LED照光下生菜全株干物质累积分配及营养品质的光谱效应

摘要

随着近年来LED固态光源在设施农业补光尤其是蔬菜工厂化生产应用研究热潮的兴起，越来越多的研究集中在光质对植物生长发育、品质改善等领域的影响。针对目前在生菜生产和研究中偏多采用红蓝光进行人工电照补光技术的局限性问题，以及同种光质不同峰值波段可见光谱对生菜产品器官产量品质尤其是全株生物产量和营养物质累积分配的光质信号调控效应亟待深入的问题，本试验采用300μmol·m-2·s-1大功率LED宽带多光谱昼间照光和10μmol·m-2·s-1红蓝LED单色光质夜间补光，分析生菜的生长、干物质累积及其分配、营养物质累积分配以及生菜叶片光能高效吸收转化利用的光谱信号调控效应，探索生菜营养品质定向调优的人工电照光谱调控技术及调控机制，为引领设施农业特别是工厂化生产向营养优化型或营养功能型转化探索新途径。
　　1采用300μmol·m-2·s-1单色光质照射处理表明，同种光质不同波长也会影响生菜生长。红光R627、R655的叶面积、鲜重显著高于SOLAR对照约63.03％～85.04％，且干物质累积最多。R627、R655的PSⅡ供体侧活性△Woj、△Wok显著增加，PSⅡ稳定性降低，同时PSⅡ受体侧活性TRo/CSm和ETo/CSm显著降低，可是R627、R655光合速率显著提高，说明红光会导致PSⅡ活性下降，但是可能有利于提高暗反应中Rubisco酶等活性;相比之下，B442、B457处理虽然PSⅡ活性显著提高，可是可能抑制了Rubisco酶活性，而G521则均未受显著影响。
　　2采用300μmol·m-2·s-1单色光质照射处理，生菜全株以及叶和茎器官的可溶性糖含量均显著高于自然光SOLAR对照，其中尤其以B442全株高于对照135.92％。这种蓝光下的高糖累积效应，既可能与能量供应有关，也可能与蓝光下植株较小的库容体有关。蓝光(B442、B457)生菜全株及叶的可溶性蛋白质含量均显著高于SOLAR对照约65.82％～181.83％，然而随着B442、B457、G521、R627、R655波长的增加，可溶性蛋白质在叶中分配有减少的倾向。红光(R627、R655)生菜全株游离氨基酸在根茎叶中的分配以茎为主，似乎说明红光有利于氨基酸向阴生部位转移。另外，B442、B457、R627、R655叶器官的硝酸盐含量显著低于对照约14.53％～28.82％。蓝光B457生菜叶片的维生素C含量显著增加约33.33％。
　　3采用10μmol·m-2·s-1红蓝单色光质整夜补光，RB18:00-06:00的株高、叶面积、单株鲜重、单株干重均显著高于SOLAR对照约9.46％～20.09％。R18:00-06:00、RB18.00-06:00的Fv/Fm显著低于对照，而Y(Ⅱ)显著高于对照17.24％～20.68％。虽然各处理比SOLAR对照均抑制了天线色素向反应中心复合体之间的能量传递。可是R18:00-06.00电子传递速率显著高于对照。
　　4采用10μmol·m-2·s-1红蓝单色光质整夜补光，RB18:00-06:00处理生菜全株及茎和叶片可溶性糖含量显著高于对照27.14％～49.27％，而所有处理可溶性糖分配到生菜叶片中的含量均低于对照。这可能与夜间补光会调控可溶性糖从叶片向外转运有关。R18.00-06.00、B18:00-06:00生菜叶片的可溶性蛋白质含量明显高于SOLAR对照66.39％～102.67％，并且可溶性蛋白质在叶片中的分配率显著增加。这可能与夜间补光红、蓝信号调控了氮代谢关键酶的数量与活性的基因表达有关。R18.00-06:00生菜全株及叶的硝酸盐含量显著降低约23.17％～24.94％，这主要是由于红光调控蛋白质合成活性从而拉动前端硝酸盐的还原。另外，所有处理均增加了维生素C的含量。
　　综上所述，采用300μmol·m-2·s-1的LED蓝光B457昼间照射的可溶性蛋白质、可溶性糖和维生素C等营养品质表现较好，R655的红光LED照射的干物质累积和增产效应表现较好，R627的红光LED照射有利于降低硝酸盐累积，可是能耗和硬件成本会偏高些。若考虑降低能耗和硬件成本，建议优先选择10μmol·m-2·s-1的R18.00-06:00整夜补光来改善可溶性蛋白质、可溶性糖和维生素C等营养品质;选择RB18:00-06:00进行整夜补光来增加干物质累积和增产效应;选择R18:00-06:00来降低硝酸盐累积。

目录

声明

摘要

英文缩写及中英文对照表

1 引言

1．2 设施补光技术的研究

1．3 植物的光谱效应研究

1．3．2 光质对植物光合活性及氮代谢的影响

1．3．3 光质对植物干物质分配的影响

1．4 研究的目的意义

2 材料与方法

2．1．2 光谱照射处理

2．2 项目测定与方法

2．2．6 调制叶绿素荧光参数的测定

2．2．8 光合碳吸收日变化的测定

3 结果与分析

3．1．3 LED红蓝单色光质夜间补光对生菜叶片叶色指数的影响

3．2．2 LED红蓝单色光质夜间补光对生菜全株干物质累积分配的影响

3．3 LED光谱照光时段对生菜全株营养物质累积分配的影响

3．3．1 LED单色光质昼间照光对生菜全株营养物质累积分配的影响

3．3．2 LED红蓝单色光质夜间补光对生菜全株营养物质累积分配的影响

3．4 LED光谱照光时段对生菜全株硝酸盐含量及叶片还原同化关键酶活性的影响

3．4．1 LED单色光质昼间照光对生菜全株硝酸盐含量及叶片还原同化关键酶活性的影响

3．4．2 LED红蓝单色光质夜间补光对生菜全株硝酸盐含量及叶片还原同化关键酶活性的影响

3．5 LED光谱照光时段对生菜叶片PSⅡ动力学活性的影响

3．5．1 LED单色光质昼间照光对生菜光合色素含量和叶片光吸收的影响

3．5．2 LED单色光质昼间照光对生菜叶片PSⅡ动力学活性构建的影响

3．5．3 LED单色光质昼间照光对叶片PSⅡ动力学活性表现的影响

3．5．4 LED红蓝单色光质夜间补光对生菜叶片光合色素含量和叶片光吸收的影响

3．5．5 LED红蓝单色光质夜间补光对生菜叶片动力学活性构建的影响

3．5．6 LED红蓝单色光质夜间补光对生菜叶片动力学活性表现的影响

3．6 LED单色光质日间照光对生菜叶片光合碳吸收活性的影响

4 讨论

4．2 LED照光下生菜营养物质累积分配的光谱信号调控效应

4．3 LED夜间补光下生菜营养物质累积分配的光谱信号调控效应

5 结论

参考文献

在读期间发表论文

作者简历

致谢