不同LED光源对甘蓝幼苗生长发育的影响

黄 雯,甘小虎,魏猷刚,胡 静,阎庆九,张艳双,胡 波

(南京市蔬菜科学研究所,南京210000)

甘蓝是一种重要的十字花科蔬菜,较其他绿叶蔬菜耐储藏,且营养丰富,深受我国广大消费者的喜爱。我国甘蓝栽培面积较大,因其幼苗下胚轴细长,在育苗过程中极易造成头重脚轻的现象,浇水时容易倾倒折断,不仅折损率高,而且会加大后期定植工作的难度。

随着市场上蔬菜幼苗的需求量日益增大,工厂化育苗已经成为目前蔬菜的主要育苗方式,成熟的工厂化育苗技术能够省工省力、降低成本、培育壮苗,但工厂化育苗普遍存在光照较弱的问题。研究表明:光是植物生长的必需因子[1],弱光下幼苗长势较弱且容易徒长,尤其是在冬季进行工厂化育苗时,温室或大棚的保暖防寒措施会严重降低幼苗接受到的光照强度,如再遇到持续性低温阴雨天气,极易造成幼苗徒长,形成高脚苗。王广龙等[2]研究发现:番茄徒长苗在定植后会出现花期延迟以及早衰的现象,严重的会导致总产量下降25%左右。由此可见,光是设施栽培中的重要环境因子,人工光源是设施栽培的重要光调控手段。

荧光灯是在农业上应用较多的一种传统光源,其光谱分布是具有多个辐射量峰值的锯齿状曲线,连续性较差,且荧光灯中缺乏远红光。发光二极管(Light-emitting diodes,LEDs)作为一种新型光源受到越来越多农业生产者的关注,与荧光灯相比,LED全光谱光源功率分布曲线总体上较好。在蔬菜育苗上已有不少关于LED应用的报道,在番茄育苗上的报道尤其多。合适的LED光源不仅可以促进番茄幼苗生长发育,提高番茄的壮苗指数[3-6],甚至对病害也有抑制作用,如LED红光和紫光对番茄灰霉病有抑制作用[7]。

在十字花科蔬菜育苗中,王婷等[8]和黄启良等[9]研究发现:相较于单色光,红光白光组合能够促进不结球生菜和樱桃萝卜的根系发育,地下部质量较大;陈祥伟等[10]研究认为:采用单色红光作为光源育苗,在整个生长期该处理的乌塌菜生物量均显著高于白光光源处理。目前,鲜见LED光源对甘蓝育苗的研究,本试验以甘蓝作为材料,研究红光和全光谱白光2种不同LED光源对甘蓝幼苗生长发育的影响,以期为甘蓝育苗人工光源的选择提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验在南京市蔬菜科学研究所进行。供试甘蓝品种为‘牛心甘蓝’,于2018年9月16日播种,待甘蓝出芽后将穴盘移至光照实验室内,置于各处理灯光下进行光照处理,30 d后出苗,甘蓝的出苗标准为4叶1心。

1.2 试验方法

试验共设3个处理,T1和T2处理为LED光源照射,T1处理为红光,波长650 nm,T2处理为全光谱白光,色温5 536 K,对照(CK)为荧光灯照射,每处理50棵甘蓝幼苗,3次重复。试验期间各处理光量子通量均设置为(120±5)μmol∕(m2·s),光周期12 h,每天6:00—18:00对甘蓝幼苗进行光照处理,日间(6:00—18:00)气温维持在(25±1)℃,夜间(18:00—6:00)维持在(14±1)℃,空气湿度维持在60%—80%。

1.3 测定项目

于出苗当日测定各项指标,包括全株高度、下胚轴长度、下胚轴绝对生长速率(下胚轴长度的绝对生长量∕时间)、植株粗度、植株鲜重、植株干重、植株根冠比(根干重∕地上部干重)、植株壮苗指数[(茎粗∕株高+根干重∕地上部干重)×全株干重×10]、最大叶叶面积、叶绿素相对含量(SPAD值)、根系活力、根体积、根系总长度、根系投影面积、根系表面积、根系平均直径、根尖数量等。

1.4 数据分析

采用SAS软件的ANOVA过程处理数据,显著性检验采用邓肯氏新复极差法。

2 结果与分析

2.1 不同光质对甘蓝幼苗植株生长速率的影响

由表1可见,不同光质对甘蓝幼苗生长速率的影响存在明显差异。CK的甘蓝幼苗下胚轴生长速率较快,T2处理最为缓慢,其下胚轴绝对生长速率仅为1.78 mm∕d,显著低于T1处理和CK。在幼苗出仓时,T2处理的甘蓝幼苗株高和下胚轴高度分别为13.70 cm和4.80 cm,株高显著低于T1处理,显著高于CK,下胚轴高度显著低于T1处理和CK。各处理之间的植株粗度差异同样很明显,T2处理的甘蓝幼苗植株最为粗壮,粗度达2.551 mm,T1处理植株粗度略低,为2.381 mm,两处理分别比CK高53.0%和42.8%。可见,T1处理的甘蓝幼苗较为高大,T2处理植株呈现矮壮的状态,对照植株矮小但下胚轴最长,表现较为瘦弱。

表1 不同光质对甘蓝幼苗植株生长速率的影响Table 1 Effects of different light quality on growth rate of cabbage seedlings

2.2 不同光质对甘蓝幼苗植株质量及壮苗系数的影响

由表2可见,各处理之间的植株鲜重及植株干重差异较为明显,T1和T2处理的甘蓝幼苗植株地上部较为发达,T1处理的地上部鲜重最高,比T2处理略高,两者均显著高于CK。在根系方面,T2处理的甘蓝幼苗根系质量最大,最为发达,CK根系很弱;T2处理根鲜干重分别为0.236 g和0.026 g,显著高于T1处理和CK,根鲜重比T1处理和CK分别高24.2%和126.9%,根干重分别比T1处理和CK分别高36.8%和160.0%。从全株干重可见,T2处理的甘蓝幼苗干物质积累最多,高达0.176 g,分别比T1处理和CK高17.3%和79.6%,推断T1处理的甘蓝植株含水量较高,尤其是地上部分。

从壮苗指数可见,T2处理的甘蓝幼苗植株最为健壮,壮苗指数高达0.611,显著高于T1处理和CK,分别比T1处理和CK高38.9%和146.4%。

表2 不同光质对甘蓝幼苗植株质量及壮苗系数的影响Table 2 Effects of different light quality on seedling weight and strong seedling coefficient of cabbage

2.3 不同光质对甘蓝幼苗叶片及根系生长的影响

由表3可见,各处理甘蓝幼苗叶片的生长情况存在一定差异。T1和T2处理的甘蓝幼苗叶片数均为4片,CK为3片;LED光源处理的植株叶片均较为发达,其中T1处理的最大叶叶面积最高,为23.89 cm2,比CK高69.2%,T2处理的最大叶叶面积为21.44 cm2,比CK高51.8%。T1处理的甘蓝幼苗叶片叶绿素相对含量最高,叶色较深,CK叶片叶绿素相对含量最低,叶色最浅。

从根系的相关数据可以看出,T1和T2处理的甘蓝幼苗根系较为发达,根活力、根系长度、根系投影面积、根系表面积、根直径、根体积、根尖数量等指标均显著高于CK,尤其是T2处理,其根系活力达190.70μg∕(g·h),显著高于T1处理和CK,比T1处理高25.3%,比CK高104.9%。T2处理的甘蓝幼苗根系长度、根系投影面积、根系表面积、根直径、根体积、根尖数量分别比CK高71.3%、50.6%、33.5%、18.2%、64.7%和44.8%。各处理间的根冠比也存在显著差异,T2处理的根冠比(0.164)显著高于T1处理和CK,比T1处理和CK分别高28.1%和56.2%。可见,T2处理的甘蓝幼苗根系最为强健。

表3 不同光质对甘蓝幼苗叶片及根系生长的影响Table 3 Effects of different light quality on growth of leaves and roots of cabbage seedlings

3 结论与讨论

温度、光照、水分是植物生长发育所必须的环境因子[11],这些环境因子可通过改变植物体内的激素水平来影响下胚轴的伸长[12-13]。近年来,光照对植物的影响越来越受到学者们的关注,如林魁等[14]认为不同光强会影响瓠瓜幼苗的生长发育。光照对植物生长发育的影响不仅体现在光强上,不同的光质也可对植物产生不同程度的影响[15]。

随着工厂化育苗的发展,LED光源在育苗上的应用越来越受到重视。曹刚[16]研究认为:采用单色红光作为光源比白光光源育苗更有利于甘蓝幼苗生物量的积累,且能够提高甘蓝幼苗的壮苗指数。这与本试验结果并不相同,其原因可能与所使用的光量子通量值有关,该研究所使用的LED光源仅为(50±5)μmol∕(m2·s),为弱光条件。另外,郑冬梅等[17]采用红蓝光处理紫甘蓝幼苗,发现红光可促进紫甘蓝茎的伸长,与本试验结果一致。与此结果类似的还有很多报道,如薄皮甜瓜育苗时,有研究发现单一红光处理的幼苗株高显著高于其他处理[18];大豆育苗时,单侧红光处理的大豆幼苗株高显著高于单侧自然光处理[19]。在本试验中,T2处理(全光谱白光)的甘蓝幼苗地上部矮壮,茎粗值最高,不易折断,根系发达,根系活力强,壮苗指数最高;T1处理(红光)的甘蓝幼苗地上部分发达,株高最高,叶片较大,可见红光可促进植物生长,但根系指数比T2处理略差;对照植株矮小,但下胚轴绝对生长速率最高,下胚轴最长,呈现出高脚苗的状态,由于株茎过细,极易折断,增加了定植时的工作量,叶色淡,植株呈现出瘦弱的状态,且根系发育不良,根系活力很差。在甘蓝育苗中植株矮壮的幼苗比较受种植户的欢迎,其根系强健有利于定植后尽快缓苗,对促进甘蓝植株的生长有积极作用,本试验中T2处理(全光谱白光)较适合甘蓝育苗。

恰当的复合光有利于植物幼苗的生长,调整好适当的光质比例可显著提高幼苗的壮苗指数,形成优质壮苗。如崔晓辉等[18]研究认为:红光或蓝光单一光质的LED光源照射薄皮甜瓜,壮苗效果不如红蓝复合光,红蓝光光质比为6∶1是薄皮甜瓜‘玉美人’幼苗最佳的补光光质配比;王虹等[20]研究认为,红光中添加10%蓝光处理最有利于黄瓜幼苗的生长;刘振威等[21]研究发现:三色光更有利于‘农大牛角椒’形成壮苗,红蓝黄光配比为5∶4∶1处理的辣椒幼苗株高、根长、侧根数、叶数、干鲜重均最大,可作为促进辣椒幼苗生长的最优光源组合。人工光源在幼苗上的应用尚有很大研究空间,本试验将进一步研究两色和三色复合光对甘蓝幼苗生长的影响。