资源描述:
植物生理学报 Plant Physiology Journal 2021 57 4 950 962 doi 10 13592 ki ppj 2020 0154950 收稿 2020 12 11 修定 2021 02 01 资助 现代农业产业技术体系 CARS 24 G 12 山东省现代农业产业技术体系专项基金 SDAIT 05 03 和山东省重点研发计划项目 2019GNC21331 不同生育期补光对温室甜椒生长 产量及品质的影响 段青青 1 张禄祺 1 2 张自坤 1 1 德州市农业科学研究院 山东德州253015 2 河北农业大学园艺学院 河北保定071001 通信作者 13853455807 摘要 本文以甜椒 奥黛丽 为试材 以自然不补光为对照 CK 通过利用3种不同光质 红蓝2 1 2R1B 红蓝 4 1 4R1B 红蓝8 1 8R1B 的LED补光灯补光 研究了不同生育期 苗期 花期和果期 补光对甜椒生长 产量及品质的影响 以期筛选出适宜不同生育期的补光光质 结果显示 与对照相比 苗期补光 4R1B处 理的茎粗 叶面积 果实糖酸比 VC和可溶性糖含量显著增加 8R1B处理的地上部生物量最高 硝酸 盐含量最低 且4R1B和8R1B处理的单株果实数 单果重和单产显著高于2R1B 花期补光 3种光质处理 的硝酸盐含量显著降低 糖酸比和可溶性糖含量显著升高 单果重和单产无显著变化 且2R1B处理的叶 面积 鲜重 地上干重 VC 糖酸比和可溶性糖含量最高 果期补光 3种光质处理的可溶性糖含量显 著升高 8R1B处理的地上干 鲜重 VC和可溶性糖含量最高 硝酸盐含量最低 且4R1B和8R1B处理的 单株果实数 单果重 单产和糖酸比显著高于2R1B 采用隶属函数法分别对甜椒不同生育期补光处理 的产量品质指标进行综合评价 苗期 花期和果期的综合得分排序分别为4R1B 8R1B 2R1B CK 2R1B 8R1B 4R1B CK 8R1B 4R1B 2R1B CK 综上 LED光质对甜椒的影响因生育期不同有所差异 苗期最佳补光光质是4R1B 花期最佳补光光质是2R1B 果期最佳补光光质是8R1B 关键词 甜椒 补光 光质 产量 品质 综合评价 Effects of supplemental illumination at different growth stages on growth yield and fruit quality of greenhouse sweet pepper DUAN Qingqing 1 ZHANG Luqi 1 2 ZHANG Zikun 1 1 Dezhou Academy of Agricultural Sciences Dezhou Shandong 253015 China 2 College of Horticulture Hebei Agricultural University Baoding Hebei 071001 China Corresponding author 13853455807 Abstract The effects of LED supplementary lighting at different growth stages on growth yield and fruit quality of sweet pepper Capsium annuum were conducted to select the optimal light quality with cultivar Aodaili as experimental material Plants were treated under 3 kinds of light quality with red R blue B ratio at 2 1 2R1B 4 1 4R1B and 8 1 8R1B at seedling flowering and fruiting stage respectively with no supplemental light as control CK Results showed that the stem diameter leaf area sugar acid ratio Vita min C content and soluble sugar content of 4R1B treatment increased significantly compared with CK at the seedling stage However the shoot biomass was the highest but the nitrate content was the lowest under 8R1B treatment Additionally the fruit number single fruit weight and yield were significantly higher 段青青等 不同生育期补光对温室甜椒生长 产量及品质的影响951 光是植物进行光合作用的直接能量来源 是 影响植物生长发育必不可少的环境因子 调控植物 的形态发生及最终的产量 陆海洋等2015 Zoratti 等2014 在北纬度地区 冬季设施内的光照强度 和光照时间受天气因素影响往往严重不足 通过补 充光照提高设施内作物的生长发育和产品品质成 为冬季温室生产的重要手段 崔晓辉等2017 Wojcie chowska等2015 发光二极管 light emitting diode LED 作为一种新型人工光源 能够促进多种作物 的生长发育及果实品质的提升 阳圣莹等2016 孙 娜等2014 谢景等2013 草莓上的研究发现 苗期 采用红蓝黄7 2 1的光质补光 光合色素含量 果 实产量和固酸比最高 刘庆等2015 花期红蓝3 1 光质补光的草莓单果质量 VC和可溶性糖含量显 著提高 阳圣莹等2016 而果期补光 红蓝4 9 1光 质处理下草莓的株高 叶片数 单果重 产量和 可溶性固形物含量高于红蓝3 1的光质 钱舒婷 2018 但番茄上的研究认为 果期补充红蓝3 1光 质的番茄株高 茎粗 产量 VC和可溶性糖含量 与红蓝4 9 1的光质无显著差异 钱舒婷2018 在 黄瓜方面已有研究证明 苗期补充红蓝7 3光质可 显著提高黄瓜幼苗的根系活力 促进干物质积累 利于培育壮苗 闫晓花等2016 花期补充红蓝3 1 光质的黄瓜株高 叶片数 瓜长 瓜重 可溶性 蛋白和可溶性糖含量显著提高 苏立芳2018 而果 期补充红蓝8 1光质处理的黄瓜瓜长 瓜重 可溶 性糖含量及氨基酸总量最优 谢景等2013 综上所述 不同蔬菜作物在不同生育期采用 LED补光均有较好的效果 但不同蔬菜作物适宜的 补充光质因生育期不同存在差异 甜椒 Capsium annuum 作为中国设施栽培的主要蔬菜种类之一 冬春设施内的弱光寡照环境会导致甜椒生育期延 迟 坐果数减少 马维源等2009 研究表明 与对 照相比 甜椒苗期采用红蓝7 3的光质补光显著增 加植株的株高和地上部干重 单产量提升14 81 傅国海等2017 而张子鹏等 2016 的研究认为 苗 期采用红蓝8 1的光质补光 甜椒的单株结果数显 著增加 产量提升82 81 且补光效果存在时间累 积效应 甜椒产量表现为苗期补光 花期补光 果 期补光 以上结果说明在甜椒同一生育期 光质不 同会造成补光效果有差异 同一光质在不同生育 期的补光效果也因补光时间不同存在差异 因此 under 4R1B and 8R1B treatments than those under 2R1B treatment At the flowering stage the nitrate con tent significantly decreased while the sugar acid ratio and soluble sugar content significantly increased under three light treatments but there was no significant difference in single fruit weight and yield among different treatments Moreover the leaf area fresh weight shoot dry weight Vitamin C content sugar acid ratio and soluble sugar content were the highest under 2R1B treatment In contrast with CK the soluble sugar content was significantly increased under three light treatments at the fruiting stage Furthermore the shoot fresh weight shoot dry weight Vitamin C content and soluble sugar content were the highest but the nitrate content was the lowest under 8R1B treatment In addition the fruit number single fruit weight yield and sugar acid ratio were significantly higher under 4R1B and 8R1B treatments than that of CK We used all indexes of yield and fruit quality to analyze the effect of light quality on plant growth at dif ferent development stages based on the fuzzy membership function The comprehensive scores were in the order of 4R1B 8R1B 2R1B CK 2R1B 8R1B 4R1B CK and 8R1B 4R1B 2R1B CK in seedling stage flowering stage and fruiting stage respectively These results showed that the influences of LED light qual ity on sweet pepper cultivation vary owing to different growth periods In conclusion the optimal supple mental lighting recipe for the cultivation of greenhouse sweet pepper is 4R1B at the seedling stage 2R1B at the flowering stage and 8R1B at the fruiting stage Key words sweet pepper Capsium annuum supplemental illumination light quality yield fruit quality comprehensive evaluation 植物生理学报 www plant 952 研究寻找适宜甜椒不同生育期的最佳补光光质显 得尤为重要 本文通过对日光温室甜椒苗期 花期 果期进行LED补光 研究不同生育期补充不同光质 对甜椒生长 产量及品质的影响 并对补光效果进 行综合评价 以期找出甜椒栽培不同生育期的最 佳补光光质 为日光温室甜椒栽培光调控技术提 供理论和实践指导 1 材料与方法 1 1 材料 试验于2018年9月至2019年1月在德州市农业 科学研究院平原科技创新园15号日光温室进行 供试甜椒 Capsium annuum L 品种 奥黛丽 2018 年7月16日播种 采用穴盘基质育苗 育苗基质为 草炭 珍珠岩 蛭石 体积比7 3 1 于8月30日 苗龄 45 d 定植于日光温室内 试验光源为定制LED植物补光灯 购于惠州可 道科技股份有限公司 单灯功率100 W 每盏灯由高亮 度的红色 R 630 nm 和蓝色 B 460 nm 灯珠组成 1 2 试验设计 本试验设3个不同红光 R 蓝光 B 比例处理 分别为2R1B R B 2 1 4R1B R B 4 1 和8R1B R B 8 1 以不补光为对照 CK 共计4个处理 每 个处理设3次重复 每个重复为一个小区 小区面 积为15 6 m 2 甜椒株距35 cm 大小行种植 大行80 cm 小行40 cm 每个小区栽种60株 小区随机排 列 补光灯悬吊于温室内 每个小区2支灯 不同小 区间用遮光布进行隔离 补光时间为18 00 次日 2 00 每天补光8 h 补光光强为55 mol m 2 s 1 通 过上下调节光源与植株顶端的垂直距离 使各处 理到达幼苗冠层的光量子通量密度相等 根据植 株生长高度适时调整光源位置 补光时间由定时 器控制 补光期间日光温室内的光温条件如图1 各处理光质光谱分布见图2 补光试验分为苗期 花期和果期3个时期进行 每个生育期补光试验周期为70 d 苗期补光开始 于2018年9月25日 此时甜椒已过缓苗期 株高 20 2 cm 茎粗 6 1 mm 花期补光开始于2018年 10月9日 此时期为甜椒开花期 株高 29 2 cm 茎 粗 8 1 mm 果期补光开始于2018年10月25日 此 图 1 日光温室内日平均光照强度和温度变化 Fig 1 Changes of daily average light intensity and air temperature in solar greenhouse 图 2 不同光质的光谱分布 Fig 2 Spectral distribution of different light qualities 时期为甜椒初果期 株高 42 2 cm 茎粗 10 1 mm 每隔14 d取样测定各项生长指标 1 3 测定项目与方法 1 3 1 甜椒植株生长指标分析 不同生育期补光试验 每隔14 d进行取样及指 段青青等 不同生育期补光对温室甜椒生长 产量及品质的影响953 标测定 每处理选取10株植株 用卷尺测量株高 用游标卡尺测量茎粗 选取5株植株 每株选择相 同部位的5片新生叶 叶片 2 cm 用直尺测量其叶 长和叶宽 根据刘浩等 2009 的方法计算叶片的单 叶叶面积 同时采用SPAD 502 Plus叶绿素仪 柯 尼卡美能达 日本 测定叶片的叶绿素含量 1 3 2 甜椒生物量分析 补光70 d后 每处理选取3株甜椒植株测定生 物量 分离地上部 茎 叶 果实 和地下部 根 用天平测定各部分鲜质量 烘干后测定各部分干 质量 1 3 3 甜椒产量品质分析 每处理选取长势一致的20株甜椒植株进行挂 牌标记 累计记录采收产量 采收果数 并计算单 株产量及每平米单产 每处理选取相同结果部位的3个果实进行品 质测定 测定部位为果实中部果肉 可溶性糖采用 蒽酮比色法测定 可滴定酸采用指示剂滴定法 GB T12293 1990 测定 维生素C采用2 6 二氯酚靛酚 比色法测定 硝酸盐含量采用水杨酸比色法测定 张子鹏等2016 李合生2000 1 4 数据统计分析 采用Execl 2010软件进行数据处理 用IBM SPSS Statistics 21 0 SPSS Inc 美国 统计软件进行方差 分析 差异显著性分析采用Tukey法进行检验 P 0 05 用Origin 8 1软件作图 利用模糊隶属函数法 对每个生育期补光试验的所有产量品质指标进行 综合评价 申宝营等2014 隶属函数分析 将原始 指标进行隶属函数分析 隶属函数值计算公式如 下 范晓丹等2015 正向指标计算 U X ij 正 X ij X jmin X jmax X jmin 负向指标计算 U X ij 负 1 X ij X jmin X jmax X jmin 式中 i表示某个处理 j表示某个指标 U X ij 表 示第i个处理第j个指标的隶属函数值 Xij为第i个处 理第j个指标的数值 X jmin 表示第j个指标的最小值 X jmax 表示第j个指标的最大值 根据指标的变异系数求出各指标的权重 王春 萍等2017 计算公式为 式中 W j 值表示第j个指标的权重 CV j 为第j个 指标的变异系数 综合评价值计算公式为 ij j 1 n j D UX W 式中 D值为每个处理用综合指标评价所得的 补光效应综合评价值 2 实验结果 2 1 不同生育期 LED补光对甜椒株高的影响 补光70 d后 各光质处理的植株表型如图3所 示 苗期补光 光质4R1B处理的植株长势较好 花 期补光 各光质处理的植株表型并无显著差异 果 期补光 CK的植株长势明显弱于补光处理 由图4可知 LED补光期间 甜椒的株高呈逐渐 增加的趋势 光质对株高的影响因生育期不同有 所差异 苗期补光 整个补光期间 4R1B处理的株 高较高 与CK无显著差异 补光前期 3种光质处理 的株高无显著差异 42 d开始 2R1B处理的株高显 著低于4R1B和8R1B 花期补光 整个补光期间 3 种光质处理的株高无显著差异 42 d开始 8R1B处 理的株高最低 显著低于CK 但2R1B和4R1B处 理的株高均与CK无显著差异 果期补光 整个补 光期间 3种光质处理的株高基本无显著差异 且 与CK之间差异不大 但到补光70 d 4R1B和8R1B 处理的株高显著高于CK 综上 苗期LED补光 2R1B处理对甜椒株高的生长不利 而花期和果期 LED补光 3种光质处理对株高的影响不大 整体上 看 不同生育期补光 4R1B处理有助于甜椒株高的 增加 2 2 不同生育期 LED补光对甜椒茎粗的影响 如图5所示 LED补光期间 甜椒的茎粗呈逐渐 增加的趋势 光质对茎粗的影响因生育期不同略有 差异 苗期补光 4R1B处理的茎粗较大 与8R1B 处理总体上差异不显著 但从补光28 d开始 4R1B处 理的株高显著高于2R1B和CK 花期补光 3种光 质处理的茎粗基本无显著差异 与CK相比差异均 不显著 果期补光 4R1B和8R1B处理的茎粗较粗 在补光14 d时显著高于2R1B 在补光28和56 d时显 著高于CK 补光70 d 3种光质处理的茎粗均无显 jj j 1 n j W CV CV 植物生理学报 www plant 954 图 3 不同生育期 LED补光后甜椒植株表型 Fig 3 The phenotype of sweet pepper after supplemental LED light at different growth stages 著差异 且与CK之间差异均不显著 综上 苗期补 光 4R1B处理能显著增加甜椒的茎粗 花期和果期 补光对甜椒茎粗影响较小 2 3 不同生育期 LED补光对甜椒叶面积的影响 LED补光 不同LED光质处理对甜椒叶面积的 影响因补光时期的不同有所差异 图6 苗期补光 整个补光期间 4R1B和8R1B处理的叶面积较大 两者无显著差异 且在补光42 d之前 二者均显著 高于2R1B处理和CK 至补光70 d 3种光质处理的 叶面积均显著高于CK 花期补光 2R1B处理的叶 面积最大 始终显著高于CK 且到补光后期 显著 高于4R1B和8R1B处理 补光期间 4R1B和8R1B 处理的叶面积与CK之间均无显著差异 果期补光 补光28 d后 4R1B和8R1B处理的叶面积最大 二 者之间差异不显著 但均高于2R1B处理 且3种光 质处理的叶面积均显著高于CK 可见 苗期和果 期补光 4R1B和8R1B处理有利于增加甜椒的叶 面积 花期补光 2R1B处理有助于增加甜椒的叶 面积 2 4 不同生育期 LED补光对甜椒 SPAD值的影响 如图7所示 不同生育期补光 SPAD值的表现 趋势有差异 苗期补光SPAD值呈逐渐上升的趋势 而花期和果期补光SPAD值呈先上升后下降的趋 势 可能与生育后期叶片开始衰老有关 苗期补光 4R1B和8R1B处理的SPAD值较高 但整体上与 2R1B处理的差异不显著 补光期间 3种光质处理 的SPAD值与CK之间均无显著差异 花期补光 整 个补光期间 3种光质处理的SPAD值无显著差异 且与CK之间差异均不显著 果期补光 8R1B处理 的SPAD值高于4R1B和2R1B处理 但总体上三者 之间差异不显著 与CK相比 补光前期 3种光质处 理的SPAD值与CK差异不显著 56 d开始 均显著 高于CK 综上 苗期和花期补光 不同光质处理对 甜椒SPAD值的影响较小 果期补光 与CK相比 补 段青青等 不同生育期补光对温室甜椒生长 产量及品质的影响955 图 4 不同生育期 LED补光对甜椒株高的影响 Fig 4 Effects of supplemental LED light at different growth stages on plant height of sweet pepper 不同小写字母分别表示同一时间不同光质处理间存在显著差异 P8R1B 2R1B CK 说明最有利于甜椒产 量品质的苗期补光光质为4R1B 花期补光 2R1B 4R1B和8R1B 3种光质对甜 椒株高 茎粗和SPAD值的影响总体上没有显著差 异 但2R1B处理拥有较高的叶面积和鲜重 并且地 上干重显著高于其他处理和CK 说明蓝光比例增 大有利于增加叶面积和生物量 普遍认为 红光促 进叶面积增大和生物量积累 而蓝光则相反 杨玉 凯等2018 倪纪恒等2009 但也有研究发现红蓝 混合光源中蓝光比例多少对作物的生长发育有显 著影响 14 3 的蓝光显著增加白菜的生物量 Fan 等2013 25 50 的蓝光显著促进莴苣叶面积增 大和生物量提高 并且改善了莴苣的品质 徐文栋 等2015 本研究中2R1B光质处理的叶面积和生 物量优于其他处理 说明是促进甜椒生长的适宜 光质 研究表明 补光提高果实产量 改善果实品 质 但不同光质对产量品质的影响不一致 孙娜等 2014 研究发现补充红蓝1 1光质的番茄单株产量 与对照无显著差异 但可溶性糖和VC含量高于对 照 而补充红蓝2 1光质的番茄产量和可溶性糖含 量显著高于对照 硝酸盐含量显著低于对照 岳钉 伊2017 本试验结果显示 3种光质处理的单果重 和单产均与CK无显著差异 硝酸盐含量显著低于 段青青等 不同生育期补光对温室甜椒生长 产量及品质的影响959 图 8 不同生育期 LED补光对甜椒生物量的影响 Fig 8 Effects of supplemental LED light at different growth stages on biomass of sweet pepper 表 1 不同生育期 LED补光对甜椒产量的影响 Table 1 Effects of supplemental LED light at different growth stages on yield of sweet pepper 生育期 补光处理 单株果实数 个 单果重 g 单产 kg m 2 苗期 CK 5 81 0 12 a 169 80 6 78 a 3 79 0 08 b 2R1B 5 28 0 16 b 151 38 3 24 b 3 08 0 05 c 4R1B 5 83 0 26 a 179 31 4 48 a 4 02 0 10 ab 8R1B 5 95 0 13 a 179 65 6 67 a 4 11 0 14 a 花期 CK 5 98 0 03 b 176 69 5 82 a 4 07 0 15 a 2R1B 6 13 0 13 ab 174 92 11 89 a 4 12 0 21 a 4R1B 6 31 0 09 a 179 17 4 47 a 4 35 0 17 a 8R1B 6 15 0 13 ab 181 72 8 57 a 4 30 0 23 a 果期 CK 6 27 0 06 c 171 56 5 01 b 4 13 0 10 c 2R1B 5 99 0 05 d 174 20 0 53 b 4 01 0 02 c 4R1B 7 11 0 07 a 188 79 4 13 a 5 17 0 16 a 8R1B 6 47 0 03 b 192 83 3 34 a 4 80 0 10 b 同列不同小写字母表示同一生育期不同光质处理在P8R1B 4R1B CK 说明 最有利于甜椒产量品质的花期补光光质为2R1B 果期补光 补光后期3种光质处理的株高 叶 面积和SPAD值均显著高于CK 但光质4R1B和 8R1B处理的生物量显著高于2R1B和CK 说明果 期补光促进了甜椒的营养生长 但高比例蓝光对 生物量的积累不利 这与甜椒花期补光结果相反 可能是因为光质在不同生育期的表现存在差异 如草莓花期补充红蓝3 1光质的单果质量 VC和 可溶性糖含量最高 阳圣莹等2016 而果期补充红 蓝4 9 1光质的单果重和可溶性固形物含量高于红 蓝3 1 钱舒婷2018 研究表明 红光利于增加可 溶性糖含量 降低硝酸盐含量 蓝光增加可滴定酸 含量 高波等2015 而适宜的红蓝比例光质提高 VC含量 阳圣莹等2016 本研究发现 3种光质处 理的可溶性糖含量均显著高于CK 8R1B处理的硝 段青青等 不同生育期补光对温室甜椒生长 产量及品质的影响961 酸盐含量最低 VC含量最高 2R1B处理的可滴定 酸含量最高 4R1B处理的单株果实数和单产显著 高于其他处理和CK 这与前人的报道相符 吴根 良等2014 即果期补光适当提高红光比例显著增 加甜椒的结果率和产量 提高果实中可溶性糖和 VC含量 对甜椒果期补光效果进行综合评价 综 合得分排序为光质8R1B 4R1B 2R1B CK 说明 最有利于甜椒产量品质的果期补光光质为8R1B 参考文献 References Chen XW Liu SQ Wang Y et al 2014 Effects of different LED light qualities on growth photosynthetic characteris tics and nutritional quality of savoy Chin J Appl Ecol 25 7 1955 1962 in Chinese with English abstract 陈祥 伟 刘世琦 王越等 2014 不同LED光源对乌塌菜生 长 光合特性及营养品质的影响 应用生态学报 25 7 1955 1962 Cui XH Guo XO Sun TY et al 2017 Effects of LED sup plementary lighting on seedling growth and fruit quality of oriental melon Plant Physiol J 53 4 657 667 in Chinese with English abstract 崔晓辉 郭小鸥 孙天宇 等 2017 LED补光对薄皮甜瓜幼苗生长及果实品质的 影响 植物生理学报 53 4 657 667 Duan QQ Zhang LQ Zhang ZK et al 2019 Effects of spectrum and duration of supplemental illumination on growth yield and fruit quality of greenhouse sweet pepper Trans Chin Soc Agric Eng 35 24 213 222 in Chinese with English abstract 段青青 张禄祺 张自坤 等 2019 补光时间及光质对温室甜椒生长及产量品 质的影响 农业工程学报 35 24 213 222 Fan XD Liu F Wang YA et al 2015 Evaluation of zinc de ficiency tolerance in different kinds of apple 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