LED光源对辣椒幼苗生长和光合特性的影响

张谨薇 孟清波 马万成 杨凯丽 王兴龍 穆亚宁 李青云

摘    要：以冀鹰椒6号朝天椒幼苗为试验材料，以自然光为CK，设置LED灯2种光质（红光∶蓝光=3∶1、红光∶蓝光=5∶1）和2种光强（100、150 μmol·m-2·s-1）双因素试验，研究了不同光强及光质配比模式的LED光源对辣椒幼苗生长和光合特性的影响。结果表明，不同光强和光质配比模式LED光源对辣椒幼苗的生长和光合特性有一定影响。在所有处理中，处理Ⅰ（光强100 μmol·m-2·s-1+光質红光∶蓝光=5∶1）辣椒幼苗株高、茎粗、叶片数、叶面积、地上地下干物质量、生长速率等生长指标均最高，叶片净光合速率、气孔导度和蒸腾速率等指标也最大，处理Ⅰ光源最有利于辣椒幼苗的生长。

关键词：辣椒幼苗;LED;生长;光合特性

中图分类号：S641.3 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2021）06-060-04

Effects of LED light on the growth and photosynthetic characteristics of pepper seedling

ZHANG Jinwei1，2， MENG Qingbo1， MA Wancheng1， YANG Kaili1， WANG Xinglong1， MU Yaning1， LI Qingyun1

（1. Hebei Vegetable Industry Collaborative Innovation Center/College of Horticulture of Hebei Agricultural University， Baoding 071000， Hebei， China; 2. Agriculture and Rural Affairs Bureau of Luannan County，Tangshan 063500， Hebei， China）

Abstract： Taking Jiying Pepper No. 6 seedlings as the test material， using natural light as CK， setting two kinds of LED light quality （red∶blue = 3∶1， red∶blue =5∶1）. The effects of different light intensity and light quality ratio mode on growth and photosynthetic characteristics of pepper seedlings were studied by two-factor experiments with 100 μmol·m-2·s-1 and 150 μmol·m-2·s-1 light intensity. The results showed that the growth and photosynthetic characteristics of pepper seedlings were affected by different light intensity and light quality ratio mode of LED light source. Among all treatments， treatment Ⅰ pepper seedling plant height， stem diameter， leaf number， leaf area， aboveground and underground dry matter weight， growth rate and other growth indicators were the highest， leaf net photosynthetic rate， stomatal conductance and transpiration rate and other indicators were also the largest. Treatment I LED （light intensity 100 μmol·m-2·s-1 + red light∶blue light = 5∶1） light source was the most conducive to the growth of pepper seedlings.

Key words： Pepper seedlings; LED; Growth; Photosynthetic characteristics

辣椒（Capsicum annuum L.）是我国栽培面积最大的蔬菜之一，也是日光温室蔬菜生产的主要蔬菜之一[1]。在生产中，培育壮苗是获得辣椒高产的前提，而光是影响植物生长发育的重要环境因子[2-3]，利用光环境调控技术培育壮苗已经成为促进植物生长发育的一个重要手段。LED（Light-Emitting Diodc）是由镓与砷、磷、氮、铟的化合物制成的一种固态半导体光源，LED能发出与光合色素吸收光谱相一致的单色可见光，光质纯、效率高，且强度和光质具有可调节的优势[4-5]。与传统育苗应用的白炽灯、荧光灯和高压钠灯相比，LED光源节能、高效，成为现代育苗技术的首选光源，为研究光环境对植物的生长和品质的影响提供了有效的途径。在对辣椒的研究中，周华等[6]研究光强和光质对辣椒幼苗生长和形态的影响，以余干辣椒为试材，结果表明，中光强100 μmol·m-2·s-1和LED组合光（红光∶蓝光=8∶1）适宜辣椒幼苗生长。陈永快等[7]研究不同LED复合光源对辣椒幼苗质量的影响，以中厦1椒（辣椒品种）为试材，结果显示，红∶蓝∶绿=3.6∶1∶0.5和红∶蓝∶绿=3.75∶1∶0.25最有利于辣椒幼苗的培养。因已有研究结果差异较大，为了进一步探索实用的LED光源，还需要进行多品种、多角度试验验证。

本试验以辣椒幼苗为材料，研究了LED光源对辣椒生长和光合特性的影响，旨在探明幼苗生长对光环境的需求特点，并尝试对光环境进行优化，研究适宜辣椒育苗的LED光源，为培育辣椒壮苗提供更多技术支撑。

1 材料与方法

1.1 材料

供试辣椒品种为河北农业大学园艺学院选育的冀鹰椒6号朝天椒，供试光源为冀鬃麒科技（北京）有限公司生产的LED可调光源。

1.2 方法

试验于2019年3—7月在河北农业大学西校区创新试验园内进行。对种子进行温汤浸种，在恒温箱催芽后于温室内采用50孔穴盘育苗，选取长势一致的4叶1心辣椒幼苗，分别置于不同光强和光质处理的LED灯箱内进行培养，幼苗生长点距离LED光源15 cm，温室白天温度25～27 ℃，夜间温度17～20 ℃，湿度60%～80%，光周期为14 h·d-1，间隔5 d浇灌1次Hoagland营养液，用量60 mL·株-1，每个处理6株，3次重复，每隔10 d取样测定部分生长指标，处理30 d取样测定生物量和光合参数。

1.3 试验设计

试验中红光波长为（660±20） nm，蓝光波长为（450±20） nm，不同光源处理见表1。

1.4 测定指标及方法

1.4.1 生长指标 用卷尺测量植株株高，用电子游标卡尺测量距离茎基部1 cm处与子叶平行方向的茎粗，观察记录展开叶片数，用叶面积测定仪测定所有真叶的叶面积，采用Epson EXPRESSION 10000XL根系扫描仪测定根长、根表面积、根平均直径及根体积，用称重法分别测定地上部和地下部的鲜质量和干质量。

生长速率=全株干物质质量/育苗时间。

1.4.2 叶绿素荧光参数的测定 采用英国Hansatech公司生产的Handy PEA植物效率分析仪测定辣椒幼苗叶片的快速荧光，选取辣椒幼苗从顶部向下数第3片真叶距叶尖边缘3 cm处用暗处理夹夹住，暗适应20 min后在3000 μmol·m-2·s-1的饱和激发光下连续照射1 s进行暗适应的叶绿素荧光原初动力学参数测定和计算。之后，在300 μmol·m-2·s-1的光化光照射300 s后，打开饱和激发光下连续照射1 s进行光适应的叶绿素荧光实际动力学参数测定和计算。

1.4.3 光合参数的测定 用 Li-6400光合测定仪（美国，LI-COR公司）测定辣椒幼苗从顶部向下数第3～4片功能叶的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率和胞间CO2浓度，测定时设定光量子通量密度为 500 μmol·m-2·s-1。

1.5 数据处理

采用SPSS 22软件对试验数据进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同光強和光质配比模式的LED光源对辣椒幼苗生长和形态的影响

由图1可知，在3个处理时间段，处理Ⅰ植株株高均最高;处理10 d时，处理Ⅱ株高最低，处理Ⅲ与处理Ⅱ株高无显著差异;处理20 d、30 d时处理Ⅲ株高均最低。随着辣椒处理时间的延长，各处理间株高的差异加大，在处理20 d时，处理Ⅰ辣椒幼苗株高值最大，为25.20 cm，分别比CK、处理Ⅳ、处理Ⅱ和处理Ⅲ增加了8.13%、11.70%、15.99%和24.29%，各处理间株高差异显著。而处理30 d时处理Ⅰ和处理Ⅳ的株高均显著高于CK、处理Ⅱ和处理Ⅲ，但两处理间株高无显著差异。

由图2可知，不同光强和光质配比模式的LED光源处理对辣椒幼苗茎粗有一定影响。在处理10 d时，CK茎粗值最小，为2.88 mm，显著低于其他4个处理，其他4个处理间辣椒茎粗差异不显著，表明在短时间内不同LED光对辣椒茎粗的影响不显著。随着生育期的延长，各处理间茎粗的差值逐渐增大，处理30 d时，处理Ⅰ茎粗值最大，为4.26 mm，其次是处理Ⅳ、处理Ⅱ和处理Ⅲ，CK茎粗值最小，除处理Ⅲ外，其他3个处理茎粗值均显著高于CK。表明LED光可增加辣椒幼苗的茎粗，处理Ⅰ和处理Ⅳ的幼苗茎粗值较大。

由图3可知，在处理30 d时，4个LED处理显著增加了辣椒叶片数。在每个处理时段处理Ⅰ叶片数均最多，分别为8、12、17片。在处理10、20 d时，处理Ⅰ叶片数均显著高于CK、处理Ⅱ、处理Ⅲ;在处理30 d时，处理Ⅰ叶片数均显著高于Ⅲ和CK;处理Ⅰ与处理Ⅳ叶片数在各时期均没有显著差异。

由图4可知，随着处理时间的延长，不同LED光源处理的辣椒幼苗叶面积差异逐渐加大，且各处理时段处理Ⅰ幼苗叶面积均为最大。处理20 d时，处理Ⅰ叶面积为38.13 cm2，显著高于其他4个处理，CK、处理Ⅱ和处理Ⅲ叶面积最小;处理10、30 d时，处理Ⅰ叶面积均显著高于CK、处理Ⅱ和处理Ⅲ，但与处理Ⅳ差异不显著。

2.2 不同光强和光质配比模式的LED光源对辣椒幼苗生物量及生长速率的影响

由表2可知，与CK相比，4个LED处理均增大了辣椒的生物量和生长速度。经显著性测验分析，处理Ⅰ和处理Ⅳ植株鲜质量和地下部干质量指标值均较大，均显著高于处理Ⅱ、处理Ⅲ、CK。而地上部干质量和生长速率两个指标，处理Ⅳ指标值尽管也较大，但与处理Ⅱ差异不显著。

2.3 不同光强和光质配比模式的LED光源对辣椒幼苗光合参数的影响

由表3可知，与CK相比，LED处理均增大了辣椒叶片的净光合速率和气孔导度。处理Ⅰ净光合速率最高为4.71 μmol·m-2·s-1，其次是处理Ⅱ，两处理间差异不显著，但均显著高于CK、处理Ⅲ和处理Ⅳ，处理Ⅰ分别比CK、处理Ⅲ和处理Ⅳ提高了73.8%、65.8%和52.4%。处理Ⅰ气孔导度最大，为0.43 μmol·m-2·s-1;其次为处理Ⅳ，气孔导度为0.31 mmol·m-2·s-1;处理Ⅰ与处理Ⅳ之间气孔导度差异不显著，但处理Ⅰ气孔导度显著高于其他3个处理。处理Ⅳ胞间二氧化碳浓度最大，为288.59 μmol·mol-1;处理Ⅱ胞间二氧化碳浓度最小，为152.95 μmol·mol-1;处理Ⅳ胞间二氧化碳浓度与处理Ⅲ、CK间差异不显著，但显著高于处理Ⅰ、处理Ⅱ。处理Ⅰ蒸腾速率最大为1.04 mmol·m-2·s-1，其次为处理Ⅳ，蒸腾速率为0.79 mmol·m-2·s-1;处理Ⅰ与处理Ⅳ之间蒸腾速率差异不显著，但显著高于其他3个处理。

2.4 不同光强和光质配比模式的LED光源对辣椒幼苗叶绿素荧光参数的影响

由表4可以看出，不同光强和光质配比模式LED光源对辣椒幼苗的初始荧光和最大荧光产量没有显著影响，仅对PSⅡ最大光能转化效率产生了一定影响。处理Ⅳ的PSⅡ最大光能转化效率最大，显著高于CK、处理Ⅰ、处理Ⅱ，但与处理Ⅲ无显著性差异，分别比它们增加了3.61%、2.84%、5.05%和1.84%。

3 讨论与结论

在设施蔬菜生产中，蔬菜幼苗的质量对植株后期的生长发育非常重要，壮苗是保证产量和品质的基础。而光是影响植物生长发育的重要环境因子，但由于近年来冬春季节低温弱光，阴雨天气较为集中，部分地区持续的雾霾等环境的影响，LED灯的补光技术试验研究[8]和示范推广[9-12]也在积极进行中，并形成了相应的补光技术规程[13]，实施人工补光的育苗新技术已经成为解决这一难题的保障手段。植物生长对光强和光质都有很强的依赖性。不同LED光质对白菜幼苗生理指标的影响，研究表明蓝光光质可以促进白菜幼苗中可溶性蛋白质、可溶性糖的合成，为以后继续研究不同红蓝比例光源对蔬菜生理指标的影响提供了理论依据[14]。用光强为100（RB100）、200（RB200）、300 μmol·m-2·s-1（RB300）的红蓝LED光源处理生菜表明，低光强可明显增加生菜的株高、叶面积、根长、比叶面积[15]。对黄瓜进行遮光处理的结果表明，黄瓜的生物量降低，根冠比升高，形态变弱，叶片变薄，叶面积增加，植株向上延伸[16]。

笔者探讨了冀鹰椒6号朝天椒在不同光强及光质配比模式的LED光源下生长和光合特性的变化。结果表明，不同光强及光质配比模式的LED光源对辣椒幼苗生长有一定影响。在光强为100 μmol·m-2·s-1+光质配比为红光∶蓝光=5∶1时为最佳，辣椒幼苗的株高、茎粗、叶面积均达最大。不同光强及光质配比模式的LED光源对辣椒幼苗光合特性有一定影响。在光强为100 μmol·m-2·s-1+光质配比为红光∶蓝光=5∶1时，辣椒幼苗的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率均大于其他处理。综上所述，光强为100 μmol·m-2·s-1+光质配比为红光∶蓝光=5∶1对辣椒幼苗的生长和光合作用均最有利。

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