基于葉位和時(shí)段光合特性的番茄補(bǔ)光技術(shù)研究_郭銳.pdf

北方園藝（）： ·設(shè)施園藝 ·第一作者簡介 ：郭銳 （），男 ，天津人 ，碩士 ，助理研究員 ，現(xiàn)主要從事設(shè)施蔬菜栽培技術(shù)等研究工作 。：責(zé)任作者 ：楊小玲 （），女 ，福建三明人 ，博士 ，研究員 ，現(xiàn)主要從事設(shè)施蔬菜栽培技術(shù)等研究工作 。：基金項(xiàng)目 ：天津市蔬菜產(chǎn)業(yè)體系創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)專項(xiàng)資助項(xiàng)目（）；天津市科技計(jì)劃資助項(xiàng)目（）；天津市農(nóng)業(yè)科學(xué)院院長基金資助項(xiàng)目 （）。收稿日期 ：基于葉位和時(shí)段光合特性的番茄補(bǔ)光技術(shù)研究郭銳 ，華 明 艷 ，仝 雅 娜 ，楊 小 玲（天津市農(nóng)業(yè)科學(xué)院 ，天津）摘要 ：以越冬設(shè)施番茄為試材 ，采用葉片全波段光吸收分析和光合生理分析方法 ，研究番茄補(bǔ)光所需的光質(zhì) 、合理補(bǔ)光部位與合理時(shí)段 ，以期提高番茄工人補(bǔ)光效率 。結(jié)果表明 ：補(bǔ)光不會(huì)改變番茄光吸收特性和吸收值大小 ，在紅光區(qū)的光吸收峰值所對(duì)應(yīng)的波長為，藍(lán)光區(qū)的光吸收峰值所對(duì)應(yīng)的波長為。不同部位葉片的個(gè)光吸收峰值達(dá)到了顯著差別 ，其中 ，上部葉片在光吸收值分別是中 、下部葉片的倍和倍 ，在光吸收值分別是中 、下部葉片的倍和倍 。：番茄光合作用的光補(bǔ)償點(diǎn)和暗呼吸率較低 ，分別為：的光補(bǔ)償點(diǎn)和暗呼吸率的和。因此 ，建議番茄人工補(bǔ)光使用紅光和藍(lán)光的紅藍(lán)補(bǔ)光燈 ，補(bǔ)光部位以上 、中部葉片為主 ，補(bǔ)光時(shí)段為：。關(guān)鍵詞 ：番茄 ；光吸收 ；光補(bǔ)償點(diǎn) ；暗呼吸率 ；補(bǔ)光中圖分類號(hào) ： 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 ： 文章編號(hào) ：（）設(shè)施越冬種植果類蔬菜可獲得較好的效益 ，但我國冬季光照強(qiáng)度一般在萬以內(nèi) ，溫室由于結(jié)構(gòu) 、覆蓋材料等因素的影響 ，光照強(qiáng)度僅為露地的，有些甚至低于，這與果類蔬菜生長發(fā)育所需的光飽和點(diǎn) （番茄萬，黃瓜萬）相差甚遠(yuǎn) ，因此 ，光是設(shè)施越冬生產(chǎn)的主要限制因子之一 。近年來 ，連陰 （霾 ）氣候頻發(fā)且時(shí)長延長的氣象災(zāi)害給越冬果類蔬菜生產(chǎn)增加了更大的種植風(fēng)險(xiǎn) ，設(shè)施栽培領(lǐng)域的補(bǔ)光技術(shù)引起了全球的重視 ，我國設(shè)施蔬菜種植戶對(duì)人工補(bǔ)光的需求也呈上升趨勢 。關(guān)于補(bǔ)光對(duì)蔬菜種苗質(zhì)量 ，植株生長發(fā)育 、果實(shí)成熟期 、產(chǎn)量和品質(zhì)和提高作物抗逆性等方面的影響已有研究報(bào)道。隨著補(bǔ)光燈的發(fā)展 ，國內(nèi)外十分重視補(bǔ)光燈的紅藍(lán)光比例，而往往忽略光吸收峰值所對(duì)應(yīng)的波長 。同時(shí) ，合理補(bǔ)光時(shí)段和不同補(bǔ)光燈合理放置位置等的應(yīng)用技術(shù)鮮見報(bào)道 ，用戶在生產(chǎn)中應(yīng)用模式多種多樣 ，導(dǎo)致補(bǔ)光效率相差很大 。現(xiàn)通過研究番茄光吸收特性和不同時(shí)段的光合生理特性 ，探討番茄補(bǔ)光所需的合理光質(zhì) 、合理補(bǔ)光部位及合理時(shí)段 ，以期為生產(chǎn)提供指導(dǎo) 。 材料與方法 試驗(yàn)材料供試品種為荷蘭凱德系列 “”硬粉番茄 ，購于北京鑫福農(nóng)業(yè)科技發(fā)展有限公司 。 試驗(yàn)方法試驗(yàn)在天津市武清區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)創(chuàng)新基地日光溫室進(jìn)行 ，前茬作物為黃瓜 。整地前每施袋裝商品有機(jī)肥。年月日定植 ，行 、株距×，留果穗 ，年月日始收 ，月上旬拉秧 。田間設(shè)置處理（安裝盞紅藍(lán)補(bǔ)光燈 ）、處理（不補(bǔ)光 ，對(duì)照 ）個(gè)處理 ，每處理重復(fù)次 ，每個(gè)處理小區(qū)面積×，個(gè)處理之間用相同的小區(qū)面積作為自然隔離 。月日開始補(bǔ)光 （植株第穗花蕾剛露頭 ）。 項(xiàng)目測定番茄光吸收特性與補(bǔ)光對(duì)光吸收的影響 ：番茄定植后 （第一果穗開花 ），隨機(jī)采集番茄葉片 ，將葉片錯(cuò)開葉脈剪成×小片 ，稱量放入試管中 ，加入酒精，放置黑暗中浸泡。吸取浸出液，加入 酒精稀釋 ，置于普析雙光束紫外可見分光光度計(jì) ，用的波長掃描液體的光吸收值 。不同部位葉片光吸收特性 ：定植后分別采集番茄上部 （最上面的完全展開葉 ，為第三穗花上面的第一葉或下部的第一葉 ）、中部 （第一果穗上部的第二葉 ）和下部葉片 （第一果穗下部的第二葉 ），用酒精浸提葉綠素 ，分析的波長光吸收值 。不同時(shí)段番茄光合特性 ：月日 ，在溫室蓋住保溫被的情況下于：以及：，用便攜式光合作用測量系統(tǒng)活 體 測 定 番 茄 中 上 部 葉 片 分 別 在 、 、 、 、··光量子密度下的光合速率 ，通過光合計(jì)算程序計(jì)算不同時(shí)段的光飽和點(diǎn) 、最大光合速率 、光補(bǔ)償點(diǎn) 、暗呼吸率 。 數(shù)據(jù)分析運(yùn)用軟件計(jì)算光合參數(shù) ，采用和 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)作圖和統(tǒng)計(jì)分析 。 結(jié)果與分析 番茄葉片光吸收特性與補(bǔ)光對(duì)光吸收特性的影響綠色植株的光合作用是以紅 、藍(lán)光為主要能源 ，將和轉(zhuǎn)化為有機(jī)物 。不同植物在紅 、藍(lán)光區(qū)的光吸收峰值所對(duì)應(yīng)的波長不同 ，從圖可以看出 ，番茄紅光區(qū)吸收峰值的波長范圍為，其中的 光 吸 收 值 是的，的 光 吸 收 值 是的；藍(lán)光區(qū)吸光峰值的波長范圍為，其中 ，與的光吸收值近似度為，個(gè)波段的光吸收值的平均值為的，的光吸收值為光吸收值的。因此 ，為提高補(bǔ)光燈的光效率 ，使補(bǔ)光燈發(fā)出的光質(zhì)吻合植物的光吸收特性 ，可將番茄補(bǔ)光燈的紅光區(qū)光譜峰值設(shè)定為，藍(lán)光區(qū)光譜峰值設(shè)定為。圖 番茄的光吸收特性與補(bǔ)光對(duì)光吸收的影響 從圖還可以看出 ，補(bǔ)光與對(duì)照個(gè)處理的番茄葉片光吸收?qǐng)D譜高度一致 ，不僅吸收峰值的波長相同 ，而且峰值大小也相同 ，因此 ，補(bǔ)光沒有改變番茄的光吸收特性和光吸收值大小 。 不同部位的葉片光吸收值在光飽和點(diǎn)內(nèi) ，植物所吸收的大部分光能用于光化學(xué)反應(yīng) ，少部分光能通過非光化合過程耗散 。一般植物吸收的光能越多 ，用于光合作用的光能越高 。從圖可以看出 ，不同部位的番茄葉片光吸收?qǐng)D譜相似 ，但光吸收值的大小不同 。表表明 ，不同部位的個(gè)光吸收峰值達(dá)到了顯著差別 ，其中 ，上部葉片對(duì)波長的光吸收值分別是中 、下部葉片的倍和倍 ，對(duì)波長的光吸收值分別是中 、下部葉片的倍 和倍 。不 同 部 位 葉 片 對(duì) 綠 光 （）的吸收差異較小 。因此 ，在補(bǔ)光位置上 ，推薦對(duì)番茄的上 、中部的葉片進(jìn)行補(bǔ)光 。 第 期北方園藝圖 番茄不同部位葉片的光吸收特性 表 不同部位番茄葉片的光吸收峰值 葉片部位 波長 上部 ± ±中部 ± ±下部 ± ±注 ：不同小寫字母表示 的顯著差異 。： 不同時(shí)段番茄的光合生理特性從表可知 ，早上隨著時(shí)間推移 ，相同光照強(qiáng)度下光合速率增加較快 ，：要獲得正光合速率的光照強(qiáng)度為··，：獲得正光合速率的光照強(qiáng)度降為··。晚上隨著時(shí)間推移 ，相同光照強(qiáng)度下光合速率下降但降幅較小 ，：獲得正光合速率所需的光照強(qiáng)度為··，遠(yuǎn) 低 于 早 上 所 需 的 光 照強(qiáng)度 。表表明 ，番茄晚上的光飽和點(diǎn) 、最大光合速度 、光補(bǔ)償點(diǎn)和暗呼吸率均低于早上 ，但前二者與早上相比 ，差異不顯著 ，而后二者達(dá)到了極顯著水平 ，晚上的光償點(diǎn)和暗呼吸率分別為早上的和，表明了番茄晚上消耗的呼吸產(chǎn)物較少 ，從而進(jìn)一步證明了傍晚產(chǎn)生正光合產(chǎn)物所需的光強(qiáng)更低 。因此 ，越冬番茄生產(chǎn)中采用延時(shí)補(bǔ)光 ，建議補(bǔ)光時(shí)間放在傍晚蓋上保溫被后：進(jìn)行 。表 番茄在不同時(shí)段不同光照強(qiáng)度下的光合速率 ··光量子密度 （··）時(shí)刻 ： ： ： ： ： ： 表 不同時(shí)段番茄光合生理特性 時(shí)刻光飽和點(diǎn) （··）最大光合速率 （··）光補(bǔ)償點(diǎn) （··）暗呼吸率 （··）： ± ± ± ±： ± ± ± ±注 ：不同小寫字母表示達(dá)到 水平的顯著差異 。： 北方園藝月 （下 ） 結(jié)論與討論研究表明 ，植物葉綠素、對(duì)紅光區(qū) （）和藍(lán)光區(qū) （）有個(gè)最強(qiáng)吸收峰，而且這個(gè)吸收峰所對(duì)應(yīng)的紅光和藍(lán)光已被證明對(duì)多種作物的生長發(fā)育有效，這也是近十幾年來 ，國內(nèi)外常用紅 、藍(lán)補(bǔ)光燈作為種植補(bǔ)光的原因之一。然而資料所表明的個(gè)最強(qiáng)光吸收峰值所對(duì)應(yīng)的波長域值較寬泛 （達(dá)）。相對(duì)某一作物而言 ，光吸收峰值的波長域值較窄 ，該研究測定的番茄吸收峰波長域值僅有。同時(shí) ，不同作物光吸收峰值所對(duì)應(yīng)的波長不同 。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì) ，目前用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的紅 、藍(lán)補(bǔ)光燈光譜峰值所對(duì)應(yīng)的波長多數(shù)分別為與，與該研究結(jié)果番茄光吸收個(gè)峰值所對(duì)應(yīng)的主波長精準(zhǔn)值紅光和藍(lán)光有一定的差距 。因此 ，建議分別研究不同作物光吸收峰所對(duì)應(yīng)的波長 ，通過定制精準(zhǔn)補(bǔ)光燈進(jìn)行補(bǔ)光 ，以提高人工補(bǔ)光效率 。果類蔬菜屬于蔓生植物 ，上部葉片對(duì)中下部葉片具有遮陰 、截留光線的作用 ，補(bǔ)光燈安裝的位置是當(dāng)前人工補(bǔ)光在實(shí)際應(yīng)用時(shí)有爭議的問題 。目前常用的補(bǔ)光燈安裝位置有種 ，即頂部 、行間冠層和底部 。傳統(tǒng)光源一般安裝在作物的正上方進(jìn)行頂部補(bǔ)光。一些研究表明 ，株間補(bǔ)光可以提高葉片質(zhì)量 、光合作用和果實(shí)品質(zhì)。針對(duì)蔓生作物 ，在相同數(shù)量補(bǔ)光燈的情況下 ，一部分通過頂部補(bǔ)光 ，另一部分采用行間冠層補(bǔ)光比完全頂部補(bǔ)光所獲得的產(chǎn)量高 、品質(zhì)更好。該研究表明 ，番茄頂部葉片的光吸收能力最強(qiáng) ，其次為中部葉片 。由于頂部葉片多為不完全葉 ，需要較多的光合產(chǎn)物用于自身生長 ，因此 ，筆者認(rèn)為 ，頂部與中部葉位相結(jié)合的補(bǔ)光更有利于植株的生長發(fā)育 。比較不同燈源的特點(diǎn) ，由于傳統(tǒng)光源產(chǎn)熱較多 ，通過頂部補(bǔ)光既可減少補(bǔ)光燈對(duì)植株的熱傷害 ，也可使植株吸收的光量達(dá)到最大 ；補(bǔ)光燈光量子密度較低 ，其散發(fā)的熱量較少 ，與植物近距離接觸不會(huì)對(duì)植株產(chǎn)生熱傷害 ，適合中部葉片的行間補(bǔ)光 。因此 ，生產(chǎn)上可將傳統(tǒng)補(bǔ)光燈安裝于頂部 ，配合紅藍(lán)光燈行間給中部葉位補(bǔ)光可獲得較好的效果 。京津及以北地區(qū)溫室果菜生產(chǎn)中常常在：打開保溫被 ，：前后放下保溫被 ，一天中的光照時(shí)間不超過。陰天則不僅光照強(qiáng)度低 ，而且保溫被遮蓋時(shí)間更長 。因此 ，補(bǔ)光包括晴天延時(shí)補(bǔ)光及陰天全天補(bǔ)光 。然而在延時(shí)補(bǔ)光方面 ，延時(shí)補(bǔ)光的適宜時(shí)段存在爭議 。程瑞鋒等認(rèn)為早上提前補(bǔ)光的葉片光合啟動(dòng)時(shí)間比晚上長 ，但最終穩(wěn)定時(shí)的凈光合速率比晚上大 。劉文科報(bào)道紅藍(lán)光燈晚上補(bǔ)光處理所獲得的番茄產(chǎn)量大于早上補(bǔ)光所獲得的產(chǎn)量 ，但二者之間沒有達(dá)到顯著差別 。李梅等認(rèn)為上半夜溫度為，黎明前溫度為條件下最有利于番茄苗期葉片進(jìn)行光合作用 ；而結(jié)果期則是上半夜，黎明前溫度最有利于番茄葉片的光合作用 。該試驗(yàn)通過研究早上和晚上番茄葉片的光合生理 ，認(rèn)為：的補(bǔ)光光合效率大于：的補(bǔ)光光合效率 。同時(shí) ，深冬季節(jié)北方地區(qū)許多溫室早上的溫度低于，光合作用的羧化酶活性低 ，不利于形成光合產(chǎn)物 ，因此建議延時(shí)補(bǔ)光的時(shí)段為：。參考文獻(xiàn)謝景 ，劉厚誠 ，宋世威 ，等 光源及光質(zhì)調(diào)控在溫室蔬菜生產(chǎn)中的應(yīng)用研究進(jìn)展 中國蔬菜 ，（）：張彩虹 ，于秀針 ，馬彩雯 ，等 升降式系統(tǒng)補(bǔ)光對(duì)弱光條件下日光溫室番茄生產(chǎn)及產(chǎn)量品質(zhì)的影響 中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào) ，（）： ， ， ， ， ，（）： ， ， ， ，：李軍 ，劉鳳軍 ，徐君 不同發(fā)光二極管 （）光源補(bǔ)光對(duì)大棚秋番茄植株生長及果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)的影響 江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào) ，（）：王麗偉 ，李巖 ，辛國鳳 ，等 不同比例紅藍(lán)光對(duì)番茄幼苗生長和光合作用的影響 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào) ，（）：徐新娟 ，李勇超 ，張尚攀 ，等 兩種葉綠素提取方法的比較湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，（）：張輝 ，張鳳良 ，李小琴 ，等 琴葉風(fēng)吹楠葉綠素提取方法比較熱帶農(nóng)業(yè)科技，（）： 第 期北方園藝劉彤 ，劉雯 ，馬建設(shè) 可調(diào)紅藍(lán)光子比例的 植物光源配光設(shè)計(jì)方法 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) ，（）：王偉偉 ，馬俊貴設(shè)施溫室補(bǔ)光燈的應(yīng)用農(nóng)業(yè)工程，（）：張珂嘉 ，鄒志榮 ，楊俊偉 ，等不同比例紅藍(lán)光對(duì)奶油生菜生長 、光合特性及品質(zhì)的影響 蔬菜 ，（）：劉文科 ，楊其長 ，魏靈玲光源及其設(shè)施園藝應(yīng)用北京 ：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社 ， ， ， ， ，： ， ， ， ，（）：丁小濤 ，姜玉萍 ，王虹 ，等株間補(bǔ)光對(duì)番茄生長和果實(shí)品質(zhì)的影響 上海農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào) ，（）： ， ，： ， ， ， ： ，：程瑞鋒 ，鄒志榮 ，王軍外源補(bǔ)光狀態(tài)下溫室黃瓜光合作用的研究 陜西農(nóng)業(yè)科學(xué) ，（）：劉文科補(bǔ)光對(duì)日光溫室生長和產(chǎn)量的影響農(nóng)業(yè)工程技術(shù) ，（）：李梅 ，須暉 ，李天來 ，等不同夜溫對(duì)番茄葉片呼吸及光合啟動(dòng)時(shí)間的影響 石河子大學(xué)學(xué)報(bào) （自然科學(xué)版 ），（）： ， ， ， （ ， ）： ， ， ， ， ： ： （ ） ： ：； ； ； ； 北方園藝月 （下 ）