遠(yuǎn)紅光綠光側(cè)面補(bǔ)光對(duì)水培番茄幼苗生長(zhǎng)質(zhì)量的影響.pdf

中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 2024 29 10 120 130 Journal of China Agricultural University http 遠(yuǎn)紅光綠光側(cè)面補(bǔ)光對(duì)水培番茄幼苗生長(zhǎng)質(zhì)量的影響 陳 仁 1 2 丁雨騰 1 2 劉思卉 1 2 王振偉 1 2 王可禹 1 2 劉文科 1 3 王 勉 4 1 佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院 物理與光電工程學(xué)院 粵港澳智能微納光電技術(shù)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室 廣東 佛山 528225 2 佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院 食品科學(xué)與工程學(xué)院 廣東 佛山 528225 3 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所 農(nóng)業(yè)部設(shè)施農(nóng)業(yè)節(jié)能與廢棄物處理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100081 4 佛山皓徠特光電有限公司 廣東 佛山 528000 摘 要 為提高植物工廠番茄育苗壯苗指數(shù)和生理指標(biāo) 以 京研 番茄作為研究對(duì)象 頂部照明LED光源的紅藍(lán) 光配比設(shè)定為3 1 紅光波長(zhǎng) 660 10 nm 藍(lán)光波長(zhǎng) 450 10 nm 光合光子通量密度 PPFD 為250 mol m 2 s 光周期14 h 10 h 設(shè)置7個(gè)處理 無(wú)側(cè)面補(bǔ)光 CK 綠光單側(cè)補(bǔ)光 G u 遠(yuǎn)紅光單側(cè)補(bǔ)光 F u 綠光 遠(yuǎn)紅光單側(cè)補(bǔ) 光 GF u 綠光雙側(cè)補(bǔ)光 G b 遠(yuǎn)紅光雙側(cè)補(bǔ)光 F b 綠光 遠(yuǎn)紅光雙側(cè)補(bǔ)光 GF b 番茄育苗47 d后收獲 測(cè)定各處 理下番茄幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)和生理指標(biāo)參數(shù) 結(jié)果表明 與CK組相比 F b 處理的矮生紅番茄莖粗 地上部干重 地下部 干重和壯苗指數(shù)提高 其中壯苗指數(shù)2提高了33 6 綠光補(bǔ)光G u 和G b 處理下番茄的生長(zhǎng)指標(biāo)顯著降低 其中G b 處理的壯苗指數(shù)1下降了53 1 綠光補(bǔ)光G u 和G b 處理增加矮生紅番茄葉綠素含量 而遠(yuǎn)紅光補(bǔ)光F u 和F b 處理顯 著降低矮生紅番茄葉綠素含量 綠光補(bǔ)光G u 和G b 處理顯著降低矮生紅番茄硝態(tài)氮含量 綠光或遠(yuǎn)紅光補(bǔ)光顯著提 高矮生紅番茄葉片的可溶性蛋白含量 綜上 綠光補(bǔ)光抑制矮生紅番茄幼苗的生長(zhǎng) 遠(yuǎn)紅光則促進(jìn)生長(zhǎng) 雙側(cè)補(bǔ)光 效果強(qiáng)于單側(cè)補(bǔ)光 遠(yuǎn)紅光雙側(cè)補(bǔ)光促進(jìn)作用最佳 關(guān)鍵詞 植物工廠 矮生紅番茄 遠(yuǎn)紅光 綠光 單雙側(cè)補(bǔ)光 生長(zhǎng)質(zhì)量 中圖分類號(hào) S625 4 文章編號(hào) 1007 4333 2024 10 0120 11 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A Effects of side lighting with far red and green light on the growth quality of hydroponic tomato seedling CHEN Ren 1 2 DING Yuteng 1 2 LIU Sihui 1 2 WANG Zhenwei 1 2 WANG Keyu 1 2 LIU Wenke 1 3 WANG Mian 4 1 Guangdong Hong Kong Macao Joint Laboratory of Intelligent Micro Nano Optoelectronic Technology School of Physics and Optoelectronic Engineering Foshan University of Science and Technology Foshan 528225 China 2 School of Food Science and Engineering Foshan University of Science and Technology Foshan 528225 China 3 Ministry of Agriculture and Rural Affairs lnstitute of Environment and Sustainable Development in Agriculture Key Laboratory of Energy Conservation and Waste Management of Agricultural Structures of Ministry of Agriculture and Rural Affairs Chinese Academy of Agricultural Sciences Beijing 100081 China 4 Foshan Haolaite Optoelectronics Co Ltd Foshan 528000 China Abstract The aim of this study was improving the seedling index and physiological indicaters of tomato in 陳仁 丁雨騰 劉思卉 王振偉 王可禹 劉文科 王勉 遠(yuǎn)紅光綠光側(cè)面補(bǔ)光對(duì)水培番茄幼苗生長(zhǎng)質(zhì)量的影響 J 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 2024 29 10 120 130 CHEN Ren DING Yuteng LIU Sihui WANG Zhenwei WANG Keyu LIU Wenke WANG Mian Effects of side lighting with far red and green light on the growth quality of hydroponic tomato seedling J Journal of China Agricultural University 2024 29 10 120 130 DOI 10 11841 j issn 1007 4333 2024 10 10 收稿日期 2023 12 29 基金項(xiàng)目 粵港澳智能微納光電技術(shù)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目 2020B1212030010 2023年佛山基地聯(lián)合培養(yǎng)扶持項(xiàng)目 廣東省大學(xué)生科技創(chuàng)新培育專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目 pdjh2023b0548 第一作者 陳仁 ORCID 0009 0004 2086 7573 講師 主要從事植物工廠與植物照明研究 E mail chenren fosu edu cn 通訊作者 劉文科 ORCID 0000 0003 4066 8120 研究員 主要從事植物工廠與植物照明研究 E mail liuwenke caas cn 第 10 期 陳仁等 遠(yuǎn)紅光綠光側(cè)面補(bǔ)光對(duì)水培番茄幼苗生長(zhǎng)質(zhì)量的影響 plant factory To explore the effects of side supplementary lighting with far red and green light on the growth quality of hydroponic dwarf red tomato seedlings Jingyan tomato was used as the research object The ratio of red and blue light of the LED light lamps from the top lighting was set as 3 to 1 The red light wavelength was 660 10 nm the blue light wavelength was 450 10 nm and the light intensity PPFD was 250 mol m 2 s with the photoperiod of 14 h 10 h Seven treatments were set up which were no lateral lighting supplement CK green light unilateral lighting supplement G u far red light unilateral lighting supplement F u green light far red light unilateral lighting supplement GF u green light bilateral lighting supplement G b far red light bilateral lighting supplement F b and green light far red light bilateral lighting supplement GF b Tomato seedlings were harvested after 47 days and the growth index and physiological index parameters of tomato seedlings under each treatment were determined The results showed that compared with CK group the stem diameter aboveground dry weight underground dry weight and strong seedling index of dwarf red tomato treated with F b increased and the strong seedling index 2 increased by 33 6 The growth indexes of tomato under G u and G b treatments decreased significantly and the strong seedling index 1 of GB treatment decreased by 53 1 The G u and G b treatments with green light supplementation increased the chlorophyll content of dwarf red tomatoes while the far red light supplementation treatment of F u and F b significantly reduced the chlorophyll content of dwarf red tomatoes Green light supplementation with G u and G b significantly reduced the nitrate nitrogen content in dwarf red tomatoes while green or far red light supplementation significantly increased the soluble protein content in the leaves of dwarf red tomato In summary the green light supplementation inhibits the growth of dwarf red tomato seedlings while far red light promotes the growth The bilateral supplementation has stronger effect than unilateral supplementation and far red light with bilateral supplementation has the best promoting effect Keywords plant factories dwarf red tomato far red light green light unilateral and bilateral fill light growth quality 植物工廠是以農(nóng)業(yè)設(shè)施為載體 采用智能控制 技術(shù)和生物技術(shù) 通過(guò)人工光照 溫濕度和營(yíng)養(yǎng)液等 環(huán)境因子調(diào)控農(nóng)作物生長(zhǎng) 實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物的高產(chǎn) 優(yōu)質(zhì) 和高效栽培 1 同時(shí) 植物工廠番茄育苗具有生長(zhǎng)周 期短 育苗質(zhì)量高 初始投資和電力成本較低等優(yōu) 點(diǎn) 這些優(yōu)點(diǎn)促進(jìn)了植物工廠在育苗方面的發(fā)展和 應(yīng)用 LED光源具有效率高 調(diào)光響應(yīng)速度快和壽 命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn) 2 可通過(guò)光質(zhì) 光強(qiáng) 光周期 光照角度 和補(bǔ)光方式等調(diào)控方法 顯著促進(jìn)植物工廠番茄等 植株生長(zhǎng)光環(huán)境 并進(jìn)一步降低照明能耗 由于空間資源的稀缺 植物工廠一般采用多層 栽培方法 植物工廠種植矮小的植物 葉菜 種苗 和草莓等 利用頂部照明來(lái)實(shí)現(xiàn)從上到下的空間 分布 這種頂部照明的方式具有生物光合效率高 安裝和操作方便等優(yōu)點(diǎn) 然而 葉菜等矮小的植物 種植密度高 在生長(zhǎng)后期相互壓縮 導(dǎo)致葉片濃密 通過(guò)使用頂部照明 來(lái)自冠層上部的LED燈不能穿 透整個(gè)植株冠層 在植物生長(zhǎng)的后期 冠層光不 足 冠層內(nèi)的垂直空間光不均勻 特別是種植板邊 緣的垂直光不足 這加速了冠層底部和外葉的老 化 增加了葉片分選造成的人工成本 降低了植株 整體光合效率 導(dǎo)致產(chǎn)量的降低 3 4 而增加側(cè)方光 照不僅能增強(qiáng)生菜 草莓和菊花等植物的光合作 用 顯著調(diào)控其形態(tài)生理 還能促進(jìn)葉片形成 分枝 形成和縮短開花周期 5 6 植物頂部照明與側(cè)面照 明相結(jié)合 可顯著提高植物冠層垂直空間照明強(qiáng)度 和均勻性 增加植物冠層截光面積和利用效率 提 升植物產(chǎn)量和品質(zhì) 改善種植架中間植物和邊緣植 物的生長(zhǎng)形態(tài) 本試驗(yàn)在頂部照明的基礎(chǔ)上采用 了單側(cè)補(bǔ)光和雙側(cè)補(bǔ)光 在單側(cè)補(bǔ)光下 植物通過(guò) 單側(cè)光源照射植物的樹干或葉子 不會(huì)產(chǎn)生多個(gè)側(cè) 枝 7 單側(cè)補(bǔ)光適用于光照不足的植物如葡萄 辣 椒 可提高側(cè)方光照強(qiáng)度 促進(jìn)葉片生長(zhǎng)和光合作 用 提高植物產(chǎn)量 8 10 而雙側(cè)補(bǔ)光通過(guò)植物兩側(cè) 光源照射 促進(jìn)植物產(chǎn)生多個(gè)側(cè)枝 增加葉片光照 強(qiáng)度 11 12 形成更大冠幅和更高產(chǎn)量 13 14 植物對(duì)光的反應(yīng)可能因光強(qiáng)度 光周期和光質(zhì) 量而異 在光譜特性研究中 從藍(lán)色到紅色的光譜 調(diào)控對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的影響已被廣泛研究 例如可 以增強(qiáng)生物量和調(diào)整形態(tài) 15 16 特別是 補(bǔ)充遠(yuǎn)紅 光已被有效地用于控制植物生長(zhǎng)和形態(tài)發(fā)生 17 隨著遠(yuǎn)紅光強(qiáng)度的增加 番茄植株的株高 節(jié)間長(zhǎng) 121 中 國(guó) 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué) 學(xué) 報(bào) 2024 年 第 29 卷 度 莖粗和生物量受到顯著影響 18 遠(yuǎn)紅光顯著影 響紅辣椒幼苗等植物的生長(zhǎng)和光形態(tài)發(fā)生 19 22 綠 光是植物生長(zhǎng)和開花的關(guān)鍵因素 綠光可以促進(jìn) 植物的光合作用 促進(jìn)植物的細(xì)胞分裂和形態(tài)發(fā) 生 抑制植物的氣孔開放 23 25 抑制植物生長(zhǎng)激素的 合成 26 使植物的抗逆性增強(qiáng) 生長(zhǎng)周期縮短 進(jìn)而 提升產(chǎn)量和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì) 27 綠光和遠(yuǎn)紅光是影響植 物生長(zhǎng)發(fā)育 產(chǎn)量和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的重要光屬性 然而 在綠光 遠(yuǎn)紅光LED光質(zhì)條件下 通過(guò)側(cè)方補(bǔ)光提 高水培番茄苗育苗質(zhì)量的研究尚未見報(bào)道 本研 究通過(guò)設(shè)置遠(yuǎn)紅光 綠光和遠(yuǎn)紅光綠光組合光側(cè)面 補(bǔ)光 探究最佳遠(yuǎn)紅光和綠光側(cè)方補(bǔ)光光質(zhì)以加快 番茄育苗速率和提升苗的質(zhì)量 同時(shí)對(duì)番茄苗生長(zhǎng) 和質(zhì)量進(jìn)行綜合分析 以期為植物工廠番茄高質(zhì)量 育苗提供具有指導(dǎo)意義的側(cè)方補(bǔ)光光譜 1 材料與方法 1 1 試驗(yàn)材料 本試驗(yàn)于2023年4月在佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院物理 與光電工程學(xué)院植物工廠內(nèi)進(jìn)行 試驗(yàn)采用水培方 式進(jìn)行 栽培環(huán)境溫度為26 1 相對(duì)濕度為 55 5 CO 2 濃度為450 mol mol 50 mol mol 將 京研 番茄 Solanum lycopersicum L 種子接種 于海綿塊上 將海綿塊浸泡在塑料發(fā)芽盤的霍格蘭 營(yíng)養(yǎng)液中 在黑暗中培養(yǎng)2 d 在頂部白色LED燈 板提供的 250 mol m 2 s 光合光子通量密度 PPFD 下 幼苗萌發(fā)15 d 光周期為14 h 8 00 22 00 懸掛高度在種植植物板上方45 cm處 LED燈板的尺寸為50 cm 50 cm 中山中富工廠技 術(shù)有限公司 中國(guó) 28 白色LED分別由15 8 的 藍(lán)光 400 500 nm 22 0 的綠光 500 600 nm 50 4 的紅光 600 700 nm 和11 8 的遠(yuǎn)紅光 700 800 nm 組成 在第二片葉片完全展開后 將 幼苗從萌發(fā)盤移植到循環(huán)水培系統(tǒng)中持續(xù)培養(yǎng) 30 d 該系統(tǒng)由7套水培培養(yǎng)床 營(yíng)養(yǎng)循環(huán)系統(tǒng) 頂 部照明LED面板和自動(dòng)控制照明系統(tǒng)組成 圖1 幼苗在霍格蘭配方營(yíng)養(yǎng)液中生長(zhǎng) 在深層流動(dòng)的水 培循環(huán)系統(tǒng)中生長(zhǎng) 營(yíng)養(yǎng)液電導(dǎo)率EC值為 1 8 0 1 dS m pH為6 8 0 2 每組有1行 每行有 8 棵番茄 在 14 h 光周期下 平均 PPFD 為 250 mol m 2 s 頂部的照明LED面板提供了峰 值波長(zhǎng)為660 nm 2 nm的紅光 445 nm 2 nm的 藍(lán)光 紅藍(lán)光強(qiáng)度PPFD的比值為3 1 LED面板 尺寸為50 cm 50 cm 佛山皓徠特光電有限公司 中國(guó) LED面板安裝在種植植物板上方32 cm處 側(cè)方照明線條燈采用遠(yuǎn)紅光和綠光LED元件組合 佛山皓徠特光電有限公司 中國(guó) 側(cè)方照明線條 燈尺寸為50 cm 3 6 cm 2 4 cm 遠(yuǎn)紅光波長(zhǎng)為 圖1 綠光 遠(yuǎn)紅光及其組合光單雙側(cè)補(bǔ)光處理番茄苗光照系統(tǒng) Fig 1 The lighting system of tomato seedlings with green light far red light and its combination of unilateral or bilateral supplementation 122 第 10 期 陳仁等 遠(yuǎn)紅光綠光側(cè)面補(bǔ)光對(duì)水培番茄幼苗生長(zhǎng)質(zhì)量的影響 730 nm 5 nm 綠光波長(zhǎng)為530 nm 10 nm 使用 LI 1500輻照度測(cè)量?jī)x器 LI COR USA 監(jiān)測(cè)頂部 照明和側(cè)方照明的平均PPFD和光譜 1 2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 先將種子用40 2 的溫水浸泡30 min 軟 化種子外殼 增加種子的發(fā)芽率 均勻鋪灑于放有 育苗紙的育苗盆后 用另一張育苗紙覆蓋 均勻?yàn)?水后進(jìn)行2 d暗處理 暗處理期間保持育苗紙濕潤(rùn) 圖2 種子露白后 用鑷子輕夾置于2 cm 2 cm 的海綿塊 于育苗盤中在對(duì)應(yīng)的光處理下清水種植 5 d 待發(fā)芽后定植于水培系統(tǒng)的種植籃中 每組56 株 番茄種子出芽到第1片真葉展開期間 使用1 3 濃度霍格蘭營(yíng)養(yǎng)液 待第1片真葉展平后使用2 3 濃度霍格蘭營(yíng)養(yǎng)液 第2片真葉展開后使用標(biāo)準(zhǔn)濃 度霍格蘭營(yíng)養(yǎng)液 1 3 光周期處理 在光處理期 側(cè)方增加綠光 遠(yuǎn)紅光和綠光遠(yuǎn)紅 光組合光補(bǔ)光處理 每側(cè)綠光光合光子通量密度或 遠(yuǎn)紅光光子通量密度 PFD 均為50 mol m 2 s 共設(shè)7組綠光和遠(yuǎn)紅光不同單雙側(cè)的補(bǔ)光組合試 驗(yàn) 分別為 無(wú)側(cè)面補(bǔ)光 CK 綠光單側(cè)補(bǔ)光 G u 遠(yuǎn)紅光單側(cè)補(bǔ)光 F u 綠光 遠(yuǎn)紅光單側(cè)補(bǔ)光 GF u 綠光雙側(cè)補(bǔ)光 G b 遠(yuǎn)紅光雙側(cè)補(bǔ)光 F b 綠光 遠(yuǎn)紅光雙側(cè)補(bǔ)光 GF b 光暗周期設(shè)置為 14 h 10 h 光期時(shí)間段 8 00 22 00 本試驗(yàn)統(tǒng) 一連續(xù)培養(yǎng)47 d進(jìn)行苗期采收 1 4 測(cè)定方法 1 4 1 生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定 在第47天時(shí)取樣 各處理隨機(jī)選取6株番茄植 株 使用直尺測(cè)量株高 利用游標(biāo)卡尺測(cè)量植株莖 粗 用吸水紙擦干番茄表面水分 使用電子天平 Si 234 USA 稱量地上部和地下部鮮重 將番茄 植株在100 下殺青30 min 以80 烘干至恒重 用 分析天平分別稱取地上部干重和根干重 并計(jì)算壯 苗指數(shù) 29 計(jì)算公式如下 壯苗指數(shù)1 莖粗 株高 全株鮮重 10 1 壯苗指數(shù)2 莖粗 株高 全株干重 10 2 1 4 2 生理指標(biāo)測(cè)定 番茄葉片的葉綠素含量采用SPAD葉綠素儀 SPAD 502 Konica Minolta 日本 測(cè)定 硝態(tài)氮的 測(cè)定采用水楊酸分光光度計(jì)比色法 可溶性蛋白的 測(cè)定采用考馬斯亮藍(lán)光度計(jì)比色法 30 1 5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析 采用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)整理 利用SPSS 8 0軟件 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性分析 P 0 05表示差異顯著 運(yùn)用Graph Pad Prism 9 0繪圖 2 結(jié)果與分析 2 1 遠(yuǎn)紅光綠光側(cè)面補(bǔ)光對(duì)番茄苗株高和莖粗的 影響 株高是分析水培矮生紅番茄生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)的重要 指標(biāo) 通過(guò)測(cè)量株高 可以了解植株在不同生長(zhǎng)階 段的高度變化 進(jìn)而評(píng)估其生長(zhǎng)速度和生長(zhǎng)勢(shì) 由 圖3 a 可知 G u 和GF u 處理的株高與CK相比分別 CK 無(wú)側(cè)面補(bǔ)光 G u 綠光單側(cè)補(bǔ)光 F u 遠(yuǎn)紅光單側(cè)補(bǔ)光 GF u 綠光 遠(yuǎn)紅光單側(cè)補(bǔ)光 G b 綠光雙側(cè)補(bǔ)光 F b 遠(yuǎn)紅光雙側(cè)補(bǔ)光 GF b 綠光 遠(yuǎn) 紅光雙側(cè)補(bǔ)光 不同小寫字母表示不同處理之間差異顯著 P 0 05 下同 CK No side fill light G u Green light unilateral light F u Far red light unilateral light GF u Green light Far red light unilateral light G b Green doublenullsided fill light F b Far red light double fill light GF b Green light Farnullred light Different lowercase letters indicated significant differences between different treatments P 0 05 The same below 圖2 綠光 遠(yuǎn)紅光及其組合光單雙側(cè)補(bǔ)光處理番茄試驗(yàn)流程 Fig 2 Experimental process of tomato treatment with green light farnullred light and their combination of single and double light supplements 123 中 國(guó) 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué) 學(xué) 報(bào) 2024 年 第 29 卷 顯著降低了20 1 和14 4 P 0 05 F u F b 與 CK差異不顯著 G b 和GF b 處理顯著降低水培矮生 紅番茄的株高 比CK處理組分別降低了38 3 和 27 3 P 0 05 綠光和綠光遠(yuǎn)紅光組合光單側(cè) 補(bǔ)光水培矮生紅番茄的株高高于雙側(cè)補(bǔ)光 由此 可知 綠光補(bǔ)光對(duì)番茄植株的株高增長(zhǎng)起抑制作 用 遠(yuǎn)紅光補(bǔ)光對(duì)番茄植株株高的促進(jìn)作用不 顯著 莖粗是描述作物在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段非生物脅迫 下生長(zhǎng)的重要參數(shù) 31 莖在水的運(yùn)輸和碳水化合 物的易位中起著關(guān)鍵作用 27 由圖3 b 可知 與 CK相比 F b 處理對(duì)水培矮生紅番茄莖粗起促進(jìn)作 用 比CK處理提升了29 1 F u 處理與CK相比差 異不顯著 G u GF u G b 和GF b 處理與CK相比略降低 了水培矮生紅番茄的莖粗 由此可知 綠光對(duì)水培 矮生紅番茄植株莖粗的生長(zhǎng)有抑制作用 遠(yuǎn)紅光雙 側(cè)補(bǔ)光對(duì)于水培矮生紅番茄植株莖粗的生長(zhǎng)有促 進(jìn)作用 2 2 遠(yuǎn)紅光綠光側(cè)面補(bǔ)光對(duì)水培矮生紅番茄地上 部和地下部鮮重 干重和壯苗指數(shù)的影響 植株的鮮重和干重也能反映其營(yíng)養(yǎng)狀況 植物 的生長(zhǎng)需要吸收養(yǎng)分 而干鮮重的比值可以計(jì)算出 植物的干物質(zhì)含量 這是植物吸收和積累養(yǎng)分的直 接體現(xiàn) 水培矮生紅番茄地上部和地下部的鮮重隨 著綠光比例增大而減少 由圖4 a 和 b 可知 F u 與 F b 處理水培矮生紅番茄地上部的鮮重與CK對(duì)比差 異不顯著 G u 和GF u 處理水培矮生紅番茄地上部和 地下部鮮重相比CK顯著下降 分別下降了35 0 和33 1 P 0 05 G b 處理的地上部和地下部鮮 重相比CK顯著下降了64 6 和70 4 P 0 05 抑制效果最為顯著 說(shuō)明綠光補(bǔ)光對(duì)水培矮生紅番 茄植株地上部和地下部的鮮重起抑制作用 且綠光 雙側(cè)補(bǔ)光的抑制作用最顯著 水培矮生紅番茄地上 部和地下部的干重隨著綠光比例增大而減少 由 圖4 c 和 d 可知 F u 和F b 處理地上部和地下部干 重與 CK 相比提升了 3 2 8 2 和 17 6 22 0 GF u 處理地上部和地下部干重與CK相比 下降了31 9 和20 8 G u GF b 和G b 處理地上部 和地下部干重與CK相比下降最為顯著 分別下降 了 31 9 36 2 61 7 和 39 7 41 0 62 5 P 0 05 在這3種處理中 G b 處理對(duì)于地 上部和地下部干重的影響最為顯著 G u GF b 和G b 處理番茄植株地上部和地下部干重顯著低于對(duì)照 遠(yuǎn)紅光補(bǔ)光對(duì)番茄植株地上部和地下部干重積累 有輕微的促進(jìn)作用 添加綠光對(duì)植物地上部和地下 部干重積累有抑制作用 且隨綠光總量增大抑制作 用增強(qiáng) 水培矮生紅番茄地上部和地下部干重組 間規(guī)律與番茄植株地上部鮮重和地下部鮮重規(guī)律 一致 壯苗指數(shù)是評(píng)價(jià)番茄育苗質(zhì)量的重要指標(biāo) 它 綜合考慮了植株的莖粗 株高 地上部和地下部干鮮 重等多個(gè)因素 能夠全面評(píng)估植株的生長(zhǎng)狀況和發(fā)育 潛力 由圖5 a 和 b 可知 F b 處理壯苗指數(shù)1和2比 CK提高了17 5 和33 6 GF b 和GF u 處理的壯苗 指數(shù)1與2比CK下降了30 7 26 0 和24 4 30 0 G b 和G u 處理的壯苗指數(shù)1與2均比CK下降 了53 1 34 4 和50 0 35 5 可見遠(yuǎn)紅光 補(bǔ)光對(duì)番茄壯苗指數(shù)具有促進(jìn)作用 且遠(yuǎn)紅光雙側(cè)補(bǔ) 圖3 不同光處理下矮生紅番茄幼苗的株高和莖粗 Fig 3 Plant height and stem diameter of dwarf red tomato seedlings under different light treatments 124 第 10 期 陳仁等 遠(yuǎn)紅光綠光側(cè)面補(bǔ)光對(duì)水培番茄幼苗生長(zhǎng)質(zhì)量的影響 光對(duì)番茄的壯苗指數(shù)促進(jìn)作用最顯著 綠光雙側(cè)補(bǔ)光 對(duì)番茄的壯苗指數(shù)抑制顯著 2 3 遠(yuǎn)紅光綠光側(cè)面補(bǔ)光對(duì)番茄幼苗葉綠素含量 的影響 葉綠素是光合作用的關(guān)鍵物質(zhì) 能夠促進(jìn)植株 的光合作用和生長(zhǎng)發(fā)育 由圖6可知 G u GF u G b 和GF b 處理的矮生紅番茄葉綠素含量均略高于CK F u 和F b 處理的矮生紅番茄葉片葉綠素含量略低于 CK 說(shuō)明遠(yuǎn)紅光補(bǔ)光處理對(duì)番茄葉綠素含量有抑 制作用 與其在株高 莖粗的作用效果相反 綠光補(bǔ) 光處理組與之相反 2 4 遠(yuǎn)紅光綠光側(cè)面補(bǔ)光對(duì)番茄苗生理指標(biāo)的 影響 硝態(tài)氮指硝酸鹽中所含有的氮元素 被人體攝 入后 大約會(huì)有5 被轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽 對(duì)人體有極 大的危害 32 光照條件的變化可以通過(guò)光合過(guò)程 圖4 不同光處理下矮生紅番茄幼苗的地上部 地下部鮮重與干重 Fig 4 Fresh and dry weights of aboveground and underground parts of dwarf red tomato seedlings under different light treatments 圖5 不同光處理下矮生紅番茄幼苗的壯苗指數(shù) Fig 5 Strong seedling index of dwarf red tomato seedlings under different light treatments 125 中 國(guó) 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué) 學(xué) 報(bào) 2024 年 第 29 卷 影響植物對(duì)硝態(tài)氮的吸收 轉(zhuǎn)運(yùn)和代謝過(guò)程 33 由 圖7 a 可知 GF u 和F u 處理番茄的硝態(tài)氮含量與 CK相比分別顯著提升 11 83 和 9 02 P 0 05 其他處理均顯著低于CK GF b 處理對(duì)番茄硝 態(tài)氮含量的抑制效果最顯著 比CK處理降低了 23 65 P 0 05 說(shuō)明添加綠光補(bǔ)光對(duì)番茄硝 態(tài)氮含量有抑制作用 遠(yuǎn)紅光補(bǔ)光對(duì)番茄硝態(tài)氮含 量有促進(jìn)作用 遠(yuǎn)紅光及其與綠光組合光單側(cè)補(bǔ) 光對(duì)番茄硝態(tài)氮含量有促進(jìn)作用 而其雙側(cè)補(bǔ)光則 具有抑制作用 可溶性蛋白是植物體內(nèi)氮素存在的主要形式 其含量的多少與植物體代謝和衰老有密切的關(guān) 系 34 由圖7 b 可知 F u 和G b 處理番茄葉片的可溶 性蛋白含量相比于CK提升最為顯著 兩組都提升 了24 0 P 0 05 G u 和F b 處理相比于CK分別 提升了16 6 和12 3 P 0 05 GF b 處理與CK 沒有顯著差異 GF u 處理相比于CK顯著下降了 17 9 P 0 05 在6種不同補(bǔ)光處理下 番茄葉 片的可溶性蛋白含量在遠(yuǎn)紅光和綠光單雙側(cè)補(bǔ)光 處理下提升顯著 但在綠光和遠(yuǎn)紅光組合單側(cè)補(bǔ)光 下效果不顯著且含量降低 3 討 論 3 1 綠光側(cè)面補(bǔ)光對(duì)水培番茄苗生長(zhǎng)質(zhì)量的影響 綠光是植物生長(zhǎng)和開花的關(guān)鍵 它可以促進(jìn)植 物的光合作用 促進(jìn)植物的細(xì)胞分裂和形態(tài)發(fā)生 抑制植物的氣孔開放與植物生長(zhǎng)激素的合成 增強(qiáng) 植物的抗逆性 縮短生長(zhǎng)周期 提升產(chǎn)量和品質(zhì) 35 適量的綠光可以促進(jìn)植物的生長(zhǎng) Razzak等 36 發(fā)現(xiàn) 適當(dāng)強(qiáng)度的綠光 30 mol m 2 s 結(jié)合紅光和藍(lán) 光 可以提高生菜的鮮重 Bian等 37 發(fā)現(xiàn)用紅光和 藍(lán)光補(bǔ)充綠光可以上調(diào)光合作用相關(guān)基因PsbA和 LHCb的表達(dá) 對(duì)維持光合能力有積極作用 此外 綠光已被證明可以逆轉(zhuǎn)藍(lán)光對(duì)氣孔張開的影響 38 使用綠光可以緩解氣孔張開并調(diào)節(jié)SlHA1 2和4 這驗(yàn)證了綠光對(duì)提高番茄抗旱性的積極作用 39 在本試驗(yàn)中 G u 和G b 處理相比CK處理葉綠素含量 提升顯著 但是 綠光多被用作輔助光 過(guò)高的綠 光導(dǎo)致產(chǎn)量下降 Kim等 40 發(fā)現(xiàn)補(bǔ)充較高比例的 綠光即76和129 mol m 2 s 會(huì)降低生菜的鮮重 Razzak等 36 也發(fā)現(xiàn)過(guò)強(qiáng)的綠光 50 mol m 2 s 會(huì)產(chǎn)生類似的情況 本試驗(yàn)中 與CK處理相比 綠 光補(bǔ)光G u 和G b 處理的矮生紅番茄生長(zhǎng)指標(biāo)顯著降 低 其中壯苗指數(shù)1降低了50 0 和53 1 P 0 05 這可能是綠光照射的番茄幼苗受到光刺激 圖6 不同光處理下矮生紅番茄幼苗的葉綠素相對(duì)含量 Fig 6 Relative chlorophyll content of dwarf red tomato seedlings under different light treatments 圖7 不同光處理下矮生紅番茄幼苗的硝態(tài)氮和可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù) Fig 7 Nitrate nitrogen and soluble protein mass fraction of dwarf red tomato seedlings under different light treatments 126 第 10 期 陳仁等 遠(yuǎn)紅光綠光側(cè)面補(bǔ)光對(duì)水培番茄幼苗生長(zhǎng)質(zhì)量的影響 信號(hào)的影響 導(dǎo)致莖和葉片不能正常生長(zhǎng)發(fā)育 從 而抑制矮生紅番茄幼苗的生長(zhǎng) 3 2 遠(yuǎn)紅光側(cè)面補(bǔ)光對(duì)水培番茄苗生長(zhǎng)質(zhì)量的 影響 在弱光下 遠(yuǎn)紅光刺激葉綠體靠近細(xì)胞膜 增 加它們對(duì)光合作用所需的其他顏色光的吸收 光敏 色素的光感受器會(huì)從活性形式 Pr 轉(zhuǎn)變?yōu)榉腔钚?形式 Pfr 改變細(xì)胞膜電位 激活赤霉素激素 刺激 細(xì)胞伸長(zhǎng) 導(dǎo)致莖變長(zhǎng) 41 遠(yuǎn)紅光對(duì)植物形態(tài)表現(xiàn) 出多方面的影響 在白光200 mol m 2 s 條件下 補(bǔ)充遠(yuǎn)紅光 3和6 W m 2 顯著增加了羽衣甘藍(lán)的 株高 節(jié)間長(zhǎng)度 莖直徑和生物量 42 遠(yuǎn)紅光誘導(dǎo) 白菜下胚軸細(xì)胞伸長(zhǎng) 43 在紅藍(lán)光混合光強(qiáng)PPFD 值為200 mol m 2 s 條件下 補(bǔ)充50 mol m 2 s 遠(yuǎn)紅光顯著增加了生菜的總生物量和葉面積 44 總?cè)~面積取決于葉面積除以葉質(zhì)量 SLA 和生物 量分配 在高遠(yuǎn)紅光條件下更傾向于將生物量分配 給莖 45 Zou等 44 發(fā)現(xiàn)補(bǔ)充遠(yuǎn)紅光可以降低葉綠素 含量 提高凈光合速率從而增強(qiáng)植物對(duì)光能的吸 收 但是 研究表明額外的遠(yuǎn)紅光補(bǔ)光對(duì)光合作用 有不同的影響 Yang等 19 在大豆中觀察到補(bǔ)充遠(yuǎn) 紅光后光合作用增加 Ji等 46 與Zhang等 47 發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn) 紅光補(bǔ)光對(duì)番茄和生菜的光合作用沒有影響 此 外 Ji等 46 與Kalaitzoglou等 48 都得出結(jié)論 遠(yuǎn)紅光 對(duì)光合作用的長(zhǎng)期影響是有限的 本試驗(yàn)中 F u 和 F b 處理的干重與CK相比提升了20 8 和30 2 F b 處理對(duì)水培矮生紅番茄生長(zhǎng)莖粗有促進(jìn)作用 比 CK處理提升了29 1 這可能是側(cè)方補(bǔ)充遠(yuǎn)紅光 刺激葉片伸長(zhǎng) 莖粗增粗 促進(jìn)了矮生紅番茄幼苗 的生長(zhǎng) 提高了幼苗壯苗指數(shù) 3 3 綠光遠(yuǎn)紅光側(cè)面補(bǔ)光對(duì)水培番茄苗生理指標(biāo) 的影響 硝態(tài)氮是植物主要的無(wú)機(jī)氮源之一 植物通過(guò) 根系吸收硝態(tài)氮后 經(jīng)過(guò)一系列生物化學(xué)反應(yīng) 最 終將其轉(zhuǎn)化為氨基酸 進(jìn)而合成蛋白質(zhì) 49 因此 硝態(tài)氮的供應(yīng)直接影響到植物體內(nèi)可溶性蛋白的 合成速度和數(shù)量 GS 谷氨酰胺合成酶 和 GOGAT 谷氨酸合成酶 是植物氮同化的2種關(guān)鍵 酶 當(dāng)植物體內(nèi)的氨基充足時(shí) GS可以將氨基轉(zhuǎn) 化為谷氨酰胺 然后GOGAT再將谷氨酰胺轉(zhuǎn)化為 谷氨酸 谷氨酸是植物體內(nèi)氮同化過(guò)程的重要中 間產(chǎn)物 它可以進(jìn)一步參與蛋白質(zhì)的合成等生化過(guò) 程 50 研究發(fā)現(xiàn) 綠光比例在氮代謝中發(fā)揮著重要 作用 當(dāng)氨基供應(yīng)受限時(shí) GS GOGAT循環(huán)會(huì)改 變其反應(yīng)模式 生成的谷氨酸可能無(wú)法進(jìn)入后續(xù)的 氮同化反應(yīng) 然而 綠光強(qiáng)度的增加可以促進(jìn) GOGAT的活性 這意味著綠光可能通過(guò)增強(qiáng) GOGAT的活性來(lái)影響氮同化過(guò)程 51 綠光比例 對(duì)葉類蔬菜的氮積累具有調(diào)節(jié)作用 52 在本試驗(yàn) 中 與CK處理相比 G u 和G b 處理硝態(tài)氮含量顯著 降低 可溶性蛋白含量提升顯著 Zou等 44 發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn) 紅光導(dǎo)致總氮和葉綠素含量降低 減少葉片光吸 收 在下調(diào)葉片光合能力方面發(fā)揮著重要作用 植 物光敏色素是一種可溶性的色素 蛋白質(zhì)復(fù)合 體 遠(yuǎn)紅光照射可以促使光敏色素從紅光吸收型 Pr 轉(zhuǎn)變?yōu)檫h(yuǎn)紅光吸收型 Pfr 這種轉(zhuǎn)換進(jìn)一步影 響植物的生長(zhǎng)和發(fā)育過(guò)程 本試驗(yàn)中 與CK處理 相比 遠(yuǎn)紅光F u 和F b 處理降低矮生紅番茄葉綠素含 量 顯著提高矮生紅番茄葉片的可溶性蛋白含量 3 4 遠(yuǎn)紅光綠光組合側(cè)方補(bǔ)光對(duì)水培番茄苗生長(zhǎng) 質(zhì)量的影響 在研究中發(fā)現(xiàn) 遠(yuǎn)紅光與綠光的組合相較于單 一綠光照射 能夠顯著減弱綠光的抑制作用 這種 效果的產(chǎn)生 既涉及到光信號(hào)的作用 也包括光強(qiáng) 度變化的影響 遠(yuǎn)紅光對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的影響主 要是通過(guò)影響光感知系統(tǒng) 尤其是植物中的光素和 隱花色素 從而調(diào)節(jié)一系列下游生理和發(fā)育過(guò)程 如形態(tài)建成 伸長(zhǎng)生長(zhǎng)以及代謝途徑的改變 53 54 這些變化反映了遠(yuǎn)紅光在植物光信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的核 心作用 以及它如何通過(guò)激活特定的光敏色素引發(fā) 植物對(duì)光照環(huán)境的細(xì)致調(diào)節(jié) 同時(shí) 遠(yuǎn)紅光的加入 改變了光照環(huán)境中的光強(qiáng)度和光質(zhì)比例 降低綠光 所占比重 從而減少了綠光的抑制效果 這種抑制 減弱不僅是由于光質(zhì)的直接調(diào)整 還可能因?yàn)楣庹?強(qiáng)度的總體分配變化 為植物創(chuàng)造了一個(gè)更優(yōu)化的 光照環(huán)境 因此 遠(yuǎn)紅光與綠光組合對(duì)植物生長(zhǎng)的 正面影響 是遠(yuǎn)紅光作為光信號(hào)調(diào)節(jié)植物光敏色素 活性的結(jié)果 同時(shí)也是由于光強(qiáng)度調(diào)整對(duì)植物生長(zhǎng) 條件的改善 在本試驗(yàn)中 GF b 相比G b 處理地上部 與地下部干鮮重 壯苗指數(shù)均有提升 另外 在單側(cè)補(bǔ)光試驗(yàn)中 植物只能從一邊受 光 另一側(cè)可能會(huì)受光不足 補(bǔ)光對(duì)植物的光合作 用 生長(zhǎng)和發(fā)育影響效果不顯著 而相比單側(cè)補(bǔ) 光 雙側(cè)補(bǔ)光可以使植物兩側(cè)受光的影響更加明 127 中 國(guó) 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué) 學(xué) 報(bào) 2024 年 第 29 卷 顯 在本試驗(yàn)中 雙側(cè)遠(yuǎn)紅光補(bǔ)光F b 處理下的番茄 株高 莖粗 地上部和地下部干鮮重 壯苗指數(shù)等生 長(zhǎng)指標(biāo)比單側(cè)遠(yuǎn)紅光F u 處理提升效果更佳 雙側(cè) 綠光補(bǔ)光G b 處理與單側(cè)綠光補(bǔ)光G u 處理對(duì)于番茄 生長(zhǎng)指標(biāo)的抑制作用更為顯著 4 結(jié) 論 綠光補(bǔ)光對(duì)水培矮生紅番茄生長(zhǎng)抑制作用明 顯 且隨綠光光強(qiáng)增加其抑制作用增強(qiáng) 綠光雙側(cè) 補(bǔ)光抑制作用大于綠光單側(cè)補(bǔ)光 遠(yuǎn)紅光補(bǔ)光對(duì) 水培矮生紅番茄生長(zhǎng)有促進(jìn)作用 隨遠(yuǎn)紅光光強(qiáng)增 加 對(duì)植株生長(zhǎng)的促進(jìn)作用增強(qiáng) 遠(yuǎn)紅光雙側(cè)補(bǔ)光 增強(qiáng)作用大于遠(yuǎn)紅光單側(cè)補(bǔ)光 遠(yuǎn)紅光雙側(cè)補(bǔ)光效 果最佳 參考文獻(xiàn) References 1 魏靈玲 楊其長(zhǎng)