不同比例LED光源对生菜生长相关特性的影响

潘江伟，廖 敏，武 恒，吕梦冉，张永梅，田胜尼*

(1.安徽农业大学生命科学学院，安徽合肥 230036；2.安徽农业大学林学与园林学院，安徽合肥 230036)

光在植物生长过程中起着关键作用，决定它们的光形态发生和光合作用速率[1]。同时，光作为植物的最终能源与信号物质，影响设施内蔬菜的生长发育、形态建成、生理代谢、产量和品质等[2]。到达植物的光谱成分通过植物感光细胞的参与影响它们的生长和发育[3]。随着发光二极管的出现及其在园艺设施中的广泛应用，使用固态照明系统的绿、黄光的功能已经逐渐显现[3]。目前作物栽培的光源采用基于发光二极管的红蓝组合光源，能有效地促进叶片光合作用。然而，缺乏绿灯可能对作物生长不利，因为绿灯在植物发育中起着重要作用[4]。生菜(Lactucasativavar.ramosa)是一种全球性蔬菜，在植物工厂中应用广泛[5]。生菜不仅富含多种营养成分，而且具有抗衰老、降血压、防止癌细胞形成等保健功能，深受消费者欢迎[6]。笔者以LED红蓝绿白光为试验光源，研究不同光源配比对生菜生长及生理特性的影响，探究在红蓝光中介入绿光对生菜的影响，旨在为生菜在植物工厂中光组合的选择提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料供试材料为生菜种子，于2021年9月1日从寿禾种业种子公司购入。

1.2 试验方法以生菜种子为试验材料，营养液采用霍格兰配方营养液，播种日期为2021年9月8日，定植 LED 栽培架时间为9月14日。光强设置为100 cd，LED光质配比分别为 R∶B∶W=3∶1∶3、R∶B∶W=3∶1∶1、R∶B∶G=8∶3∶1这3个模式。光照培养架层高为30 cm的栽培架。光源固定于培养架顶部，距离植株 30 cm。培养架之间不透光，每个光源之间用纸板隔开遮挡，以防止外界光源对试验产生影响。每天照光12 h(08：00—20：00)，白天温度不高于24 ℃，夜间温度不低于 18 ℃。待生菜长到第24天，随机取样，每个处理重复3次进行形态指标、生理指标以及光合特性的测定。

1.3 测定项目与方法

1.3.1生长指标。用直尺测量株高(根茎部到生长点的距离)、根长；记录生菜植株的叶片数；用感量为 0.000 1 g的电子分析天平测定各处理生菜植株地上部和地下部鲜干质量。

1.3.2品质指标。选取生长点往下第 3～4 片鲜叶，采用蒽酮比色法[7]测定可溶性糖含量，采用考马斯亮蓝 G-250染色法[7]测定可溶性蛋白含量，采用定糖比色法[7]测定纤维素含量。

1.3.3光合指标。每处理随机选取 5 株，取生长点往下第 4 片功能叶测量相关指标。叶绿素含量、类胡萝卜素含量测定采用乙醇提取法[8]；光合参数采用Li-6800光合仪测量，稳定10 min 后记录其净光合速率(Pn)、胞间CO2浓度(Ci)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)。

1.4 数据处理采用 Excel 2021和SPSS 25.0统计分析软件对试验数据进行整理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同光质比例对生菜生长的影响由表1可知，不同比例的光质处理对生菜生长影响存在差异，叶片数、地上部重量、地下部重量、全株重量均以T3最大。株高表现为T2>T1>T3。说明红蓝光中加入绿光可以促进生菜叶片数的增加，增加生菜重量。

表1 不同光质配比对生菜生长的影响Table 1 Effects of different light quality ratio on lettuce growth

2.2 不同光质比例对生菜光合特性的影响由表2可知，不同比例的光质处理对生菜光合特性影响存在差异，叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总含量、类胡萝卜素以及净光合速率均以T2最大。胞间二氧化碳含量表现为T3>T1>T2。蒸腾速率表现为T1>T2>T3。气孔导度表现为T1>T2>T3。说明减少白光的比例可以增加植物的光合作用和叶绿素、类胡萝卜素含量，红光比例过多可能会减少植物的光合作用以及叶绿素和类胡萝卜素的含量。

表2 不同光质配比对生菜光合特性的影响Table 2 Effects of different light quality ratio on photosynthetic characteristics of lettuce

2.3 不同光质比例对生菜品质的影响由表3可知，不同比例的光质处理对生菜光合特性影响存在差异。可溶性糖含量表现为T3>T1>T2，且不同处理间差异显著。可溶性蛋白含量表现为T2>T3>T1，T3与T2含量差异不显著。纤维素含量表现为T1>T3>T2，T1与T3含量差异不显著。T3处理下的生菜品质最佳，可见加入绿光对生菜品质的提升具有积极作用。

表3 不同光质配比对生菜品质的影响Table 3 Effects of different light quality ratio on lettuce quality 单位：mg/g

3 结论与讨论

在目前的红色和蓝色光谱中加入绿光可能是有益的，因为这将使辐照度光谱与太阳光谱更具可比性[9]。该试验加入绿光的T3处理蔬菜品质高于其他2组只有红蓝光的处理。在T3模式下生菜的可溶性糖高于其他处理60.67%和23.28%，其可溶性蛋白与纤维素含量较最佳处理仅降低13.07%和6.32%，差异不显著。

在红光、蓝光和绿光组合下生长的生菜植株比单独在红光或蓝光下生长的生菜植株具有更高的鲜重和干重[10-11]。该试验中加入绿光的T3处理鲜重明显高于其他2组处理。T3处理下全株重量高于其他处理108.81%和21.41%，与Kim等[10-11]的研究结果一致。绿色光已被证明有利于光合作用和植物生长，这意味着在植物栽培中使用绿色光的必要性。“绿光”感觉系统通过与红色和蓝色传感器相互作用来调节[12]，在该试验中也被证明是正确的。在红蓝光中混合少量白光能够显著增加叶片栅栏组织和海绵组织厚度，改善光系统 II 性能，提高净光合速率(Pn)及光合电子传递速率[13]。随着白光比例增加，其光合性能逐渐降低，可能是单位面积内有活性的反应中心数目逐渐下降，使单位面积叶片光能吸收、捕获和用于电子传递的能力下降[13]。该试验中T2处理下生菜的叶绿素a含量、叶绿素b含量、叶绿素总含量、类胡萝卜素含量以及净光合速率均高于其他处理，证明红光相同比例的情况下较少的白光组合更有利于生菜的光合速率以及叶绿素的积累。这与文莲莲[13]的结果一致。较高比例红光更能提高蔗糖代谢相关酶活性，影响作物的碳水化合物积累[14]。提高红光比例时黄叶白菜可溶性糖含量显著提高，这与在乌塌菜[15]、小白菜[16]、生菜[17-18]、韭菜[19]、芹菜[20]中的研究结果相同，可能是较高比例红光更能提高蔗糖代谢相关酶活性，影响作物的碳水化合物积累，高红光处理下蔬菜的可溶性糖含量增加，会提高蔬菜的品质，与钟剑富等[14]的研究结果一致。钟剑富等[14]研究结果表明提高红光比例可以增加“黄叶白菜”的可溶性糖含量。该试验结果表明较少的白光可以增加生菜的可溶性蛋白含量。

该研究结果表明，绿光的加入会增加生菜中营养物质的积累且增加蔬菜的叶片数以及蔬菜重量。由此可见R∶B∶G=8∶3∶1为最适宜生菜生长光模式。