LED光源下不同光照时间对生菜生长的影响
2023-09-19
来源:乌哈旅游
2014年3月 农机化研究 第3期 LED光源下不同光照时间对生菜生长的影响 毛金柱 ,邱 权 ,张 芳 ,李 宁 ,胡跃高 ,薛绪掌 (1.北京农业智能装备技术研究中心,北京 100097;2.中国农业大学农学与生物技术学院,北京 100193; 3.西安理工大学教育部西北水资源与环境生态重点实验室,西安 710048;4.西南大学农学与生物科技学 院,重庆4007l5) 摘要:为了探究LED光源下光照时间的延长对生菜生长、品质和离子吸收量的影响,选择3个光照时间(12, 16,20h)和2个生菜品种(美国大速生和香港玻璃)进行水培实验,并对试验数据进行了分析。试验分析结果表 明:延长光照时间能够提高生菜的株高、叶长和叶宽、地上部分鲜重、根鲜重和地上部分干重;随着光照时间的延 长,生菜可溶性糖含量显著增加,硝酸盐含量显著减少,二者呈负相关关系,其蛋白质含量显著降低;同时,延长 光照时间能够显著增加生菜对硝酸根、铵根、磷酸根和钾离子的吸收量。因此,LED光源下延长光照时间有利于 增加生菜株高、叶面积和产量,改善品质,并促进离子吸收。 关键词:生菜;光照时间;形态;产量;品质;离子吸收量 中图分类号:¥636.2 文献标识码:A 文章编号:1003-188X(2014)03-0141-05 0 引言 光是植物生长的重要环境因子之一,它不仅是植 不同生菜品种进行水培,比较其形态指标、产量指标、 品质特性以及单株离子吸收量,探索光照时间对生菜 生长的影响,以期为高产优质生产生菜的光照环境调 控和水培生菜的发展提供一定的参考。 物进行光合作用必需的能源,同时也是植物形态建成 的必要条件,对植物生理活动、生长发育、产量品质等 起到十分重要的调节作用¨ 。光照时间是光影响植 1材料与方法 1.1 试验材料 物生长发育和形态建成的重要因素之一。 生菜(Lactuca sativa L.),学名叶用莴苣,原产地 中海沿岸,是一种重要的世界性蔬菜,富含蛋白质、糖 类、维生素和矿物质等营养成分,近些年成为设施园 艺的主栽叶菜 J。目前,有关光照时间对植物形态、 产量、品质等方面的影响 有报道。 LED(Light Emitting Diode)又名发光二极管,具有 试验选用北京市农林科学院蔬菜中心提供的生菜 品种,分别为香港玻璃、美国大速生,均是散叶生菜。 采用3 cm厚的海绵块育苗。试验所用的营养液采用 分析纯级别的化学试剂和当地自来水配制。 1.2试验方法 已有一定的研究,但是有 关光照时间对植物单株离子吸收量影响的研究却鲜 试验于2012年l2月1日在北京市农林科学院植 物工厂内进行,试验育苗期为4周,移栽至采收期为4 周。将准备好的3 cm厚的海绵块切成3cm见方的小 电源电压低、节能高效、稳定性强、体积小、寿命长和 发热少等诸多优点 J。除此之外,LED还拥有光源光 质纯、波长类型丰富、光谱能量调制便捷能等突出优 势,能够近距离照射植物,因此已在植物生产和科研 领域中逐步得到应用 J。 本研究通过在LED光源下设置不同光照时间对 收稿日期:2013—05—20 块,切时相互之间保留部分连接,便于码平。将海绵 块清洗干净后,码平于不漏水的育苗盘中。在每块海 绵中央扎一个深1 cm的孔洞,每个孔洞中播3粒种 子,当长至3叶后间苗至1棵,当生菜生长至5片展开 叶时进行移栽。 水培营养液池长180cm,宽60cm,高12em,其上 设有一块PVC栽培板,板上有28孔,每孔直径32mm。 每个栽培池加入100L营养液,每块栽培板栽种28株 生菜,每个栽培池为一个小区。 本试验设置3个光照时间,分别为l2,16,20h;2 基金项目:国家“863计划”项目(2013AA103005) 作者简介:毛金柱(1988一),男,江苏盱眙人,硕士研究生,(E—mail) jinzhumao@yahoo.cn。 通讯作者:邱权(1982一),男,山东荣成人,助理研究员,博士,(E— mail)qiuq@nereita.org.on。 个品种,分别为美国大速生(A)和香港玻璃(B),两两 农机化研究 第3期 组合,共6个处理,每个处理设置3个重复。温室内环 境采用空调控制,昼温24 ̄C,夜温18℃,白天相对湿度 48%~52%,夜间相对湿度60%~70%,室内CO 浓 度稳定在950~1 000x10。范围内。营养液每周补充1 取15mL营养液,补充后再提取15mL营养液,在实验 室内利用离子选择电极分别检测两次提取的营养液 中的硝酸根、铵根和钾离子的浓度;利用ND2109型磷 酸根分析仪检测磷酸根浓度(该仪器可将磷酸二氢 根、磷酸氢根转化为磷酸根进行、?贝0定,本试验中的磷 酸根离子特指磷酸根、磷酸氢根和磷酸二氢根的总 和)。每隔7天测量栽培池内液面下降深度,并根据 营养液池长和宽计算剩余营养液体积。根据下式来 计算生菜单株离子吸收量,即 r】一 煎 二 旦 次,每天7:00—8:00,1 1:00—12:00,17:00—18:00利 用小型气泵为营养液爆气1h,EC值稳定在1.2~ 1.6mS/cm之间,用磷酸调节pH至6.0—6.9之间。 试验采用日本山崎莴苣(生菜)配方和通用微量 元素配方。口本山崎莴苣(生菜)配方如下:四水硝酸 钙236mg/L,硝酸钾404mg/L,磷酸二氢铵57mg/L,七 水硫酸镁123mg/L。通用微量元素配方如下:乙二胺 四乙酸二钠铁20~40mg/L,硼酸2.86mg/L,四水硫酸 锰2.13rag/L,七水硫酸锌0.22mg/L,五水硫酸铜 0.08mg/L,四水钼酸铵0.02mg/L。 1.3 光源设备 午 式中 Q一生菜单株离子吸收量; Ⅳ一移栽至采收所需周数; C}iii' _-7天前补充后营养液离子浓度和体 积; LED光源采用北京朗世明半导体照明有限公司 提供的LED灯管,每根灯管由42个0.25W的LED灯 C后, 一7天后补充前营养液离子浓度和体 积; 珠组成,每小 设置20根灯管,灯管红蓝比(R/B)为 3:1,红光波长为(650_+10)nm,蓝光波长为(470+10) nm,光量子密度为40b ̄mol/(1"I1 ・S)。 1.4测定项目和方法 卜生菜株数。 1.5数据分析 方差分析采用SAS2009软件处理,差异显著水平 为P<0.05,其余操作均在EXCEL2007中进行。 1.4.1 牛菜形态指标和产量指标的测定 收获时,随机选取6株生菜测量植株株高、叶片 数、叶长和叶宽、地上部分鲜重和根鲜重、地上部分干 重、地 部分含水锩和根冠比等指标。 地上部分下重测定方法:生菜样品地上部分先在 105 下杀青1h,然后在70%下烘干至恒重。 地上部分含水量计算公式为 2结果与分析 2.1 形态指标分析 不同光照时间、不同生菜品种的形态指标的影响 如表1所示。从表1可以看出,在美国大速生的株高 方面,20h光照时间处理比12h光照时间处理明显高 出14.62%,比16h光照时间处理明显高出2O.61%, 12,16h光照时间处理之间没有显著差异;在11-卜数方 面,12,16,20h 3个光照时间处理之间没有显著差异; 叶长随着光照时问的延长而增加,但12,16,20h 3个 光照时间处理之间没有显著差异;叶宽随着光照时间 0 (1一 )×100% 式中 ~地上部分含水量; G~地 部分干重; ~地上部分鲜再。 根冠比计算公式为 的延长而增加,相比12h光照时间处理,16h光照时间 处理显著增加22.24%,20h光照时问处理显著增加 34.01%,16h与20h光照时间处理之间没有显著差 异。 式中F~根冠比; ~根鲜l蕈; 一从表1可以看出,在香港玻璃的株高方面,20h光 照时问处理比12h光照时问处理显著高出21.54%, 地上部分鲜承。 1.4.2生菜品质指标的测定 比16h光照时间处理显著高出27.76%,12,16h光照 时间处理之间没有显著差异;在叶数方面,12,l6,20h 3个光照时间处理之间没有显著差异;在叶长方面, 20h比12h光照时间处理显著高出15.00%,比1613光 照时问处理显著高出19.71%,12,16h光照时间处理 之问没有显著差异;叶宽随着光照时间的延长而增 收获时,随机选取3株新鲜牛菜测量其可溶性糖 含量(蒽酮比色法)、蛋白质含量(考马斯亮蓝一G250 染色法)和硝酸盐禽量(比色法) 。 1.4.3乍菜单位鲜重离子消耗麓的测定 , 菜乍长过程中,营养液每刷补充1次,补充前提 2014年3月 农机化研究 第3期 加,20h比12h光照时间处理显著高出38.34%,比 16h光照时间处理显著高出34.24%,12,16h光照时 间处理之间没有显著差异。 综上可以看出,光照时间的延长能够增加生菜的 株高、叶长和叶宽,对叶数没有影响。 表1 不同光照时间对不同生菜品种的形态指标的影响 Table 1 Effects different light durations on morphological index of different lettuce varieties 上部分鲜重、根鲜重、地上部分干重,轻微降低根冠 比,对地上部分含水量没有影响。 表2不同光照时间对不同生菜品种的产量指标的影响 Table 2 Effects of different light durations on yield index of different lettuce varieties 2.3品质特性分析 不同光照时间、不同生菜品种的品质特性影响如 表中同列数据后不I司小写字母表不差异显著(P<0.05)。F同。 表3所示。从表3中可以看出,美国大速生的可溶性 糖含量随着光照时间的延长而增加,相比12h光照时 间处理,16h光照时间处理显著增加了49.13%,20h 2.2产量指标分析 不同光照时间、不同生菜品种的产量指标的影响 如表2所示。从表2可以看出,相比12h光照时间处 光照时间处理显著增加了95.o3%;美国大速生的蛋 白质含量随着光照时间的延长而降低,相比12h光照 理,16h光照时间处理的美国大速生地上部分鲜重增 加了44.07%,20h光照时间处理显著增加了 时间处理,16h光照时间处理降低了14.11%,20h光 照时间处理显著降低了30.48%;美国大速生的硝酸 148.07%;美国大速生的根鲜重随着光照时间的延长 而增加,但12,16,20h光照时间处理之间没有显著差 异;相比12h光照时间处理,16h光照时间处理的美国 盐含量随着光照时间的延长而降低,相比12h光照时 间处理,16h光照时间处理显著降低了23.44%,20h 光照时间处理显著降低了64.06%。 表3 不同光照时间对不同生菜品种的品质特性的影响 Table 3 Effects of different light durations on quality characteristics of diierentf lettuce varieties 大速生地上部分干重增加了28.30%,20h光照时间 处理显著增加了155.66%;在美国大速生地上部分含 水量方面,12,16,20h光照时问处理之间没有显著差 异;美国大速生的根冠比随光照时问的延长而降低, 但12,16,20h光照时间处理之间没有显著差异。 从表2可以看出,香港玻璃的地上部分鲜重随着 光照时间的延长而增加,相比12h光照时间处理,16h 光照时间处理显著增加了74.55%,20h光照时问处 理显著增加了148.65%;香港玻璃的根鲜重随着光照 时间的延长而增加,相比12h光照时问处理,16h光照 时间处理增加了68.90%,20h光照时间处理显著增 加了104.85%;地上部分干重随着光照时间的延长而 增加,相比12h光照时间处理,16h光照时间处理显著 增加了99.33%,20h光照时间处理显著增加了 244.00%;在香港玻璃地上部分含水量方面,12,16, 20h光照时间处理之间没有显著差异;香港玻璃的根 从表3中可以看出,香港玻璃的可溶性糖含量随 着光照时间的延长而增加,相比12h光照时间处理, 16h光照时间处理显著增加了63.30%,20h光照时间 处理显著增加了124.52%;香港玻璃的蛋白质含量随 着光照时间的延长而降低,相比12h光照时间处理, 16h光照时间处理降低了23.61%,20h光照时间处理 冠比随光照时间的延长而降低,但l2,16,20h光照时 间处理之间没有显著差异。 综上可以看出,光照时间的延长能够增加生菜地 显著降低了37.52%;香港玻璃的硝酸盐含量随着光照 农机化研究 第3期 时间的延长而降低,相比12h光照时间处理,16h光照 时间处理显著降低了28.00%,20h光照时问处理显著 降低了50.o0%。 的单株吸收量比12h光周期处理的分别增加了 112.67%,29.51%,29.61%,138.49%,均差异显著。 从表4中还可看出,16h光周期处理的香港玻璃硝 酸根、铵根、磷酸根和钾离子的单株吸收量比12h光周 期处理的分别增加了100.23%,17.42%,33.38%, 64.54%,均差异显著;20h光周期处理的香港玻璃硝酸 综上可以看出,光照时间的延长能够提高生菜可 溶性糖含量,降低蛋白质和硝酸盐的含量。 可溶性糖含量与硝酸盐含量的相关性分析如图1 所示。从图1可以看出,不同光照时间的美国大速生 根、铵根、磷酸根和钾离子的单株吸收量比12h光周期 处理的分别增加了177.44%,23.34%,43.66%, 113.01%,均差异显著。 的可溶性糖含量和硝酸盐含量呈负相关关系,公式为Y =一0.023 9x+0.881 3,R 0.595 2;不同光照时问的香 港玻璃的可溶性糖含量和硝酸盐含量呈负相关关系, 公式为Y=一0.010 4x+0.584 5,R 0.605 9。 3结论与讨论 3.1 讨论 光照时间的延长,意味着植物进行光合作用的时 问延长,光合作用所产生的碳水化合物能够较好地支 持植物的生理代谢、生长发育等生命活动;同时,长时 间的光线照射不断刺激光敏色素传导信号,诱导相关 基因的表达,调节相关生理反应,影响植物的生长¨ 。 严妍的研究发现,在恒温20 下,随着荧光灯光照时 间的延长,生菜的株高不断增加,地上部分鲜重、地上 0 j0 20 30 4U }】_‘溶性糖含量/mg・g 部分干重、根鲜重、叶片数和叶面积不断提高,根冠比 逐渐下降,对地上部分含水量没有显著影响¨ j。本试 验部分结果与上述结果相似,不同的是,LED灯下光 照时间的延长对生菜叶数和根冠比没有显著影响,可 圈1 可溶性糖含量与硝酸盐含量的相关性分析 Fig.1 CmTelation analysis between the soluble sugar content and nitrate content 2.4分析硝酸根、铵根、磷酸根和钾离子单株吸收量 能因为LED与荧光灯光质不同所造成的。以上说明, LED光源下延长光照时问对生菜的株高、地上部分鲜 重、地上部分干重、根鲜重以及叶长和叶宽(叶面积) 不同光照时间、不同生菜品种的对硝酸根、铵根、 磷酸根和钾离子单株吸收量的影响如表4所示。 表4 不同光照时间对不同生菜品种的硝酸根、铵根、磷酸根和 钾离子的单株吸收量的影响 Fable 4 Effects of diferent light durations on absorptive amount to nitrate,ammonia,phosphate and potassium ions unit plant of diferent lettuce varieties 都有显著的提高作用,轻微降低根冠比,对叶片数和 地上部分含水量没有影响。 硝酸还原酶是植物硝酸盐代谢过程中的关键酶, 光可刺激光敏色素诱导硝酸还原酶编码基因的表达 并提高硝酸还原酶活性,从而促进植物硝酸盐同 化 13]。Scaife和Schloemer的研究¨ 表明,植物对硝 酸盐的同化速率随着光照的延长而增加。同时,光照 下植物光合作用持续进行,大量生成碳水化合物,为 硝酸还原过程提供必需的能源和物质。周晚来等 人¨ 的试验结果表明,短期连续光照条件下,生菜叶 片硝酸盐含量与可溶性糖含量呈极显著负相关关系。 严妍的试验结果表明,光照时间的延长可以显著提高 可溶性糖含量,降低蛋白质和硝酸盐的含量 。本试 从表4中可以看出,16h光周期处理的美国大速生 验结果与上述结果一致,随着光照时间的延长,生菜 可溶性糖含量显著增加,硝酸盐含量显著减少,呈负 相关关系,蛋白质含量显著降低。 N,P,K是植物主要构成元素之一,在植物干重中 占有较大的比例¨ 。本试验结果表明,随着光照时间 硝酸根、铵根、磷酸根和钾离子的单株吸收量比12h光 周期处理的分别增加了70.67%,5.79%,9.85%, 24.46%,其中硝酸根和钾离子吸收量差异显著;20h光 周期处理的美国大速生硝酸根、铵根、磷酸根和钾离子 20l4年3月 农机化研究 1289. 第3期 的延长,单株生菜的硝酸根、铵根、磷酸根和钾离子的 吸收量显著增加,这与产量指标随着光照时间的延长 [7] Koontz H V,Prince R P.Effect of 16 and 24 hours daily ra— diation(1ight)on lettuce growth[J].HoaScience,1 986, 21:123—124. 所产生的变化是相一致的。随着光照时间的延长,一 方面生菜叶片光合作用不断进行,所合成的碳水化合 物增多,一方面光敏色素受到不断刺激 ,生理活动 加强,这使得生菜本身合成有机物的能力增强,生长 旺盛,因此导致根部对离子的吸收增多。 3.2 结论 [8] 于海业,王永志,张蕾.LED在设施农业中的应用[J].农 机化研究,2009,31(5):190—192. 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Effects of Diferent Light Durations on the Growth of Lettuce (Lactuca sativa L.)in LED Light Source Mao Jinzhu ,Qiu Quan ,Zhang Fang ,Li Ning ,Hu Yuegao ,Xue Xuzhang (1.Beijing Research Center for Intelligent Agricultural Equipments,Beijing 1 00097,China;2.College of Agronomy and Biotechnology,China Agricultural University,Beijing 1 00 1 93,China;3.Northwest Key Laboratory of Water Resources and Environment Ecology of Ministry of Education,Xi’an University of Technology,Xi’an 7 1 0048,China;4.College of Agronomy and Bioteehnology,Southwest University,Chongqing 4007 1 5,China) Abstract:In order to investigate the effects of prolonging light duration in LED light source on lettuce’s growth,quality and absorptive amount to ions,a water culture experiment in which the design included three light durations(12h,16h, 20h)and two varieties of lettuce(American Dasusheng and Hongkong BoLi)was conducted.The results showed that,the prolonging of light duration could increase lettuce’s height,length and width of the leaves,above—ground fresh weight, root flesh weight and shoot dry weight.Then the prolonging of light duration could increase soluble sugar content and re- duce protein and nitrate content of lettuce signiicantfly in which there was a negative correlation between soluble sugar and nitrate content.Besides these,the prolonging of light duration could resuh in the significant increase of absorptive a— mount of lettuce to nitrate ions,ammonia ions,phosphate ions and potassium ions.All of these showed that the prolonging of light duration in LED light source could increase the lettuce’s height,leaf area and yield,improve the quality,and promote the absorption to ions. Key words:lettuce;light duration;morphology;production;quality;absorptive amount to ions 145・ ・