基于叶位和时段光合特性的番茄补光技术研究_郭锐.pdf

北方园艺（）： 设施园艺 第一作者简介 ：郭锐 （），男 ，天津人 ，硕士 ，助理研究员 ，现主要从事设施蔬菜栽培技术等研究工作 。：责任作者 ：杨小玲 （），女 ，福建三明人 ，博士 ，研究员 ，现主要从事设施蔬菜栽培技术等研究工作 。：基金项目 ：天津市蔬菜产业体系创新团队专项资助项目（）；天津市科技计划资助项目（）；天津市农业科学院院长基金资助项目 （）。收稿日期 ：基于叶位和时段光合特性的番茄补光技术研究郭锐 ，华 明 艳 ，仝 雅 娜 ，杨 小 玲（天津市农业科学院 ，天津）摘要 ：以越冬设施番茄为试材 ，采用叶片全波段光吸收分析和光合生理分析方法 ，研究番茄补光所需的光质 、合理补光部位与合理时段 ，以期提高番茄工人补光效率 。结果表明 ：补光不会改变番茄光吸收特性和吸收值大小 ，在红光区的光吸收峰值所对应的波长为，蓝光区的光吸收峰值所对应的波长为。不同部位叶片的个光吸收峰值达到了显著差别 ，其中 ，上部叶片在光吸收值分别是中 、下部叶片的倍和倍 ，在光吸收值分别是中 、下部叶片的倍和倍 。：番茄光合作用的光补偿点和暗呼吸率较低 ，分别为：的光补偿点和暗呼吸率的和。因此 ，建议番茄人工补光使用红光和蓝光的红蓝补光灯 ，补光部位以上 、中部叶片为主 ，补光时段为：。关键词 ：番茄 ；光吸收 ；光补偿点 ；暗呼吸率 ；补光中图分类号 ： 文献标识码 ： 文章编号 ：（）设施越冬种植果类蔬菜可获得较好的效益 ，但我国冬季光照强度一般在万以内 ，温室由于结构 、覆盖材料等因素的影响 ，光照强度仅为露地的，有些甚至低于，这与果类蔬菜生长发育所需的光饱和点 （番茄万，黄瓜万）相差甚远 ，因此 ，光是设施越冬生产的主要限制因子之一 。近年来 ，连阴 （霾 ）气候频发且时长延长的气象灾害给越冬果类蔬菜生产增加了更大的种植风险 ，设施栽培领域的补光技术引起了全球的重视 ，我国设施蔬菜种植户对人工补光的需求也呈上升趋势 。关于补光对蔬菜种苗质量 ，植株生长发育 、果实成熟期 、产量和品质和提高作物抗逆性等方面的影响已有研究报道。随着补光灯的发展 ，国内外十分重视补光灯的红蓝光比例，而往往忽略光吸收峰值所对应的波长 。同时 ，合理补光时段和不同补光灯合理放置位置等的应用技术鲜见报道 ，用户在生产中应用模式多种多样 ，导致补光效率相差很大 。现通过研究番茄光吸收特性和不同时段的光合生理特性 ，探讨番茄补光所需的合理光质 、合理补光部位及合理时段 ，以期为生产提供指导 。 材料与方法 试验材料供试品种为荷兰凯德系列 “”硬粉番茄 ，购于北京鑫福农业科技发展有限公司 。 试验方法试验在天津市武清区现代农业创新基地日光温室进行 ，前茬作物为黄瓜 。整地前每施袋装商品有机肥。年月日定植 ，行 、株距，留果穗 ，年月日始收 ，月上旬拉秧 。田间设置处理（安装盏红蓝补光灯 ）、处理（不补光 ，对照 ）个处理 ，每处理重复次 ，每个处理小区面积，个处理之间用相同的小区面积作为自然隔离 。月日开始补光 （植株第穗花蕾刚露头 ）。 项目测定番茄光吸收特性与补光对光吸收的影响 ：番茄定植后 （第一果穗开花 ），随机采集番茄叶片 ，将叶片错开叶脉剪成小片 ，称量放入试管中 ，加入酒精，放置黑暗中浸泡。吸取浸出液，加入 酒精稀释 ，置于普析双光束紫外可见分光光度计 ，用的波长扫描液体的光吸收值 。不同部位叶片光吸收特性 ：定植后分别采集番茄上部 （最上面的完全展开叶 ，为第三穗花上面的第一叶或下部的第一叶 ）、中部 （第一果穗上部的第二叶 ）和下部叶片 （第一果穗下部的第二叶 ），用酒精浸提叶绿素 ，分析的波长光吸收值 。不同时段番茄光合特性 ：月日 ，在温室盖住保温被的情况下于：以及：，用便携式光合作用测量系统活 体 测 定 番 茄 中 上 部 叶 片 分 别 在 、 、 、 、光量子密度下的光合速率 ，通过光合计算程序计算不同时段的光饱和点 、最大光合速率 、光补偿点 、暗呼吸率 。 数据分析运用软件计算光合参数 ，采用和 软件进行数据作图和统计分析 。 结果与分析 番茄叶片光吸收特性与补光对光吸收特性的影响绿色植株的光合作用是以红 、蓝光为主要能源 ，将和转化为有机物 。不同植物在红 、蓝光区的光吸收峰值所对应的波长不同 ，从图可以看出 ，番茄红光区吸收峰值的波长范围为，其中的 光 吸 收 值 是的，的 光 吸 收 值 是的；蓝光区吸光峰值的波长范围为，其中 ，与的光吸收值近似度为，个波段的光吸收值的平均值为的，的光吸收值为光吸收值的。因此 ，为提高补光灯的光效率 ，使补光灯发出的光质吻合植物的光吸收特性 ，可将番茄补光灯的红光区光谱峰值设定为，蓝光区光谱峰值设定为。图 番茄的光吸收特性与补光对光吸收的影响 从图还可以看出 ，补光与对照个处理的番茄叶片光吸收图谱高度一致 ，不仅吸收峰值的波长相同 ，而且峰值大小也相同 ，因此 ，补光没有改变番茄的光吸收特性和光吸收值大小 。 不同部位的叶片光吸收值在光饱和点内 ，植物所吸收的大部分光能用于光化学反应 ，少部分光能通过非光化合过程耗散 。一般植物吸收的光能越多 ，用于光合作用的光能越高 。从图可以看出 ，不同部位的番茄叶片光吸收图谱相似 ，但光吸收值的大小不同 。表表明 ，不同部位的个光吸收峰值达到了显著差别 ，其中 ，上部叶片对波长的光吸收值分别是中 、下部叶片的倍和倍 ，对波长的光吸收值分别是中 、下部叶片的倍 和倍 。不 同 部 位 叶 片 对 绿 光 （）的吸收差异较小 。因此 ，在补光位置上 ，推荐对番茄的上 、中部的叶片进行补光 。 第 期北方园艺图 番茄不同部位叶片的光吸收特性 表 不同部位番茄叶片的光吸收峰值 叶片部位 波长 上部 中部 下部 注 ：不同小写字母表示 的显著差异 。： 不同时段番茄的光合生理特性从表可知 ，早上随着时间推移 ，相同光照强度下光合速率增加较快 ，：要获得正光合速率的光照强度为，：获得正光合速率的光照强度降为。晚上随着时间推移 ，相同光照强度下光合速率下降但降幅较小 ，：获得正光合速率所需的光照强度为，远 低 于 早 上 所 需 的 光 照强度 。表表明 ，番茄晚上的光饱和点 、最大光合速度 、光补偿点和暗呼吸率均低于早上 ，但前二者与早上相比 ，差异不显著 ，而后二者达到了极显著水平 ，晚上的光偿点和暗呼吸率分别为早上的和，表明了番茄晚上消耗的呼吸产物较少 ，从而进一步证明了傍晚产生正光合产物所需的光强更低 。因此 ，越冬番茄生产中采用延时补光 ，建议补光时间放在傍晚盖上保温被后：进行 。表 番茄在不同时段不同光照强度下的光合速率 光量子密度 （）时刻 ： ： ： ： ： ： 表 不同时段番茄光合生理特性 时刻光饱和点 （）最大光合速率 （）光补偿点 （）暗呼吸率 （）： ： 注 ：不同小写字母表示达到 水平的显著差异 。： 北方园艺月 （下 ） 结论与讨论研究表明 ，植物叶绿素、对红光区 （）和蓝光区 （）有个最强吸收峰，而且这个吸收峰所对应的红光和蓝光已被证明对多种作物的生长发育有效，这也是近十几年来 ，国内外常用红 、蓝补光灯作为种植补光的原因之一。然而资料所表明的个最强光吸收峰值所对应的波长域值较宽泛 （达）。相对某一作物而言 ，光吸收峰值的波长域值较窄 ，该研究测定的番茄吸收峰波长域值仅有。同时 ，不同作物光吸收峰值所对应的波长不同 。据不完全统计 ，目前用于农业生产的红 、蓝补光灯光谱峰值所对应的波长多数分别为与，与该研究结果番茄光吸收个峰值所对应的主波长精准值红光和蓝光有一定的差距 。因此 ，建议分别研究不同作物光吸收峰所对应的波长 ，通过定制精准补光灯进行补光 ，以提高人工补光效率 。果类蔬菜属于蔓生植物 ，上部叶片对中下部叶片具有遮阴 、截留光线的作用 ，补光灯安装的位置是当前人工补光在实际应用时有争议的问题 。目前常用的补光灯安装位置有种 ，即顶部 、行间冠层和底部 。传统光源一般安装在作物的正上方进行顶部补光。一些研究表明 ，株间补光可以提高叶片质量 、光合作用和果实品质。针对蔓生作物 ，在相同数量补光灯的情况下 ，一部分通过顶部补光 ，另一部分采用行间冠层补光比完全顶部补光所获得的产量高 、品质更好。该研究表明 ，番茄顶部叶片的光吸收能力最强 ，其次为中部叶片 。由于顶部叶片多为不完全叶 ，需要较多的光合产物用于自身生长 ，因此 ，笔者认为 ，顶部与中部叶位相结合的补光更有利于植株的生长发育 。比较不同灯源的特点 ，由于传统光源产热较多 ，通过顶部补光既可减少补光灯对植株的热伤害 ，也可使植株吸收的光量达到最大 ；补光灯光量子密度较低 ，其散发的热量较少 ，与植物近距离接触不会对植株产生热伤害 ，适合中部叶片的行间补光 。因此 ，生产上可将传统补光灯安装于顶部 ，配合红蓝光灯行间给中部叶位补光可获得较好的效果 。京津及以北地区温室果菜生产中常常在：打开保温被 ，：前后放下保温被 ，一天中的光照时间不超过。阴天则不仅光照强度低 ，而且保温被遮盖时间更长 。因此 ，补光包括晴天延时补光及阴天全天补光 。然而在延时补光方面 ，延时补光的适宜时段存在争议 。程瑞锋等认为早上提前补光的叶片光合启动时间比晚上长 ，但最终稳定时的净光合速率比晚上大 。刘文科报道红蓝光灯晚上补光处理所获得的番茄产量大于早上补光所获得的产量 ，但二者之间没有达到显著差别 。李梅等认为上半夜温度为，黎明前温度为条件下最有利于番茄苗期叶片进行光合作用 ；而结果期则是上半夜，黎明前温度最有利于番茄叶片的光合作用 。该试验通过研究早上和晚上番茄叶片的光合生理 ，认为：的补光光合效率大于：的补光光合效率 。同时 ，深冬季节北方地区许多温室早上的温度低于，光合作用的羧化酶活性低 ，不利于形成光合产物 ，因此建议延时补光的时段为：。参考文献谢景 ，刘厚诚 ，宋世威 ，等 光源及光质调控在温室蔬菜生产中的应用研究进展 中国蔬菜 ，（）：张彩虹 ，于秀针 ，马彩雯 ，等 升降式系统补光对弱光条件下日光温室番茄生产及产量品质的影响 中国农机化学报 ，（）： ， ， ， ， ，（）： ， ， ， ，：李军 ，刘凤军 ，徐君 不同发光二极管 （）光源补光对大棚秋番茄植株生长及果实产量和品质的影响 江苏农业学报 ，（）：王丽伟 ，李岩 ，辛国凤 ，等 不同比例红蓝光对番茄幼苗生长和光合作用的影响 应用生态学报 ，（）：徐新娟 ，李勇超 ，张尚攀 ，等 两种叶绿素提取方法的比较湖北农业科学，（）：张辉 ，张凤良 ，李小琴 ，等 琴叶风吹楠叶绿素提取方法比较热带农业科技，（）： 第 期北方园艺刘彤 ，刘雯 ，马建设 可调红蓝光子比例的 植物光源配光设计方法 农业工程学报 ，（）：王伟伟 ，马俊贵设施温室补光灯的应用农业工程，（）：张珂嘉 ，邹志荣 ，杨俊伟 ，等不同比例红蓝光对奶油生菜生长 、光合特性及品质的影响 蔬菜 ，（）：刘文科 ，杨其长 ，魏灵玲光源及其设施园艺应用北京 ：中国农业科学技术出版社 ， ， ， ， ，： ， ， ， ，（）：丁小涛 ，姜玉萍 ，王虹 ，等株间补光对番茄生长和果实品质的影响 上海农业学报 ，（）： ， ，： ， ， ， ： ，：程瑞锋 ，邹志荣 ，王军外源补光状态下温室黄瓜光合作用的研究 陕西农业科学 ，（）：刘文科补光对日光温室生长和产量的影响农业工程技术 ，（）：李梅 ，须晖 ，李天来 ，等不同夜温对番茄叶片呼吸及光合启动时间的影响 石河子大学学报 （自然科学版 ），（）： ， ， ， （ ， ）： ， ， ， ， ： ： （ ） ： ：； ； ； ； 北方园艺月 （下 ）