不同光强的LED光源对水培上海青生长和品质的影响

不 同光强的 LED 光源对水培上海青生长和品质的影响谢素珍1， 刘士哲1， 陈建胜2， 蔡如海2， 罗 健1（1.华南农业大学无土栽培技术研究室 ，广东 广州 510642；2.广州中大中鸣科技有限公司 ，广东 广州 510275）摘 要 ：利用波长为 630 nm 红光和 460 nm 蓝光 LED（Light Emitting Diode）作为光源 ，以自然光为对照 ，研究 4 种不同光合有效辐射 （PAR，分别为 100、150、200、250 mol/m2s）的 LED 光源对静止水培上海青生长和品质的影响 。 结果表明 ：LED 光源和自然光处理的上海青都出现叶片叶缘向下卷曲的现象 ；随着 LED 光源 PAR 的增大 ，上海青叶片的叶缘卷曲程度加重 ，甚至出现叶缘向上卷曲的现象 ，但徒长现象减轻 ，植株较健壮 ，各项生物量和生长指标也呈增大的趋势 ；叶绿素含量各指标差异不大 ，且 LED 光源处理的 VC 含量高于自然光处理 ；当 PAR 为 200250 mol/m2s 时较利于上海青的生长 。关键词 ：LED 光源 ； 光合有效辐射 ； 上海青 ； 静止水培 ； 生长 ； 品质中图分类号 ：S123 文献标识码 ： 文章编号 ：1004874X（2013）14004103Effects of PAR in LED on the growth and quality of Pak-choi（Brassica campestris）in still hydroponicsXIE Su-zhen1, LIU Shi-zhe1, CHEN Jian-sheng2, CAI Ru-hai2, LUO Jian1(1.Lab of Soilless Culture, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China;2.Joinmax Display Technology Co. Ltd., Guangzhou 510275, China)Abstract: The purpose of this experiment was to study the effects of different Photosynthetic Active Radiation (PAR) LED (LightEmitting Diode) as full light source on the growth and quality of pak-choi（Brassica campestris）in hydroponics. The LED light source wascomposed of red with peak at 630 nm(R) and blue with peak at 460 nm(B). Four kinds of PAR (100, 150, 200, 250 mol/m2s) LED weredesigned in the experiment respectively, compareing with the treatment of natural light source (CK). The results indicated that the edge ofpak-choi leaves curled downwards both in LED and CK treatments. With the increasing of PAR, the curling of leaves was more serious,but the spindling of pak-choi relieved, and the plants were stronger and biomass and the growth indexes increased. While there were nosignificant differences of each chlorophyll indexes among the three LED treatments, the VC of pak-choi in LED treatments was higherthan that in CK. The pak-choi grew well when the PAR was 200250 mol/m2s.Key words: LED light source; photosynthetic active radiation; pak-choi; still hydroponic; growth; quality光是植物生长发育的重要环境因子 ， 植物的生长发育 、开花结果是通过光合作用 、光形态建成反应 、光周期调节来完成的 ，这些都离不开光的参与和调节1-2。 设施栽培是一种可控农业 ，而设施内的光环境对蔬菜的高产优质有重要影响 。 在蔬菜生产中 ，光合有效辐射 （PhotosyntheticActive Radiation, PAR）的供给会限制作物的生长3-4。LED （Light Emitting Diode） 作为第 4 代新型照明光源 ，具有光质纯 、光效高 、与植物光合作用和光形态建成的光谱范围吻合以及节能环保等突出优势 ， 可实现高效能 、低热负荷和紧凑空间的集约化植物生产5-6。 已有研究表明 ，红蓝复合光对甜菜7、菠菜8、萝卜和生菜9、草莓10、紫苏11、黄瓜12、辣椒13、小白菜和油菜14、番茄15等蔬菜的生长形态和品质有显著的影响 。由于不同蔬菜不同生长时期所需的光谱组合 、PAR及光照周期存在一定差异 ， 且很多研究都是以荧光灯为对照 ，而在上海青 （Brassica campestris L.）方面的研究也还未见报道 。 本研究在前人的基础上 ， 利用波长为 630 nm红光和 460 nm 蓝光 LED 组合成新型的 LED 光源装置 ，以 红 蓝 配 比 71 作 为 基 准 ， 并 设 置 100、150、200、250mol/m2s 4 种光合有效辐射值 ，以自然光为对照 ，初步探讨不同光强的 LED 光源对静止水培上海青生长和品质的影响 ，以期为找到适合上海青生长的光强提供理论依据 。1 材料与方法1.1 试验材料选用 “上海青 ”（日野青梗菜 ）为试材 。 2012 年 5 月 15日在华南农业大学无土栽培技术研究室的温室大棚内育苗 ，2012 年 5 月 29 日 ，待幼苗长至两叶一心时 ，移苗定植于华南农业大学无土栽培技术研究室内 。 采用静止深水培方式种植 ， 营养液选用华南农业大学叶菜 B 方 ： 营养液pH=6.3（0.1）、EC=1.4（0.1）mS/cm、营养液温度 26（1）。1.2 供试装置1.2.1 常规材料 育苗盘 、18 L 蓝色塑料箱 、 泡沫板 、定植杯 ；柜式 LED 培养架 ，LED 灯板架在架子上面 ，培养架四周用隔光帘围住 ，减少光损失和交叉污染 ，其中留出一面可以卷起以便试验操作 。1.2.2 光源设备 光源设备采用广州中大中鸣科技有限公司生产的 LED 灯板 ，每个灯板由 60 颗红色 （630 nm）灯珠和 24 颗蓝色 （460 nm）灯珠均匀交替分布组成 ，每颗灯珠加了一个 40透镜 （减少光损失 ）。 灯板规格为 =50 cm30 cm，可以根据试验需要调节不同的光质配比 、光强 、光周期以及距作物的高度 。1.3 试验环境条件与设置收稿日期 ：2013-05-24基金项目 ：广州市番禺区科技计划项目 （2012-Z-02-01）作者简介 ：谢素珍 （1987-），女 ，在读硕士生 ，E-mail：xiesuzheng163.com通讯作者 ：罗健 （1966-），女 ，副教授 ，E-mail：jluoscau.edu.cn广东农业科学 2013 年第 14 期41C M Y KDOI:10.16768/j.issn.1004-874x.2013.14.055蒸 腾速率(mmol/m2s)2.120.066b2.110.272b1.820.156b2.190.031b2.650.053a胞间 CO2浓度(mol/mol)121.52.67a120.417.10a106.63.45a103.11.36a120.91.02a气孔导度(mol/m2s)0.0600.001b0.0540.002bc0.0470.004c0.0570.002b0.0780.003a光合速率(mol/m2s)11.360.12b8.870.56c9.100.47c10.880.13b14.520.29a处理CKL1L2L3L4表 4 不同 PAR 的 LED 光源对上海青光合指标的影响叶绿素 a/b2.7360.036a2.7560.094a2.5400.030b2.7630.044a2.7860.049a叶绿素 （a+b）含量 (mg/g)1.9860.241a1.7010.101a1.8150.118a1.6990.074a1.6090.089a叶绿素 b 含量(mg/g)0.5330.067a0.4540.031a0.5130.034a0.4440.022a0.4250.025a叶绿素 a 含量(mg/g)1.4530.174a1.2470.073a1.3020.084a1.2250.052a1.1830.065aSPAD 值33.60.69b34.40.51b34.40.52b33.61.02b37.81.20a处理CKL1L2L3L4表 3 不同 PAR 的 LED 光源对上海青叶绿素含量的影响茎粗 (cm)0.5220.020a0.3740.037b0.4230.018b0.5140.034a0.5680.018a根长 (cm)20.30.96a17.51.31a17.60.45a18.41.66a19.61.11a叶面积 (cm2)31.942.00b17.042.25c18.410.93c40.862.56a44.520.76a冠幅 (cm)24.50.71bc20.71.57c21.91.32c26.50.09b30.41.85a株高 (cm)22.40.29a18.10.81b19.40.81b18.91.09b18.20.88b处理CKL1L2L3L4表 2 不同 PAR 的 LED 光源对上海青生长指标的影响根冠比0.0590.004a0.0440.003b0.0480.002ab0.0450.004b0.0430.005b根系干重(g/pot)0.830.05ab0.370.08b0.460.05b0.690.09ab1.170.31a地上部干重(g/pot)5.960.31b3.130.82c4.880.55bc6.610.68b10.021.16a根系鲜重(g/pot)6.970.78ab2.671.07c4.550.90bc6.051.09ab9.224.12a地上部鲜重(g/pot)119.495.00b64.5416.91c96.3012.87bc137.3913.89b205.9224.99a处理CKL1L2L3L4表 1 不同 PAR 的 LED 光源对上海青生物量的影响注 ：（1）表中数据为 4 次重复的平均值 标准误 ；（2）同列数据小写英文字母不同者表示差异显著 ；表 2表 5 同 。试验在华南农业大学资源环境学院无土栽培技术研究室的实验室内完成 。 试验过程中各项环境指标 ：昼温 28（3）、夜温 23（2）、湿度 60%80%。试验共设置 5 个处理 ，以自然光为对照 ，以红蓝配比71 作为基准 ， 设置 4 种光强 ， 分别为 LED1 （PAR=100mol/m2s）、LED2（PAR=150 mol/m2s）、LED3（PAR=200mol/m2s）、LED4（PAR=250 mol/m2s），分别简写为 L1、L2、L3 和 L4；每个处理 4 次重复 ，每次重复设置 1 个种植箱 ，每个种植箱定植 6 棵上海青 。光 合 有 效 辐 射 （PAR） 的测定仪器为气象站（2000series, WatchDog, Weather Station, USA）， 开灯时间为每天的 6:0018:00，光周期为 12 h/d。 试验中将 LED 灯板置于作物顶部 25 cm 处 ， 使其尽量接近距离照射植物 ，减少不必要的光能损失 。1.4 指标测定与方法在上海青定植 26 d 后 ，观察并测定相关指标 ，用直尺测株高 、根长 、冠幅 ，用游标卡尺测定茎粗 ，叶面积用 LI-3000C 叶面积仪测定 ；地上部和地下部鲜重用百分之一天平称量 ；光合指标用 LI-6400（USA）便携式光合仪测定 ；相对叶绿素含量用便携式 SPAD-502 透射型活体叶绿素仪（日本 ）测定 ；叶绿素含量的测定采用 Arnon 法测定 ，即用80%丙酮提取液比色测定16；芥菜的品质指标分别采用蒽酮比色法17、2,6-二氯靛酚法18、折射仪法19测定芥菜可溶性糖 、维生素 C、可溶性固形物的含量 ；植株养分全 N、全P、 全 K 含量分别采用 H2SO4-H2O2消煮 -蒸馏法 （FOSS2300-III 型自动定氮仪 ）、H2SO4-H2O2消煮 -钼锑抗比色法 、H2SO4-H2O2消煮 -原子吸收分光光度法20测定 。1.5 数据分析所有数据均采用 Microsoft Excel 和 SAS 统计分析软件 。采用 Duncan 新复极差法 （DMRT）进行数据差异显著性检验 。2 结果与分析2.1 不同 PAR 的 LED 光源对上海青外观形态的影响由图 1（封二 ）可知 ，5 个处理的上海青均出现叶缘向下卷曲的现象 。 L1 和 L2 两个处理的外观相似 ，但随着光强的增大 ，上海青徒长的现象减轻 ，叶柄与主茎的夹角也变小 ，根量变多 ，主茎变粗 ，叶面积变大 ，叶色变深 ，但 L4处理有个别叶片出现叶缘向上卷曲的现象 。2.2 不同 PAR 的 LED 光源对上海青生物量的影响由表 1 可知 ， 不同 PAR 的 LED 光源对上海青生物量的影响不同 。 LED 处理的地上部鲜重 、根系鲜重 、地上部干重和根系干重均随着 PAR 的增加而增大 。 L4 处理的地上部鲜重最大 ，显著大于其余 4 个处理 ，L3 和 L2 与对照无显著差异 ，但 L1 显著小于对照 。 各处理的地上部干重变化情况与地上部鲜重的一致 。 L4 处理的根系鲜重与对照和 L3无显著差异 ，但显著大于 L1 和 L2，而 L1 显著小于对照 。L4处理的根系干重与对照和 L3 差异不显著 ， 但显著大于 L1和 L2，而后两者间差异不显著 。 L2 处理的根冠比与其余 4个处理差异不显著 ，但 L1、L2 和 L3 均显著小于对照 。2.2 不同 PAR 的 LED 光源对上海青生长指标的影响由表 2 可知 ，LED 各处理的株高无显著差异 ，且均显著小于对照 。 L4 处理的冠幅最大 ，且显著大于其余四个处理 ，而 L3 与对照无显著差异 ，但显著大于 L1 和 L2，而后两者间差异不显著 。L3 和 L4 处理的叶面积均显著大于其余 3 个处理 ，而 L1 和 L2 显著小于对照 。 各处理的根长差异不显著 。 L3 和 L4 处理的茎粗与对照无显著差异 ，且均显著大于 L1 和 L2，而后两者间差异不显著 。2.4 不同 PAR 的 LED 光源对上海青叶绿素含量的影响由表 3 可知 ，L4 处理的 SPAD 值最大 ， 显著高于其余 4个处理 ，而后 4 个处理间差异不显著 。 各处理之间的叶绿素a、叶绿素 b 和叶绿素 （a+b）差异都不显著 。 L2 处理的叶绿素a/b 显著小于其余 4 个处理 ，而后 4 个处理间差异不显著 。2.5 不同 PAR 的 LED 光源对上海青光合指标的影响由表 4 可知 ，L4 处理的光合速率最大 ，且显著大于其余4 个处理 ，其中 L1 与 L2 无显著差异 ，但均显著低于对照和L3，而后两者间差异不显著 。 4 种 PAR 处理中 ，光合速率随着 PAR 的增加而增大 。 L4 处理的气孔导度显著大于其余 4个处理 ，L3 与对照和 L1 差异不显著 ，但显著大于 L2。 5 个处42C M Y K植 株总 K 量(mg/pot)479.122.9b307.962.3c403.952.0bc550.461.3b815.588.7a植株全 K 含量(mg/g)80.40.7a83.32.1a82.23.0a83.00.8a81.71.8a植株总 P 量(mg/pot)68.15.1a51.810.6bc64.28.0ab40.23.7c46.13.5abc植株全 P 含量(mg/g)11.40.3b13.90.1a13.10.5a6.20.6c4.80.6d植株总 N 量(mg/pot)285.118.2b179.433.3c241.530.0bc321.334.5b506.969.5a植株全 N 含量(mg/g)47.80.6a49.11.7a49.30.9a48.51.2a50.21.4a处理CKL1L2L3L4表 6 不同 PAR 的 LED 光源对上海青养分吸收的影响注 ：植株总 N 量 (mg/pot)=植株全 N 含量 (mg/g)单个种植箱的植株地上部总干重 (g/pot)，植株总 P 量和总 K 量同 。VC 含量(mg/kg)160.11.8c262.819.6ab286.323.9a224.511.3b273.72.3a可溶性糖含量(%)0.220.02ab0.170.02b0.230.02ab0.160.02b0.310.04a可溶性固形物(%)2.30.10ab2.20.10b2.00.08b2.60.19a2.20.10b处理CKL1L2L3L4表 5 不同 PAR 的 LED 光源对上海青品质的影响理之间的胞间 CO2浓度差异不显著 。 L4 处理的蒸腾速率最大 ，且显著大于其余 4 个处理 ，而后 4 个处理间差异不显著 。2.6 不同 PAR 的 LED 光源对上海青品质的影响由表 5 可知 ，L3 处理的可溶性固形物含量与对照无显著差异 ，但显著大于 L1、L2 和 L4，且后三者间差异不显著 。 L4 处理的可溶性糖含量与对照和 L2 无显著差异 ，但显著大于 L1 和 L3，而后两者间差异不显著 。 各 LED 处理的 Vc 含量均显著大于对照 ， 而 L2 和 L4 与 L1 无显著差异 ，但显著大于 L3。2.7 不同 PAR 的 LED 光源对上海青养分吸收的影响由表 6 可知 ，5 个处理的植株的全 N 含量和全 K 含量均差异不显著 。 LED 各处理的植株总 N 量随着 PAR 的增加而增大 ，L4 显著大于其余 4 个处理 ，L1 与 L2 无显著差异 ，但显著小于对照和 L3。 L1 和 L2 处理的植株全 P 含量显著大于其余 3 个处理 ，L3 显著大于 L4， 但均显著小于对照 。 L2 处理的植株总 P 量与对照 、L1 和 L4 无显著差异 ，但显著大于 L3，而 L1 和 L3 显著小于对照 。 各处理的植株总 K 量变化情况与植株总 N 量的一样 。3 结论与讨论本研究表明 ， 自然光和 LED 光源各个处理的植株都出现了叶缘向下卷曲的现象 ， 可能与品种的选择有关 ，这与闻婧等21在生菜上的研究结果相差较大 。 梁磊等22研究发现 ，10%和 30%的光照强度会使观赏蔬菜 “紫冠 1 号小白菜 ”和 “中八叶乌塌菜 ”叶片反卷严重 ，而 “紫罗兰生菜 ”和 “奶油生菜 ”两个品种的叶片在弱光下变得狭长 ，其原因是为了提高弱光下散射光的利用率而使叶片变得松散而狭长 ，可见弱光对蔬菜形态产生了影响 。 但梁磊等的试验研究所用的光源未说明 ，故只是一种可能 。随着 LED 光源 PAR 的增大 ，上海青的产量和各项生长指标呈现增大的趋势 ，而上海青徒长的趋势减弱 。 唐中华等23研究发现 ，弱光处理前期长春花叶片中 GA3和 IAA含量均显著高于对照水平 ，可能对其节间伸长和叶面积增大起到了积极的作用24。 在本试验中 ，当 PAR 为 100mol/m2s 和 150 mol/m2s 时 ，仍不能满足供试上海青品种正常的生长 ，因此出现徒长的现象 。对于叶绿素各指标 ，除 L4 处理的 SPAD 值最大 、L2 处理的叶绿素 a/b 最小外 ，其他几个叶绿素指标在各处理间差异都不显著 ，可见 ，增大 PAR 并不能使叶绿素 a 和叶绿素 b 含量增加 。随着 LED 光源 PAR 的增大 ，上海青的光合速率呈增大的趋势 。 除胞间 CO2浓度差异不显著外 ，其他 3 个光合指标均以 L4 处理达到最大值 ，且显著大于自然光处理 。各品质指标没有随着 PAR 的增大而出现增大的趋势 ，其中 LED 光源各个处理的 VC 含量都显著高于自然光处理 ， 且以 L2 处理最大 ；L3 处理和 L4 处理的可溶性固形物含量和可溶性糖含量分别最高 。 这与吴兰坤等25在樱桃上的研究结果不同 。植株的全 N、K 含量在各个处理之间差异不显著 ，但植株总 N 量和总 K 量随着 PAR 的增大均呈增大的趋势 。植株全 P 含量以 L1 处理最大 ，而植株总 P 量则以自然光最大 ，且与 L1 和 L3 差异显著 。 这表明 LED 对植株全 N、全 K 和植株总 P 量的影响不明显 。综上可见 ，随着 LED 光源 PAR 的增大 ， 上海青的产量和各项生长指标均呈现增大的趋势 ，而上海青徒长的趋势变轻 ，且有利于光合指标和植株总 N 量和总 K 量的增加 ， 当 PAR 为 200250mol/m2s 时较利于上海青的生长 。上海青叶片的叶缘向下卷曲 、伸展不开 ，可能与 LED光源影响植物激素的变化有关 ，如生长素 、赤霉素 、细胞分裂素等 ，因为这些植物激素具有促进细胞分裂 ，叶片扩大等作用 ，但有关这方面的研究还未见报道 ，还需进一步的探讨 。 另外 ，试验所用 LED 光源可能也存在一些技术上的问题 ，目前仍在进一步研究和改进中 。参考文献 ：1 李雯琳 .LED 光源不同光质对叶用莴苣种子发芽及幼苗生理生化特性的影响 D.兰州 :甘肃农业大学 ,2009.2 杨其长 .LED 在农业与生物产业的应用与前景展望 J.中国农业科技导报 ,2008,10(6):42-47.3 马光恕 ,廉华 .设施内环境要素的变化规律及对蔬菜生长发育的影响 J.黑龙江八一农垦大学学报 ,2002,14(3):16-20.4 刘立功 ,徐志刚 ,崔瑾 ,等 .光环境调控及 LED 在蔬菜设施栽培中的应用和前景 J.中国蔬菜 ,2009(14):1-5.5 Okamoto K,Yanagi T,Kondo S. 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