LED夜间补光对生菜形态特征和营养品质的影响

陈 瑶，史盼盼，万治成，陈 栅，赵 娜，高志奎，薛占军

（河北农业大学园艺学院，河北 保定 071000）

随着市场需求和蔬菜产业的迅速发展，我国生菜的设施栽培面积逐年增加，与其相配套的无公害生产技术标准、绿色生产技术标准、有机生产技术标准也在不断完善和优化，保证了生菜产品的优质、高产和安全生产；而且，通过露地、塑料拱棚、日光温室和智能连栋温室多种栽培措施的相互补充，保证了生菜的周年均衡供应。但是，无论采用何种栽培设施，均会受到范围大、程度重、持续时间长、发生频率高的雾霾天气的影响，导致设施内光照强度显著降低、光谱组分的有效性明显减弱和光照时间大幅度缩短，严重影响设施生菜的栽培生产。

近些年，采用LED光质对植物进行补光被认为是改善温室内光照条件最直接、最有效的办法[1]。但是，由于硬件成本和能耗成本过高，生物学效应不稳定，致使LED补光技术的推广应用困难重重。为了摆脱这种困窘，研究人员将补光时段从白天转向夜间，结果发现，夜间进行弱光〔10 μmol/（m2·s）〕补光能促进生菜秧苗生长，使壮苗指数得到不同程度的提高[2，3]。一方面，可能与夜间呼吸释放的CO2在弱光下再同化回收有关；另一方面可能与不同光质调控物质代谢有关。

针对设施蔬菜生产期间雾霾频发导致寡照和白天弱光电照补光生物学效应不稳定的问题，以探索生菜新的光照模式为切入点，利用不同的LED光质，采用光补偿点附近的光强 〔10～15 μmol/（m2·s）〕，在夜间时段（18∶00～24∶00） 进行弱光补光处理，研究了不同LED光质夜间补光对生菜秧苗生长、干物质积累分配和营养品质的影响，旨为探索设施蔬菜栽培高效节能补光新技术，提升设施蔬菜对雾霾寡照天气的应对能力，促进设施蔬菜生产从传统型向现代型的转变[4]。

1 材料与方法

1.1 试验材料

生菜品种为美国大速生。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计 2016年在河北农业大学东校区标本园日光温室内，将生菜种子均匀地撒播于事先翻耕好的平畦内，覆土0.5～1.0 mm。待秧苗长至2叶1心时移栽到营养钵内，1棵/钵，遮光缓苗1 d后，进行不同LED光质的夜间补光处理。试验LED光质设蓝光（B，波长442 nm）、绿光（G，波长520 nm） 和红光（R，波长627 nm） 3个处理，补光时段为18∶00～24∶00，光源强度均为 10～15 μmol/（m2·s）；以夜间不补光处理为对照（CK）。每处理30钵，3次重复。白天光照为自然光，其他田间管理措施同常规。

1.2.2 测定项目与方法 生菜达到商品成熟（12～15片真叶）时，进行有关指标的测定。

1.2.2.1 形态指标。每处理随机选取生菜5株，平铺，用直尺测量株高（茎基部至生长最高点的长度）。然后，将根、茎、叶分离，用游标卡尺测量茎粗（茎基部的粗度），用直尺测量所有叶片的长和宽。计算单片叶面积（叶宽×叶长×0.83）。

1.2.2.2 鲜重和干重。每处理随机选取生菜5株，将根、茎、叶分离，用蒸馏水冲洗干净后再用吸水纸将表面水分吸干，分别称量各器官的鲜重；随后将鲜样分装于信封内，置烘箱中105℃杀青15 min，80℃烘干至恒重，称量干重。

1.2.2.3 营养品质。随机选取生菜3株，将倒数第3片叶剪碎后混匀，采用苯酚法测定可溶性糖含量，采用水合茚三酮法测定游离氨基酸含量，采用2，6-二氯酚靛法测定Vc含量。

1.2.3 数据分析 利用DPS和Excel软件进行数据分析，采用LSD法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 LED夜间补光对生菜形态指标的影响

不同的LED光质处理均可提高生菜的叶片数、叶宽、茎粗和单片叶面积，但仅对叶片数影响显著（表1）。蓝光处理的叶片数最多，绿光处理次之，二者差异不显著，但均显著＞CK；而红光处理的叶片数与CK差异不显著。表明采用蓝光、红光和绿光进行夜间补光均可促进生菜叶片数、叶宽、茎粗和叶面积的增加，其中蓝光和绿光处理对叶片数增多效果明显。

不同的LED光质处理对生菜株高、叶长和茎长的影响不同，但与CK差异均未达到显著水平。3种光质处理的株高和叶长差异均不显著，其中，蓝光处理的指标值均＞CK，绿光处理的株高＜CK、叶长＞CK，红光处理的指标值均＜CK；茎长差异达到了显著水平，其中，蓝光处理的指标值最大且显著＞红光处理，而绿光处理与其他光质处理差异均不显著。表明采用蓝光进行夜间补光可促进生菜株高、叶长和茎长的生长；采用绿光进行夜间补光有利于促进叶长和茎长的生长，但对株高生长有所抑制；而采用红光进行夜间补光对生菜株高、叶长和茎长的生长均表现为抑制效应。

综上分析可以看出，蓝光处理对改善生菜形态指标效果最好，该处理下所有指标均高于对照，其中叶片数增加明显；绿光处理次之，除对株高表现为不显著的抑制效应外，对其他形态指标均表现为促进效应，其中对增加叶片数效果明显。

表1 LED夜间补光对生菜形态指标的影响Table 1 Effect of LED fill light at night on the morphology indicators of lettuce

2.2 LED夜间补光对生菜鲜重和干重的影响

不同的LED光质处理对根、叶和茎鲜重的影响不同，除蓝光处理的茎鲜重显著＞CK外，其他指标与CK差异均不显著；最终，全株鲜重＞CK，但差异均不显著（表2）。表明采用蓝光、红光和绿光进行夜间补光处理均可提高生菜的全株鲜重，但效果并不明显。

表2 LED夜间补光对生菜鲜重和干重的影响Table 2 Effects of LED fill light at night on the dry and fresh weight of lettuce

不同的LED光质处理对根、叶和茎干重的影响不同，其中，红光和蓝光处理的叶和茎干重均显著＞CK，而绿光处理仅茎干重显著＞CK；最终，红光和蓝光处理的全株干重显著＞CK和绿光处理，而绿光处理与CK差异不显著。表明采用蓝光、红光和绿光进行夜间补光处理均可提高生菜的全株干重，其中红光和蓝光处理效果明显。

2.3 LED夜间补光对生菜营养品质的影响

2.3.1 对生菜可溶性糖含量的影响 不同的LED光质处理对生菜叶片可溶性糖含量的影响不同，且效果存在显著差异（图1）。其中，红光处理的指标值最高，蓝光处理次之，二者差异显著，且均显著＞CK和绿光处理；而绿光处理的指标值显著＜CK。表明采用红光和蓝光进行夜间补光均可明显提高生菜叶片的可溶性糖含量，其中红光处理的效果明显优于蓝光处理。不同的LED光质夜间补光对生菜可溶性糖含量的影响不同，可能与不同光质对植物体中碳水化合物的吸收、合成和转运影响不同[6]有关。

图1 LED夜间补光对生菜可溶性糖含量的影响Fig.1 Effect of LED fill light at night on the soluble sugar content of lettuce

2.3.2 对生菜氨基酸含量的影响 不同的LED光质处理均可提高生菜叶片的氨基酸含量，但效果存在显著差异（图2）。其中，蓝光处理的指标值最高，显著＞CK和其他光质处理；而其他2个光质处理与CK差异均不显著。表明采用蓝光、红光和绿光进行夜间补光均可提高生菜叶片的氨基酸含量，其中蓝光处理效果明显。

图2 LED夜间补光对生菜氨基酸含量的影响Fig.2 Effect of LED fill light at night on the amino acids content of lettuce

2.3.3 对生菜Vc含量的影响 不同的LED光质处理对生菜叶片Vc含量的影响不同，且效果存在显著差异（图3）。其中，蓝光处理的指标值最高，显著＞CK和其他光质处理；红光处理的指标值＞CK，但差异不显著；而绿光处理的指标值显著＜CK。表明采用蓝光和红光进行夜间补光均可提高生菜叶片的Vc含量，其中蓝光处理效果明显。绿光处理的生菜Vc含量明显较低，与郑冬梅等[7]在樱桃番茄上的研究结果相一致，可能是因为绿光照射影响了Vc合成和分解酶的活性。

图3 LED夜间补光对生菜Vc含量的影响Fig.3 Effect of LED fill light at night on Vc content of lettuce

3 结论与讨论

采用不同的LED光质进行夜间补光，生菜生长和营养品质均存在显著差异。与不补光对照相比，蓝光处理对改善生菜形态指标效果最好，该处理下生菜各形态指标（株高、叶片数、叶长、叶宽、茎长、茎粗和叶面积）均优于对照，其中叶片数增多明显；绿光处理次之，对株高除外的其他形态指标也均具有促进效应，其中叶片数增多明显；红光处理效果最差，对株高、叶长和茎长具有抑制效应，对其他形态指标均表现为促进效应，但与CK效果差异均不显著。光对植物体内的激素具有一定的调节功能，董皓[8]研究表明，红光可以减少植物体内赤霉素的含量，从而缩短节间长度，降低株高。本研究结果支持了上述观点。

与不补光对照相比，采用不同的LED光质进行夜间补光均可提高生菜的全株鲜重和干重，其中，对鲜重影响效果不明显，而红光和蓝光处理可以明显提高生菜的全株干重。

研究表明，采用红光和蓝光连续照射对提高设施土培生菜营养品质效果最佳[9]。不同的光照条件下，植物对碳水化合物的吸收不同，因此，可溶性糖含量存在差异[10]。植物在蓝光下生长蛋白质含量较高[11，12]，原因可能是蓝光显著促进了线粒体的暗呼吸，为氨基酸的合成提供了碳架，从而影响了氨基酸的含量[13，14]。本研究条件下，采用蓝光和红光进行夜间补光均可提高生菜叶片的可溶性糖、氨基酸和Vc含量，其中，红光处理的可溶性糖含量最高，蓝光处理次之，二者差异显著且均显著高于不补光对照；蓝光处理的氨基酸和Vc含量最高，且均显著高于不补光对照和其他光质处理，而红光处理与对照差异不显著。绿光处理下叶片氨基酸含量虽较对照略有增加，但可溶性固形物和Vc含量明显降低，生菜营养品质未能得到提升。因此，在实际生产中建议采用蓝光进行补光，能使生菜叶片的可溶性糖、氨基酸和Vc含量同时得到提高。

参考文献：

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