不同红蓝光配比LED光源对蔬菜育苗的影响

汪颖，杨新琴，徐沛，何润云，善新民，王玲平，鲁忠富，汪宝根，吴新义，吴晓花*

(1.浙江省农业科学院 蔬菜研究所，浙江 杭州 310021；2.浙江省农业技术推广中心，浙江 杭州 310020；3.柯城区蔬菜技术推广中心，浙江 衢州 324000；4.衢州中恒农业科技有限公司，浙江 衢州 324004)

光是植物光合作用的必需品，是影响植物生长发育的关键因素之一[1]。其中，红色和蓝色区域光谱通常被认为是植物光合作用的主要能量来源[2]。光环境是育苗工厂的核心，传统育苗工厂光源以荧光灯、高压钠灯、低压钠灯、金属卤化物灯等为主，但发热量大、光能利用率低。LED(light emitting diode，发光二极管)因其自身优良特性为全人工光照植物育苗工厂的发展提供了良好契机[3]。

LED具有体积小、发热少、节能高效、安全可靠、寿命长等诸多优点[4-5]，目前，红色和蓝色LED光源在设施园艺中的应用逐渐增加，且不同红蓝光比例LED光谱对不同蔬菜幼苗生长具有不同的影响[6-9]。孙洪助等[10]研究发现，不同比例红蓝光下生菜种子萌发和幼苗生长不同，其中以红蓝光比为2∶1和4∶1最佳；林魁等[11]研究发现，红蓝光比为7∶3时最有利于生菜种子萌发和幼苗生长；Pennisi等[9]研究认为，红蓝光配比1∶3为罗勒的室内培养提供了最佳生长条件。

本试验以生产上对育苗需求最为迫切的瓜类蔬菜黄瓜、茄果类蔬菜番茄和十字花科蔬菜西兰花为代表，根据它们对光谱需求的共性和特性，通过改变LED红光和蓝光配比，比较所育秧苗的健壮程度、一致性、生长速度等，确定适合上述作物育苗的通用型LED光谱最佳配比。

1 材料与方法

1.1 材料与处理

黄瓜、番茄、西兰花蔬菜种子由浙江省农科院蔬菜所提供，品种分别为：浙秀303、浙杂809、浙农松花75天。挑选均一、大小一致种子进行实验。LED灯由衢州中恒农业科技有限公司定制，红光(R)与蓝光(B)比值分别为2∶1、3∶1、5∶1、7∶1、8∶1，以日光灯(CK)为对照，使用光强均为120 μmol·m-2·s-1。各种蔬菜种子分别播种于蛭石∶珍珠岩体积比为3∶1的穴盘中，分别置于温室中上述红蓝配比光源下育苗，每天光照8 h，白天温度28 ℃，晚上温度18 ℃，相对湿度为75%。每个处理重复3次，每次重复至少30株苗。

1.2 测定指标

不同植株分别生长至一定大小，取样拍照并测定各个指标。每次重复随机取9株苗，分别用直尺测得不同蔬菜幼苗的株高、最大叶长、最大叶宽、根长；用天平测得不同蔬菜幼苗的鲜重、烘干后测得干重；利用手持叶绿素仪(JC-SPAD-DL叶绿素仪)测定叶绿素含量(SPAD值)；利用叶绿素荧光仪(PAM-2500)测定PSⅡ实际光化学量子效率(ΦPSⅡ)、有效电子传递速率(ETR)、光下最大荧光(Fm′)、光化学量子效率(Fv/Fm)、经过PSⅡ的电子传递情况(Fm/Fo)。

1.3 数据处理与分析

所有数据均采用Excel 2010和SPSS 19进行分析整理并作图。

2 结果与分析

2.1 LED光源不同红蓝光配比对蔬菜培育壮苗的影响

蔬菜壮苗标准一般为幼苗不徒长、茎短粗、节间紧密，叶大而厚。试验表明，不同R∶B比LED光源对黄瓜、番茄、西兰花壮苗培育产生显著影响。从外观形态来看，不同R∶B比下培育的3种蔬菜幼苗均明显好于对照，其中，R∶B比为5∶1时3种蔬菜幼苗生长最健壮，茎短粗、节间紧密、叶大而厚(图1)。从表1～3可以看出，R∶B比为5∶1时，3种蔬菜幼苗的株高最小，最大叶长、最大叶宽、鲜重、干重均为最大，其中黄瓜幼苗的最大叶长、最大叶宽、鲜重、干重分别比对照增加了133.0%、60.3%、305.4%、368.0%；番茄幼苗的最大叶长、最大叶宽、鲜重、干重分别比对照增加了157.9%、205.9%、1301.9%、1211.1%；西兰花幼苗的最大叶长、最大叶宽、鲜重、干重分别比对照增加了215.4%、230.2%、200.0%、200.0%。上述结果表明，R∶B比为5∶1是适合黄瓜、番茄和西兰花这3种蔬菜的LED光谱的最佳配比。此外R∶B比值为7∶1、8∶1、3∶1、2∶1时育苗效果也明显好于对照。

图1 红蓝配比(R∶B比)为5∶1与日光灯(CK)下黄瓜幼苗生长情况

表1 不同R∶B比LED光源下黄瓜幼苗生长状况

注：同列数据后无相同小写字母表示差异显著(P<0.05)。表2～6同。

表2 不同R∶B比LED光源下番茄幼苗生长状况

表3 不同R∶B比LED光源下西兰花幼苗生长状况

2.2 不同红蓝光配比LED光源对蔬菜根系生长的影响

如图2，不同R∶B比LED光源对不同蔬菜根系生长影响不同。R∶B比为5∶1时黄瓜根系生长最佳，表现为粗壮、须根多，根长比对照增加了42.2%；R∶B比为5∶1和7∶1对番茄根系的生长均较好，根长分别比对照增加了2.7和2.8倍；与黄瓜和番茄不同，西兰花根系在R∶B比为2∶1时最长，极显著高于对照以及R∶B比5∶1，说明不同蔬菜根系生长可能需要不同红蓝光谱配比。

同一蔬菜不同R∶B比LED光源处理间无相同小写字母表示差异显著(P<0.05)，图3同。

2.3 不同红蓝光配比LED光源对蔬菜叶绿素含量的影响

如图3所示，黄瓜叶绿素含量(SPAD值)在R∶B比为2∶1、5∶1、7∶1时无显著性差异且均较高，分别为51.64、51.03、50.81，分别比对照增加了31.4%、29.8%、29.3%；番茄叶绿素含量在R∶B比为2∶1、5∶1、7∶1时也无显著性差异，但均显著高于对照，分别比对照增加35.1%、47.8%、42.1%；西兰花叶绿素含量在R∶B比为2∶1、3∶1、5∶1、7∶1时均无显著性差异，分别比对照增加12.1%、11.5%、5.8%、15.0%；说明这3种蔬菜的叶绿素合成对红蓝光谱有要求但不是很严格。

图3 不同R∶B比LED光源下3种蔬菜幼苗的SPAD值

2.4 不同红蓝光配比LED光源对叶片叶绿素荧光参数的影响

表4～6展示了不同R∶B比LED光源下3种蔬菜的叶绿素荧光参数。Fm′表示光下最大荧光。从表中可见，黄瓜在R∶B比为5∶1时Fm′最小，7∶1时Fm′最大，为914.14±48.48，比对照增加6.85%；番茄和西兰花均在对照(日光灯)下Fm′最大，但不同光谱间差异不显著。ΦPSⅡ表示光存在时PSⅡ实际光化学量子效率。从表中可见，黄瓜和番茄在R∶B比7∶1时ΦPSⅡ最大，西兰花ΦPSⅡ却在此配比下最小；西兰花ΦPSⅡ在R∶B比3∶1时最大，且与5∶1时无显著差异。ETR代表着电子传递速率。试验表明，黄瓜和西兰花在R∶B比为7∶1时ETR最小，番茄ETR却在此配比下最大；Fv/Fm是PSⅡ原初光能转化效率，反映植物的潜在最大光合能力。Fm/Fo反应经过PSⅡ的电子传递情况。从表4～6中可以看出，R∶B比LED光源为7∶1时，黄瓜和番茄Fv/Fm与Fm/Fo值均最大，而R∶B比为3∶1时，西兰花Fv/Fm与Fm/Fo值最大。

表4 不同R∶B比LED光源下黄瓜幼苗叶绿素荧光参数

表5 不同R∶B比LED光源下番茄幼苗叶绿素荧光参数

表6 不同R∶B比LED光源下西兰花幼苗叶绿素荧光参数

3 小结与讨论

不同红蓝光配比LED光源对不同蔬菜幼苗生长影响显著。目前，关于红蓝光配比对单一蔬菜幼苗生长的研究较多，例如：Li等[12]研究认为，R∶B比3∶1对油菜幼苗生长最有利；肖春生等[13]认为，R∶B比3∶1烟草幼苗生长最佳；Hernández等[14]研究发现，R∶B比为9∶1时更有利于黄瓜幼苗生长。但是，关于不同蔬菜育苗通用型LED光谱最佳R∶B比的研究甚少。

合适的R∶B比能够有效促进幼苗生长，张诗龙等[15]发现红蓝LED光源处理后生菜的地上部分和地下部分均增加显著，林魁等[11]发现R∶B为7∶3时生菜幼苗生长最佳。本研究结果表明，不同R∶B比LED光源下培育的黄瓜、番茄、西兰花幼苗均明显好于对照，综合分析株高、最大叶长、最大叶宽、鲜重、干重等指标，无论是黄瓜、番茄或者西兰花，R∶B比为5∶1时幼苗生长最好，茎最短粗、节间最紧密、叶最大且厚。根系是植物吸收水分和养分的重要器官，不同R∶B比LED光源对不同蔬菜根系生长产生不同程度的影响。本研究结果表明，R∶B为5∶1时黄瓜根系生长最佳，粗壮、须根多；R∶B为5∶1和7∶1对番茄根系无显著性影响，效果均较佳，但西兰花根系在R∶B为2∶1时最长，其次是R∶B为5∶1时。综合分析不同R∶B比对3种蔬菜生长的影响，发现R∶B为5∶1时的LED光谱最佳。

光合色素是植物光合作用的关键[16]。本研究发现，黄瓜和番茄的SPAD值在R∶B比为2∶1、5∶1、7∶1时无显著性差异且明显高于对照；西兰花在R∶B为2∶1、3∶1、5∶1、7∶1时亦无显著性差异且明显高于对照；说明这3种蔬菜叶绿素合成对不同红蓝光谱反应不敏感，有要求但不是很严格。Fv/Fm是PSⅡ原初光能转化效率，反映植物潜在的最大光合能力，一般植物恒定在0.75～0.85，胁迫条件下该参数明显下降。本研究条件下黄瓜和番茄Fm/Fo都在正常范围，西兰花在R∶B为3∶1和8∶1时也在正常范围，其他配比时Fm/Fo小于0.75，说明此时的西兰花幼苗可能受到胁迫，我们推测可能是此配比光源不太适合西兰花幼苗生长所致。本研究中不同R∶B比下3种蔬菜作物的荧光参数，无论是Fm′、ΦPSⅡ、ETR还是Fv/Fm、Fm/Fo，变化均无明显规律。一方面可能和测定过程是在日光灯下而非生长过程的光谱有关；另一方面，叶绿素荧光仪测定荧光参数是根据太阳光原理设计[17]，我们推测可能并不适用于仅有红蓝光谱的LED光源。刘晓英等[18]曾研究不同光质LED弱光对樱桃番茄光合性能的影响，发现不同光质LED弱光对樱桃番茄Fv/Fm影响不显著；孙洪助等[10]研究不同比例红蓝光对生菜幼苗影响时，也未发现叶绿素荧光参数与不同红蓝光谱配比具有明显规律。

综上研究表明，不同红蓝光配比对不同蔬菜幼苗生长影响显著。本研究以对育苗需求最为迫切的瓜类蔬菜黄瓜、茄果类蔬菜番茄和十字花科蔬菜西兰花为对象，通过分析它们对光谱需求的共性和特性，认为LED光源红蓝光配比为5∶1是黄瓜、番茄和西兰花育苗的最佳配比。