LED蓝红光及其组合对水稻秧苗素质的影响

许仁良，张国良，闫元景，石专平，胥帅帅，雷 思，李加伟，程军军

(淮阴工学院 生命科学与食品工程学院，江苏 淮安 223003)



LED蓝红光及其组合对水稻秧苗素质的影响

许仁良，张国良，闫元景，石专平，胥帅帅，雷 思，李加伟，程军军

(淮阴工学院 生命科学与食品工程学院，江苏 淮安 223003)

以自然光和三基色荧光灯(TFL)为对照，采用LED光源，研究蓝光、红光、蓝红组合光(3B:2R、2B:3R) 对水稻秧苗素质的影响。结果表明，LED蓝光抑制水稻幼苗的生长，LED红光促进幼苗的生长，但是单一LED蓝光或红光处理的秧苗综合素质不如LED蓝光和红光搭配的处理。一叶一心期以LED蓝:红为3:2处理的水稻秧苗株高最高，成苗数和整齐度较好。三叶一心期以LED蓝:红为2:3处理的水稻秧苗较高，第三叶的叶长较长，叶面积指数较大，生物量积累的较多，充实度较好，苗较壮，根冠比适宜，发根力较强，秧苗素质较优。

水稻；LED 光源；蓝光；红光；秧苗素质

0 引言

水稻是我国主要的粮食作物之一，近年来随着经济发展水平的提高和水稻育秧设备的升级换代，水稻工厂化育秧技术取得了突飞猛进的发展。水稻工厂化育秧是指借鉴工业化的思路，利用现代农业装备进行集约化育秧的一种生产方式，通过农机与农艺有效结合以及技术工程与生物工程有机结合，按照规范的工艺流程，进行浸种、破胸、催芽、播土(基质)、洒水、(机械自动化)播种、覆土(基质)、控温控湿作业，给种子、秧苗以最适宜的生长条件，实现水稻育秧和供秧的规模化、集约化、规范化、标准化、商品化和社会化[1]。以往对水稻工厂化育秧中的育秧方式[2]、水稻种子播量[3]、育秧基质的厚度和含水量[4]与秧苗化控时喷施的烯效唑浓度[5]等因素进行了研究，但对于多层的立体化育秧，由于育秧架有3～5层，中、下层秧苗往往光照不足，形成弱苗，而人工补光是首选措施[6]。因此，在立体化育秧条件下，研究人工光源与水稻壮秧之间的关系，对于完善水稻工厂化育秧技术体系具有重要意义。

发光二极管(light emitting diode, LED)作为第4代新型照明光源，具有占用空间小、光质纯、光效高、耐久性好、使用寿命长、植物光合作用和光形态建成的光谱范围吻合以及节能环保等优势，可实现高效能、低热负荷和紧凑空间的集约化植物生产[7]。孙庆丽等[6]研究显示LED光源培养水稻是可行的。王国莉等[8]的研究表明红蓝单色LED光源不能作为独立光源用于水稻工厂化育秧。Keiko等[9]发现LED红蓝光4:1处理的水稻生物量明显高于单独红光处理的。张喜娟等[10-11]研究显示在立体化育秧模式中，LED红蓝光3:1、5:1和7:1处理的水稻秧苗素质均比未补光处理的要高，而且夜间补光对水稻秧苗生长的影响更显著。刘晓英等[12]研究显示水稻在LED红蓝光7:4和4:7处理下叶片数较多，生物量较多的分配在地上部尤其在叶片。吴丹等[13]研究表明水稻秧苗偏好红光，且添加短波的红光或绿光有利于秧苗生长，生物量积累较多，秧苗长势较好。以上说明，LED光源可用在水稻立体化育秧的补光方面。因此，在水稻工厂化立体育秧中，用LED红蓝光及其不同组合作为光源，通过测定形态和生理指标研究其对秧苗素质的影响，以期为水稻工厂化育秧提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 供试品种

供试品种为淮稻9号。

1.2 试验设计

水稻采用有机基质育秧，秧盘规格为58cm×28cm×3cm，播种量90g干谷/盘，试验设自然光(CK)、三基色荧光灯(TFL)、LED蓝光(B)、LED红光(R)、LED蓝光:红光比例为3:2(3B:2R)、LED蓝光:红光比例为2:3(2B:3R)共6个处理。每个处理三次重复，随机区组设计。在育秧盘内铺放2.0 cm厚的育秧基质，将芽谷均匀撒播后再覆盖0.5cm厚的基质，播种后浇透水(即基质含水量60%)，出苗前保持湿润，出苗后基质发白前不浇水。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 成苗数和整齐度的测定

在水稻秧苗一叶一心期各处理切取8cm×8cm大小的秧苗板面，统计单位面积成苗数；在播种后15～20d切取8cm×8cm大小的秧苗块统计秧苗整齐度，以各处理群体的平均株高为基准，将秧苗株高在平均值的±10%范围的苗为标准苗，高度大于平均值的10%的苗和矮于平均值10%的苗分别划分为大苗和小苗，统计各种苗在群体的比例。

1.3.2 形态指标的测定

在水稻播种后15～20d，当秧苗长到三叶一心时取样测定株高、各完全展开叶的叶长和叶宽、茎基宽、根数、最长根长、平均根长、平均根宽、地上部和地下部分的鲜重和干重。植株干重采用烘箱105℃杀青15分钟，然后在80℃下烘干至恒重。计算叶面积、叶面积指数、根冠比、秧苗充实度和壮苗指数，叶面积采用长宽系数法(系数为0.75)，叶面积指数为叶片总面积和秧盘面积的比值，根冠比为水稻地下部干重和地上部干重之比，充实度为地上部干重与株高的比值，壮苗指数=茎基宽×地上部干重/株高。

1.3.3 生理指标的测定

采用氮蓝四唑(NBT)光化还原法测定超氧化物歧化酶(SOD)活性，以抑制反应50%的酶量为一个酶活性单位(U)，酶活性单位以U mg-1pro表示；过氧化物酶(POD)的活性采用愈创木酚法，以每分钟A470值变化0.01作为一个酶活性单位(U)，酶活性以U min-1mg-1pro表示；采用碘量法测定过氧化氢酶(CAT)活性，以每分钟分解H2O2的毫克数表示酶活性大小，单位为mg H2O2min-1mg-1pro。丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸(TBA)法测定，单位为nmol g-1FW；用羟氨氧化法测定超氧阴离子自由基(O2-)产生速率，以ΔOD530 min-1g-1FW为单位。

发根力测定是指将秧苗根剪去，将植株基部放在清水中培养发根5d，以长出新生根数较多比较好，计算新生白根数。

1.4 数据分析与作图

用SPSS16.0进行方差分析，使用DUNCAN测验法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 LED红蓝光及其组合对水稻一叶一心期秧苗成苗数、株高和整齐度的影响

由表1可知，不同光源处理对水稻秧苗成苗数影响显著，表现为LED蓝光>LED红光> LED蓝:红为3:2 > LED蓝:红为2:3 > 三基色荧光灯> 自然光，说明LED蓝、红光源更有利于水稻成苗。从一叶一心期株高来看，3B:2R处理的秧苗株高最高，显著高于B处理的秧苗，而B处理的株高又低于CK和TFL处理，说明LED蓝红光合理的组合有利于秧苗生长，而单纯LED蓝光有降低株高的作用。不同光源处理对水稻秧苗整齐度有一定程度的影响，以3B:2R、TFL处理和CK的标准苗所占比例较高，但各处理间差异不显著。

表1 LED红蓝光及其组合对水稻一叶一心期秧苗成苗数、株高和整齐度的影响

同列中标以不同大、小写字母的值分别在0.01和0.05水平差异显著。*:P<0.05,**:P<0.01,ns:不显著。下表同。

2.2 LED红蓝光及其组合对水稻三叶一心期秧苗地上部分形态指标的影响

不同光源处理对水稻第一叶和第二叶的叶长与叶宽的影响不显著，仅表现出三基色荧光灯处理秧苗的第一叶的叶长显著高于LED蓝光处理，第二叶叶长呈现类似的规律，但差异不显著，说明单纯LED蓝光有降低第一叶叶长的作用(表2)；不同光源处理显著影响第三叶叶长，表现为LED红光>三基色荧光灯> LED蓝:红为2:3 > LED蓝:红为3:2>自然光 > LED蓝光，但对第三叶叶宽影响不显著。不同光源处理对水稻第一叶和第二叶的叶面积影响不显著，但极显著影响第三叶的叶面积，表现为LED红光>三基色荧光灯>自然光> LED蓝:红为2:3 > LED蓝:红为3:2 > LED蓝光。以上说明LED红光通过增加第三叶叶长来增加叶面积，LED蓝光通过减小第三叶叶长来减少叶面积。

表2 LED红蓝光及其组合对水稻三叶一心期秧苗完全展开叶叶长、叶宽和叶面积的影响

不同光源处理极显著影响三叶一心期秧苗的株高，表现为三基色荧光灯 > LED红光 > 自然光 > LED蓝:红为2:3 > LED蓝:红为3:2 > LED蓝光。不同光源处理对茎基宽的影响不显著。不同光源处理显著影响第一叶、第二叶和第三叶的叶面积之和(表3)，表现为LED红光 > 三基色荧光灯 > 自然光> LED蓝:红为2:3 > LED蓝:红为3:2 > LED蓝光；不同光源处理显著影响叶面积指数，表现为单纯LED红光和蓝光处理的叶面积指数均大于LED蓝光和红光搭配的处理，并大于三基色荧光灯的处理和CK。

表3 LED红蓝光及其组合对水稻三叶一心期秧苗株高、茎基宽和叶面积的影响

2.3 LED红蓝光及其组合对水稻三叶一心期秧苗地下部分性状的影响

不同光源处理对水稻秧苗根数、最长根长、平均根长和根宽的影响均不显著(表4)，说明不同光源处理对三叶一心期水稻秧苗根系的形态影响不大。不同光源处理极显著影响三叶一心期秧苗发根力，表现为LED红光 > LED蓝光 > LED蓝:红为2:3 > 三基色荧光灯 > LED蓝:红为3:2 > 自然光。

表4 LED红蓝光及其组合对水稻三叶一心期秧苗根系形态指标的影响

2.4 LED红蓝光及其组合对水稻三叶一心期秧苗生物量、充实度和壮苗指数的影响

不同光源处理极显著影响三叶一心期秧苗地上部分鲜重(表5)，表现为LED蓝:红为3:2 > LED蓝光 > LED蓝:红为2:3 = 自然光 > LED红光 > 三基色荧光灯；不同光源处理显著影响三叶一心期秧苗地上部分干重，表现为LED蓝光 > 三基色荧光灯> LED蓝:红为2:3 > LED蓝:红为3:2 > 自然光 > LED红光；不同光源处理极显著影响三叶一心期秧苗地下部分鲜重，表现为自然光 > LED蓝:红为2:3 > LED红光 > 三基色荧光灯 > LED蓝:红为3:2 > LED蓝光；不同光源处理极显著影响三叶一心期秧苗地下部分干重，表现为LED蓝:红为2:3 > 自然光 > 三基色荧光灯 > LED红光 > LED蓝:红为3:2 > LED蓝光。可以看出，LED蓝光处理的秧苗地上部鲜重和干重均较高，LED红光处理的秧苗地上部鲜重和干重均较低；LED蓝:红为2:3处理的秧苗地下部鲜重和干重均较高，LED蓝光处理的秧苗地下部鲜重和干重均较低。

由表5可知，不同光源处理显著影响三叶一心期秧苗根冠比，表现为LED蓝:红为2:3 > 自然光 > LED红光 > 三基色荧光灯 > LED蓝:红为3:2 > LED蓝光；不同光源处理极显著影响三叶一心期秧苗充实度，表现为LED蓝光 > LED蓝:红为2:3 > LED蓝:红为3:2 > 三基色荧光灯 > 自然光 > LED红光；不同光源处理显著影响三叶一心期秧苗的壮苗指数，表现为LED蓝光 > LED蓝:红为3:2 =三基色荧光灯 > LED蓝:红为2:3 > 自然光 > LED红光。以上说明，单一LED蓝光或红光处理，不利于秧苗充实和形成合理的根冠比，LED蓝红光搭配中以LED蓝:红为2:3的处理较好，其根冠比适宜，充实度较好，苗较壮。

表5 LED红蓝光及其组合对水稻三叶一心期秧苗生物量、充实度和壮苗指数的影响

2.5 LED红蓝光及其组合对水稻三叶一心期地上部膜脂过氧化和保护酶活性的影响

不同光源处理对水稻秧苗地上部分的超氧阴离子产生速率影响不显著(表6)，但极显著影响了膜脂过氧化和保护酶活性。MDA含量表现为LED红光 > LED蓝光 > LED蓝:红为3:2 > LED蓝:红为2:3 > 自然光 > 三基色荧光灯；SOD活性表现为三基色荧光灯 > LED红光 > 自然光 > LED蓝:红为2:3 > LED蓝光 > LED蓝:红为3:2；POD活性表现为LED红光 > LED蓝光 > LED蓝:红为3:2 > 自然光 > 三基色荧光灯 > LED蓝:红为2:3；CAT活性表现为LED红光 > LED蓝:红为2:3 > LED蓝:红为3:2 > LED蓝光 >自然光 > 三基色荧光灯。

表6 LED红蓝光及其组合对水稻三叶一心期秧苗地上部分膜脂过氧化和保护酶活性的影响

2.6 LED红蓝光及其组合对水稻三叶一心期根系膜脂过氧化和保护酶活性的影响

不同光源处理对水稻秧苗根系超氧阴离子产生速率和SOD活性的影响不显著(表7)，但极显著影响了MDA含量和CAT活性，显著影响了POD活性。MDA含量表现为LED蓝光 > LED蓝:红为3:2 > LED红光 > 三基色荧光灯 > LED蓝:红为2:3 > 自然光；SOD活性表现为LED蓝光和红光及其组合要低于三基色荧光灯和自然光处理的秧苗，LED蓝光和红光及其组合中以LED蓝:红为3:2处理的SOD活性最低；POD活性表现为LED红光 > LED蓝:红为2:3 > 三基色荧光灯 > LED蓝:红为3:2 > 自然光 > LED蓝光； CAT活性表现为LED红光 > LED蓝光 > LED蓝:红为2:3 > LED蓝:红为3:2 > 三基色荧光灯 > 自然光。

表7 LED红蓝光及其组合对水稻三叶一心期秧苗根系膜脂过氧化和保护酶活性的影响

3 讨论

本研究从一叶一心期株高来看，单纯LED蓝光处理的水稻幼苗较矮，红光较高，但以LED蓝:红为3:2处理的秧苗株高最高，说明LED蓝光和红光合理配比处理有利于秧苗生长。对秧苗整齐度影响的结果也说明3B:2R处理的秧苗整齐度较好，标准苗所占比例最高。

研究还显示不同光源处理对水稻第一叶和第二叶的叶长与叶宽的影响不显著，但显著影响第三叶的生长，说明水稻胚乳营养供应了水稻第一叶和第二叶的生长需要，在第三叶时已经完全转化为异养阶段。第三叶叶长和叶面积均表现为LED红光的叶长和叶面积显著高于其他处理，LED蓝光的叶长和叶面积显著低于其他处理，这也说明红光有促进叶片伸长生长的作用，蓝光有抑制叶片伸长生长的作用，但不同光源均对第三叶的叶宽影响不显著。

研究结果表明，不同光源处理对根系形态指标影响不显著，但却显著影响了水稻幼苗生物量，LED蓝光处理的秧苗地上部鲜重和干重均较高，LED红光处理的秧苗地上部鲜重和干重均较低；LED蓝:红为2:3处理的秧苗地下部鲜重和干重均较高，LED蓝光处理的秧苗地下部鲜重和干重均较低。

研究中，虽然LED红光处理的水稻秧苗地上部分和根系三种抗氧化保护酶活性较高，但其地上部分MDA含量也较高；LED蓝光处理地上部分SOD、CAT酶活较低，根系的SOD、POD酶活较低，其地上部分和地下部分的MDA含量也较高。在本试验中，LED蓝红光组合中，以LED蓝:红为2:3的处理酶活总体较高，MDA含量也较低。

总体而言，从形态指标和生理指标来看，LED蓝光抑制水稻幼苗的生长，LED红光促进幼苗的生长；但是单一LED蓝光或红光处理的秧苗综合素质不如LED蓝光和红光搭配的处理，综合比较，以LED蓝:红为2:3处理的水稻秧苗素质较优。

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(责任编辑：孙文彬)

Effects of LED Blue, Red and its Combinations on Rice Seedlings Quality

XU Ren-liang, ZHANG Guo-liang, YAN Yuan-jing, SHI Zhuan-ping, XU Shuai-shuai, LEI Si, LI Jia-wei, CHENG Jun-jun

(Faculty of Life Science and Food Engineering, Huaiyin Institute of Technology, Huai'an Jiangsu 223003, China)

Using light emitting diode (LED) as light source, effects of LED blue, red and its combinations on rice seedlings quality were studied. the natural light and tricolor fluorescent lighting (TFL) were used as control. The results showed that LED blue light inhibited the growth of rice seedlings and the red promoted the growth of the seedlings. But the rice seedlings quality treated by a single LED blue or red light was inferior to the combination of LED blue and red. At the stage of one mature leaf and one new leaf of rice seedlings, the better ratio of LED blue to red was 3:2, and the resulting seedlings were the highest with more seedlings and better uniformity. At the stage of three mature leaf and one new leaf of rice seedlings, the better ratio of LED blue to red was 2:3, and its seedlings were higher and stronger, the third leaf were longer, leaf area index was larger, the accumulation of biomass was more, the root/canopy ratio was appropriate, the stalk plumpness and the root growth ability was better.

rice; LED light source; blue; red; seedlings quality

2016-05-06

国家星火计划项目(2011GA690138)；江苏省农业三新工程项目(SXGC[2016]158)；江苏省农业科技自主

许仁良(1964-)，男，江苏张家港人，副教授，博士，主要从事作物栽培与生理生态研究。

S511

A

1009-7961(2016)05-0039-06

创新资金项目(CX(12)3036)；江苏省六大人才高峰项目(2012NY037)；江苏省高校杰出青年教师培育聘

专项目(2012)；江苏省高等学校大学生实践创新训练计划项目(201411049038y)