连续光照及光质对水培生菜生长及营养品质的影响

李聪聪 吉家曾 丁慧霞 陈增举 彭旭

摘要    以罗马生菜为材料，研究在不同LED光质下采前连续光照24、48、72 h对生物量和营养品质的影响。结果表明，连续光照24 h后，生菜叶片中硝酸盐含量大幅下降，随着连续光照时间的增加，硝酸盐含量趋于稳定。地上鲜重、可溶性糖、VC含量在连续光照48 h后增幅最大，之后趋于稳定。可溶性蛋白含量随连续光照时间的增长而轻微下降。R/B=4、连续光照48 h对生菜生物量及营养品质的提高效果最好。

关键词    连续光照;光质;生菜;营养品质

中图分类号    S636.2        文献标识码    A

文章编号   1007-5739（2019）16-0055-02                   开放科学（资源服务）标识码（OSID）

Abstract    Using Roman lettuce as the material，the effects of continuous lighting with different LED light quality for 24 h，48 h and 72 h before harvest on biomass and nutritional quality were studied. The results showed that nitrate content in lettuce leaves decreased significantly after 24 hours of continuous light. With the increase of continuous light time，nitrate content tended to stable. The content of fresh aboveground weight，soluble sugar and vitamin C increased most after 48 hours of continuous light and then stabilized. The soluble protein content decreased slightly with the increase of continuous light time. The R/B value was 4，and continuous light for 48 hours was the best way to improve the biomass and nutritional quality of lettuce.

Key words    continuous light;light quality;lettuce;nutritional quality

植物工廠是一种水肥一体化的高效生产农业系统，但因其营养液及光照因素导致叶菜中的硝酸盐含量过高，营养品质有所降低[1]，对植物工厂的推广不利。其中，光是影响植物硝酸盐含量积累和调控营养品质的重要因素[2-4]。光强、光质、光周期都会影响植物的光合速率，从而影响植物对硝态氮的吸收、转运和代谢过程。王忠全等[5]发现，水培蕹菜硝酸盐含量随着光强的增加而下降。周秋月等[6]发现，生菜中硝酸盐含量积累与光强成显著负相关。随着人工光源LED灯技术的发展，对光质的研究逐渐增多。闻  婧等[7]指出，红蓝比为8的LED混合光下生长的硝酸盐含量最低。目前，在植物工厂中降低叶菜硝酸盐含量最多的方法是采收前连续光照。周晚来等[8]研究表明，采收前使用荧光灯进行72 h连续光照，水培生菜的硝酸盐含量显著降低，同时生菜所含的可溶性糖和抗坏血酸含量显著提高。余  意等[9]研究发现，在红蓝组合光连续光照后，生菜叶柄、叶片中的硝酸盐含量降低，抗坏血酸、可溶性糖及蛋白质含量提高。

生菜作为植物工厂中最广泛栽培的蔬菜[10]，如何调控其营养品质尤为重要。目前，针对不同光质在连续光照条件下对生菜生长的影响研究较少。本试验在强光条件下，研究了不同光质在不同连续光照时间条件下对生菜生长及营养品质的影响，以期为植物工厂环境下叶菜的品质调控提供依据。

1    材料与方法

1.1    试验设计

试验于2018年3—4月在广州市八斗农业科技有限公司密闭水培实验室进行，供试作物为罗马生菜。实验室温度恒定在25 ℃。采用海绵块育苗，15 d后选取长势一致的罗马生菜移栽到水培槽上，每个水培槽种植生菜12株，水培槽距灯光40 cm。灯光采用红蓝复合光，红蓝比为4∶1，总光强为250 μmol/（m2·s），光照时间为12 h。营养液为华南农业大学叶菜改良B配方。长至22 d后，随机取生菜5株作为对照。然后设置连续光照处理，设置3个不同光质，分别为R/B=4∶1（T1）、R/B=1∶1（T2）、R/B=1∶4（T3），在连续光照24、48、72 h后分别取样待测，每个处理3次重复。

1.2    测定方法

每个处理及对照随机取生菜5株，用电子天平测量地上鲜重。取新鲜叶片测定营养品质，硝酸盐含量采用水杨酸分光光度计法测定[11]，可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定[11]，VC含量采用二甲苯萃取比色法测定[11]，可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝G-250比色法测定[11]。

所有试验数据采用Excel 2007与SAS 8.2软件进行统计分析。

2    结果与分析

2.1    采前连续光照下生菜鲜重的变化

由图1可知，在连续72 h光照下，不同R/B下生菜地上鲜重均随着连续光照时间的增加呈现出先增加后轻微下降的趋势。处理T1、T2、T3生菜鲜重在连续光照48 h后增幅最大，比对照分别增加了39.27%、47.61%、14.86%。相同的连续光照时间下，处理T2的地上鲜重均最大，与处理T3差异显著。这表明R/B值为1时更利于提高生菜的地上鲜重。

2.2    采前连续光照下生菜硝酸盐含量的变化

由图2可知，连续光照条件下，生菜硝酸盐含量随着时间的延长而下降，不同R/B的72 h连续光照处理下硝酸盐含量降低了1.79～1.82 mg/g。各处理光质下硝酸盐含量变化过程基本一致，都表现为在连续光照的前24 h中迅速下降，降幅占72 h连续光照下全部降幅的82.9%，此后下降速度逐渐趋于缓慢，硝酸盐含量趋于稳定。在72 h连续光照下不同R/B处理间没有显著性差异。

2.3    采前连续光照下生菜可溶性糖含量的变化

由图3可知，连续72 h光照下，生菜可溶性糖含量呈现先增加后轻微下降的趋势。在连续光照48 h后，生菜可溶性糖含量增幅最大，处理T1、T2、T3比对照分别增加192%、244%、178%。不同光质之间在连续光照24 h时，处理T3与处理T1、T2可溶性糖含量差异显著，在连续光照48 h和72 h时无显著差异。

2.4    采前连续光照下生菜VC含量的变化

由图4可知，连续72 h光照下，生菜VC含量呈现先增加后轻微下降的趋势。在连续光照48 h后，生菜VC含量增幅最大，处理T1、T2、T3比对照分别增加258%、172%、123%。不同光质之间在连续光照24 h时，各处理VC含量差异不显著;在连续光照48 h时，处理T1、T3差异显著;在连续光照72 h时，处理T2与处理T1、T3之间差异显著。

2.5    采前连续光照下生菜可溶性蛋白含量的变化

由图5可知，随着连续光照时间的增长，生菜可溶性蛋白含量呈轻微下降趋势，各光质之间无显著差异。

3    结论与讨论

本研究结果发现，连续光照48 h，地上鲜重含量上升，但连续光照72 h时，地上鲜重比连续光照48 h有轻微下降，与一些学者研究结果不同[8]，这可能是由于本试验采取的光照强度为250 μmol/（m2·s），光强过大而又长时间照射对植物生长产生了光抑制作用。连续光照后，生菜中的硝酸盐含量显著降低。有研究表明，光可诱导硝酸还原酶编码基因的表达并提高硝酸还原酶的活性，从而促进植物硝酸盐同化[12]。此外，光合产物除了提供植物硝酸盐同化所需的能量及碳架外，叶片内糖分的积累也提高了NR活性，这些都促进植物硝酸盐还原同化从而使硝酸盐含量降低[13]。本试验结果发现，在连续光照72 h后，硝酸盐含量比连续光照48 h又出现轻微上升趋势，一方面，可能是因为长时间连续光照引起植物光恶化能力降低和光能等价物的减少，进而引起硝酸盐同化量减少;另一方面，过量的连续光照产生了光胁迫，导致NiR活性迅速下降，为防止亚硝酸盐在叶片中过量积累对细胞造成毒害作用，叶片中的亚硝酸盐通过反馈调节使NR活性降低，最终引起硝酸盐在叶片中的再次積累。也有研究表明，NO3-在调节植物侧根生长、养分吸收、氮素代谢和有机酸代谢过程中有重要作用。因此，植物体内必须维持一定量的硝酸盐，以保证其正常生长发育[14]，这也一定程度解释了连续72 h光照后硝酸盐含量又有轻微上升的原因。

采前连续光照48 h后，生菜中的可溶性糖、VC含量均显著提高。持续光照下，植物开始长时间的光合作用，产生大量碳水化合物，使可溶性糖含量迅速升高。此外，连续的光照又诱导VC合成代谢中多种编码基因的表达和相应酶 活性的增加，从而使VC合成代谢加快，VC含量增加[8]。叶片中可溶性蛋白含量随着采前连续光照时间出现了下降但逐渐保持稳定，这可能是因为过量的光胁迫导致植物细胞结构的破坏及蛋白质等大分子物质的降解。

有研究表明，不同R/B连续短期光照对生菜品质影响不同，红蓝光比在4时最有利于降低水培生菜中的硝酸盐含量而提高可溶性糖含量[15]。本试验也对不同的光质进行了研究。处理R/B=4∶1在连续光照48 h后硝酸盐含量降到最低，VC含量最高，可溶性糖含量随着光照时间增加一直提高。当蓝光比例逐渐增大时，硝酸盐含量降低幅度逐渐减少，这可能是因为硝酸还原酶的辅基有黄素腺嘌呤二核苷酸和嘌呤，而蓝光的受体的生色团就含有黄素和嘌呤，所以蓝光很可能对NR具有刺激作用。

综上所述，通过采前连续光照可以提高生菜的地上鲜重和营养品质。R/B值为4、连续光照时间为48 h时对生菜的营养品质提升效果最好。

4    参考文献

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