不同光周期对水培生菜生长和品质的影响

孙朝华，李 开，雷喜红，秦 清

（1.京东方后稷科技（北京）有限公司，北京 100043；2.北京市农业技术推广站，北京 100029）

光是植物生长不可缺少的条件之一，不仅是植物进行光合作用必需的能源，也是影响植物信号传导的主要因素，同时还是植物形态建成的必要条件，对植物的生理活动、生长发育、产量品质等起到十分重要的调节作用[1-2]。生产中如何解决温室大棚弱光寡照，达到叶菜优质、高产的目标是水培生菜无土栽培的核心问题。国内外学者在LED光质调控叶菜、果菜、芽苗菜、组培苗和种苗的生长发育方面做了大量的研究[3-6]，证实了LED光质调控对植物幼苗的生物学效应。多篇研究报道证明，延长光照时长有助于叶菜生长速率和产量的提升，主要表现为：提高株高、叶面积和植株干鲜质量[7]，还可改善可溶性糖和硝酸盐含量等品质指标[8-9]；同时也有助于果菜提早开花，提高叶片生长速度、植物干物质含量[10]。

温室种植的水培叶菜，因地区和季节带来的光照变化，生长周期延长，叶片颜色、叶片性状和株型不稳定，而通过使用LED光源，可以使水培叶菜的生产优势更为突出。本试验在前人的研究基础上探究不同光周期对水培生菜生长和品质的影响，探讨奶油生菜对光生长环境的需求关系，为发展水培叶菜工业化生产光环境调控技术和研发设施栽培领域LED光源提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试生菜品种为“绿碟”（下文中统一称为“奶油生菜”），购自上海惠和种业有限公司。

1.2 试验方法

试验于2018年4—5月在北京市大兴区京东方植物工厂人工光种植区进行。种子经浸种催芽后播种于“FACAL”育苗基质中，待“奶油生菜”幼苗6叶1心时，定植于浅液流栽培槽。试验区域白天温度为（24±2） ℃，夜温（18±2） ℃，湿度为60%±5%。

LED光源灯管红蓝比（R/B）为7∶1，红光波长为660 nm，蓝光波长为450 nm，光量子密度为154 μmol/（m2·s），光源到种植板30 cm。光谱和光强采用台湾Asensetek LED光谱仪测定，光照度为10 717 lx。光周期设7、10、13、16 h/d 4个处理，试验采用日本山崎（生菜）配方和通用微量元素配方，每个处理定植96棵生菜，定植30 d后采收。

1.3 测定指标及方法

各处理均选择长势一致的5株植株，每5 d检测1次，测定指标及方法如下：株高、主根长、最大叶长、叶宽、茎高用直尺测量，单株质量、地上部鲜质量使用电子天平测定，根鲜质量、地上部干质量、根干质量使用千分之一分析天平测定。定植后20、25、30 d测定生菜焦边率。根冠比＝根鲜质量/地上部鲜质量；地上部含水量＝（1-地上部干质量）/地上部鲜质量×100%；焦边率＝焦边棵数/总棵数×100%。

定植30 d后测定品质指标。叶绿素含量用无水乙醇∶丙酮＝1∶1（V∶V）溶液提取测定；蛋白质含量采用考马斯亮蓝法测定；可溶性总糖采用铜还原碘量法检测；总膳食纤维检测方法参照GB 5009.88—2014；维生素C含量的测定参照GB 5009.86；亚硝酸盐参照食品安全国家标准GB 5009.33—2016《食品中亚硝酸盐与硝酸盐》进行测定。

随机取样，生长指标及营养品质指标设3次重复，试验数据的处理和做图在Excel中进行，采用SPSS对试验数据进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同光周期对奶油生菜形态的影响

不同光周期对奶油生菜的形态指标影响如图1所示。光照时长同株高呈正相关，定植30 d时，光照时长越长株高越高，光照16 h/d比光照7 h/d显著增高42.6%（图1-a）；平均茎高随着光照时长延长而增加，4个光照处理间没有显著性差异（图1-b）。定植后每5 d记录生菜形态，结果表明同一定植时间（30 d），光照时长越长，株高和茎高越高；直立型株型，株高越高，主根越长（图1-d、图2）。

记录不同定植时间叶片数的变化，发现同一定植时间，叶片数均随光照时长的延长而增加（图1-c）。光照时长短时奶油生菜叶片呈细长状，光照时长增加叶片随之变得宽大，定植30 d时，叶宽在光照16 h/d时比光照7 h/d显著增长27.8%（图1-f）；光照10 h/d在定植30 d时，最大叶表型最大，最大叶长、叶宽均比其他处理长（图1-e、1-f）。

定植20 d时光照13 h/d和16 h/d处理下的奶油生菜出现了轻微的焦边，其中光照16 h/d时焦边率达到了80%，25 d时光照13 h/d和16 h/d焦边情况持续存在，25 d以后焦边率没有增长，光照13 h/d为23%，光照16 h/d为82%（表1）。说明光照时间过长会引起奶油生菜出现焦边情况，光照超过10 h/d会出现不同程度的焦边，光照时间越长焦边越严重。

表1 光周期对奶油生菜焦边率的影响

2.2 不同光周期对奶油生菜产量的影响

不同光照时间对奶油生菜定植30 d时的产量指标影响如表2所示。光照时长缩短为7 h/d时单株质量、地上部鲜质量均显著低于其他光照处理，相比光照10 h/d处理，单株质量显著降低34%，地上部鲜质量显著降低35%。光照16 h/d地上部干质量最大，含水量最低，干物质含量最高。10、13、16 h/d光照处理时单株质量和地上部鲜质量差异不显著，地上部干质量随着光照时间延长而增加。光照延长加快了根部的生长，干物质增多，地上部含水量降低，保证光照时长为10 h/d可以达到奶油生菜的产量要求，短时间光照（7 h/d）会影响奶油生菜的产量。

2.3 光周期对奶油生菜品质的影响

不同光照时长对奶油生菜品质影响如表3所示。奶油生菜的蛋白质、亚硝酸盐含量随着光照时间的延长而降低；而总膳食纤维、叶绿素含量随着光照时长增加而增加；维生素C、可溶性总糖含量随光照时长的增加呈先增加后降低趋势。

光照10 h/d时蛋白质含量为15.2 g/kg；光照10 h/d时可溶性总糖含量最高，比光照13 h/d提高14%，但差异不显著；维生素C在光照10 h/d时含量最高，光照短于10 h/d维生素C含量降低3%，光照长于10 h/d维生素C含量降低6.0%～6.7%。

3 结论与讨论

光照16 h/d比光照7 h/d能够使奶油生菜的株高增长42.6%，最大叶宽增长27.8%。奶油生菜于光照10 h/d产量最高，之后增加光照时长对其产量指标的影响没有显著变化。光照时长超过10 h/d奶油生菜叶片出现不同程度的焦边，虽然延长光照可以提高叶片数，但同时也增高了奶油生菜的株高和茎高，影响了原有的株型美观度。此外，奶油生菜的维生素C含量在光照10 h/d时含量最高，光照太短或过长都会抑制维生素C的合成。因此，光照时长为10 h/d时奶油生菜的产量、品质最佳。

很多研究证实，增大光照度能显著提高蔬菜产量，但照度过高又会产生抑制现象。低光照度处理下生菜出现较严重的抽薹现象，生菜的茎比较细弱，无法直立生长，叶色变淡、叶脉变细，根细长纤细，缺少根毛，叶片数减少、叶片细长[11-13]。本试验在光照度一定的情况下从7 h/d开始延长光照时长，研究结果显示光照时长过短导致生菜叶片数少，叶片细长，根量少，主根长侧根少。光照时长超过10 h/d，株高、叶片数、单株质量、叶片鲜质量等产量指标增长不显著。证实了光对植物的影响，即光照度和光照时长呈正相关。光照时间短植物叶片数少，出叶的速度变慢、叶片细长、生育期延长且产量低，但光照时长过长，产量达到平台期，又造成了资源的浪费。

LED光源下光照时间的延长，能够有效地改善生菜品质，促进离子吸收[9]。光照时间的延长能提高可溶性糖含量，降低可溶性蛋白和硝酸盐的含量[14]。本研究表明，奶油生菜光照时间的延长降低了其亚硝酸盐含量；同时还可以提高总膳食纤维和叶绿素的含量；而维生素C和可溶性总糖的含量均在光照10 h/d时最高，光照时长过短或过多反而造成了对维生素C、蛋白质和可溶性总糖合成的抑制。总体而言，光周期设置在10 h/d时有利于促进奶油生菜生长和部分品质改善，同时又可以达到节约能耗的效果。

表2 定植30 d光周期对奶油生菜产量指标的影响

表3 光周期对奶油生菜品质特性的影响

本研究筛选出了水培奶油生菜的最适光照周期，但对水培种植过程中其他条件的管理，如光照度、环境温度、水、液温、通气量、pH值、EC等与光周期之间的关系，均是目标作物生长发育所需的关键条件，这些影响因素都需要进一步深入研究。