不同补光时长对草莓开花及产量品质的影响

岳高峰 王丽萍 韩志强

摘要：以草莓品种章姬为对象，利用LED光源对日落后草莓进行不同时长补光试验，研究不同时长补光条件对草莓的生长及果实产量和品质的影响。结果表明，不同时长补光处理对草莓的植株生长、花期质量、开花数量、果实产量和果实品质都有显著的影响。补光时长为6 h时，草莓植株生长发育状况、花期、叶片叶绿素含量、果实产量和果实品质等指标均达到最佳，产生的社会效益和经济效益最明显。

关键词：LED;光照;补光;草莓;品质;影响

中图分类号： S668.401文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2020）18-0144-04

收稿日期：2019-09-18

基金项目：甘肃省自然科学科技基金（编号：2018J2037）;甘肃省临夏州气象局科技项目（编号：201804）。

作者简介：岳高峰（1973—），男，甘肃临夏人，硕士，工程师，主要从事气象灾害防御研究。E-mail：58541534@qq.com。

草莓（Fragaria ananassa Duchesne）为多年生草本植物，性喜光耐阴，目前在我国许多省份都广泛种植。草莓属于蔷薇科（Rosaceae）草莓属（Fragaria）多年生草本植物，因其外形鲜亮，果实甜美，香气宜人和营养丰富而受到群众喜爱，并享有“水果皇后”之美誉[1]。草莓除了作为一种时令果品被群众所喜爱和推崇外，其药用价值和社会经济价值的前景同样非常可观。近年来，草莓因其生长周期短、挂果快、成熟早、成本低、经济效益价值高而在全國的种植栽培面积不断扩大，成为了设施农业中不可缺少的主力军。在春节，大棚栽培草莓采摘上市，成为了最受欢迎的新鲜时令果品之一。

影响草莓生长发育及品质的因素较多，如温度、光照、湿度、施肥、灌溉、生长调节剂使用等[2]。在冬春时节，我国北方普遍日照时数短，光照强度低，加之考虑经济因素，塑料大棚膜体经过多年重复使用，逐年老化，透光性能下降，造成部分大棚设施草莓色泽黯淡、香气不浓、口感欠佳和产量下降等问题。因此，冬春季光照不足成为影响大棚草莓品质的重要问题，研究发现采用人工补光措施，已成为提高大棚草莓质量的一种重要途径。

光是影响植物生长发育不可缺少的重要环境因子，是植物进行光合作用的基础保障[3]。光照对植物的光合特性、形态建成、果实营养及品质都起着决定性作用。光照主要通过不同光强、光质和光照时间调节植物的生长发育过程[4-5]。光照条件与草莓果实品质的优劣密切相关，成为影响草莓果实产量品质的重要环境因素。目前国内外关于光对草莓生长的影响研究多集中于光质对草莓的光合作用[6-8]、植株发育生长[9-11]和果实产量品质[12-15]的影响，而光周期对草莓生长的影响研究较少。光周期对植物的成花诱导和花芽分化具有显著的调控作用[16-17]。如何利用光周期调控植株生长发育并改善果实产量品质则成为了设施农业发展最具有广阔研究前景的一项重要技术。LED作为一种人工补光光源，在设施农业培育方面已得到广泛应用。基于此，本研究通过选取LED光源，设计不同人工补光时长，对草莓的生长状态、花期和果实品质进行试验分析，以期为大棚设施草莓产量和品质的大幅提升提供科学支撑和参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点

试验地点位于甘肃省临夏县北塬乡百益现代农业科技示范园。示范园区位置为35°39′7″N，103°13′29″E，海拔高度为1 958 m，年平均气温为 6.8 ℃，年平均降水量为588.6 mm，年平均无霜期为137 d。

1.2 试验材料

选取章姬草莓（Fragaria×ananassa cv. Akihime）作为试验材料，于2018年9月至2019年6月在临夏百益现代农业科技示范园设施大棚中进行试验。人工补光光源选取30 W正白LED日光灯（深圳市瑞普杰光电有限公司）。叶柄直径、叶片的纵径和横径长度测量使用游标卡尺（桂林安一量具公司）。植株高度、叶柄长度测量使用普通卷尺。草莓果实质量测量使用英衡YH-A6002电子天平称（无锡英衡电子有限公司）。草莓可溶性固形物含量测量使用WYA-ZT自动阿贝折射仪（上海光电光学仪器有限公司）。

1.3 方法设计

2018年9月下旬，选取匍匐茎上健壮的草莓幼苗在大棚中进行定植，按照大棚常规栽培种植方法进行苗期管理。2019年2月16日，将蛭石、珍珠岩、泥炭土与壤土按照体积比 1 ∶1 ∶1 ∶1进行混合作为培养基质，并选取长势均匀且每株含5～6张复叶叶柄粗短的幼苗，移入塑料盆钵（盆高18 cm、直径20 cm）中进行培育。每盆中定植苗4株，除正常浇灌外，每2周追施1次复合有机营养液（成都螯合生物技术有限公司）。保持大棚白天温度在20～24 ℃，夜间8～12 ℃，相对湿度控制在50%～60%。每4盆设为1个区，共分6个区，3次重复。在每1区上方固定高度可调节的光照培养架（材质为普通钢），将LED日光灯固定于光照培养架上，调整培养架高度保持LED灯距草莓上方80 cm处，每区设置1盏LED日光灯。

设计T0、T1、T2、T3、T4共5组补光处理，使用定时器自动控制时间。T0：不进行补光，只使用大棚自然光照;T1：17：00—19：00进行补光2 h;T2：17：00—21：00进行补光4 h;T3：17：00—23：00进行补光6 h;T4：17：00至第2日01：00进行补光8 h。从2月24日开始至4月15日，每3 d进行1次物候期观测，每 7 d 进行1次生长参数测量，观测时间为08：30—08：45，记录草莓生长形态和发育变化。

1.3.1 草莓生长过程测定

在草莓出现花序后，开始连续测量其株高、叶柄、叶片和叶绿素参数，连续观测记录出现的一级和二级花序数量。在草莓成熟后，采摘果实并测定果实的品质参数。

1.3.2 草莓叶片光合色素测定

采用乙醇丙酮浸提比色法测定草莓叶片光合色素含量，并参考Lichtenthaler等的方法[18-19]测量叶片中叶绿素a和叶绿素b的含量。

1.3.3 草莓果实品质测定

参照《水果、蔬菜制 品可滴定酸度测定方法》（ISO750-1981标准）对草莓果实可滴定酸度进行测定。使用WYA-ZT自动阿贝折射仪测定草莓果实可溶性固形物含量。参照Bradford的方法[20]测定果实蛋白质含量。通过计算可溶性固形物与可滴定酸含量的比值得到固酸比值。参照赵世杰的考马斯亮蓝法[19]对果实可溶性蛋白质含量进行测定。参照王学凯的二氯靛酚比色法[21]对果实维生素C含量进行测定。

1.4 数据处理

使用Excel 2010和SPSS 21对数据进行处理和分析。

2 结果与分析

2.1 不同补光时长对草莓生长状况的影响

由表1可以看出，在草莓发育生长期间，随着补光时间的延长，草莓的植株高度、叶柄长度、叶柄直径和叶片的纵横长度均有显著增加。植株高度和叶柄长度在T4达到最大;叶柄直径和叶纵径长度在T3时达到最大;而叶横径长度在T3和T4处理下差异不显著。

2.2 不同补光时长对草莓花期的影响

不同补光时长处理对草莓的一级和二级花序中开花数量的影响差异明显（表2、表3）。由表2可知，不同补光处理中，在花芽分化后最先达到花序显露期的分別为T3和T4，而T0最晚，T1、T2介于T0和T3之间，且T2比T1提前3 d;而始花期、终花期、变色期和成熟期，时间从早到晚排列为T3>T4>T2>T1>T0。一级和二级花序开花数量从多到少排列为T3>T4>T2>T1>T0（表3）。在1周后观测，T3和T4处理开花数量相等，但2周以后，在开花数量上T3处理比T4处理占有优势。

2.3 不同补光时长对草莓叶片叶绿素含量的影响

通过分析不同补光处理对草莓叶片叶绿素含量的影响可以看出，不同补光处理时长对叶绿素含量影响也存在较大差异（表4）。随着补光时间的延长，叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素含量呈现出先增后减的趋势。其中补光 6 h 的T3处理对草莓叶片总叶绿素含量的影响最显著（叶绿素总含量为 2.61 mg/g）。不同补光处理叶片叶绿素含量从高到低依次排列为T3>T4>T2>T1>T0。叶绿素a、叶绿素b含量的变化趋势与总叶绿素变化保持一致。叶绿素a/叶绿素b从高到低的补光处理排序为T1>T0>T2>T3>T4。

2.4 不同补光时长对草莓果实产量的影响

表5数据显示，不同补光处理下草莓平均单果质量、最大单果质量、单株产量和果实的纵横径均得到了提高，呈现出先增后减的趋势，并在T3处达到最大。与T3相比，T4处理下果实产量出现了小幅下降，最大单果质量和单株产量，分别减少了

2.5 不同补光时长对草莓果实品质的影响

可滴定酸、可溶性固形物、蛋白质和维生素C的含量是衡量植物果实品质及口感的重要指标[22]。从表6可以看出，不同补光处理下，可滴定酸、可溶性固形物和维生素C的含量均随补光时长的延长而增长，至T3达到最高，之后有小幅下降。而固酸比也保持了同样的变化趋势。果实的蛋白质含量T0处理最高，随着光照时间的增长，果实中蛋白质含量呈现出减少趋势，在T4处理最小。因此，通过改善和延长光照时长可提高植物果实产量和品质[23-24]。

3 讨论与结论

光是植物生长发育过程中重要的外部环境因子，不同的光周期对植物生长的影响是一个很复杂的过程[25]。我国处于北半球，在冬春季普遍存在日照短、光照强度弱的特点，这对大棚种植的冬春季草莓果实的产量、色泽、口感和品质均造成了很大影响。供试的章姬草莓为典型的设施栽培品种，主要在冬春季节上市。而在日落之后，对大棚种植草莓进行LED光源补光处理，能够显著加快草莓植株生长和花期的提前，同时果实的产量和品质也得到了显著提升。

试验结果显示，在日落后延长人工补光2、4、6、8 h，对草莓植株生长的影响十分显著，随着补光时间的延长，草莓的植株高度、叶柄长度、叶柄直径和叶片的纵横长度均有显著增加。草莓的植株高度、叶柄长度在补光8 h达到最大;叶柄直径和叶片的纵径长度在补光6 h达到最大;叶横径长度在8 h和6 h补光处理无明显差别。人工延长补光2、4、6、8 h对草莓的花期同样影响显著。在延长补光6 h处理下，初花期出现最早，且一、二级花序中花的数量也为最多，而延长补光至8 h对花期的开放和开花数量均产生了不利影响。在植物进行光合作用过程中，光合色素主要承担吸收和传递光能的角色[26]。不同补光时长对草莓光合色素含量的影响差异明显，补光处理的叶绿素总含量均显著高于未进行补光处理的情况，这与刘庆进行试验研究得出结论[27]相一致。随着补光时间的延长，叶绿素含量持续升高，补光6 h处理中草莓叶片总叶绿素含量最高。而叶绿素a与叶绿素b的含量变化趋势与叶绿素总含量变化趋势保持一致。

不同补光处理下草莓的产量呈现出先增长后减少的趋势，平均单果质量、最大单果质量、单株产量和果实的纵横径均在T3处理中达到最大值。而延长光照8 h果实产量出现了小幅下降。可滴定酸和可溶性固形物含量直接影响着草莓的口感，维生素C是草莓果实中重要的组成成分，它是一种天然抗氧化物质成分[28]。延长补光时长，对果实的可滴定酸、可溶性固形物和维生素C的含量影响显著，随着补光时长的延长，果实品质参数在T3达到最高，之后有明显下降。果实的固酸比也保持了同样的变化趋势，即先升后降，在6 h补光处理下质量达到最佳。果实的蛋白质含量在T0处理达到最大值，而随着光照时间的延长其含量反而呈下降趋势。

使用LED光源对冬春季大棚种植草莓在日落后进行延长补光，试验对比发现，补光6 h的处理为最优补光时长，可显著促进章姬草莓的植株茎、叶的生长发育，花期提前，并且一级和二级花序中花的数量显著提升;促进光合色素的含量，同时对果实的品质也有显著促进作用，其中果实的平均质量、大小及果实可滴定酸度、固形物、维生素C、蛋白质含量均有显著增加。这与钟霈霖等学者发表的光周期对草莓植株生长发育及果实产量品质的影响研究结论[2，9，15，27]相一致。

参考文献：

[1]刘雪梅，孟宪军，李 斌，等. 不同解冻方法对速冻草莓品质的影响[J]. 食品科学，2014，35（22）：276-281.

[2]钟霈霖，杨仕品，乔 荣，等. 光照强度对草莓主要品质的影响[J]. 西南农业学报，2011，24（3）：1219-1221.

[3]李永华，王 玮，马千全，等. 干旱胁迫下抗旱高产小麦新品系旱丰9703的渗透调节与光合特性[J]. 作物学报，2003，29（5）：759-764.

[4]苏文华，张光飞，李秀华，等. 光强和光质对灯盏花生长与总黄酮量影响的研究[J]. 中草药，2006，37（8）：1244-1247.

[5]焦雨歆，赵 琦，王雪英，等. 环境因子对植物叶绿体结构的影响[J]. 生物技术通报，2008（2）：5-10.

[6]王丽娟，张学英，徐金娥，等. 不同光质对草莓果实花青苷、酚类物质及类黄酮物质的影响[J]. 河北农业大学学报，2009，32（2）：54-57.

[7]胡 阳，古 松，江 莎，等. 不同光质对达赛莱克特草莓果实品质的影响[J]. 四川农业大学学报，2010，28（2）：164-168.

[8]刘 庆，连海峰，刘世琦，等. 不同光质LED光源对草莓光合特性、产量及品质的影响[J]. 应用生态学报，2015，26（6）：1743-1750.

[9]孙 萍，沈建生，林贤锐. 延长光照时间对立体种植模式下草莓植株生长的影响[J]. 浙江农业科学，2016，57（1）：82-83，89.

[10]Qin Y H，Zhang S L，Asghar S，et al. Regeneration mechanism of Toyonoka strawberry under different color plastic films[J]. Plant Science，2005，168（6）：1425-1431.

[11]Takeda F，Glenn D M，Stutte G W. Red light affects flowering under long days in a short-day strawberry cultivar[J]. HortScience，2008，43（7）：2245-2247.

[12]徐 凯，郭延平，张上隆，等. 不同光质膜对草莓果实品质的影响[J]. 园艺学报，2007，34（3）：585-590.

[13]张 娜，赵 恒，阎瑞香. 不同草莓香气成分贮藏过程中变化的研究[J]. 食品科技，2015，40（12）：286-290.

[14]韩继刚，李晓青，刘 炤，等. 牡丹油用价值及其应用前景[J]. 粮食与油脂，2014，27（5）：21-25.

[15]彭 鑫. 不同光照条件对草莓光合性能与果实品质的影响[D]. 杭州：浙江农林大学，2019.

[16]Yamasaki S，Fujii N，Takahashi H. Photoperiodic regulation of CS-ACS2，CS-ACS4 and CS-ERS gene expression contributes to the femaleness of cucumber flowers through diurnal ethylene production under short-day conditions[J]. Plant，Cell & Environment，2003，26（4）：537-546.

[17]李 程，裴忠孝，甘林叶，等. 光周期对春石斛开花及多胺含量的影响[J]. 植物生理学报，2014，50（8）：1167-1170.

[18]Lichtenthaler H K，Wellburn A R.Determination of total carotenoids and chlorophylls a and b of leaf in different solvents[J]. Biochemical Society Transactions，1983，11（5）：591-592.

[19]赵世杰.植物生理学实验指导[M]. 北京：中国农业科学技术出版社，2002.

[20]Bradford M M. A rapid and sensitive method for the quantitation of micrograms quantities of protein utilizing the principle of protein dye binding[J]. Analytical Biochemisty，1976，72（1/2）：248-254.

[21]王学凯. 植物生理生化实验技术和原理[M]. 2版.北京：高等教育出版社，2006.

[22]陈 强. 不同LED光源对番茄果实转色过程中生理特性及果实品质的影响[D]. 泰安：山东农业大学，2009.

[23]Hidaka K，Dan K，Imamura H，et al. Investigation of supplemental lighting with different light source for high yield of strawberry[J]. IFAC Proceedings Volumes，2013，46（4）：115-119.

[24]阳圣莹，白 胜，蒋浩宏，等. 不同补光处理对设施草莓光合特性及果实品质的影响[J]. 山西农业科学，2016，44（9）：1298-1303.

[25]Powles S B. Photoinhibition of photosynthesis induced by visible light[J]. Annual Review Plant Physiology，1984，35（35）：15-50.

[26]Cornah J E，Terry M J，Smith A G. Green or red：what stops the traffic in the tetrapyrole pathway[J]. Trends in Plant Science，2003，8（5）：224-230.

[27]劉 庆. 不同光周期及光质对草莓生理特性及品质的影响[D]. 泰安：山东农业大学，2015.

[28]Ei K S，Khatab H. Compartive studies on the effects of different light qualities on Vigna sinensis L. and Phaseolus vulgaris L. seedlings[J]. Research Journal of Agriculture & Biological Science，2007，3（6）：790-799.