不同红蓝LED光照强度变化模式对水培菠菜生长及品质的影响

郭玉姣 蒋建萍

摘 要 将菠菜定植在环境可控的密闭植物实验室进行水培，菠菜每天18 h的光期平均分为6个阶段，设置4种LED红蓝光光强模式对菠菜进行照射，控制日累计光积分（Daily Light Integral，DLI）相等，其中对照组为200 μmol·cm-2·s-1恒定光强，L1处理光强模式为150-200-250-250-200-150（μmol·cm-2·s-1），L2处理光强模式为250-150-250-150-250-150（μmol·cm-2·s-1），L3处理光强模式为250-200-150-150-200-250（μmol·cm-2·s-1），测定指标包括形态（株高、茎直径、叶片数量、最大叶面积）、产量（地上部鲜质量、地下部鲜质量、根冠比）和品质（可溶性糖含量、蛋白质含量、维生素C含量、硝酸盐含量）。结果表明：LED红蓝光光照日强度的变化，主要影响菠菜株高、茎直径和最大叶面积3个形态指标，通过影响根系生长状况加快菠菜生长速度，并进一步提高菠菜中可溶性糖、蛋白质和维生素C的含量，降低硝酸盐含量，从而提升菠菜的营养价值。处理L1（光强强度先增强后减弱）能够更好地兼顾水培菠菜的生长速度和营养价值，适合推广应用。

关键词 LED红蓝光；光强日变化模式；水培菠菜；生长；品质

中图分类号：S636.1 文献标志码：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2023.13.028

在植物生长过程中，其所处环境的光照、空气、养分、水分及温度等因素都会对其生长产生影响，其中光照强度是影响植物生长发育的重要因素之一。随着科学技术的发展，水培技术逐渐成熟，利用水培技术种植菠菜可有效提高土地利用率，同时通过智能管理体系对菠菜种植过程中的各项环境条件进行精准控制，能有效提升菠菜产量和品质。本试验探究不同红蓝LED光强变化模式对水培菠菜生长和品质的影响，以期培养出品质更好、营养价值更高的菠菜产品。

1  材料与方法

1.1  试验材料

试验时间为2021年10月1日至11月6日，试验地点为岳阳职业技术学院密闭植物实验室。试验过程中将实验室的环境温度控制在18～20 ℃、湿度保持在40%～50%。

供试菠菜品种为原产于荷兰的三季丰菠菜王。将菠菜种子播种在2.5 cm×2.5 cm×2.5 cm的海绵块中心凹槽中，当菠菜幼苗生长出2片真叶后，选择大小一致且生长健壮的幼苗移栽到45.0 cm×45.0 cm×10.0 cm的水培床上，并进行光照处理[1]。

营养液配方：0.75 mmol·L-1硫酸钾、0.5 mmol·L-1磷酸二氢钾、0.65 mmol·L-1七水合硫酸镁、1.0×10-3 mmol·L-1硼酸、1.0×10-3 mmol·L-1一水硫酸锰、1.0×10-4 mmol·L-1五水硫酸铜、1.0×10-3 mmol·L-1七水硫酸锌、5×10-6 mmol·L-1四水鉬酸氨、0.1 mmol·L-1乙二胺四乙酸铁钠及4 mmol·L-1四水硝酸钙[2]。

1.2  试验设计

通过LED红蓝光组合灯板对菠菜进行光照处理。红蓝灯板的尺寸为50 cm×50 cm，其中红光（R）波长为658 nm，蓝光（B）波长为447 nm。将菠菜的光照时间设置在每天的06：00—24：00，并平均分为6个时间段（06：00—9：00、09：00—12：00、12：00—15：00、15：00—18：00、18：00—21：00、21：00—24：00），同一时间段内试验条件保持不变。试验共设置4个处理，将实验光质按照红蓝光比例R∶B=4∶1设计，并控制各处理的日累计光积分相等[3]。对照组（CK）为恒定强光，光照强度为200 μmol·cm-2·s-1；L1处理为光照强度先增强后减弱，光照强度变化情况为150-200-250-250-200-150（单位为μmol·cm-2·s-1，下同）；L2处理为光照强度减弱增强循环，光照强度变化情况为250-150-250-150-250-150；L3处理为光照强度先减弱后增强，光照强度变化情况为250-200-150-150-200-250。

1.3  测量指标和方法

在处理后的7 d、14 d、21 d，每个处理随机选取3株参试植株，分别对被选取菠菜的株高、茎直径、叶片数量、最大叶面积、地上部分鲜质量和地下根部鲜质量进行测定，计算菠菜的生物产量和根冠比，并在处理后21 d测量菠菜的生长品质指标（可溶性糖含量、蛋白质含量、维生素C含量、硝酸盐含量）。

用直尺测量菠菜的株高；用游标卡尺测量菠菜的茎直径；直接计算菠菜的叶片数量；用EPSON Expression 11000XL扫描测量菠菜的最大叶面积；利用电子天平测定菠菜地上部鲜质量和地下部鲜质量；采用蒽酮比色法测定菠菜可溶性糖含量；采用考马斯亮蓝法测定菠菜蛋白质含量；采用二甲苯萃取比色法测定菠菜维生素C含量；采用水杨酸法测定菠菜硝酸盐含量[4]。

1.4  数据处理

采用SPSS 22.0软件对统计数据进行处理，并进行方差分析和多重比较[5]。

2  结果与分析

2.1  不同处理对菠菜形态指标的影响

由表1可知，在处理后7 d，各处理菠菜株高表现为L1＞CK＞L2＞L3；在处理后14 d，各处理菠菜株高表现为CK＞L2＞L1＞L3；在处理后21 d，各处理菠菜株高表现为L1＞L2＞CK＞L3。由此可见，随着时间变化，处理L1菠菜株高显著优于其他处理；对照组在7～14 d生长速度较快，但后期生长速度下降，最终表现与L2一致；L3表现最差。

在处理后7 d，各处理菠菜茎直径表现为L1＞L2＞CK＞L3；在处理后14 d，各处理菠菜茎直径表现为CK＞L1＞L2＞L3；在处理后21 d，各处理菠菜茎直径表现为L1＞L2＞CK＞L3。其中，生长初期各处理茎直径差异不大，生长后期L1处理茎直径显著高于其他处理组。

在处理后7 d，各处理菠菜最大叶面积表现为L3＞L1＞L2＞CK；在处理后14 d，各处理菠菜最大叶面积表现为L2＞L3＞CK＞L1；在处理后21 d，各处理菠菜最大叶面积表现为L3＞L2＞L1＞CK。虽然L3处理的株高和茎直径表现不佳，但最大叶面积显著大于其他处理；对照组最大叶面积表现最差。

在整个生长周期，各处理菠菜叶片数量差异不显著，说明不同红蓝LED光照强度变化模式对菠菜叶片数量的影响不大。

根据上述分析，不同红蓝LED光照强度变化模式对水培菠菜形态指标的影响主要表现在株高、茎直径和最大叶面积3个方面。处理L1对菠菜的株高和茎直径的促进作用较为显著；处理L3对菠菜最大叶面积的促进作用较为显著。这说明改变LED红蓝光光强能够改变菠菜的生长速度，在相同DLI下，处理L1可以提升菠菜的生长速度，而处理L3则可以增大菠菜的最大叶面积。

2.2  不同处理对菠菜生物量及根冠比的影响

由表2可知，在处理后7 d，处理L3菠菜地上部鲜质量为2.01 g，优于其他3种处理方式；处理L2菠菜地下部鲜质量最大，为0.061 g。随着菠菜的生长，在处理后14 d，处理L1菠菜地上部鲜质量最大，为4.01 g；处理L2菠菜地下部鲜质量最大，为0.213 g。在处理后21 d，处理L3菠菜地上部鲜质量最大，为6.17 g；处理L2菠菜地下部鲜质量最大，为0.331 g。这说明光照强度的变化对菠菜的生物量会产生显著的影响。处理L2的根冠比在整个生长周期内均较高，对照组的根冠比在整个生长周期内均较低，说明L2处理更有利于菠菜的根系发育。

2.3  不同处理对菠菜品质的影响

由表3可知，处理后21 d，处理L3菠菜的可溶性糖含量最高，为11.54 mg·g-1。由此可見，光照强度先降后升能够提高菠菜可溶性糖的含量。处理L1菠菜的蛋白质含量和维生素C含量最高，分别为12.56 mg·g-1和44.23 μg·g-1，说明将光照强度调整为先升高再降低的模式有利于菠菜蛋白质和维生素C的累积。此外，处理L3菠菜的硝酸盐含量最低，而对照组最高，说明光照强度变化模式有利于菠菜的营养物质积累和降低硝酸盐含量，有助于改善菠菜品质。

3  结论

试验结果表明，改变LED红蓝光光照强度会对水培菠菜的生长产生影响。相较于恒定的光照强度模式，不同红蓝LED光照强度变化模式对水培菠菜形态指标的影响主要表现在株高、茎直径和最大叶面积3个方面，能够加快菠菜的生长速度；L3处理模式能够保证水培菠菜具备较高的地上部鲜质量；LED红蓝光光强变化可以有效增加菠菜中可溶性糖含量、蛋白质含量及维生素C含量，降低硝酸盐含量。综上，L1处理（光强强度先增强后减弱）不仅能够更好地兼顾水培菠菜的生长速度和营养价值，而且有利于培育出更加优质的菠菜产品，适合推广应用。

参考文献：

[1] 王奇，刘文科.LED红蓝光光强日变化模式对水培生菜生长与品质的影响[J].中国照明电器，2022（3）：6-12.

[2] 王奇，刘文科.LED红蓝光生育期光强变化模式对水培生菜生长与品质的影响[J].中国照明电器，2022（9）：1-8.

[3] 黄碧阳，林碧英，李彩霞，等.LED红蓝光配比对菠菜生长及品质的影响[J].江苏农业科学，2018，46（7）：131-135.

[4] 黄碧阳，林碧英，李彩霞，等.LED光质对菠菜生长和光合生理特性的影响[J].福建农林大学学报（自然科学版），2018，47（4）：403-408.

[5] 张旭.光质对叶用莴苣与菠菜生长及生理特性的影响[D].泰安：山东农业大学，2015.