光环境调控对植物生长发育的影响

摘要

随着光电技术的发展，LED（Light Emitting Diode，发光二极管）在农业与生物领域的应用正逐渐受到世界各国的广泛关注。LED不仅具有体积小、寿命长、耗能低、波长固定与低发热等优点，而且还能根据植物需要进行发光光谱的精确配置，实现传统光源无法替代的节能、环保和空间高效利用等功能。
　　 光质对植物的生长发育、形态建成、光合作用、物质代谢以及基因表达均有调控作用。将LED辐射的各种光谱进行配比组合应用在植物组织培养、设施育苗、芽苗菜中具有重要意义。本研究以菊花、蝴蝶兰和文心兰组培苗，番茄、莴苣幼苗，及豌豆、萝卜种子等为试验材料，获得植株所需的各种光谱能量分布的LED光源，开展生长试验和指标测试分析，系统研究不同光谱能量分布的LED光源对不同品种的组培苗、实生苗，及种子发育及其各个生长阶段的影响，为LED光谱调控在农业与生物领域中的应用提供基础。
　　 研究结果如下：
　　 1.对番茄和莴苣幼苗的实验表明，红光下番茄、莴苣幼苗的可溶性糖、淀粉和碳水化合物值均显著高于对照，叶片叶绿体中淀粉粒膨大显著；蓝光极显著抑制番茄下胚轴长，显著提高莴苣和番茄幼苗叶片叶绿素a和类胡萝卜素含量；红蓝光下莴苣幼苗叶片中的可溶性糖、淀粉、碳水化合物、蔗糖和C/N比均达到最大值且显著高于红光处理，番茄、莴苣的主根显著伸长，并且幼苗叶片中叶绿体形态正常，基粒增多，基质片层清晰，淀粉粒体积明显小于红光下。红光下光合产物积累显著但运输受阻严重。在红光中添加适量蓝光更有利于莴苣幼苗的碳水化合物积累，促进幼苗根系生长并有利于同化产物输出。
　　 2.对菊花增殖苗及生根苗的实验表明，红光有助于增加株高、节间长，且有利于生根试管苗可溶性糖、淀粉和碳水化合物的合成；蓝光显著提高丛生苗的叶绿素b、叶绿素总量及类胡萝卜素含量和生根试管苗游离氨基酸含量；而红蓝黄复合光不仅有利于丛生苗分化和增殖，也利于促进其生根组培苗色素形成、生长发育及根系活力。与荧光灯相比，红蓝黄复合光质LED具有明显优势，有利于提高增殖系数、培育壮苗和降低能耗成本。
　　 3.对文心兰和蝴蝶兰生根研究结果表明，红光有助于增加株高，且有利于生根试管苗可溶性糖、淀粉和碳水化合物的合成；蓝光显著提高生根苗的叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量及类胡萝卜素含量和生根试管苗蛋白质含量；而红蓝黄复合光处理下两种植株生长生长健壮，生根率高，根长且根数多，干重鲜重较大，有利于文心兰和蝴蝶兰的的正常生长。与荧光灯相比，红蓝黄复合光质LED具有明显优势，有利于提高增殖系数、培育壮苗和降低能耗成本。
　　 4.对萝卜芽苗菜的生长及品质的研究结果表明，红光对萝卜芽苗菜生长影响显著，下胚轴长、子叶面积、鲜重及干重均达到最大值且显著高于对照。红光与红蓝组合处理下，可溶性糖与淀粉含量均显著高于对照。远红光能显著提高萝卜芽苗菜Zn、P、Mn、Mg、Ca、Na含量，其次为红光。综合考虑实验结果，可以认为应用LED红光照射有利于萝卜芽苗菜生长，提高产量，对于部分营养品质的改善有积极意义。
　　 5.对豌豆芽苗菜生长及品质的研究结果表明，黄光处理下的下胚轴长、第三节距长显著高于对照，其次是红光，与黄光相比，红光的子叶面积显著高于黄光，红光对促进下胚轴伸长、子叶扩张、光合速率提高及干物质积累有重要作用，蓝光和黄光处理下的叶面积显著小于对照。组合光下的叶面积高于对照，色素含量最高，但鲜重低于其它光质处理。蓝光下的可溶性蛋白含量及游离氨基酸的含量均最高。
　　 综上所述，本研究表明，LED光谱调控应用到农业与生物领域具有可行性，可替代荧光灯大范围应用于设施育苗、植物组织培养及芽苗菜生产中。

目录

文摘

英文文摘

第一章 文献综述

1 光环境与植物

1.1 自然光的光谱组成及特性

1.2 光对植物生长发育的影响

2 应用于光环境调控的LED特征

3 LED在蔬菜设施育苗中的应用

3.1 我国蔬菜设施育苗中存在的主要的问题以及主要原因

3.2 光环境调控在蔬菜设施育苗中的应用

4 LED在植物组织培养的应用

4.1 不同光强对组培植物生长的影响

4.2 不同光质对组培植物生长的影响

4.3 不同光周期对组培植物生长的影响

5 LED在芽苗菜生产中的应用

5.1 芽苗菜的发展现状及存在的问题

5.2 LED在芽苗菜生产中的应用研究进展

6 LED在设施栽培中的应用和前景

6.1 LED将在蔬菜工厂化育苗中发挥重要作用

6.2 LED将在植物工厂中发挥重要作用

6.3 LED将在植物组织培养中发挥重要作用

6.4 LED将在芽苗菜生产中发挥重要作用

6.5 LED在植物栽培领域的前景

7 本研究的目的与意义

参考文献

第二章 光质对番茄和莴苣幼苗生长及叶绿体超微结构的影响

Abstract

1 材料与方法

1.1 试验材料与设计

1.2 光谱能量分布

1.3 测定项目与方法

2 结果与分析

2.1 不同光质对番茄和莴苣幼苗形态的影响

2.2 不同光质对番茄和莴苣幼苗叶片色素含量的影响

2.3 不同光质对番茄和莴苣幼苗碳氮代谢的影响

2.4 不同光质对番茄、莴苣幼苗叶片的叶绿体超微结构的影响

3 讨论

3.1 不同光质对番茄和莴苣幼苗生长的影响

3.2 不同光质对番茄和莴苣幼苗叶片叶绿体超微结构的影响

参考文献

第三章 光质对菊花试管苗增殖及生根的影响

Abstract

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.2 光谱能量分布

1.3 指标测定

2 结果与分析

2.1 光质对菊花离体培养增殖阶段的影响

2.2 光质对菊花离体培养生根阶段的影响

3 讨论

3.1 红光在植物组培中的效应

3.2 蓝光在植物组培中的效应

3.3 复合光在植物组培中的效应

3.4 LED光源在植物组织培养领域的应用及前景

参考文献

第四章 光质对文心兰和蝴蝶兰生根的影响

Abstract

1 材料与方法

1.1 材料及培养方法

1.2 光谱能量分布

1.3 测试内容及方法

2 结果与分析

2.1 光质对文心兰和蝴蝶兰生根苗形态建成的影响

2.2 光质对文心兰和蝴蝶兰生根组培苗色素含量的影响

2.3 光质对文心兰和蝴蝶兰组培苗叶片酶活的影响

2.4 光质对文心兰和蝴蝶兰组培苗叶片碳氮代谢的影响

3 讨论

3.1 红光在植物组培中的效应

3.2 蓝光在植物组培中的效应

3.3 复合光在植物组培中的效应

3.4 LED光源在植物组织培养领域的应用及前景

参考文献

第五章 光质对芽苗菜生长和营养品质的影响

Abstract

1 材料与方法

1.1 实验材料

1.2 实验设计

1.3 测定项目与方法

2 结果与分析

2.1 光质对芽苗菜生长的影响

2.2 光质对芽苗菜叶绿素含量的影响

2.3 光质对芽苗菜生理特性的影响

2.4 光质对萝卜芽苗菜矿质元素含量的影响

3 讨论

参考文献

全文总结

致 谢

硕士研究生期间发表的论文

附录