LED红蓝光下播种量及培养天数对大麦苗的影响_林坤明.pdf

年 月 第 卷 第 期 照明工程学报 红蓝光下播种量及培养天数对大麦苗的影响 林坤明 刘文科 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所 农业农村部设施农业节能与 废弃物处理重点实验室 北京 摘 要 本研究以大麦苗 福大麦一号 为研究对象 在 红蓝光植物工厂中 光强 光质 光周期 进行幼苗培养 种子发芽 后 进行光照 光周期 培养 试验共设置 个处理 对 照组浇灌蒸馏水 播种量为 盘 密度为 实验组浇灌营养液 播量分别为 盘 盘 盘 和 盘 在培养第 进行采收 分别测定 干鲜重 株高等生物量指标和蔗糖 可溶性糖 氨基酸 可溶性蛋白含量等品质指标 结果表明 第 时 大麦幼 苗株高 干鲜重均和播种量呈正相关 与 相比 盘和 盘可溶性糖和蔗糖含量更高 氨基酸含量则 在 盘和 盘播量下更高 可溶性蛋白含量则随着播种量呈先上升后下降趋势 浇灌蒸馏水处理大麦幼苗株 高 茎叶干鲜重远低于浇灌营养液处理 而在可溶性糖含量 蔗糖含量和氨基酸含量上远高于浇灌营养液处理 在 和 时 各处理大麦苗株高和产量相比第 时增长率较低 各处理四个品质指标含量随着培养天数增加呈先 上升后下降趋势 大部分处理下大麦苗品质指标含量于第 达到最高 基于产量 经济效益和品质等方面综合考 虑 水培大麦苗在培养到第 时 采用营养液灌溉 播种密度在 时最合适 关键词 大麦苗 播种量 培养天数 产量 品质 中图分类号 文献标识码 基金项目 中国农业科学院科技创新工程 通信作者 刘文科 第 卷第 期林坤明等 红蓝光下播种量及培养天数对大麦苗的影响 引言 人工光牧草植物工厂是采用人工光植物工厂的 设计理念 基于牧草生长发育特性 通过对封闭系 统物质交换和环境调节创造适合牧草无土栽培的生 长环境 实现牧草速生 优质 高产和经济效益最 大化的目的 其中大麦苗 已 经在人工光牧草植物工厂中规模化生产 它是由大 麦籽粒在恒温恒湿条件下经短期培育而得的嫩苗 具有易消化 节肥高产 产出稳定 生长周期短等 优点 针对水培饲草技术 国外已开展了部分 研究 目前国内外已有中国农业科学院 新疆 饲料研究所 浙江大学等高校和科研机构开展了植 物工厂设备的研发应用研究 当前在 的集 装箱式植物工厂中 有效生产面积 利用 立体栽培提高单位面积产能 并结合雾培与浅水膜 培等技术 可以达到年产鲜草 以上 茬 此外对于大麦苗的研究发现 水培大麦苗 当作饲料添加剂可以提高日粮消化率和促进动物生 长 在蛋鸡 种鸡的日粮中添加 水培大麦苗 可以提高种鸡的生长速度 促进产蛋鸡的生长和产 蛋率 提升经济效益 在绵羊日粮中 用 和 水培大麦苗 鲜重 等比例替代部分大 麦籽粒 随着水培大麦苗替代量的增加 绵羊的日 粮干物质采食量 氮采食量及养分的存留率和消化 率均显著提高 大麦苗的产量和品质除受遗传因子影响外 还 受生态环境和栽培措施的影响 其中播种量和培养 天数是大麦苗优质高产的重要影响因素 张大龙和 李春龙等 在水培甜荞苗和豌豆苗的试验中发 现 随着播种密度的增大 芽苗菜的生物产量和经 济产量呈现增长趋势 而生物产率和经济产率在达 到一个峰值后回落 播种量过大 影响通风性 不 仅会造成烂种 同时芽苗菜的生长受限 经济产率 也会逐渐下降 研究发现大麦发芽过程能显著提高 大麦自身的营养价值 尤其是有效赖氨酸的含量 且有助于形成独特的风味和口感 同时提高蛋白质 和淀粉的消化率以及某些谷物中限制氨基酸和维生 素等营养物质的含量 张端莉等 详细测定 了大麦苗发芽过程中营养物质的变化 试验在恒温 水培环境中进行 共培养了 每隔 取样一 次 研究发现随着培养时间增加 总干物质部分降 解 蛋白质 淀粉和脂肪呈下降趋势 但可溶性糖 含氮物质和维生素含量显著提高了 当前对于大麦苗播种量还没有系统性的研究 各学者对于播种量设定相差很大 等 为 等 为 万茂科 等 则定为 同时大麦苗产量和品质和 培养天数显著相关 但当前大麦苗的培养天数一 般为一周左右 更长的培养时间是否具有更高的 产量和品质 需要进一步研究 此外 先前研究 发现由于大麦籽粒本身结构等特性 在发芽水培 阶段过高的播种量和培养时间极易滋生病菌 从 而降低经济效益 综上所述 确定合适的播种 量和培养时间具有十分重要意义 本研究在 光环境下 旨在通过延长大麦苗培养时间 探究 不同播种量下大麦苗的产量和营养品质的变化 为今后对人工光植物工厂大麦苗水培生产研究提 供参考 照明工程学报 年 月 材料与方法 试验材料与生长条件 试验于 年 月 日在中国农业科学院农 业环境与可持续发展研究所的人工光植物工厂中进 行 试验所需大麦种子 福大麦 号 购于市场 挑选饱满一致 无破损和无虫害的大麦种子 使用 的种植盘播种 并由 高支架撑起 置于托盘中 选用规格为 红蓝光组合面板灯 给予 光照 面板灯安装在种植盘上方 处 将挑选好的种子先使用蒸馏水冲洗完表面的杂 质后浸泡 后 捞出泡发的种子 并舍去漂浮于 水面的种子 用蒸馏水冲洗两遍 使用 次氯酸 钠溶液消毒 消毒过程中使用玻璃棒搅 拌 结束后用蒸馏水冲洗两遍后捞出 平铺于种植 盘中 种植盘底部有均匀的小孔 上方铺设一层经 过高温消毒的纱布 种子置于纱布上 将种植盘置 于植物工厂中 植物工厂内保持室温在 浓度为 空气湿度 试验设计 试验在 红蓝光环境下进行 光质配比为 光强设置为 光周期设 置为 明期时段为 暗期时 段为 试验以喷淋营养液 盘 为对照 共设置以下处理 表 前 为避光处理 避光处理期间各处理均采 用蒸馏水喷淋 每天四次 分别为 每次喷淋 开启光处理 后 除 继续采用蒸馏水喷淋外 其余处理采 用 营养液喷淋 每天四次 第 每次 喷淋 第 每次喷淋 后每次喷 淋 表 试验处理 试验处理播种量 盘 灌溉溶液 蒸馏水 营养液 营养液 营养液 营养液 农艺性状测定 在试验第 采样 暗期结束后每 个处理随机选取 个样方 每个样方 将样方内大麦苗在根茎处剪断 分别测定茎叶 根 系鲜重和株高 从样方中选取 重的茎叶和根系 用锡箔纸包裹 迅速液氮处理后保存于 冰箱 中 其余部分分装至信封 于 烘干至恒重 称量干重 通过剩余部分干鲜重比例 计算可得样 方内大麦苗茎叶和根系总干重 计算单位面积上大 麦苗总鲜重得到单位面积产量 计算单位面积上麦 苗总鲜重和播种时种子鲜重的比值得到单位种子 产量 品质指标测定 将保存于 冰箱中的根系和茎叶样品 分 别于低温环境中使用研钵将冷冻样品研磨至粉末状 测定以下生理指标 蔗糖 氨基酸 采用由索莱宝提供的试剂盒测定 北京 参考 的苯酚硫 酸法测可溶性糖 含量 参考 的考马斯亮蓝法测可溶性蛋白 含量 数据分析 采用 软件对所取得的生物 量等数据进行统计 用 软件对数据进行单 因素方差分析 并运用 检验法对显著性差异 进行多重比较 采用 软件 制图 结果与分析 红蓝光下播种量及培养天数对大麦苗生 长的影响 从图 中发现 处理下大麦苗株高均显 著低于 处理下 各处理随培养时间增加 株 高均逐渐上升 其中不难发现各处理株高的增长 率随着培养时间延长减缓 当培养到 时 处理下大麦苗株高大于 处理 此外 试验中还发现随着培养时间增加 各处理麦苗尖 部出现黄化现象并有向下蔓延趋势 通过图 可 以明显看出 的 处理下大麦苗黄化现象 最为明显 时的其他处理也有不同程度的黄 化表现 第 卷第 期林坤明等 红蓝光下播种量及培养天数对大麦苗的影响 图 五种试验处理下在第 采收时大麦苗的形态 红蓝光下播种量及培养天数对大麦苗茎 叶干鲜重的影响 图 中 各处理茎叶和根系鲜重均随着培养时 间延长而增加 其中根系部分重量均远大于茎叶部 分 这和图 中干重数据相反 而 和 期间 处理鲜重增长最缓慢为 和 其次是 处理 增长最快为 处理 为 和 图 中大麦苗茎叶部分干重 数据趋势基本和鲜重相似 但根系部分干重数据有 显著变化 从图中发现 各处理根系干重随着培养 时间延长而降低 其中播种量越大降低程度更大 注 不同小写字母表示不同处理间在 水平差异显著 图 培养天数增加下播种量对大麦苗株高的影响 处理在各培养时间下大麦苗的根系干重也均 大于 处理下 红蓝光下播种量及培养天数对大麦苗单 位产量的影响 图 可知 各处理的单位种子产量和单位面积 产量均随着培养天数增加而上升 但增长率逐渐降 低 其中各时间段内单位面积产量最高为 处 理达到了 左右 处理低于 处理 下大麦苗单位面积产量 最低 为 左右 单位种子产量的图中发现 在 时 处理增 长了约 倍 和 均增长了约 倍 其中 处理下大麦苗随培养时间增加单位种子产量大 注 不同小写字母表示不同处理间在 水平差异显著 图 培养天数增加下播种量对大麦苗茎叶鲜重 左 及根系鲜重 右 的影响 照明工程学报 年 月 注 不同小写字母表示不同处理间在 水平差异显著 图 培养天数增加下播种量对大麦苗茎叶干重 左 及根系干重 右 的影响 注 不同小写字母表示不同处理间在 水平差异显著 图 培养天数增加下播种量对大麦苗单位种子产量 左 及单位面积产量 右 的影响 于 达到了 倍和 倍 红蓝光下播种量及培养天数对大麦苗茎 叶可溶性糖含量和蔗糖含量的影响 从茎叶可溶性糖含量数据来看 图 处理下含量远大于其他处理 且随着时间增加其含 量也显著上升 在 时 较高播种量的 和 处理 可溶性糖含量显著高于较低播种量的 和 处理 时 各处理可溶性糖含量 显著上升 但没有显著差异 而在 时 各处理 含量均下降且与第 时结果相反的结果 从蔗糖 含量数据来看 图 处理下大麦苗含量也 显著高于其他处理 且随着培养时间增加而增加但 幅度小于可溶性糖含量 和 处理在 和 时大麦苗茎叶蔗糖含量显著高于 和 处理 而在 时 和 处理下的大 麦苗茎叶蔗糖含量显著降低 红蓝光下播种量及培养天数对大麦苗茎 叶可溶性蛋白含量和氨基酸含量的影响 从图 中发现 可溶性蛋白含量在 时 各 处理含量较低 在 时均显著上升 时除了 处理 其他处理可溶性蛋白含量均显著下降 在各阶段 处理的可溶性蛋白含量均低于 处理 处理可溶性蛋白含量均为最高 氨基酸 含量数据中可知 图 在 和 时 第 卷第 期林坤明等 红蓝光下播种量及培养天数对大麦苗的影响 注 不同小写字母表示不同处理间在 水平差异显著 图 培养天数增加下播种量对大麦苗可溶性糖含量 左 及蔗糖含量 右 的影响 注 不同小写字母表示不同处理间在 水平差异显著 图 培养天数增加下播种量对大麦苗可溶性蛋白含量 左 及氨基酸 右 的影响 处理下大麦苗茎叶氨基酸含量均显著高于其他处理 含量低于 和 处理 各处理中除了 处理 其他处理随着培养天数增加 氨基酸含 量整体都呈现先上升后下降的趋势 讨论 许多发达国家利用水培大麦苗作为动物饲料 均取得了良好效果 研究水培大麦苗营养价 值 提高水培大麦苗产量在我国是一项基础工作 当前水培大麦苗的一般流程是在大小合适的浅盘内 均匀铺上经过浸种的大麦籽粒 在温湿度适宜的环 境下 后即可生根发芽 经过 后 盘上 可见绿色芽苗 盘内种子萌发的根部相互缠绕 形 成一块地毯装成品 在本试验中 将培养时间 延长至 并设置了多个处理 结果发现 相同 播种量情况下 浇灌营养液的处理在大麦苗株高和 产量方面显著大于浇灌蒸馏水的处理 且随着培养 时间增加 差距变大 这和索宝丽等试验结果相 似 而产生这一现象的原因 和种子发芽的原理 密不可分 大麦种子由胚芽 胚乳和麸皮组成 而在其发芽前期 胚乳中的淀粉降解为幼苗生长提 供碳源 随着培养时间增加 胚乳中能量耗尽 营养液促进其快速生长 同时试验中还发现 随着 培养时间增加 各处理大麦苗茎叶尖端出现黄化且 范围逐渐变大 这一现象在浇灌蒸馏水的处理尤为 照明工程学报 年 月 明显 杨金钰等 在其试验中也发现了这一现象 产生主要原因一方面可能是培养天数增加 种子中 的能量物质逐渐耗竭 使得叶片失绿 含水量减少 另一方面 随着培养时间增加 试验种植环境受限 使植物根系处于长期浸泡环境中 溶氧量不足 且 水培环境容易滋生病菌 引发根腐 导致根系无法 正常吸收养分 试验中也发现随着培养时间延长 根系出现变褐 发粘 有异味等现象 浇灌营养液 处理随着培养时间的增加 株高和产量均缓步上升 但增长的经济效益较低 这和马敏虎等试验结果相 同 在 时 实际光照培养了 最高单位 种子产量为 和 处理 达到了 倍 而 培养时间延长 和 后 最高单位种子产量仅达 到了 和 倍 刘康等 在其试验中发现 过 高的播种量 过晚采收 因为大麦苗根部潮湿 易 滋生蚊虫和有害物质 降低产量和品质 基于产量 提高和经济效益方面综合考虑 水培大麦在培养到 第 时 采用营养液灌溉 播种密度在 时最合适 研究发现 水培大麦苗在生长期间 干物质 与淀粉含量随着培养时间增加而降低 同时淀粉被 分解代谢为可溶性多糖 用于新陈代谢需要和能量 需求 矿物质元素 维生素 氨基酸总含量随着 培养天数的增加而增长 随着大麦籽粒发芽过程推 进 水溶性蛋白含量呈现增长趋势 总氨基酸含量 也有明显的增加 在本次试验中也发现大麦苗干 物质和淀粉含量和培养时间呈反比 黄万里等 在 试验中发现 在水培生产模式下 大麦苗的营养品 质随培养天数发生变化 培养 时的大麦苗饲草 营养成分 粗蛋白 粗脂肪 粗纤维 酸性洗涤纤 维 中性洗涤纤维 钙 含量 氨基酸含量高于第 上述学者对于水培大麦苗营养价值 的研究最多持续到第 少有探究之后的情况 在 本试验中发现 除了可溶性蛋白含量以外 浇灌蒸 馏水的处理 在可溶性糖含量 蔗糖含量 氨基酸 含量方面均显著大于浇灌营养液的处理 总得来看 各处理大麦苗的品质指标随着培养天数的增加 呈 现先上升后下降的趋势 于第 时达到最高 结论 综上所述 在 红蓝光环境下 随着培养时 间增加 各处理大麦苗株高 产量均缓步增加 但 后的增长量经济效益较低 浇灌营养液更利于 产量提高 且大麦苗不易出现黄化现象 大麦苗株 高 单位种子产量和单位面积产量和播种量呈现正 相关 大麦苗四个品质指标总体来看随着培养时间 增加呈现先上升后下降的趋势 且浇灌蒸馏水的大 麦苗茎叶四种指标的含量更高 基于产量 经济效 益和品质等方面综合考虑 水培大麦苗在培养到第 时 采用营养液灌溉 播种密度在 时最合适 参考文献 刘文科 候瑞锋 设施牧草产业发展需求与植物工厂 技术研发对策 农业工程技术 王志冉 周增产 马铁 等 全自动牧草植物工厂设 计与应用 大麦与谷类科学 林坤明 刘文科 陈艳琦 红蓝光下次氯酸钠消 毒时间对水培大麦苗生长和产量的影响 中国照 明电器 袁芳 靳亚星 郭同军 等 水培大麦苗在畜牧养殖 应用的研究进展 中国饲料 任澎 邓蒙蒙 王迪铭 奶牛新型饲料水培大麦苗在 不同水培天数下营养价值探究 饲料研究 杨金钰 水培大麦苗生长及饲用营养物质代谢对不同 光配方和氮素的响应 新疆 新疆农业大 学 第 卷第 期林坤明等 红蓝光下播种量及培养天数对大麦苗的影响 张大龙 张军良 黄东 等 播种密度与生长时间对 豌豆芽苗菜产量及品质的影响 西北农业学报 李春龙 韩春梅 叶少平 等 播种密度对甜荞 苦荞 芽苗菜生产的影响 蔬菜 董海洲 大麦理化特性及其挤压膨化加工机理与应用 的研究 北京 中国农业大学 张端莉 桂余 方国珊 等 大麦在发芽过程中营养 物质的变化及其营养评价 食品科学 万茂科 苗洪利 程广壮 等 光强和光周期对大麦 草生长速率的影响 照明工程学报 林坤明 刘文科 陈艳琦 红蓝光下消毒试剂种 类及浓度对水培大麦苗生长和产量的影响 中国 照明电器 刘康 季一鸣 张样平 两种水培大麦苗方法的可行性 与产量比较 农业工程技术 索宝丽 王文轩 张盈盈 等 植物工厂条件下不同 营养液配方对大麦苗生长的影响 中国草地学 报 姜恩熙 陈思 高健祁 等 大麦强弱势粒胚乳淀粉 体发育及淀粉理化性质的比较研究 扬州大学学 报 农业与生命科学版 杨金钰 王西和 孙九胜 水培对全株大麦和小麦苗 氨基酸组成的影响及对比分析 新疆农业科学 马敏虎 常华瑜 陈朝燕 等 苗草专用型大麦品种 鉴定及全基因组关联分析 作物学报 刘宝祥 朴永哲 翟明昌 等 大麦发芽过程中蛋白 质组的变化研究 食品工业科技 黄万里 王建平 刘宁 等 不同水培时间下大麦苗 的营养价值及 组分 草业科学