弱光条件下不同LED光源对西瓜苗生长发育的影响

黄雯，魏猷刚，甘小虎，胡静，徐明喜，阎庆九

(南京市蔬菜科学研究所，江苏 南京 210000)

西瓜是深受我国民众喜爱的一种夏令水果，在我国栽培面积大，但其育苗工作相对于其他瓜果类蔬菜存在较大困难，西瓜是喜光作物，其幼苗在弱光条件下极易徒长，而西瓜的育苗工作多在低温寡照的寒冬或者早春进行。光作为最重要的生态因子之一，主要是通过光强和光质两方面作用对植物生长发育产生影响，光强可以通过对叶片的光合速率、光合产物产生影响，以至影响整个植株[1]，早在1977年Jackson和Palmer[2]曾报道过，在弱光下植株叶片会小且薄，叶色变淡。除光强外，不同的光质对植物形态建成以及幼苗的生长发育也会产生不同的影响，早年间普遍认为蓝紫光(405～490 nm)、红光(610～700 nm)对光合作用贡献率最大，而绿光段(520～610 nm)的光线被植物吸收的比率很低[3]。随着光质的研究越来越多，研究者们逐渐认识到使用单一光质产生的生物学效应也比较单一，如蔡淑芳等[4]报道，红光主要作用于茎和叶片的伸长以及干物质的积累，蓝光主要作用于茎粗增加和根系生长。为筛选出适宜幼苗生长发育的光源，专家们逐渐将研究方向转向了组合光的生物学效应研究，由于单色光之间具有互补和加性效应，复合光质较之单色光质对植物生长更有利[5-6]。纵观目前研究进展，红光和蓝光组合光的生物学效应研究较多，红光与其他光质的组合效应的报道相对较少。本实验选择在弱光条件下采用红光分别与蓝光、绿光以及黄光组合成人工光源，研究各组合光源对西瓜幼苗生长发育的影响，以期为西瓜育苗光环境调控提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与处理

实验于2019年3—4月在南京市蔬菜科学研究所进行，重复3次。供试西瓜品种为苏蜜8号，种子催芽处理后，播于50孔穴盘中进行育苗，待幼苗子叶露出时进行人工光源处理。共设7个处理，T1、T2、T3、T4、T5、T6为不同光质组合LED植物灯照射，分别为：T1，红绿组合光，其组合比例为R∶G为1∶2；T2，红绿组合光，其组合比例为R∶G为2∶1；T3，红蓝组合光，其组合比例为R∶B为1∶2；T4，红蓝组合光，其组合比例为R∶B为2∶1；T5，红黄组合光，其组合比例为R∶Y为1∶2；T6，红黄组合光，其组合比例为R∶Y为2∶1；以荧光灯作为对照(CK)。本实验所用LED光源光质峰值波长为红光650 nm、蓝光460 nm、绿光530 nm、黄光595 nm。期间各处理光量子通量均设置为(60±5)μmol·m-2·s-1，光周期12 h，每天6:00—18:00对西瓜苗进行光照处理，日间(6：00—18：00)气温均维持在(25±1)℃，夜间(18：00—6：00)温度维持在(16±1)℃，空气湿度维持在60%～80%。

1.2 测定项目

于50 d后测量以下各项指标。测定全株高度、下胚轴长度、植株粗度、植株鲜重(地上部鲜重、地下部鲜重)、植株干重(地上部干重、地下部干重)、最大叶叶面积、叶绿素(SPAD值)、单株叶面积、根系长度、根系活力，并计算下胚轴绝对生长速率(下胚轴绝对生长速率=下胚轴长度的绝对生长量/时间)、植株根冠比(根冠比=地下部干重/地上部干重)、植株壮苗指数[壮苗指数=(茎粗/株高+地下部干重/地上部干重)×全株干重×10]。

1.3 数据分析

数据分析采用SPSS软件的ANOVA过程处理，显著性检验采用邓肯式新复极差法。

2 结果与分析

2.1 对幼苗植株生长速率的影响

不同光源对西瓜幼苗植株的生长速率存在显著的影响。西瓜幼苗在弱光下极易发生下胚轴徒长的现象，由表1可见，各LED光源处理的下胚轴高度均显著低于CK的下胚轴高度，其中T3的下胚轴绝对生长速率最低，为1.093 mm·d-1，T1处理比其略高，为1.100 mm·d-1，T1、T2、T3、T4、T5、T6分别比CK低19.5%、6.9%、20.0%、10.2%、9.8%、7.3%。在弱光条件下，T3和T1植株的纵向生长速率较低，其中T3植株高度为8.10 cm，显著低于其他各处理，T1植株高8.90 cm，显著低于CK，T3和T1植株分别比CK矮20.6%和12.8%，T2和T6植株的植株高度与对照植株高度差异不显著。在植株的粗度方面，各处理的粗度之间差异同样比较明显，T3植株最粗，为2.92 mm，其次为T4和T1，这3个处理的粗度之间无显著差异，CK植株茎粗仅为2.33 mm，T3、T4和T1茎粗值分别比CK高25.3%、21.0%和20.6%。从高度和粗度的数据可见，T3处理植株相较于其他处理较为矮粗，CK则较为细长。

表1 不同光源对西瓜幼苗植株生长速率的影响

2.2 对幼苗叶片和根系生长情况的影响

弱光下各处理的叶片普遍较小，各处理之间差异明显，由表2可见，T1处理单株叶面积和最大叶叶面积最大，分别为41.25 cm2和15.21 cm2，其次为T4处理，两者之间无显著差异。T5、T6和CK三个处理的叶片尤其小，且叶色淡、薄，三处理之间无显著差异，其中CK处理的叶片最小，其单株叶面积和最大叶叶面积分别为20.08 cm2和9.38 cm2，T1处理单株叶面积和最大叶叶面积分别比CK处理高105.4%和62.2%。T5、T6和CK三个处理的第二片真叶叶绿素含量显著低于其他各处理，侧面反映了其叶色较淡。T3处理叶色最深，其第二片真叶叶绿素SPAD值显著高于其他各处理，该处理叶片略皱缩，其他处理无此现象。

表2 不同光源对西瓜幼苗叶片及根系生长情况的影响

各处理的根系生长情况见表2，在弱光条件下红蓝组合的两个处理T3和T4根系相比于其他处理比较发达，其中T3处理的根系最发达，其次是红绿组合的两个处理T1和T2，然后是红黄组合的两个处理T5和T6，CK处理的根系最差。T3和T4处理的根系活力和根系长度均显著高于其他处理，T3和T4的根系活力分别为62.71 μg·g-1·h-1和57.29 μg·g-1·h-1，比CK处理高99.5%和82.2%，T3和T4的根系长度分别是24.10 cm和21.67 cm，比对照高137.9%和113.9%。各处理的根冠比数据也存在明显的差异，T3处理根冠比为0.215，显著高于其他各处理，比CK处理高56.9%，进一步说明了T3植株根系强健。

2.3 对幼苗质量和壮苗指数的影响

由表3可以看出，在植株鲜干重方面，T1处理的全株鲜干重和地上部鲜干重最高，其全株鲜重为1.377 g，比T2、T3和T4略高，差异不显著，显著高于T5、T6和CK，其中比CK高36.2%；T1处理全株干重0.137 g，显著高于其他各处理，比CK高45.7%；T1处理地上部鲜重为1.199 g，显著高于T3、T5、T6和CK，比CK高36.9%；T1处理地上部干重为0.119 g，显著高于其他各处理，比CK处理高43.8%。地下部鲜干重最高的是T3处理，分别为0.221 g和0.022 g，均显著高于其他各处理，分别比CK处理的鲜干重高63.7%和100.0%。由各处理植株重量数据可见，T1处理地上部最发达，而T3处理的地下部最为发达。在植株壮苗指数方面，最高的是T3处理，壮苗指数为0.714，其次为T1和T4，这两处理之间差异不显著，CK处理壮苗指数最低，仅为0.344，显著低于其他各处理。

表3 不同光源对西瓜幼苗植株重量及壮苗系数的影响

3 小结

本实验研究表明，在弱光条件下，红蓝比1∶2的LED光源处理的西瓜幼苗植株茎较粗，下胚轴较短，根系发达，叶片色深且较厚，叶缘皱缩，壮苗指数最高；红绿比1∶2的 LED光源处理的幼苗地上部分生长旺盛，其叶片较大且单株叶面积最高，其壮苗指数仅次于红蓝比1∶2的LED组合光；红黄组合的两组LED光源处理的植株生长情况优于对照处理，但整体也比较羸弱，叶片小，根系弱。

西瓜是喜光植物，其幼苗在弱光下极易发生下胚轴徒长的现象，本实验中各处理的幼苗下胚轴呈现出或多或少的徒长现象。除光强外，光质是影响幼苗生长发育的另一个重要光因子，不同光质对植物幼苗的各项指标，如株高、茎粗以及生物量等，会产生不同的影响。红蓝光在植物苗期的应用目前是研究热点，已有很多报道，普遍认为红光促进株高生长，过量的蓝光会抑制植株茎的伸长生长，植株叶面积变小和总干重降低[7-8]。黄碧阳等[9]对菠菜的光质栽培研究得出类似结论，其发现菠菜叶子在红蓝光比1∶1和红蓝光比3∶1处理下生长较快，生长33 d后，这两个处理的最大叶面积均大于红蓝光比1∶3处理的最大叶面积。李青竹等[10]将红蓝光比1∶2处理的石蒜幼苗与红蓝光比2∶1处理的石蒜幼苗进行比较，发现前者株高较矮，鲜重较高。方临志等[11]研究表明，以蓝光为主的组合光可明显促进菜用大豆幼苗根系的生长，抑制株高的伸长和叶片的生长。本实验中红蓝组合光与前人研究结果一致。

杜洪涛[12]采用不同光质单色光处理彩色甜椒幼苗，其认为绿光不利于甜椒幼苗根系的发育，而黄光下的幼苗根系活力较高，植株长的粗壮，蓝光次之。在本实验中，红蓝组合光处理的根系活力最高，其次是红绿组合光，再次是红黄组合光，结果与其不一致，这可能是因为蓝光、绿光、黄光与红光形成组合光后产生的效应与单色光大不相同，也可能与不同植物种类对光质的需求不同有关。红绿组合光和红黄组合光在植物中的研究报道较少，朱鹿坤等[13]在冬春季日光温室条件下研究不同LED 光源延时补光对番茄幼苗生长的影响时发现，红蓝比9∶1组合光处理的幼苗比红绿比9∶1组合光处理的幼苗稍显矮粗，壮苗指数略高，但差异不显著，本实验与其有类似结果，但本实验中红蓝比2∶1组合光处理的幼苗茎粗和壮苗指数均显著高于红绿比2∶1组合光处理的幼苗茎粗和壮苗指数。

有些对绿光和黄光的研究都是在红蓝光的基础上添加组合后进行的，如陈艺群等[14]发现在红蓝光的基础上分别添加不同比例的绿光、黄光后(光照强度均为300 μmol·m-2·s-1)，均可显著提高西瓜幼苗壮苗指数，植株矮壮，其中光质5R/4B/1Y(红光∶蓝光∶黄光为5∶4∶1)表现出较佳的育苗优势。刘振威等[15]在辣椒育苗的研究中有类似结论，即红蓝黄光比5∶4∶1可作为促进辣椒幼苗生长的最优光源组合。在弱光条件下三色复合光和两色复合光的比较研究有待进一步揭示。