值差的显著性水平为 0.05。

4 结论

在单色光质中，红光(Red)能促进芦荟叶片的伸长，蓝光(Blue)有利于促进芦荟叶片厚度的增加。从复合光质的角度来看，选取合适的红蓝光质配比对芦荟的生长影响很大，需要选取合适的比例，即红光比例要多于蓝光。红蓝(R∶B=7∶1)复合光色配比处理下的芦荟的各项指标增长量最大，对芦荟生长影响最大。不同的光质通过触发植物不同的光受体，来影响植物的光合特性、生长发育等，而芦荟的生长发育的过程与光质比没有严格的函数关系，所以研究不同补光光质比对芦荟生长的影响是相对复杂漫长而又繁琐的过程。本实验得到的利于芦荟生长的红蓝(R∶B=7∶1)复合光色配比也只是相对较好的一种，是为促进芦荟补光栽培技术所提供的技术理论依据，今后尚需进一步完善以达到更适合芦荟的生长发育所需要的补光光质配比。

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LSD Analysis Based on Multiple LED Light Quality Ratio on Growth of Aloe

FU Min1,2, WEN Shang-sheng1,2*, CHEN Hao-wei2, MA Bing-xu2

(1.StateKeyLaboratoryofLuminescenceMaterialsandDevices,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510640，China;2.SchoolofMaterialsScienceandEngineering,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510640，China)
*CorrespondingAuthor,E-mail:shshwen@scut.edu.cn

Red, blue, R∶B=1∶1, R∶B=7∶1 total 4 different light quality of LED plant lights were set as supplement light sources for potted aloe, and the influence of different light quality on the growth of aloe was researched using the indoor natural light as the blank control group. SPSS software was used for LSD multiple analysis of variance of the data. The results show that the red light source can promote aloe leaf elongation, the blue light source can promote the aloe leaf thickening, and the composite optical quality R∶B=7∶1 is the optimum light quality ratio with the best aloe growth effect.

light-emitting diode; plant light supplement lamp; agricultural lighting; light quality ratio; least significant difference