光强和光周期对水培生菜生长及品质调控研究

摘要

人工光植物工厂具有高产、无污染、可控制等优点，但存在着成本和能耗高等弊端。而光强和光周期是影响植物工厂能耗的主要因子和影响作物生长的重要光环境因素。通过人工光调控，提高光能利用效率，对植物工厂的推广和普及具有重要意义。为探索人工光数量因子（光强和光周期）对蔬菜光合能力的影响机理及生长规律，确定适宜的光数量因子参数，本研究以香港玻璃脆散叶生菜为试验材料（山崎营养液水培），通过完全组合试验和固定日积累光量子（DLI）组合试验，分析光强和光周期对水培生菜的光合特性、光能利用率的影响规律，阐明酶活性在光强和光周期变化中的调控效应，确定产量、品质对光强光周期的响应规律；建立高产优质节能的光强、光周期组合并提出相应调控模式。取得如下主要结论： （1）光强和光周期完全组合试验表明，增大光强，叶绿素（Chl a+b）含量减少、类胡萝卜素（Caro）含量增多，有利于提高净光合速率（Pn）和叶肉导度（gm），最大光量子效率（Fv/Fm）先增大后减小，热耗散增加（NPQ增大）；延长光周期可提高Chl a+b含量，Fv/Fm值。固定日积累光量子（DLI）组合试验中，在相同DLI条件下，增大光强（缩短光周期），Pn增大，Fv/Fm减小，细胞通过增大热耗散（NPQ）和提高酶活性（SOD、POD、CAT）保护细胞免受光氧化破坏；总体看，150和200μmol.m-2.s-1光强条件下Rfd-Lss值较大且有利于电子传递和叶绿素积累；增大DLI有利于光合，可提高叶绿素含量、NPQ、光化学猝灭（qP）、抗氧化酶活性；影响光合速率是非气孔因素；生长前期光合能力、叶片活性、抵御氧化的能力均优于后期。 （2）生菜移栽后30天内，增加光强和延长光照均能促进叶片生长，光照时间16h/d、光强300μmol.m-2.s-1时最有利于生长；移栽后30-40天，光周期16h/d、光强279μmol.m-2.s-1时最有利于生长。固定日积累光量子（DLI）组合试验下，第20d、40d时，生菜叶鲜重、叶面积、根鲜重在相同DLI条件下，随着光强增大（光周期缩短）而先增大后减小，且在150、200umol.m-2.s-1光强下较高。 （3）增大光强，可溶性糖、可溶性蛋白含量增加，但硝酸盐和VC含量先减少后增多；长光照有助于可溶性糖、可溶性蛋白、VC和类胡萝卜素的合成并降低硝酸盐含量；整体看，300μmol.m-2.s-1、16h/d处理下对品质提高最有利。相同DLI条件下，可溶性糖含量、VC含量、类胡萝卜素含量均随光强增大（光周期缩短）而先增多后减少；主成分分析表明低光强（长光周期）有利于提高生菜可溶性糖、VC、类胡萝卜素含量，但不利于降低硝酸盐含量和提高可溶性蛋白含量，品质最佳组合为：150umol.m-2.s-1、16h/d。 （4）整个生长时期内，增大光强和延长光照均可以提高N、P元素的利用效率，但不利于K的利用；N、P在前10天的利用效率最大，K在后10天时最大。长光照可提高光量子利用效率；相同DLI条件下，光量子利用效率随光强增大而先增后减，且在150umol.m-2.s-1光强时最大。

目录

声明

第一章 绪论

1.1研究目的及意义

1.2国内外研究进展

1.2.1光强和光周期对蔬菜生长的影响

1.2.2光强和光周期对蔬菜品质的影响

1.2.3光强和光周期对蔬菜光合特性的影响

1.2.4光强和光周期对蔬菜抗氧化酶活性的影响

1.3存在问题

1.4研究内容

（3）光强和光周期对水培生菜元素及光能利用效率的影响

1.5技术路线

第二章 试验设计与研究方法

2.1试验方案

2.2试验设计

2.2.1光强和光周期组合对水培生菜的影响研究

2.2.2固定日积累光量（DLI）下，光强和光周期对水培生菜的影响试验

2.3测定指标及方法

2.3.1生长指标

2.3.2光反应相关指标

2.3.3品质指标

2.3.4营养液特性及耗水量

2.3.5营养液主要营养元素浓度

2.3.6生菜叶片抗氧化酶活性

第三章 光强和光周期对水培生菜光合特性的影响

3.1不同光强和光周期组合对水培生菜光合特性的影响

3.1.1不同光强和光周期组合对水培生菜色素含量的影响

3.1.2不同光强和光周期组合对水培生菜荧光参数的影响

3.1.3不同光强和光周期组合对水培生菜气体交换参数的影响

3.2固定DLI下，光强和光周期对水培生菜光合特性及抗氧化特性的影响

3.2.1固定DLI下，光强和光周期对水培生菜光合参数的影响

3.2.2固定DLI下，光强和光周期对水培生菜荧光参数的影响

3.2.3固定DLI下，光强和光周期对水培生菜光合色素含量的影响

3.2.4固定DLI下，光强和光周期对水培生菜抗氧化特性的影响

3.2.5净光合速率与生理指标的相关性分析

3.3小结与讨论

第四章 光强和光周期对水培生菜生长的影响

4.1不同光强和光周期组合对水培生菜生长的影响

4.1.1不同光强和光周期组合对水培生菜产量的影响

4.1.2响应面分析对不同时期叶生长量的光环境优化

4.1.3不同光强和光周期下光量子利用效率分析

4.1.4不同光强和光周期组合对主要元素利用效率的影响

4.2固定DLI下，光强和光周期对水培生菜生长的影响

4.2.1固定DLI下，光强和光周期对水培生菜产量的影响

4.2.2固定DLI下，光强和光周期对水培生菜光量子利用效率的影响

4.3小结与讨论

第五章 光强和光周期对水培生菜品质的影响

5.1光强和光周期组合对水培生菜品质的影响

5.1.1不同光强和光周期组合对水培生菜品质的影响

5.1.2光强和光周期对水培生菜品质影响的主成分分析

5.2固定DLI下，光强和光周期对水培生菜品质的影响

5.2.1固定DLI下，光强和光周期对水培生菜品质的影响

5.2.2固定DLI下，光强和光周期对水培生菜品质影响的主成分分析

5.3小结与讨论

第六章 结论与展望

6.1结论

6.1.1光强和光周期对水培生菜光合特性的影响

6.1.2光强和光周期对水培生菜生长的影响

6.1.3光强和光周期对水培生菜品质的影响

6.2展望

参考文献

致谢

作者简介