植物工厂LED 光质调控对苏州青幼苗生长的影响

王 哲，王宇航，杜长霞，樊怀福

（1.至农科技发展（浙江）有限公司，杭州 311300；2.南京优士环境技术有限公司，南京 210000；3.浙江农林大学园艺科学学院，杭州 311300）

苏州青是苏州市优良地方品种和主栽青菜品种，属不结球白菜（Brassica campestrisssp.Chinensis）十字花科芸薹属，营养价值高，在世界范围内广泛栽植。日益严重的土壤次生盐渍化已成为制约中国农业生产以及农业可持续发展的主要非生物胁迫环境因素，而工厂化生产可克服这种制约［1］。光是影响植物工厂中植物生长发育所需的主要环境因子，在光合作用、形态建成和物质代谢等方面起关键作用。LED 光源不仅具有体积小、寿命长、能耗低、发光效率高等优点，而且能根据植物生长发育的不同光环境需要进行光谱的精准配置，促进植物生长发育和形态建成，从而提高产量和品质［2］。与单色光相比，红蓝组合光显著促进碳水化合物的合成、增加株高和拓展叶片加深颜色，对植物根数、生物量和光合色素含量的增加有明显的促进作用［3］。利用光质调控技术对植物生长发育过程进行调控具有高效节能、环保无害等优势。因此，本研究分析了不同光质配比对植物工厂苏州青育苗的影响，以期为苏州青育苗和种植工厂化提供理论基础和现实意义。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料为苏州青种子。

1.2 试验设计

根据光质配比不同试验共设5 个处理，分别为LED 白光对照（CK）、红光∶蓝光=1∶1（处理A）、红光∶蓝光=3∶2（处理B）、红光∶蓝光=2∶1（处理C）、红光∶蓝光=3∶1（处理D）。红色LED 光源的峰值波长为660 nm，蓝色LED 光源的峰值波长为450 nm。3 次重复，每个重复1 盘。

1.3 试验方法

经筛选获得籽粒饱满、活性强的苏州青种子，55 ℃温汤浸泡15 min 后用清水浸泡2 h，然后将种子平铺在湿润的滤纸上并置于培养皿中，放入25 ℃恒温箱中催芽，待80%种子露白后播种于育苗盘中，基质为珍珠岩、蛭石、草炭混合基质。育苗盘置于不同处理LED 光源下培养20 d，通过调整光源距离使试验材料所处的光通量密度为280 μmol/（m2·s）。控制光照时期温度为（20±2）℃，黑暗时期温度为（12±2）℃，光照时间为12 h/d。

1.4 项目测定

每个处理随机选取6 株苏州青幼苗进行形态指标测定，然后取平均值。用游标卡尺测量株高、茎粗、主根长、叶柄长，株高为根部以上到心叶的距离；用天平称量单株鲜重后，将苏州青地下部和地上部分开，分别于120 ℃下杀青30 min，随后于75 ℃下烘干至恒重，并用精度为0.001 g 的电子天平称重；计算壮苗指数，壮苗指数=（茎粗/株高+地下部干重/地上部干重）×全株干重［4］，叶绿素含量和氮含量采用叶绿素测定仪进行数据采集。

1.5 数据分析

试验数据采用Office 2019 和SPSS 22.0 软件进行单因素方差分析及多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同光质配比对植物工厂中苏州青叶片数的影响

由图1 可知，不同光质配比影响苏州青的叶片数，叶片数从多到少依次为A、B、C、CK、D。与CK相比，除D 外，其他处理苏州青叶片数均多于CK，但差异均未达到显著水平，且A、B 略多于其他处理。因此，从所有处理苏州青的叶片数来看，A、B 较有利于苏州青叶片数的增加。

图1 不同光质配比对植物工厂中苏州青叶片数的影响

2.2 不同光质配比对植物工厂中苏州青叶柄长的影响

由图2 可知，不同光质配比影响苏州青的叶柄长，叶柄长从长到短依次为A、B、D、CK、C。与CK相比，A、B、D 的叶柄长均高于CK，且A、B 与CK 之间差异达到显著水平，D 与CK 之间差异不显著，CK明显高于C，A、B 叶柄长差异达到显著水平。因此，从所有处理苏州青的叶柄长来看，A、B 较有利于苏州青叶柄的增长。

图2 不同光质配比对植物工厂中苏州青叶柄长的影响

2.3 不同光质配比对植物工厂中苏州青株高的影响

由图3 可知，不同光质配比明显影响苏州青的株高，株高从高到矮依次为B、A、C、D、CK。与CK 相比，A、B、C、D 的株高均高于CK，且A、B 与CK 间差异达到显著水平，C、D 与CK 间差异未达到显著水平；A、B、C 之间株高差异未达到显著水平。因此，从所有处理苏州青的株高来看，B 最有利于苏州青株高的增加。

图3 不同光质配比对植物工厂中苏州青株高的影响

2.4 不同光质配比对植物工厂中苏州青茎粗的影响

由图4 可知，不同光质配比显著影响苏州青的茎粗，茎粗从大到小依次为B、CK、A、C、D。B 苏州青茎粗达4.12 mm，显著高于CK 和其他处理，CK 茎粗达3.15 mm，显著高于A、C、D。因此，从所有处理苏州青的茎粗来看，B 最有利于苏州青茎粗的增加。

图4 不同光质配比对植物工厂中苏州青茎粗的影响

2.5 不同光质配比对植物工厂中苏州青主根长的影响

由图5 可知，不同光质配比明显影响苏州青根系的生长，主根长从大到小依次为B、A、CK、D、C。A、B 主根长与CK、C、D 差异达到显著水平，B 苏州青的主根长达109.50 mm，较CK 高29.17 mm。C、D、CK 之间差异不显著。因此，从所有处理苏州青的主根长来看，B 最有利于苏州青主根的生长。

图5 不同光质配比对植物工厂中苏州青主根长的影响

2.6 不同光质配比对植物工厂中苏州青单株鲜重与干重的影响

由图6 可知，不同光质配比明显影响苏州青的鲜重，单株鲜重从大到小依次为B、A、CK、C、D。B显著高于CK 和C、D；A 与B 间差异不显著，CK 和C、D 之间差异均未达到显著水平。

图6 不同光质配比对植物工厂中苏州青单株鲜重的影响

由图7 可知，不同光质配比明显影响苏州青的单株干重，单株干重从大到小依次为B、A、CK、C、D，以A、B 表现较为突出。其中，A、B 苏州青单株干重均显著高于CK，B 单株干重最大，达0.418 g，显著高于其他处理；CK 和C、D 之间苏州青单株干重差异不显著。

图7 不同光质配比对植物工厂中苏州青单株干重的影响

地上部干重从大到小依次为B、A、CK、C、D，A、B 苏州青地上部干重均显著高于CK 和C、D，CK 显著高于C、D，C、D 间差异不显著，B 与其他处理差异均达到显著水平。

地下部干重从大到小依次为B、A、CK、D、C，A、B 苏州青地下部干重均显著高于CK 和其他处理，且B 显著高于A；CK 与C、D 之间差异均不显著。因此，从干重来看，B 在促进有机物合成、转化、运输、固定等方面具有明显效果，有利于苏州青的生长。

2.7 不同光质配比对植物工厂中苏州青叶绿素和氮含量的影响

由图8 可知，在不同光质配比处理下，苏州青叶片中叶绿素含量和氮含量呈相同的变化趋势，从高到低均表现为B、A、CK、C、D。在叶绿素含量方面，B 显著高于CK 和其他处理；CK 与A、C、D 之间差异不显著。在氮含量方面，CK 和A、B、C 之间差异均未达到显著水平，但均显著高于D。叶绿素含量高代表光合速率较高，生产的光合产物较多，与上述苏州青植株干重较高相一致。说明B 的光质配比可通过影响叶绿素和氮的含量来影响植株的光合作用，从而影响植株的生长和产量，促进苏州青幼苗的生长。

图8 不同光质配比对植物工厂中苏州青叶绿素和氮含量的影响

2.8 不同光质配比对植物工厂中苏州青壮苗指数的影响

由图9 可知，在不同光质配比处理下，苏州青幼苗壮苗指数表现为B、A、CK、D、C。A、B 壮苗指数显著高于CK 和其他处理，且B 显著高于A，CK 和C、D之间壮苗指数差异均不显著。说明B 的光质配比有利于苏州青壮苗的培育。

图9 不同光质配比对植物工厂中苏州青壮苗指数的影响

3 讨论与小结

光是影响植物工厂中植物生长发育所需的主要物理环境因子，促进光合作用和调控植物生长发育。不同光质或波长的光具有明显不同的生物学效应［5］，包括形态建成、有机物合成、碳氮代谢等。光合色素中叶绿素主要吸收、转化红光和蓝光。因此，红光和蓝光是光合作用的基本能源［6］。对大多数植物而言，红光可促进茎的伸长，促进叶片增大，抑制叶绿素的形成［7］；蓝光则抑制叶片的增大，抑制茎的生长，矮化植株［8］，促进叶绿素的形成［9］；过量的红光可引起植物的徒长，造成幼苗抗性低、易倒伏［10］，过量的蓝光会抑制植物生长，使植物节间变短、提前衰老和降低产量［11］。因此，科学的红蓝光配比在植物的生长过程中尤其重要，更能促进植物生长［12］。本试验结果表明，红光∶蓝光=3∶2 的光质配比同时促进了茎的伸长、横向生长和根系的生长，有利于植物工厂苏州青壮苗的生产培育。

营养生长是评价植物幼苗生长状况的基础［13］。光合色素能够吸收、传递和转换光能，是植物进行光合作用的物质基础，其含量与组成直接影响叶片的光合速率［14］。科学的红蓝光配比可促进叶绿素合成，提高光合作用效率，增加有机物合成，进而促进植物的营养生长。植株干物质含量是反映光能转化效率、有机物合成的重要指标，如该试验在光合光子通量密度为280 μmol/（m2·s）的条件下，A、B红蓝配比光源均显著提高了苏州青植株的干物质含量，说明红蓝光配比更有利于苏州青生长，尤其是红光∶蓝光=3∶2 的光质配比条件下，植物工厂中苏州青单株干重含量最大，说明该光质配比更有利于苏州青进行光合产物积累转化，促进生长。

植株叶片中叶绿素和氮素含量的高低直接影响叶片的光学性质［15］。在一定时期内叶片中叶绿素含量和氮含量呈线性相关关系，氮含量较高，促进叶绿素和多种蛋白质合成，促进光合作用和植物体内的新陈代谢。本试验中红光∶蓝光=3∶2 的光质配比下，植物工厂中苏州青叶片叶绿素含量和氮含量均最高，且植株单株干重含量也最高。

综上所述，在本试验条件下不同红蓝光配比的光源可调控植物工厂中苏州青幼苗的生长，与CK（LED 白光）效果相比，B 促进了叶片数、株高、茎粗、主根、叶柄长、植株干重（单株、地上部和地下部）和壮苗指数的增加和提高，且大部分指标差异显著，因此，红光∶蓝光=3∶2 为植物工厂中苏州青育苗的优选光质配比。