不同色温LED补光对温室番茄幼苗质量的影响

摘要：秋冬或早春季节温室内光照不足会严重影响番茄幼苗的生长发育，因此，补光对温室番茄幼苗的培育显得尤为重要。本试验以“粉贝贝”为供试番茄品种，使用色温为3 000 K、4 000 K和6 500 K的白色LED和红蓝（RB） LED进行补光，以不补光为对照（CK），研究不同色温LED补光光质对番茄幼苗生长、光合色素含量和生物量等质量指标的影响。结果表明：使用色温为3 000 K、4 000 K的白色LED补光能够显著增加番茄幼苗总叶面积，促进光合色素合成和生物量积累，同时显著抑制番茄幼苗下胚轴伸长。与CK相比，色温为3 000 K的白色LED处理番茄幼苗的茎粗和总叶面积分别增加42.3%和121. 6%，下胚轴长降低19.6%：色温为4 000 K的白色LED处理番茄幼苗的叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量和总叶绿素含量分别增加77. 8%、61.7%、66. 7%和73. 6%。色温为3 000 K和4 000 K时，番茄幼苗的壮苗指数与CK相比增加141. 0%和119.0%，但与RB无显著性差异。番茄幼苗的株高、总叶面积、光合色素含量、地上部干重和鲜重、总干重和总鲜重与补光光源中蓝光比例呈二次函数关系。综上看出，较低色温的白色LED可作为秋冬季节温室番茄幼苗培育的补光光源。

关键词：LED补光：蓝光比例；光质；温室番茄：幼苗质量；下胚轴长

中图分类号：S641.2 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2024） 08-0080-07

番茄（Solanum lycopersicum L．）是世界上消费量最大的蔬菜之一，因具有较高的营养价值和抗氧化物质含量而受到消费者的青睐。随着社会需求的增加，番茄种植面积已从2011年的555x104 hm2增长到2021年的631×104 hm2，种植面积扩大了13.7%。

番茄作为设施生产中重要的作物之一，其幼苗培育与生产容易受到温室环境的影响。秋冬或早春季节温室内光照不足严重影响到番茄幼苗生长和优质壮苗的生产，进而导致产量降低和品质下降。研究表明，在弱光下生长的植物比在强光下更容易受到光抑制，因此，补光对番茄幼苗的培育显得尤为重要。近年来，LED因其具有能耗低和可控性强的优点，被广泛应用于植物补光生产领域。

不同光质对植物的生理生化过程和形态均有影响，因此，根据特定需求调整光源光谱能够调控植物的生长发育和品质形成。蓝色LED具有降低甜瓜幼苗下胚轴长的作用，红色LED能够促进黄瓜和番茄幼苗生物量积累。但对植物而言单色光不能满足其光合作用和生长发育的需求。研究表明，红蓝LED能增强番茄幼苗的光合速率和气孔数量，促进叶绿体和栅栏组织细胞发育。但不同比例的红蓝LED组合对黄瓜和番茄幼苗生长和代谢的促进作用不同。研究表明，与窄光谱相比，宽光谱补光更有利于植物生长。因此，具有广谱特性的白色LED在植物生产中更具优势。

色温是表示光线中所包含颜色成分的计量单位，不同色温的光源具有不同的光谱分布，植物对其响应也不同。研究表明，较低色温的白色LED有利于铁皮石斛组培苗生长和草莓苗移栽质量的提高。Lee等研究三种不同白光对植物工厂中草莓苗生长发育的生物学效应后指出，薄荷白光促进植物叶片数和叶面积的增加。不同色温LED补光下番茄幼苗生长和生理特性不同，但不同色温白色LED与红蓝LED对温室番茄幼苗生长及效果评价的研究还较少。为此，本试验以温室自然光下番茄幼苗为对照，研究不同色温LED补光对番茄幼苗生长及生理指标的影响，以期明确早春季节适宜番茄幼苗生长的补光条件，为番茄幼苗的高质量生产提供理论依据与技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试番茄品种“粉贝贝”（绿亨科技集团股份有限公司产品，中国）播于72孔育苗穴盘中（培养基质：草炭：蛭石：珍珠岩=3：1：1），之后将其放置于玻璃温室内。补光LED光源为3 000 K、4 000 K、6 500 K的白色LED和红蓝（RB） LED，均由中山市艾尔之光照明科技有限公司提供。

1.2 试验处理

试验于2023年3-4月在青岛农业大学玻璃温室中进行。试验期间温室内平均日累积光照量为5mol/（m2·d）。根据适宜番茄幼苗生长的日累积光照量（DLI） 确定补充DLI为7.6 mol/（m2·d），分别使用3 000 K、4 000 K、6 500 K的白色LED和RB LED对温室番茄幼苗进行补光处理。设置补光强度为175 μmol/（m2·S），补光时长为12 h/d，以不补光为对照（CK）。

LED光源光谱特性（表1）和光谱分布（图1）使用手持式分光光谱计（PG100N，群耀科技股份有限公司产品，中国）在植株冠层位置测量得出。温室昼／夜温度控制在（25±3）℃1（18+3）℃，相对湿度为65% - 70%，CO2浓度不控制。番茄育苗期间浇灌霍格兰营养液，其EC值控制在1.8 - 2.0mS/cm，pH值调整为6.0-6.5。幼苗于3月20日（4时）开始补光，幼苗生长至30 d时测定各相关指标。

1.3 测定指标及方法

随机选取长势均匀的番茄幼苗5株，用直尺分别测量株高、下胚轴长、茎粗，用叶面积仪（Yax-in-1241，北京雅欣理仪科技有限公司）测定叶面积。之后将番茄植株地上部和地下部分开，用电子分析天平称其鲜重，随后将其放在105℃烘箱中烘3h，然后80℃烘72 h后称量干重，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。用80%丙酮提取番茄叶片叶绿素，放置于黑暗中浸提72 h以上，用分光光度计（1810，上海佑科仪器仪表有限公司）测定提取物在470、663 nm和645 nm处的吸光度。叶绿素含量根据Lichtenthaler等的公式计算。

1.4 数据统计与分析

图表制作和数据统计分析分别使用MicrosoftExcel 2019和SPSS 22.0软件完成，基于LSD法进行多重比较（P＜0.05）。

2 结果与分析

2.1 不同色温LED补光对温室番茄幼苗形态的影响

不同色温LED补光显著影响温室番茄幼苗的形态指标（表2）。补光处理番茄幼苗的株高、茎粗和总叶面积均显著大于对照（CK）。色温3 000 K补光处理下幼苗株高和总叶面积均显著大于其他补光处理，较CK分别增加42. 3%和121.6%。色温4 000 K时幼苗茎粗显著高于RB处理，其他补光处理间差异不显著。色温3 000K、4 000 K时，番茄幼苗下胚轴长均显著低于对照19.6%。

不同补光处理下番茄幼苗株高、总叶面积与补光蓝光比例均呈二次函数关系，且随着补光光源中蓝光比例增加，幼苗株高和总叶面积呈降低趋势。当蓝光比例为11. 9%时，番茄幼苗株高和总叶面积分别比蓝光比例为32.1%时显著增加，增幅达24.2%和26.0%（图2）。

2.2 不同色温LED补光对番茄幼苗光合色素含量的影响

不同色温LED补光对温室番茄叶片叶绿素含量的影响显著（表3）。色温为4 000 K时，番茄幼苗叶片的叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量和总叶绿素含量均显著高于其他处理，总体上看，色温为3 000 K时番茄幼苗叶片的光合色素含量仅次于色温为4 000 K时。

番茄幼苗叶片光合色素含量和蓝光补充比例呈二次函数关系（图3）。随着补光中蓝光比例增加，番茄幼苗叶片的光合色素含量呈先增加后降低趋势。蓝光比例为17.3%时叶片叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素含量和类胡萝卜素含量分别比蓝光比例为32. 1%时增加39. 5%、55. 1%、43. 6%和32.4%，比不补光处理CK分别增加77. 8%、61 .7%、73.6%和66.7%。

2.3 不同色温LED补光对番茄幼苗生物量的影响

不同色温LED补光对番茄幼苗生物量有显著影响（表4）。色温3 000 K和4 000 K处理番茄幼苗地上部鲜重差异不显著，前者显著高于其他处理，其地上部干重和总干重的变化规律与地上部鲜重相似。色温4 000 K处理地上部鲜重、干重与6 500 K处理差异不显著，但显著大于其余处理。番茄幼苗地下部干重各补光处理均显著优于CK，但各补光处理间无显著差异。

番茄幼苗地上部干重、鲜重和总鲜重、总干重与蓝光补充比例呈二次函数关系（图4）。蓝光比例为11 .9%时，地上部鲜重、干重比蓝光比例为32.1%时分别增加34.4%和29.4%。随着蓝光比例增加，番茄幼苗总干重、总鲜重呈逐渐降低趋势。蓝光比例为11.9%时番茄幼苗总鲜重显著高于其他处理，总干重除与蓝光比例17. 3%时差异不显著外也显著高于其他处理，且两者较蓝光比例为32.1%时分别增加31.6%和26.3%。

2.4 不同色温LED补光对番茄幼苗壮苗指数的影响

当色温为3 000 K和4 000 K时，番茄幼苗的壮苗指数比CK分别增加141. 0%和119. 0%。RB处理番茄幼苗的壮苗指数与CK相比增加132.7%，但与色温3 000 K和4 000 K的白色LED处理无显著差异（图5）。

3 讨论

光是绿色植物能量的来源，同时也调控植株的光形态建成。光照不足严重影响植物的生长发育。本研究表明，温室内补光能显著增加番茄幼苗茎粗和总叶面积。光质的变化会同时调控多个光感受器的活动，影响植物的光合作用和生长发育。前人研究表明在红蓝LED光源中补充白光更有利于培育番茄壮苗。本研究表明，当色温为3 000 K时，番茄幼苗株高和总叶面积均显著优于4 000 K和6 500 K处理，这是由于不同比例的光谱构成对番茄幼苗生长的影响不同。植物通过不同的光受体来感知和触发光信号，从而影响植物的生长发育等代谢过程。适宜比例的红蓝光更有利于番茄幼苗生长，过量的蓝光会抑制植物生长。本研究表明，随着补光光源中蓝光比例增加，番茄幼苗株高和总叶面积逐渐降低，该结果与前人研究结果相一致。

光合色素是植物进行光合作用所必需的，而光质直接影响到光合色素的形成，进而影响植物的光合作用。本研究表明，各补光处理番茄幼苗的光合色素含量均显著高于不补光处理，且当色温为4 000 K时，番茄幼苗叶片中的光合色素含量显著高于其他处理。这可能是由于在此条件下番茄幼苗的表观量子效率最大，具有更大的光合潜能。本研究结果还表明，番茄叶片中的光合色素含量随着蓝光补充比例的增加呈现先增加后降低趋势，这与Liang、Li等研究得出的规律一致。

生物量可以直接表征番茄幼苗对不同色温LED补光的响应程度，且不同色温对番茄幼苗生物量的影响显著。本研究表明，当色温为3 000K、4 000 K时，番茄幼苗生物量显著高于其他处理，这可能是由于随着色温的升高，白色LED光源中蓝光比例增加，从而导致生物量降低。该结果与蒲高斌等研究得出的蓝光所占比例越多番茄幼苗干物质积累越低的结果相一致。由此看出，不同色温LED补光对番茄幼苗生物量产生的影响是由于不同光质对番茄幼苗光合作用进行调控进而影响番茄幼苗的生长发育过程所致。

4 结论

综上所述，温室内补光能够促进番茄幼苗生长和光合色素的合成，弥补弱光下番茄幼苗生长受到的抑制。不同色温LED对番茄幼苗生长的影响不同，推测是由于番茄幼苗对补光光源中蓝光比例的响应不同。与红蓝LED相比，较低色温的白色LED有利于增加番茄幼苗生物量和光合色素的合成。因此，较低色温的白色LED光源可作为秋冬或早春季节温室内番茄幼苗培育的补光光源。

基金项目：山东省乡村振兴科技创新提振行动计划项目“设施蔬菜智慧生产与高值转化技术集成创新与示范”（2021TZXD007）；青岛市科技惠民示范引导专项“蔬菜壮苗标准化生产智控技术装备研发与示范应用”（21-1-4-ny-6-nsh）；山东省蔬菜产业技术体系项目“蔬菜集约化育苗技术研究”（SDAIT-05）；青岛农业大学大学生创新创业项目“不同色温LED对番茄幼苗生长发育的影响”