防蛾灯照射对大白菜生长及营养品质的影响

蒋月丽 吕春芳 郝超群 李彤 苗进 巩中军 段云 武予清

摘要：【目的】探究綠黄波段防蛾灯照射对大白菜生长指标、产量及营养品质的影响，为防蛾灯的应用和大面积推广提供科学依据。【方法】分别以565～585 nm波段黄光和515～535 nm波段绿光的防蛾灯照射大白菜幼苗，以不进行光处理为对照，测定大白菜生长指标、成熟期产量及光合色素和代谢产物的含量。【结果】绿黄光照射对大白菜生长指标（根长、株高、叶片数、叶面积、鲜重、干重和成熟期产量）、叶绿素及可溶性糖含量无明显影响，各指标与对照相比无显著差异（P>0.05，下同）;与对照相比，绿光和黄光照射处理极显著提高了大白菜叶片中维生素C含量（P<0.01），分别增加了36.54%和15.00%;游离氨基酸含量以黄光照射处理最高，分别显著高于对照和绿光照射处理33.00%和29.50%（P<0.05，下同）;可溶性蛋白含量以绿光照射处理最高，显著高于对照28.34%，较黄光处理高24.28%，但差异不显著;绿、黄光照射处理后大白菜叶片中粗纤维含量显著增加，分别较对照增加5.1%和5.6%。【结论】绿黄光防蛾灯照射对大白菜生长、产量及营养品质均无负面影响，且可在一定程度上改善大白菜的营养品质，可在大白菜生产中推广应用防蛾灯。

关键词： 大白菜;绿黄光;生长指标;光合色素;代谢产物

中图分类号： S634.1                    文献标志码： A 文章编号：2095-1191（2020）02-0370-06

Effects of moth expelling lights irradiation on the growth and nutrient quality of Chinese cabbage

JIANG Yue-li1， LYU Chun-fang2，HAO Chao-qun3， LI Tong1， MIAO Jin1，

GONG Zhong-jun1， DUAN Yun1， WU Yu-qing1*

（1Institute of Plant Protection，Henan Academy of Agricultural Sciences/Henan Key Laboratory of Crop Pests Control of Henan Province/IPM Key Laboratory in South of North-China，Ministry of Agriculture and Rural Areas， Zhengzhou 450002， China; 2College of Life Science， Henan Agricultural University， Zhengzhou  450002， China; 3Henan Academy

of Agricultural Sciences， Zhengzhou  450002， China）

Abstract：【Objective】The present experiment was conducted to study the effect of green and yellow lights irradiation on growth indexes， yield and nutrient quality of Chinese cabbage， in order to provide a theoretical basis for moth pests control by green and yellow light. 【Method】The growth indexes， yield， photosynthetic pigment content and metabolites of Chinese cabbage were investigated by irradiating under yellow light of 565-585 nm and green light of 515-535 nm， and no light treatment was as control. 【Result】The results showed that the effect of green and yellow light irradiation on the growth index（root length， plant height， leaf number， leaf area， fresh weight， dry weight and yield at mature stage）， photosynthetic pigment and soluble sugar content of Chinese cabbage was not significantly different compared with control group（P>0.05，the same below）. Compared with control group， green and yellow light extremely improve the content of vitamin C in Chinese cabbage leaves（P<0.01） improved by 36.54% and 15.00% respectively. The content of free amino acid in yellow light was the highest and were 33.00% and 29.50% higher than control group and green light treatment（P<0.05，the same below）. The content of soluble protein in green light treatment was the highest， and was significantly higher than control（28.34% higher than control）， but was not significantly different from yellow light treatment（24.28% higher than yellow light）. The content of crude fiber in leaves of Chinese cabbage increased significantly by 5.1% and 5.6% in green light treatment and yellow light treatment. 【Conclusion】The results show that the influence of green and yellow lights on the growth， yield and nutritional quality of Chinese cabbage is different， but there is no negative effect， and the quality of Chinese cabbage is improved to some extents. So the light can be promoted in Chinese cabbage planting.

Key words： Chinese cabbage; green and yellow light; growth index; photosynthetic pigment; metabolite

Foundation item： National Key Research and Development Project（2018YFD0201008，2017YFD0200907）

0 引言

【研究意义】利用昆虫趋光性防治害虫一直是害虫物理防治的一种重要手段，具有悠久的应用历史。防蛾灯主要指波长500～590 nm的绿黄光灯，是利用蛾类昆虫复眼对绿—黄光感受器敏感的习性所研制。夜出型蛾类昆虫复眼一般在白天日光照射下处于明适应即“亮眼”状态，复眼被屏蔽色素覆盖，而夜晚处于暗适应即“暗眼”状态，覆盖复眼的屏蔽色素消失。而夜出型蛾类昆虫的觅食、求偶、交尾和产卵等活动均发生在夜间的暗适应状态下，因此当夜间给予一定光照强度的绿黄光照射时，其复眼会维持在明适应状态，从而干扰夜出型蛾类昆虫的日节律，影响其觅食、求偶、交尾、产卵及存活寿命等生物学习性，起到控制其种群繁衍和发展的作用。如棉铃虫成虫在夜间给予505、540和590 nm 3种波长LED光照后，其明适应保持率维持在75%～100%;590 nm的LED光照使其交尾率由对照组的89.1%降至52.5%，从而控制棉铃虫种群的发展（段云等，2009）。大白菜在我国各省大部分地区均有种植，小菜蛾是其种植期间为害较频繁的虫害之一，对大白菜生产造成较大影响，因此，分析防蛾灯照射对大白菜幼苗生长指标及营养品质的影响，对大白菜的生产及防蛾灯的推广均具有重要意义。【前人研究进展】目前，防蛾灯已在日本设施农业和园艺农业生产中大面积推广，很多农作物使用后在防治蛾类害虫方面取得了显著效果（Shimoda and Honda，2013）。近年来我国也陆续开展了防蛾灯在蛾类害虫防治中的研究和应用（蒋月丽等，2018）。防蛾灯是利用蛾类昆虫对波长500～590 nm的光较敏感的习性，以及Beggs等（1986）依据光谱光照对植物生长发育的影响论述而设计。因此，理论上应用防蛾灯防治蛾类害虫期间对植物的生长发育无影响，然而，有少数研究发现，黄色荧光灯光照强度过强会影响某些植物（如菊科）的花芽分化，而LED灯因光谱很窄不会对植物花芽分化造成影响（武予清等，2009）。但根据Beggs等（1986）的研究论述，波长在500～520 nm的绿光可能会在一定程度上影响植物的生理生长，而我国研究者曾报道波长505 nm的绿光灯对蛾类害虫的生物学习性相对黄光有较好的干扰效果（蒋月丽等，2008）。根据Beggs等（1986）的研究，波长在520～590 nm的绿黄光照对植物的生理影响非常小，但亦非无影响。此外，Shimoda和Honda（2013）报道绿色荧光灯与黄色荧光灯相比对植物生理的影响不尽相同。光是植物生长最重要的环境因子之一，对植物生长、生理生化反应、形态建成及营养品质均有重要影响。近年来，有关不同光质对植物影响的研究报道较多，而多数研究集中在植物最敏感波段的蓝光和红光，认为给予小白菜补充一定强度的红光和蓝光，可增强叶片光系统II的活性，提高其光合性能（周成波等，2017）;方临志等（2018）研究红光和蓝光组合光质及单独蓝光对菜用大豆的影响，结果发现对其根系生长和生物量的积累均起到明显的促进作用;刘明飞等（2018）利用蓝、红光质处理茄子幼苗后发现，其在一定程度上促进了茄子幼苗的生长;孟力力等（2018）通过研究单色光红光和蓝光、组合光红蓝黄光和红蓝光处理对彩叶草的影响，发现红蓝光组合更有利于其植株生长、光合色素合成及植株色彩的表达。综上所述，给植物补充适当的光照，对植物的生理生长及营养品质改善具有很好的促进作用。【本研究切入点】目前对于植物不太敏感的绿黄波段光对大白菜生理生长及营养品质影响的研究鲜有报道，因此绿黄波段的防蛾灯对大白菜的影响尚不清楚，而在防蛾灯防治蛾类害虫期间进行防蛾灯对作物生长发育及产量品质影响的评估，对于防蛾灯的推广至关重要。【拟解决的关键问题】采用绿黄波段LED灯模拟防蛾灯照射大白菜幼苗，通过对比测定大白菜幼苗生长指标、成熟期产量、光合色素及代谢产物含量，以评估防蛾灯照射对大白菜生长及营养品质的影响，为防蛾灯的应用和大面积推广提供科学依据。

1 材料与方法

1. 1 试验材料

试验在河南省农业科学院人工气候室内进行。供试作物为大白菜，品种为新乡小包，购于河南省新乡九圣禾新科种业有限公司。挑选大小一致的白菜种子在清水中浸泡4～8 h，播种于蛭石∶草炭∶土=1∶1∶1的基质中。环境条件：自然光照，温度（20±2）℃，相对湿度70%～90%。待大白菜真叶长至3～4叶时置于绿黄防蛾灯下培养。

1. 2 试验方法

1. 2. 1 试验设计 试验以2种不同防蛾灯绿黄光光质为处理组：黄光波长565～585 nm（Y）、绿光波长515～535 nm（G），光强度约100 lx，以不进行光处理为对照。光源距离植株高度20 cm，保持室内温度20～22 ℃，相对湿度50%～60%，光照时间为19：00—次日7：00，每处理6个重复，每盆10株作为一个重复，共18盆。为避免位置对不同重复的影响，每隔3 d各处理随机调换花盆的位置。大白菜进行常规管理。

1. 2. 2 生长指标测定 大白菜生长至60 d时（幼苗期），在每小区内随机选取3株大白菜进行生长指标分析：用直尺测量根长、株高、叶长和叶宽，计算叶面积;用电子天平测定地上部分和根系的鲜重，然后在105 ℃杀青15 min，75 ℃下烘干至恒重后测定干重。待大白菜成熟后，每小区随机选取3株进行测产，按照上述方法分别测定其鲜重和干重。

1. 2. 3 叶绿素含量测定 参照刘萍和李明军（2007）的浸提法测定大白菜叶绿素含量。称取0.2 g去脉的大白菜叶片并剪碎置于25 mL容量瓶中，加入25 mL丙酮—乙醇混合液（丙酮与无水乙醇的体积比为1∶1），将容量瓶置于40 ℃水浴中浸提24 h，此时叶片呈白色，溶液呈綠色，冷却至室温，摇匀后测定溶液在波长645、652和663 nm下的吸光值，依据公式计算叶绿素含量。

1. 2. 4 可溶性糖含量测定 参考王学奎（2006）的方法用蒽酮硫酸比色法测定可溶性糖含量，以1%标准蔗糖液制作标准曲线。

1. 2. 5 游离氨基酸含量测定 参考王学奎（2006）的方法用茚三酮试剂显色法测定游离氨基酸含量，用标准氨基酸制作标准曲线。

1. 2. 6 可溶性蛋白含量测定 采用Bradford法测定可溶性蛋白含量，用牛血清蛋白制作标准曲线。

1. 2. 7 维生素C和粗纤维含量测定 委托河南省农业科学院质量检测中心对绿黄光照下大白菜的维生素C和粗纤维含量进行测定，测定方法参照国家标准（GB 5009.86—2016和GB/T 5009.10—2003）。

1. 3 统计分析

采用Excel 2010进行数据整理，运用SPSS 22.0進行单因素方差分析（One-way ANOVA）和差异显著性分析。

2 结果与分析

2. 1 绿黄光照射对大白菜生长的影响

由表1可看出，不同光处理下大白菜幼苗期的根长、株高、叶片数、叶面积、鲜重、干重和成熟期产量等各生长指标均无显著差异（P>0.05，下同）。表明绿光和黄光照射对大白菜生长均无显著影响。

2. 2 绿黄光照射对大白菜幼苗叶绿素含量的影响

光合色素是植物进行光合作用的物质基础，其含量和组成对植物生长和发育具有重要影响。图1显示，大白菜叶片叶绿素a、叶绿素b含量和叶绿素总量在各光照处理间均无显著差异。表明绿光和黄光照射对大白菜叶绿素含量无显著影响。

2. 3 绿黄光照射对大白菜幼苗叶片光合产物代谢的影响

图2显示，绿黄光照射对大白菜叶片游离氨基酸含量存在显著影响，其中以黄光照射处理最高，显著高于对照和绿光处理（P<0.05，下同），其游离氨基酸含量分别较对照和绿光处理高33.00%和29.50%，而对照与绿光处理间无显著差异;绿黄光照射对大白菜叶片可溶性蛋白含量存在一定影响，其中以绿光照射处理最高，显著高于对照28.34%，较黄光处理高24.28%，但差异不显著，黄光照射处理与对照差异也不显著;绿黄光照射对大白菜叶片可溶性糖含量无明显影响。综上，绿黄光照射可提高大白菜叶片游离氨基酸和可溶性蛋白含量，而对可溶性糖含量无显著影响。

2. 4 绿黄光照射对大白菜幼苗叶片维生素C含量的影响

由图3可看出，不同光处理下大白菜幼苗叶片维生素C含量存在极显著差异（P<0.01），其中以绿光照射处理最高，其次为黄光照射处理，绿光和黄光照射处理与对照相比，维生素C含量分别提高36.54%和15.00%。可见，绿光和黄光处理均可提高大白菜叶片维生素C含量，且绿光效果更明显。

2. 5 绿黄光照射对大白菜叶片粗纤维含量的影响

膳食纤维作为一类营养素，在维持人体生理功能和改善消化道功能方面具有重要作用。图4显示，与对照相比，绿光和黄光照射处理后的大白菜叶片中粗纤维含量显著提高，分别比对照增加5.1%和5.6%，而绿黄光照射处理间的大白菜叶片粗纤维含量无显著差异。表明绿黄光照射可显著提高大白菜叶片的粗纤维含量。

3 讨论

光照是高等植物重要的能量来源之一，是影响光合作用及光合色素含量的重要因子，光质的不同可能影响植物的生长、光合色素合成及营养品质等。如利用蓝光、红光和蓝红光对油菜幼苗补光，能不同程度促进油菜幼苗的生长（李慧敏和陆晓民，2015），蓝光影响欧白芥、高粱和黄瓜（童哲，1989）、不结球白菜和陆地棉组培苗（Li et al.，2010）、水稻幼苗（郭银生等，2011）、烟草（柯学等，2011;苏俊等，2014）等的叶绿素积累及合成，在蓝红光基础上添加单色的绿光和黄光可提高樱桃番茄幼苗叶绿素含量（刘晓英等，2010）。Tanaka等（2015）发现红光处理兰科植物可促进其叶片生长，但叶绿素含量降低，而蓝光处理后其叶绿素含量较高。也有少数研究发现黄光和绿光对植物光合色素存在明显影响，如Casierra等（2014）发现用不同光质处理草莓后，黄光促使草莓叶片中类胡萝卜素含量明显升高，而蓝、绿和红光明显降低了叶片中类胡萝卜素含量。但不同植物在接受相同光照处理后的影响可能存在差异，本研究发现，白菜幼苗的叶绿素含量在经过绿黄光处理后，与对照相比无显著性提高，说明绿黄光照射对大白菜幼苗的叶绿素含量并无明显影响。截至目前，尚无关于绿黄光照射对大白菜光合色素影响的研究报道，因此本研究为首次报道，研究结果初步说明防蛾灯在白菜田防治蛾类害虫期间，不会影响大白菜的叶绿素含量，然而对其他两种光合色素的影响，以及增加绿黄光光照强度或改变绿黄光照射周期对大白菜光合色素的影响，还有待进一步探究。

蔬菜和水果中一般都含有可溶性糖、可溶性蛋白、多种维生素及其他营养物质。已有研究发现光质对高等植物中碳水化合物代谢及蛋白质生成有明显调控作用（Kowallik，1982），对高等植物的生长及果实等产物的糖类和可溶性蛋白的生物合成具有显著影响。光合产物的代谢与作物产量和品质相关，作为碳水化合物代谢和暂时贮藏的主要形式，可溶性糖含量的变化可反映植株的碳素代谢状况（陈仕江等，2005），为植物的生长发育提供能量和代谢中间产物并具有信号功能（王嘉佳和唐中华，2014）。光质也调控着高等植物的氮代谢（陈仕江等，2005），如相对于其他光源，蓝红组合光下的番茄叶片可溶性蛋白含量最高（常涛涛等，2010）。Shen等（2014）研究发现蓝红光组合条件下生菜的碳水化合物和维生素C含量增高，而硝酸盐浓度较低，总体上提升了生菜的营养品质。此外，补充蓝光照射能显著提高豌豆苗和萝卜芽苗菜的维生素C含量（张欢等，2009;张立伟等，2010）。本研究结果表明，在绿黄光处理后，与对照相比大白菜的可溶性糖含量无显著提高，维生素C含量极显著升高，而黄光处理后游离氨基酸含量显著提高，绿光处理后可溶性蛋白含量也显著提升，从总体上提升了大白菜的营养品质。虽然本研究与前人研究所采用的光波不同，但与前人的研究结论一致，说明适当补光对大白菜营养品质的提升具有积极作用。

4 结论

应用防蛾灯防治大白菜田蛾类害虫期间，防蛾灯照射对大白菜的生长指标、产量、光合产物及营养品质均无负面影响，且可在一定程度上改善大白菜的营养品质，可在大白菜生产中推广应用防蛾灯。

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