不同LED复合光质对瓠瓜幼苗生长和若干生理生化指标的影响

黄枝 林魁 林碧英 陈艺群 张开畅 王涛

摘 要 为构建瓠瓜幼苗生长的最佳光谱配方，在南方塑料大棚内密闭式光照植物培养架中，以瓠瓜为试材，以白光（CK）作为对照，研究4个不同LED（发光二极管）复合光质处理[红 ∶ 绿 ∶ 蓝（R ∶ G ∶ B）分别为7 ∶ 0 ∶ 3（L1）、6 ∶ 2 ∶ 2（L2）、3 ∶ 0 ∶ 7（L3）和2 ∶ 2 ∶ 6（L4）]对瓠瓜幼苗的生长及其若干生理生化指标的影响。结果表明：在一定范围内，当不同LED复合光质处理的光强与光周期均一致时，当红光比例大于蓝光时，有利于瓠瓜幼苗株高、叶面积、下胚轴长、叶绿素a、叶绿素b和叶绿素（a+b）以及可溶性糖含量的增加；蓝光比例大于红光时，有利于增加茎粗和提高壮苗指数；红蓝复合光中，适当加入绿光，有利于茎粗的增加及增强壮苗指数，降低MDA含量，提高瓠瓜幼苗抗逆性。通过分析比较，认为可将红绿蓝比例为6 ∶ 2 ∶ 2的LED复合光作为瓠瓜生长的最适光源。

关键词 瓠瓜；LED复合光质；生长；生理生化指标

中图分类号 S642.9 文献标识码 A

Abstract To build the best combination of spectra for the growth of Lagenaria siceraria（Molina）Standl. seedlings， the morphological， physiological， and biochemical indices of them were studied under different combinations of light qualities illuminated by LEDs， the ratio of RGB were 7 ∶ 0 ∶ 3（L1）， 6 ∶ 2 ∶ 2（L2）， 3 ∶ 0 ∶ 7（L3）and 2 ∶ 2 ∶ 6（L4）， respectively]in closed lighting growth chambers within a plastic greenhouse in south China. The results showed that under a certain range， when the light intensity and light cycle were the same， for different combinations of the LED light qualities， the treatment with higher portion of red light than blue light was beneficial for the plant height， leaf area， hypocotyl length， chlorophyll a， chlorophyll b and chlorophyll（a+b）and soluble sugar content increased of the gourd seedlings； the treatment with higher portion of blue light than red light was beneficial for a larger stem diameter and a strong seedling； adding appropriate amount of green to the combinations of red and blue light would increase the stem diameter and enhance a strong seedling， reduce the MDA content， and improve the stress resistance of the gourd seedlings. It could be concluded that a red green blue ratio of LEDs 6 ∶ 2 ∶ 2 was the most suitable combination for the growth and development of L. siceraria（Molina）Standl.

Key words Lagenaria siceraria（Molina）Standl.； LED composite light quality； Growth； Physiology and biochemistry indexes

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2016.05.014

瓠瓜[Lagenaria siceraria（Molina）Standl.]为葫芦科葫芦属一年生蔓性草本，是仅次于黄瓜的重要设施蔬菜。其嫩果营养丰富，老熟果外皮坚硬，不仅可供制盛器及工艺品[1]，且具有极大医药功效，在中国南北各地均有栽培[2]。瓠瓜是喜光作物，在良好的光照条件下病害少，生长和结果良好，利于提高产量。

光是植物生活中最重要的环境因子之一[3]。植物从种子萌发[4]、脱黄作用到营养形态学等都受光环境的控制。光质又被称作光谱组成或光谱能量分布，是指光中影响植物光合与光形态建成的波长成分的组成情况[5]。相关研究表明，蓝光可以调控植物的向光性、叶绿体迁移、气孔开放、叶片伸展和光保护机制等[6]；红光能够促进幼苗生长，提高叶绿素及可溶性糖含量[7]；绿光有利于降低豇豆膜脂过氧化程度[8]。同时，绿色光比红蓝光更容易渗透到植物的冠层，因此前人认为将绿色光混合红蓝光中可能更好地促进植物的生长[9-10]。

迄今，有关光质对瓠瓜生长及其相关生理生化指标的影响研究鲜见报道。本试验以提高产量和幼苗质量为目的，采用光质调控技术，研究了不同LED复合光质对瓠瓜一些重要形态指标及生理生化指标的影响，以期得到适宜瓠瓜幼苗生长的最佳光质，为设施栽培瓠瓜光质的选择、产量的提高、品质的改善及工厂化生产专用光源的研制等提供新的思路及技术依据。

1 材料与方法

1.1 材料

供试品种为福州芋瓠，由福州闽皇种业有限公司提供。

1.2 方法

1.2.1 试验设计 试验光源是购自深圳纯英达业集团有限公司可发出红、蓝和绿3种不同光质的贴片5050 RGB LED线型硬条灯。试验以白光（CK）作为对照，4个复合光质处理红 ∶ 绿 ∶ 蓝（R ∶ G ∶ B）分别为7 ∶ 0 ∶ 3（L1）、6 ∶ 2 ∶ 2（L2）、3 ∶ 0 ∶ 7（L3）和2 ∶ 2 ∶ 6（L4）。光照培养架为层高50 cm的组培架，共4层。光源固定于培养架顶部，距离植株（15±5）cm，使光合光子通量密度保持在（150±5）μmol/（m2·s），处理光谱如图1～4所示。培养架内层用镀铝反光膜和双面镜加以隔离，顶部和四周用黑色遮光布遮挡，以避免外界光源对试验的影响。试验在福建农林大学园艺学院温室和蔬菜生理生化实验室进行。采用穴盘育苗，待植株长至两叶一心时，选取长势一致的幼苗移至盛有混合基质（草炭 ∶ 蛭石 ∶ 珍珠岩=3 ∶ 1 ∶ 1）的塑料营养钵中，每个营养钵种植2株，每个处理种植30个营养钵，重复3次。每天照光 12 h（8：00～20：00），室内温度白天为20～25 ℃，夜晚保持在18～22 ℃范围内，每天浇1次水，每3 d浇一次营养液[华南农业大学（1990）果菜配方][11]。各光质处理均采用随机排列方式，营养钵摆放的密度以互不遮荫为准。光照处理5、10、15、20、25 d后，分别随机取样进行形态指标和生理生化指标的测定。

1.2.2 测定项目与方法 形态指标的测定：株高、下胚轴长用直尺测量；茎粗用游标卡尺测量其最粗处；叶面积用根系分析仪测定，重复3次，计算各处理取样测定值的平均值；用感量为0.000 1 g的电子天平测出各处理瓠瓜植株地上部和地下部的干重，计算平均重量。壮苗指数=茎粗/株高×全株干质量。

生理生化指标的测定：光合色素含量的测定采用混合液提取法[12]，可溶性糖含量、可溶性蛋白质含量的测定分别采用李合生[13]的蒽酮比色法和考马斯亮蓝G-250法，MDA含量的测定参照陈建勋等[14]的方法。

1.3 数据处理

使用DPS（7.05）软件Duncan新复极差法进行差异显著性分析；用Excel软件绘图。

2 结果与分析

2.1 不同 LED 复合光质对瓠瓜生长的影响

由表1可知，株高L1最大，L2次之，L4最小，均呈现逐渐增加的趋势；茎粗L4最大，且显著大于CK，L2次之，L1、L3显著小于CK；叶面积L2最大，且显著大于CK，L3显著小于CK；下胚轴长变化趋势与株高变化趋势相似：L1最长，L4最短；壮苗指数 L4最大，L2次之，均显著大于CK。综合以上试验结果来看，L2处理瓠瓜植株形态最好。

2.2 不同 LED 复合光质对瓠瓜生理生化的影响

2.2.1 光合色素含量 由表2可知，叶绿素a、叶绿素b和叶绿素（a+b）含量均以15 d时L2处理最大，且与CK相比均到极显著水平；类胡萝卜素含量以10 d时L4处理0.34 mg/g达到最大值，比CK（0.29 mg/g）高出17.24%，且达到极显著水平。由此可知，L2处理最有利于瓠瓜幼苗叶片叶绿素 a、叶绿素b和叶绿素（a+b）含量的增加，而L4处理最有利于瓠瓜幼苗叶片类胡萝卜素含量的增加。

2.2.2 可溶性糖含量 由图5可知，不同LED复合光质对瓠瓜幼苗可溶性糖含量的影响差异显著，均呈现先上升后下降的趋势，在15 d时达到峰值。可溶性糖含量依次为：L2﹥L1﹥L4﹥L3﹥CK，以15 d时L2处理5.74 mg/g达到最大值，比CK（3.68 mg/g）高出55.98%，且达到极显著水平。由此可知，L2处理最有利于瓠瓜幼苗叶片可溶性糖含量的增加。

2.2.3 可溶性蛋白质含量 由图6可知，不同LED复合光质对瓠瓜幼苗可溶性蛋白质含量的影响差异显著，均呈现先上升后下降的趋势，在15 d时达到峰值。可溶性蛋白质含量依次为：L4﹥L3﹥L2﹥CK﹥L1，以15 d时L4处理21.93 mg/g达到最大值，比CK（16.01 mg/g）高出36.98%，且达到显著水平。由此可知，L4处理最有利于瓠瓜幼苗叶片可溶性蛋白质含量的增加。

2.2.4 MDA含量 由图7可知，不同LED复合光质对瓠瓜幼苗MDA含量的影响差异显著。5次测定，MDA含量均依次为：L3﹥L1﹥CK﹥L4﹥L2，以5 d时L3处理1.99 mg/g达到最大值，比CK（1.47 mg/g）高出35.37%，与CK相比无显著差异，L2处理MDA含量最小，不利于MDA含量的积累，提高了瓠瓜幼苗的抗逆性。由此可知，L3处理最有利于瓠瓜幼苗叶片MDA含量的增加，降低植株抗逆性，而L2处理则能够降低MDA含量，提高植株抗逆性。

3 讨论与结论

光质对植物生长发育的影响首先表现在植物光形态建成方面[15]。株高、茎粗、叶面积、下胚轴长和壮苗指数是衡量植株形态好坏的几个重要指标。本试验研究结果表明，L4作用下瓠瓜的株高和下胚轴长均较小，但其茎最粗，说明蓝光具有抑制瓠瓜茎伸长的作用，这可能是由于蓝光增强了瓠瓜体内生长素氧化酶的活性、降低生长素水平，从而抑制了瓠瓜伸长生长而促进其加粗生长[16]。 经L2处理后的瓠瓜叶面积最大，说明混合光中红光比重越大，则越有利于植物叶面积的生长。壮苗指数L4最大，L2次之，表明组合光质中加入一定量的绿光有利于植株壮苗指数的提高。综合各项指标可知，L2处理下的瓠瓜植株形态最好。

叶绿素是植物捕获光能的物质基础[17]，其含量大小直接影响植物光合能力的强弱。类胡萝卜素不仅收集传递光能，还可以在光氧化过程中起到光保护及稳定脂膜等作用[18]。本试验研究结果表明，L2 处理叶绿素a、叶绿素b和叶绿素（a+b）含量均为最高，L2处理最有利于瓠瓜幼苗叶片的叶绿素a、b和（a+b）含量增加。即较大的红光比重有利于提高瓠瓜叶片叶绿素含量，这与江明艳等[19]红光提高叶绿素含量的研究结论一致。L4处理后的瓠瓜叶片类胡萝卜素含量最高，L3次之，表明在组合光中，若增加蓝光比重则更有利于类胡萝卜素的积累，这与闫萌萌等[20]对花生进行研究得到的蓝光可显著提高花生幼苗类胡萝卜素含量的结论一致，说明类胡萝卜素的合成并不只需要特定的某种光色的光或是单纯的红蓝光色配比，如果在设施栽培中适当增加绿光在光源中的比重，就可提高植株中类胡萝卜素的含量。

可溶性糖是植物光合作用的产物，是重要的能量贮藏物质，也是呼吸作用的主要底物[21]。有研究表明，光质对光合碳代谢有重要的调节作用，它通过诱导光敏色素对蔗糖代谢酶的调控，使其光合作用的产物得到相应的增加，从而影响可溶性糖的含量[22]。与CK相比，L2处理的瓠瓜幼苗叶片可溶性糖含量最大，L1次之，说明红绿蓝组合光质的综合效应比单色的白光或红蓝组合光质更有利于可溶性糖在瓠瓜幼苗叶片中积累。蛋白质是生命的物质基础，即构成生理活动物质的成分，在植物的生长发育过程中具有重要作用[23]。本研究结果显示，L4 处理下的可溶性蛋白含量较高，这与刘庆等[24]对草莓光合特性及产量与品质进行研究得到蓝光有利于提高蛋白质含量的结论一致。蓝光有利于蛋白质合成可能是由于蓝光提高了硝酸还原酶的活性[25]。光是调控植物逆境胁迫响应的重要信号来源，植物在长期进化过程中形成了多种光感受系统，用于感知周围的光环境，并对其变化做出响应[26]。丙二醛是植物在逆境下或器官衰老时，发生膜脂过氧化作用的最终分解产物[27]。本试验条件下，L3处理下的瓠瓜幼苗MDA含量最高，L1次之，L2最小， 说明绿光可能具备抑制瓠瓜幼苗叶片MDA的含量，减轻膜脂过氧化程度，从而提高瓠瓜植株抗逆性的能力，这与前面提到有关将绿光作为混合光的光配方能够促进植物生长的猜想[9-10]相吻合。

综上所述，本试验条件下，不同光质组合能够显著调控瓠瓜幼苗的生长及其生理生化指标。在一定范围（光强与光周期均一致时）内，红蓝混合光处理中红光比重较大时，有利于瓠瓜株高、叶面积、下胚轴长、叶绿素和可溶性糖含量的增加；红绿蓝组合光处理下，当绿光一样时，若蓝光比重大于红光比重，则有利于茎粗和壮苗指数的提高；各复合光中适当加入绿光，则有利于茎粗的增加及增强壮苗指数，降低MDA含量，提高瓠瓜幼苗抗逆性。综合评价各项指标可知，L2（R ∶ G ∶ B为6 ∶ 2 ∶ 2）最有利于瓠瓜幼苗生长发育，且处理15 d效果最好。因此，南方设施瓠瓜工厂化育苗及栽培时，选择红绿蓝比例为6 ∶ 2 ∶ 2的LED复合光作为人工光源比较适宜，且育苗是可根据不同时期幼苗生长需求，调整红蓝光比例。

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