冬春季节育苗温室补光光强对黄瓜幼苗质量的影响

肖苏琪 王冰华 曲 梅 高丽红

（中国农业大学园艺学院，设施蔬菜生长发育北京市重点实验室，北京 100193）

在华北地区，日光温室黄瓜栽培的茬口主要有秋冬茬、越冬茬、冬春茬几种类型，不同栽培茬口的播种期不同。对于秋冬茬，黄瓜播种期多在8月中旬至9月上旬，越冬茬播种期多在9月中旬至10月中旬，这两个时期的温光条件基本上能够满足培育黄瓜壮苗的需求。而冬春茬黄瓜的播种期多在12月上旬至翌年1月中旬，这一时期正处于严冬季节，由于需要揭、盖保温被，温室内光照时间短且光线较弱，如果再遇到雨、雪、雾霾等不良天气，温室内的光照强度和光照时数不足，不利于培育壮苗，进一步可能会影响黄瓜果实品质及产量，降低经济效益。

光强作为重要的环境因子，对植物的生长发育与形态建成具有重要的调控作用，能直接影响幼苗的光合作用，对株高、茎粗和植株的干物质含量等有较大的影响（周治国 等，2001）。弱光条件下，植株多表现为茎粗变细、株高增加、生长量降低（Gizawy et al.，1993），幼苗成苗质量较差（杨兴有和叶协峰，2007）；而随着光强的增加，幼苗成苗质量提高（钟越峰 等，2013）。通过人工补光可改善日光温室光照环境，有利于培育黄瓜壮苗。

之前中国农业大学园艺学院高丽红老师课题组已经研究过不同时段补光对日光温室冬春茬黄瓜幼苗质量的影响（王冰华 等，2017），研究结果显示，在日光温室8：40揭苫、16：00盖苫的情况下，在 6：40～9：40之 间、13：00～16：00之 间 或15：00～18：00之间对黄瓜进行人工补光效果较好，且这3个时段的补光效果没有显著差异，实际生产中多在傍晚进行补光。因此，冬春季日光温室黄瓜育苗时，建议在15：00～18：00之间进行补光。

在已有研究的基础上，课题组进一步研究了不同补光光强对黄瓜幼苗质量的影响，以期综合前后两次试验结果摸索出一个适宜日光温室冬春茬黄瓜育苗的补光策略，从而为实际生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验期间日光温室温光条件

试验于2017年2～3月在中国农业大学西校区科学园2号日光温室中展开。在此期间，日光温室8：20揭开保温覆盖物、16：00落下保温覆盖物，全天的自然光照时长为7 h 40 min。试验期间，日光温室内部温度日变化趋势以及光合有效辐射（PAR）日变化趋势如图1所示。

图1 试验期间温室内光合有效辐射及温度日变化趋势

1.2 试验设备

补光试验所用的补光设备如图2所示。每个补光设备的规格为长×宽×高=1.3 m×0.7 m×1.5 m。补光设备下部放置塑料托盘，用以盛放穴盘，其高度可调整；设备上部为LED组合灯光板。通过调整托盘或灯光板高度以及开关灯管等措施，可以改变到达穴盘苗冠层的人工光强。每个补光设备四周可悬挂黑色遮光布，以防止夜间补光时各处理间相互影响。

图2 补光设备

试验所用人工光源为全光谱LED灯，其光谱组成使用PLA-20植物光照分析仪（杭州远方光电信息股份有限公司）测定，仪器光谱范围350～800 nm，每隔0.1 nm测定1次，相对光谱曲线见图3，由图可知峰值在蓝光区域，波长为453 nm。

图3 LED光谱图

1.3 试验材料与设计

供试黄瓜品种为津优35号；基质配比为草炭∶蛭石∶珍珠岩=2 V∶1 V∶1 V，试验所用草炭为进口品氏草炭，蛭石和珍珠岩为国产；专用72孔黑色塑料育苗盘，长×宽×高=52 cm×28 cm×5.5 cm；幼苗生长期间用山崎营养液配方配制的1倍工作液浇灌，工作液EC值为2.0 mS·cm-1。

由于此试验期间16：00盖苫前外界光照条件较好，能够保证幼苗光合作用的正常进行，所以将本试验的补光时段调整为16：00～19：00。在黄瓜幼苗子叶展平时分别进行不同补光光强处理，各处理设置见表1。

表1 各补光处理设置情况

在补光时，调整灯光板与黄瓜幼苗冠层的距离，以分别达到不同的补光光强。每个补光处理设置3个重复，每个重复包含72株幼苗。试验期间，每天都要调整1次处理内的、不同重复间的相对位置，每两天调整1次不同补光处理间的相对位置，以尽可能减小环境差异对试验造成的误差。

1.4 测定内容与方法

待黄瓜幼苗长至两叶一心时，每个处理分别选取12株代表性幼苗进行各项指标测定。将幼苗捋直，用直尺测定茎基部至生长点的高度即为株高，茎基部至子叶节的高度即为下胚轴长度；利用游标卡尺测量子叶节下1 cm处、平行于子叶轴方向的茎粗；用EPSON Perfection V 800 Photo扫描仪对去了叶柄的第1片真叶、第2片真叶和心叶进行扫描，再用 WinRizo 2007根系分析软件对扫描图像进行分析得到叶面积；先将幼苗各部位在105 ℃烘箱内杀青15 min，然后在85 ℃条件下烘至恒重，再用天平称量各部位干质量。根据以上所测数据，分别计算根冠比（地下部干质量/地上部干质量）、比叶重（第1片真叶干质量/第1片真叶叶面积）和壮苗指数（茎粗/株高×全株干质量）。采用李合生（2000）的方法分别测定幼苗第1片真叶叶绿素、类胡萝卜素、可溶性糖和淀粉含量。

另外，在天气晴朗的一天的9：00～12：00，使用Li 6400光合仪分别测定各处理幼苗第1片真叶的光合参数。测量时仪器参数设置见表2。

表2 Li 6400光合仪样本室参数设置

1.5 数据统计与分析

通过Excel软件对试验数据进行整理，然后利用数据分析软件SPSS 22.0进行单因素显著性分析，方法为Duncan新复极差法，显著性水平为0.05。

2 结果与分析

2.1 不同补光光强对幼苗下胚轴长度的影响

图4 不同补光光强对幼苗下胚轴长度的影响

由图4可以看出，在补光开始时，各处理幼苗的下胚轴长度基本一致。补光开始后的前5 d，各处理幼苗下胚轴长度没有显著差异；之后，对照组幼苗的下胚轴伸长速率明显高于其他补光处理，其次是 T（50）处理；T（100）、T（150）、T（200）处理幼苗下胚轴的伸长速率基本一致且小于对照和T（50）处理。

2.2 不同补光光强对幼苗形态的影响

由表3可以看出，补光显著降低了黄瓜幼苗的下胚轴长度，其中T（100）、T（150）、T（200）处理之间没有显著差异但都显著低于T（50）处理；株高方面，除T（50）处理与对照没有显著差异外，其他3个补光处理均显著低于对照；根冠比方面，只有T（100）、T（150）处理显著高于对照。同时，各补光处理均显著提高了幼苗的茎粗和壮苗指数，显著促进了幼苗第1真叶叶面积、总叶面积和比叶重的增加，且随着补光光强的增加比叶重不断增高。

表3 不同补光光强对幼苗形态的影响

2.3 不同补光光强对幼苗干物质含量及分配的影响

由表4可以看出，补光条件下幼苗各部位干质量均显著高于对照。其中T（200）处理的各部位干质量较高。另外，与对照相比，当补光光强为50μmol·m-2·s-1时，对幼苗的干物质分配影响不显著；当光强在100μmol·m-2·s-1及以上时，补光对干物质分配的影响比较显著。总体来看，补光促进干物质向叶部和根部分配，抑制向茎部分配。

2.4 不同补光光强对幼苗生理指标的影响

由表5可知，补光处理的叶片叶绿素含量显著高于对照。对于类胡萝卜素，除T（200）处理与对照差异不显著外，T（50）、T（100）、T（150）处理均显著高于对照。另外，增加补光之后，幼苗叶片可溶性糖含量降低，其中T（50）、T（100）、T（150）处理与对照相比显著降低。而幼苗叶片的淀粉含量随着补光光强的增加而逐渐增加，T（50）、T（100）、T（150）、T（200）处理的淀粉含量均显著高于对照，分别比对照提高了31.4%、47.7%、48.9%、168.8%。

表4 不同补光光强对幼苗干物质含量及分配的影响

表5 不同补光光强对幼苗生理指标的影响 mg·g-1（FW）

2.5 不同补光光强对幼苗光合指标的影响

由表6可知，补光条件下，幼苗的净光合速率降低，其中T（50）、T（150）2个处理的净光合速率显著低于对照；除T（50）处理的气孔导度显著低于对照外，其他补光处理的气孔导度与对照之间差异不显著。另外，T（50）处理的胞间CO2浓度、蒸腾速率等显著低于对照，而T（100）、T（150）、T（200）处理与对照没有显著差异。

表6 不同补光光强对幼苗光合指标的影响

3 讨论

在蔬菜生产中，育苗是一项相对独立的、对专业要求较高的工作，幼苗质量的高低能够对产量、经济效益等产生很大影响。壮苗指数作为一项评价幼苗生长状况的重要指标，受到水分、养分、有效积温、日夜温差、光辐射累积等（丁长命和王建富，1998）多种因素的影响。其中，光环境调控是设施栽培中对作物生长发育、形态建成等具有重要意义的措施之一（陈炎华和张善端，2013）。本试验结果表明，各补光处理均能不同程度地显著提高幼苗的壮苗指数。这是因为与对照相比，各补光处理的幼苗接收到了更多的光照，光辐射累积量高，光合作用积累的有机物更多，更有利于培育壮苗。

3.1 形态指标

环境的变化能够对植株的形态产生影响，光照作为一项重要的环境因子，它的改变能够对植株形态产生多方面的影响。大量研究结果均显示，充足的光照有利于培育优质壮苗，在光照较弱的环境下幼苗易徒长，尤其是下胚轴易伸长。本试验发现，各补光处理均显著降低了幼苗的下胚轴长度。另外，无论是不同时段补光处理（王冰华 等，2017）还是不同补光光强处理，均能显著促进黄瓜幼苗茎粗的增加，这与丁娟娟等（2015）、陈颐等（2012）的研究结果相似。究其原因，是因为试验所使用的LED光源含有较多蓝光，在此条件下，植株中吲哚乙酸氧化酶的活性提高、生长素水平降低，从而抑制了茎的纵向生长而促进了茎粗的增加（崔瑾 等，2009；倪纪恒 等，2009；朱静娴，2012）。

根系可以吸收土壤中的水分和养分，直接影响植株地上部的生长发育和产量的形成（Martinez et al.，2008）。植物的根系和地上部之间在不停地进行着物质交换与能量交换，以维持植株整体及各自的生长需求。根冠比作为评价幼苗质量的重要指标之一，能在一定程度上反映出幼苗的生长状况以及环境对根系、地上部生长的影响（王艳哲 等，2013）。战吉成等（2002）研究认为，弱光处理会降低幼苗根冠比，而李海云和刘焕红（2013）研究发现，夜间补光提高了幼苗根冠比，二者观点相通。本试验结果显示，各补光处理均在不同程度上提高了幼苗的根冠比。

一般来说，叶面积越大，植物在单位时间内捕获的光能就越多，叶面积的大小能够在一定程度上反映出光合能力的强弱。而植株叶片的形态也显著受到光环境的调控。两叶一心期的黄瓜幼苗，第1真叶为主要功能叶，因此幼苗光合产物的积累主要靠第1真叶。丁娟娟等（2015）研究发现，不结球小白菜植株的叶面积随光照变弱而变小。而本试验结果显示，补光能够显著提高黄瓜幼苗的第1真叶叶面积和总叶面积。

3.2 产物分配

光照对植株形态的影响途径之一是调控光合产物的分配，已经有学者做了不少研究，总结他们的研究结果可知：光照较强时，光合产物更多地流向植物根系，而流向叶片的较少（Poorter & Nagel，2000；Kotowski et al.，2001；Zanetti et al.，2003；Grechi et al.，2007）；遮光条件下，光合产物更多地流向植物叶片，而流向根系的光合产物减少，但流向茎的光合产物的比例并未显著改变（Welander &Ottosson，1998；Feng et al.，2007；Lockhart et al.，2008）。本试验结果显示，当光强为50μmol·m-2·s-1时，幼苗的干物质分配与对照不存在显著差异，这可能是因为补光光强较弱，对光合产物的分配产生的影响很小；而当光强在100μmol·m-2·s-1及以上时，补光对幼苗干物质分配的影响比较显著，总体表现为：补光有利于干物质向叶片和根部分配，而不利于干物质向茎部分配。这与前人的研究结果有一定差异，可能是光强对于不同作物或者品种物质分配的影响有一定的差异。

3.3 生理指标

冬春季日光温室黄瓜育苗时，温室的夜温一般较低，在不加温或保温较差的条件下，幼苗容易遭受冷害侵袭。可溶性糖作为植物细胞内的重要保护物质之一，其含量可直接影响多数植物的耐冷性（胡文海，2001）。本试验结果显示，不同补光光强处理下，幼苗的可溶性糖含量降低、淀粉含量显著增加，这可能是因为与对照相比，补光处理进行光合作用的时间更长，叶绿体中可以合成更多的淀粉；另外，补光处理相比于对照，暗期更短，淀粉水解生成的可溶性糖较少。

叶绿素以及类胡萝卜素作为绿色植物体内的重要色素，它们能将接收到的光能转化为自身生长发育所需的化学能，且两种色素的含量和比例会对植株的光能利用效率产生很大影响（Maxwell &Johnson，2000）。而光照对植株的色素合成起到调控作用，研究表明，在长期光照不足的条件下，植株色素的合成受阻（华劲松 等，2009），限制了光合作用效率的提高，从而不利于光合产物的积累及植株的生长发育；而在自然光照较弱时，适当进行人工补光可以有效促进色素的合成。本试验结果显示，不同补光光强处理均能在不同程度上提高幼苗叶片的叶绿素和类胡萝卜素含量。叶面积增大、色素含量升高，这为幼苗光合能力的提高以及干物质的积累奠定了良好的基础。

4 结论

本试验结果显示：与对照相比，补光处理显著降低了黄瓜幼苗的下胚轴长度和株高〔T（50）处理除外〕，同时也显著增加了幼苗的茎粗、壮苗指数、第1真叶叶面积、总叶面积、比叶重、干物质含量等指标；另外，补光促进干物质向叶片和根部分配，而抑制向茎部分配。对于生理指标，补光显著提高了叶片的叶绿素、类胡萝卜素〔T（200）处理除外〕和淀粉含量，而降低了叶片的可溶性糖含量。若以壮苗指数作为评判各补光处理优劣的标准，则T（100）、T（150）、T（200）处理显著优于对照和T（50）处理，且此3个处理之间不存在显著差异，即补光效果基本一致。从经济、节能方面考虑，推荐补光光强为100μmol·m-2·s-1。

综合王冰华等（2017）试验结果及以上试验结果可知，从生产管理的方便性及经济性考虑，冬春季利用日光温室进行黄瓜育苗时，从盖苫时开始补光，补光光强100μmol·m-2·s-1、补光3 h时，能够培育出较为优质的黄瓜幼苗。