红蓝光交替照射下生菜能量利用与光合性能分析.pdf

2 0 2 1 年 6 月 农 业 机 械 学 报 第 52 卷第 6 期 doi 10 6041 j issn 1000 1298 2021 06 036 红蓝光交替照射下生菜能量利用与光合性能分析 陈晓丽 1 杨其长 2 王利春 1 李友丽 1 郭文忠 1 1 北京农业智能装备技术研究中心 北京 100097 2 中国农业科学院都市农业研究所 成都 610213 摘要 针对植物工厂中人工光源能耗大的问题 进行了交替供光模式提高生菜能量利用率 降低光源能耗的研 究 试验在全人工光型植物工厂中进行 采用供光模式可调的红蓝LED光源 以不同间隔 5 10 15 30 60 min 的红蓝光交替照射生菜 并以纯红光 纯蓝光以及红蓝光同时照射作为对照 分析了红蓝光交替照射对生菜能量 利用及光合性能的影响 结果表明 与红蓝光同时供光的处理相比 所有交替光处理下的生菜地上部鲜质量 L UE E UE 均有所提高 提高幅度分别为18 6 53 6 34 3 78 6 34 6 79 4 其中红蓝光30 min间 隔交替照射下生菜鲜质量 L UE E UE 均最高 分别为115 50 g 5 84 1 92 交替光照射的处理之间 随着交替 时间间隔的延长 叶片净光合速率有逐渐提高的趋势 红蓝光30 min间隔交替照射下生菜叶片净光合速率 水分 利用效率 o C C So P abs A BS C S T o C S E To C S 均得到显著提高 该处理下PS 光合机构的比活性整体最高 纯红光下 生菜地上部生物量最大 但 L UE 和 E UE 均显著小于红蓝光30 min间隔交替照射处理 纯蓝光下 P abs 表 现为所有处理间的最大值 但 L UE 和 E UE 在处理间最低或与最低值无显著性差异 纯蓝光下总叶面积及整体光合 能力受到限制 红蓝光5 min间隔交替照射更有利于刺激生菜叶片中类胡萝卜素的合成和积累 进而有利于对光 合器官的保护 关键词 生菜 植物工厂 能量利用率 红蓝光 交替照射 光合 中图分类号 S626 9 文献标识码 A 文章编号 1000 1298 2021 06 0344 07 OSID 收稿日期 2021 02 03 修回日期 2021 03 19 基金项目 宁夏自治区重点 重大 研发专项 2019BBF02010 和北京市农林科学院青年科研基金项目 QNJJ202119 作者简介 陈晓丽 1987 女 助理研究员 主要从事植物光生理研究 E mail chenxl nercita org cn 通信作者 郭文忠 1970 男 研究员 主要从事水肥一体化及植物工厂研究 E mail guowz nercita org cn Analysis of Energy Use Efficiency and Photosynthesis of Lettuce under Alternating ed and Blue Irradiation CHEN Xiaoli 1 YANG Qichang 2 WANG Lichun 1 LI Youli 1 GUO Wenzhong 1 1 Beijing esearch Centre of Intelligent Equipment for Agriculture Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences Beijing 100097 China 2 Institute of Urban Agriculture Chinese Academy of Agricultural Sciences Chengdu 610213 China Abstract Aiming at the problem of high energy consumption of artificial light source in plant factory the study on improving the energy utilization rate of lettuce and reducing the energy consumption of light source was carried out through alternating light supply mode Lettuce was grown in the fully artificial light plant factory where adjustable red and blue LED panels were used as the sole light source for lettuce growth In the experiment of alternating irradiation mode of red and blue light the alternating interval in alternating treatments was 5 min 10 min 15 min 30 min and 60 min respectively The simultaneous B light was regarded as the control and also pure red and pure blue B were set for comparison The results showed that the fresh weight L UE and E UE of lettuce in all alternating light treatments were improved by respectively 18 6 53 6 34 3 78 6 and 34 6 79 4 compared with the control The highest fresh weight L UE and E UE were all detected under 30 min treatment which were respectively 115 50 g 5 84 and 1 92 B 30 m significantly improved the net photosynthetic rate water use efficiency o C C So P abs A BS C S T o C S and E To C S as well as the specific activity of PS in lettuce leaves Lettuce biomass were the highest under monochromatic red light while L UE and E UE were significantly lower than that under B 30 m P abs was the highest under pure blue light while L UE and E UE were the lowest or not significantly different with the lowest value The content of carotenoids in lettuce under B 5m was significantly higher than that in other treatments High alternating frequency of red and blue light better stimulated the synthesis and accumulation of carotenoids in leaves which was beneficial for the protection of photosynthetic organs Key words lettuce plant factory energy use efficiency red and blue light alternating irradiation photosynthesis 0 引言 光是植物生长发育的能量来源及代谢调节信 号 通过光质 光强以及光周期三方面作用于植 物 1 3 其中 红光和蓝光光质因其对应于植物光 合色素最大吸收波段而成为近年来的研究重 点 4 8 研究表明 红蓝光同时照射植物的效果往 往优于红光或蓝光单色光照射效果 3 9 11 然而 一些研究认为 红光和蓝光在植物某些生理活动中 的作用可能相反 也可能一致 12 14 植物对红光和 蓝光的需求机制以及红 蓝光的作用途径之间的关 系尚不明确 随着 LED 及光配方系统调控硬件的 深度开发 光配方不再局限于对光质 光强度以及光 期的调节 而是可以拓展到供光模式的调节 如高频 率的交替供光 间歇供光等 这些为深入研究红 蓝 光作用途径之间的关系提供了硬件保障 在总光量一致的基础上 渐变式光强照射下 甜土豆的干质量是连续光照射下的 1 1 倍 渐变 式供光模式下光源的能量利用率得到了提高 15 研究显示 与恒定的连续光照射相比 强 弱交替 供光提高了辣椒叶黄酮醇的积累 同时刺激了花 青素和类胡萝卜素的合成 而且这种交替照射似 乎也有利于降低单一蓝光对植物的负面作用 16 有研究指出 在日累积光积分相等的前提下 与红 蓝同时供光相比 红 蓝光交替供光显著促进了生 菜植株的生长 17 还有研究表明 在相同能耗基 础上 与红蓝光同时供光相比 以8 h和1 h为间隔 进行红光和蓝光交替照射的处理 其生菜的生物 量有所提高 18 以上研究表明 与常规连续供光 模式相比 非连续供给的红蓝光能够通过优化产 量或某些指标而达到提升光源电能利用率的目 的 除了常见的光因素 光质 光强 光周期 之 外 供光模式 渐变供光 交替供光 间歇供光 也 对植物生长和生理过程产生较大的影响 并且有 提高人工光源电能利用率的可能 因此 综合考虑 植物产出效益和植物工厂系统电能利用效率 研 究相同能耗条件下交替供光策略的潜在优势具有 重要的实际应用价值 本文设置不同交替间隔时长的红蓝交替光处 理 以红蓝光同时供光为对照 探究不同交替模式对 生菜能量利用率及叶片光合特性 荧光特性的影响 以期揭示红 蓝光在作用于植物生长发育过程中的 相互关系 为植物工厂高能量利用率的供光方式提 供理论依据 1 材料与方法 试验在北京农业智能装备技术研究中心的全人 工光型植物工厂 长 宽 高 5 m 4 m 2 8 m 中 进行 试验材料为奶油生菜 Lactuca sativa L 将 生菜种子播种至海绵块中育苗 14 d 后定植到不同 光环境的水培种植箱中 种植密度为25 株 m 2 植 物工厂内昼 夜温度设置为24 20 空气相对湿 度 65 CO 2 摩尔比 700 mol mol 霍格兰营养 液 19 pH 值 EC 分别保持在6 5 和1 45 mS cm 左 右 营养液7 d 更换一次 从播种日起第54 天 即 定植后40 d 进行收获并测定收获指标 试验共8 个处理 试验光源采用北京农业智能 装备技术研究中心研制的 LED 植物光配方调控系 统 光源垂直悬挂于植物顶部 该系统可以设置不同 光质 光量配比以及供光模式和照射频率 定植当天 即开始不同的光处理照射 光处理如表1所示 共设 5个红蓝交替光处理 1 个红蓝光同时供光处理以及 纯红 纯蓝光处理 纯红光与纯蓝光的处理中 红光 和蓝光光强度均为200 mol m 2 s 其他处理中红 蓝光光强度分别设定为180 20 mol m 2 s 即整个 生育期内红光与蓝光的光量子数比为9 表1 红蓝交替光试验处理 Tab 1 Light treatments of alternating red and blue lights 处理 红蓝光交替间隔 B 5 m 5 m B 5 m 96 16 h 暗期8 h B 10 m 10 m B 10 m 48 16 h 暗期8 h B 15 m 15 m B 15 m 32 16 h 暗期8 h B 30 m 30 m B 30 m 16 16 h 暗期8 h B 60 m 60 m B 60 m 8 16 h 暗期8 h 16 h 暗期8 h B B 16 h 暗期8 h B B 8 h 暗期8 h 暗期8 h 关于红蓝光交替处理模式的设置和命名方法见 表1 在每天16 h的光周期里 红 蓝光每5 min 切 543第6 期 陈晓丽等 红蓝光交替照射下生菜能量利用与光合性能分析 换1 次 交替频率为96 次 d 处理记作 B 5 m 同理红 蓝光交替间隔时间为10 15 30 60 min 分 别记作 B 10 m B 15 m B 30 m 和 B 60 m 16 h光期里对应的红蓝光交替频率则分别 为48 32 16 8 次 纯红光和纯蓝光处理分别记作 B 红蓝光同时供光的处理为对照 记为 B 关 于处理间的光量子数和耗电量见表2 本试验中红 蓝光同时供光的处理 B每天的光期为8 h 这是为 了该处理作为对照与其他交替红蓝光处理具有相等 的总光量和总耗电量 以进行后期各种指标的对比 表2 不同处理下的日累积光量子数及耗电量 Tab 2 Daily integral photons and electric consumption in treatments 处理 日累积光量子数 mol m 2 红光 蓝光 总光量子数 日累积耗 电量 MJ B 5 m 5 18 0 576 5 756 3 30 B 10 m 5 18 0 576 5 756 3 30 B 15 m 5 18 0 576 5 756 3 30 B 30 m 5 18 0 576 5 756 3 30 B 60 m 5 18 0 576 5 756 3 30 11 52 0 11 520 6 82 B 0 11 52 11 520 5 44 B 5 18 0 576 5 756 3 30 2 测定与分析 2 1 光合色素测定 从播种日起第54 天取样测定光合色素 每处理 随机选取6 株生菜植株作为待测样品 叶绿素和类 胡萝卜素含量测定采用分光光度法 20 数据处理采 用 Microsoft Excel 2013 显著性差异分析采用 SAS 统计分析软件 2 2 光合测定 采用 便 携 式 光 合 仪 CI AS 3 型 PPSYSTEMS 美国 从播种日起第 54 天从各处理 随机选取生菜植株 统一选定第3 片完全展开叶供 光合测定 2 3 荧光测定 从播种日起第54 天从各处理随机选取生菜植 株 统一选定第3 片完全展开叶供荧光测定 采用 连续激发式荧光仪 Handy PEA 型 Hansatech 英 国 测量快速叶绿素荧光诱导动力学曲线 O J I P荧光诱导曲线 叶片先暗适应20 min 然 后暴露在饱和脉冲光 3 000 mol m 2 s 下1 2 s 分析获得的O J I P荧光诱导曲线 读取并计算 PS 反应中心光化学效率及能流分配参数等 21 23 参数分别为 F o 20 s时荧光 O相 F k 300 s时 荧光 K 相 F j 2 ms 时荧光 J 相 F m 最大荧 光 P相 C 反应中心 A BS 天线色素吸收的光 能 V j J点的相对可变荧光 M o O J I P 荧 光诱导曲线的初始斜率 C S 单位面积 相关计 算公式为 暗适应下的PS 最大光化学效率 F m F o F m 1 捕获的激子将电子传递到电子传递链中 Q A 下 游其他电子受体的概率为 o 1 V j 2 单位面积吸收 A BS C S 捕获 T o C S 用于电 子传递 E To C S 和热耗散 D Io C S 的光能 A BS C S F o 3 T o C S A BS C S 4 E To C S o T o C S 5 D Io C S A BS C S T o C S 6 单位面积有活性的反应中心的密度 C C S V j M o A BS C S 7 以吸收光能为基础的性能指数 P abs C A BS 1 o 1 o 8 2 4 能量利用率计算 电能利用率 EUE 的计算公式为 E UE i D W i D W i 1 W che SD i Pt 100 9 式中 E UE i 电能利用率 D W i D W i 1 第i i 1 次取样时 生菜植株 地上部分平均干质量 g 株 本试验将定植时幼苗干质量 忽略不计 即D W 0 0 W che 每克干质量对应的化学能 取 2 10 4 J g 24 S 栽培面积 m 2 D i 第i次取样时的栽培密度 株 m 2 P 光源的实时工作功率 W t 第i 次和第 i 1 次取样之间的时间间 隔 s 光能利用率 LUE 的计算公式为 L UE i D W i D W i 1 W che D i W r t 100 10 式中 L UE i 光能利用率 W r 单位面积植株冠层接受到的光合有 效辐射能 W m 2 单位面积里生产单位质量的生菜所需要的光量 643 农 业 机 械 学 报 2 0 2 1 年 子数p mol g 计算公式为 p P PFD T W j D 11 式中 P PFD 光强度 mol m 2 s T 整个生育期对应光质的光照射时间 s W j 整个生育期生菜地上部分的平均干质 量 g 株 D 栽培密度 株 m 2 单位面积里生产单位质量的生菜所消耗的电量 K J g 计算公式为 K pT W j D 12 3 结果与分析 3 1 交替红 蓝光照射下生菜的L UE 和E UE 由图1 图中不同小写字母表示处理间在 P 0 05 水平差异显著 短线表示标准误差 下同 可 知 交替红蓝光照射模式对生菜光能利用率 L UE 有 一定的影响 较红蓝光同时供光的对照 B 而言 所 有交替处理均显著提高了生菜 L UE 提高幅度为 34 3 78 6 所有处理中 B 30 m 下的生 菜L UE 最高 达到5 84 B 15 m 次之 与最大 值无显著性差异 其他处理下 L UE 均显著小于最大 值 其中 纯蓝光处理下 L UE 为2 26 显著低于其 他任意处理 图1 交替红蓝光对生菜LUE的影响 Fig 1 Effects of alternating red and blue lights on LUE of lettuce 由图2 可知 较对照 B而言 所有交替处理的 生菜E UE 均显著提高 提高幅度为34 6 79 4 所有处理中 B 30 m 下的生菜 E UE 最高 达到 1 92 B 15 m 和 B 60 m 次之 与最大值无 显著性差异 纯蓝光下 L UE 显著低于其他处理 但 E UE 却不是最低的 这可能是因为蓝光波长短 光子 能量大 造成L UE 计算时分母的值最大 由表3 可知 本试验中 每平方米种植面积里 生产单位干 鲜质量生菜所需光量子数最少 分别为 1 82 0 08 mol g 生产单位干 鲜质量生菜所需的 耗电量最少 分别为1 04 0 05 MJ g 且p和K的最 图2 交替红蓝光对生菜EUE的影响 Fig 2 Effects of alternating red and blue lights on EUE of lettuce 表3 生产单位质量生菜所消耗的光量子数及电量 Tab 3 Photons and electric power consumption for producing per unit weight of lettuce 处理 生菜地 上部鲜 质量 g 生菜地 上部干 质量 g p mol g 1 K MJ g 1 干质量 鲜质量 干质量 鲜质量 B 5 m 89 19 bc 3 97 bc 2 32 b 0 10 b 1 33 b 0 06 ab B 10 m 98 43 bc 3 81 bc 2 42 b 0 09 b 1 39 b 0 05 b B 15 m 103 74 b 4 80 b 1 92 c 0 09 b 1 10 c 0 05 b B 30 m 115 50 ab 5 06 b 1 82 c 0 08 b 1 04 c 0 05 b B 60 m 109 54 b 4 48 b 2 06 bc 0 08 b 1 18 c 0 05 b 145 40 a 8 29 a 2 22 b 0 13 ab 1 32 b 0 08 a B 108 24 b 5 41 b 3 41 a 0 17 a 1 61 ab 0 08 a B 75 18 c 2 83 c 3 25 a 0 12 ab 1 86 a 0 07 ab 注 同列不同小写字母表示处理间在 P 0 05 水平差异显著 下同 小值均出现在 B 30 m 处理下 最大值是最小值 的1 6 2 1 倍 与红蓝光同时供光的处理相比 所 有交替光处理下生菜地上部鲜质量均有所提高 提 高幅度为18 6 53 6 图3 交替红蓝光对生菜叶片色素质量比的影响 Fig 3 Effects of alternating red and blue lights on pigment content 3 2 交替红 蓝光照射下生菜光合色素含量 图3 显示了不同交替红 蓝光照射下 生菜叶片 叶绿素a b以及类胡萝卜素的含量 与红蓝光同时 供光的处理 B 相比 交替光处理均显著提高了叶 绿素和类胡萝卜素的含量 交替光的5 个处理之间 红 蓝光交替间隔从5 min到60 min的变化过程中 生菜叶绿素和类胡萝卜素含量均呈现先降低后升高 的趋势 B 5 m 处理下叶绿素和类胡萝卜素含量 743第6 期 陈晓丽等 红蓝光交替照射下生菜能量利用与光合性能分析 均最高 而最低值均出现在 B 30 m 处理下 在 所有处理之间对比可见 纯蓝光下叶片叶绿素a 叶 绿素b最高 但 B 5 m 处理下叶绿素a 叶绿素b 含量均与最大值之间无显著性差异 同时 B 5 m 处理下类胡萝卜素含量显著高于其他任意处理 这 表明 高频次的红蓝光交替可能刺激了类胡萝卜素 在叶片中的合成和积累 3 3 交替红 蓝光照射下生菜叶片的光合及荧光特性 3 3 1 不同处理下生菜叶片的光合特性 由表4 可见 叶片净光合速率在 B 30 m 下 表现为最大 其次为 B 60 m 和 B 处理 三者之 间叶片净光合速率无显著性差异 从5 min到30 min 的红蓝光交替处理里 随交替间隔的延长 叶片净光 合速率有逐渐提高的趋势 纯蓝光下叶片蒸腾速 率 胞间CO 2 浓度以及气孔导度均最大 其中 叶片 蒸腾速率显著高于其他任意处理 纯红光下胞间 CO 2 浓度 气孔导度均最低 其中胞间 CO 2 浓度显著 低于其他任意处理 所有交替光处理下胞间CO 2 浓度 无显著性差异 所有处理中 叶片光合作用水分利用 效率在 B 30 m 处理下最高 在B处理下最低 最 高和最低值与其他处理相比均达到显著水平 总体 来看 较红蓝同时供光的对照 B而言 B 30 m 处 理下生菜叶片净光合速率和水分利用效率均显著 提高 表4 不同交替光处理下生菜叶片光合参数 Tab 4 Photosynthetic parameters of leaves with different treatments 处理 净光合速率 mol m 2 s 1 蒸腾速率 mmol m 2 s 1 胞间CO 2 浓度 mol mol 1 气孔导度 mmol m 2 s 1 水分利用效率 B 5 m 6 6 b 1 95 bc 494 b 130 b 3 38 bc B 10 m 6 8 b 1 73 bc 475 b 124 bc 3 93 b B 15 m 7 3 b 2 21 b 480 b 127 b 3 30 bc B 30 m 8 1 a 1 48 c 465 b 121 bc 5 47 a B 60 m 7 7 ab 2 78 b 459 b 118 c 2 77 c 6 9 b 1 83 bc 429 c 107 c 3 77 b B 7 6 ab 4 40 a 596 a 178 a 1 73 d B 7 1 b 1 75 bc 523 ab 140 b 4 06 b 3 3 2 不同处理下生菜叶片的荧光特性 植物体内叶绿素荧光的变化一定程度上反映了 环境因子对植物的影响 通过对不同环境条件下快 速叶绿素荧光诱导动力学曲线的分析 可以深入探 究环境差异对以 PS 为主的光合机构的影响以及 光合机构对环境的适应机制 反映了暗适应后的最大光化学效率 是能够 表现植物生长胁迫和光抑制的一个指标 由表5 可 见 所有处理下生菜叶片 均大于0 8 说明不同处 理下的植株均未受到生长胁迫 这表明 交替光环 境对于生菜植株来说并没有构成光环境胁迫 V j 反 映了照光2 ms时PS 有活性的反应中心的关闭程度 o 则反映了照光3 ms时PS 有活性的反应中心的开放 程度 结果表明 B 30 m 和B处理下PS 有活性的 反应中心的开放程度最高 B 10 m 和 B 15 m 次之 C C So 表示单位面积上的反应中心的数量 结果表明 B 30 m 和 B 处理下 C C So 最高 二 者无显著差异 但显著高于其他处理 P abs 是以 吸收光能为基础的光合性能指数 能够反映植物 光合机构的状态 由于 P abs 对某些胁迫的敏感度 高于 因此 P abs 被认为是能够更好地反映环境 对光合机构产生影响的综合指标 结果表明 P abs 在纯蓝光处理下最大 显著高于其他处理 而 在纯红光处理下最小 显著低于其他处理 这说 明 蓝光有利于提高光合机构性能参数 交替光处 理中 15 30 60 min 处理下的叶片 P abs 显著大于 5 10 min的处理 这可能说明交替频率太高不利 于光合机构的有效运转 总体来看 较红蓝同时 供光的对照 B 而言 B 30 m 处理下生菜叶片 o C C So P abs 均显著提高 表5 不同交替光处理下生菜叶绿素荧光动力学参数 Tab 5 Chlorophyll fluorescence parameters of lettuce leaves under different treatments 处理 V j o C C So P abs B 5 m 0 87 a 0 53 a 0 47 b 145 51 b 2 11 c B 10 m 0 87 a 0 50 ab 0 50 ab 114 89 c 2 00 c B 15 m 0 87 a 0 51 ab 0 49 ab 143 51 b 2 25 b B 30 m 0 85 b 0 48 b 0 52 a 160 35 a 2 25 b B 60 m 0 87 a 0 52 a 0 48 b 107 68 cd 2 18 b 0 86 ab 0 56 a 0 44 b 108 75 cd 1 67 d B 0 87 a 0 48 b 0 52 a 159 33 a 2 85 a B 0 86 ab 0 54 a 0 46 b 141 56 b 1 83 cd 为了更确切地反映不同光处理下生菜植株光合 器官对光能的吸收 耗散 传递以及转化等情况 本 研究测定计算了光合机构的比活性 即单位受光面 843 农 业 机 械 学 报 2 0 2 1 年 积的各种量子效率 包括单位面积吸收 A BS C S 捕 获 T o C S 用于电子传递 E To C S 和热耗散 D Io C S 的光能量子效率等 结果表明 表 6 B 30 m 处理下 A BS C S T o C S E To C S D Io C S 均最 高 尤其是最终用于电子传递的量子效率 E To C S 显 著高于其他处理 这可能表明 30 min 间隔的交替 红光照射有效地提高了整个 PS 光合机构的比活 性 对比 A BS C S T o C S D Io C S 与 E To C S 可以发 现 大部分处理下 光能的吸收 捕获 传递以及热耗 散基本呈现一致趋势 也就是说吸收光能多的处理 一般而言捕获到的光能 用于电子传递的以及热耗散 的光能均较高 但是 纯红光处理下 生菜叶片最终 用于电子传递的光能量子效率E To C S 明显低于吸收 捕获和热耗散的相对水平 相反 纯蓝光下E To C S 则 有升高趋势 这表明 与红光相比 蓝光光量子的能量 更有利于进入实质的光合电子传递链中 表6 交替红蓝光对叶片PS 反应中心能流分配的影响 Tab 6 Effects of alternating red and blue lights on energy flow allocations in reaction center of PS 处理 A BS C S D Io C S T o C S E To C S B 5 m 397 b 52 19 ab 344 81 b 160 64 c B 10 m 368 bc 48 92 b 319 08 bc 158 08 c B 15 m 396 b 52 50 ab 343 50 b 167 18 c B 30 m 440 a 66 35 a 373 65 a 195 27 a B 60 m 310 c 40 46 c 269 54 c 130 66 d 317 c 44 05 bc 272 95 c 119 93 e B 401 b 52 98 ab 348 02 b 181 67 b B 410 ab 57 04 ab 352 96 b 163 05 c 4 讨论 与红蓝光同时照射的处理 B 相比 所有交替 光处理下的生菜地上部鲜质量 L UE E UE 均有所提 高 提高幅度与交替间隔时间有关 30 min 交替间 隔的处理下3 个指标均最大 这表明除了光质外 还可以通过交替照射来调节叶片内同化物质的积 累 SHIMOKAWA等 17 的研究中 不同 B 交替 间隔的生菜鲜质量从大到小顺序为 12 h 12 h 3 h 3 h 24 h 24 h 6 h 6 h 1 h 1 h 48 h 48 h 因 此 可以推测 交替 B 可能影响生菜的生长 并 且结果随交替间隔 即交替频率 不同而异 本试 验中 在纯蓝光下生菜叶片净光合速率与最大值 无显著差异 且 P abs 表现为所有处理间最大值 这 说明蓝光量子的能量更有利于进入实质的光合电 子传递链中 蓝光有利于提高光合机构的性能参 数和单个叶片的光合能力 然而蓝光下生菜 L UE 和 E UE 却最低或与最低值无显著性差异 这可能是因 为蓝光下叶片数少 总叶面积及整体光合能力受 到限制 此外 B 5 m 处理下生菜叶片类胡萝 卜素含量显著高于其他任意处理 高频次的红蓝 光交替可能刺激了类胡萝卜素在叶片中的的合成 和积累 有利于对光合器官的保护 在叶绿素荧光分析结果中可知 所有交替光处 理下生菜叶片 均大于0 8 这说明交替变化的光 环境对于生菜植株来说并没有构成光环境胁迫 与 红蓝光同时供光的对照 B 相比 B 30 m 处理 下生菜叶片净光合速率 水分利用效率 o C C So P abs A BS C S T o C S E To C S 均得到显著提高 该处 理下PS 光合机构的比活性整体最高 这可能是该 处理下生菜鲜质量 L UE E UE 较大的原因之一 与红 蓝光同时供光的对照 B 相比 B 30 m 处理下 生菜叶片净光合速率 水分利用效率 o C C So P abs A BS C S T o C S E To C S 均得到显著提高 该处 理下PS 光合机构的比活性整体最高 交替光照 射的处理之间 随交替间隔的延长 叶片净光合速率 有逐渐提高的趋势 红光和蓝光通过光受体影响植物的光反应 目 前发现的红光受体有5 种光敏色素 phyA phyE 蓝光受体包括3 种隐花色素 cry1 cry2 cry3 和2 种向光素 phot1 phot2 25 27 光受体之间的关系 可能是协同的或者拮抗的 这与光环境及其特定 的植物生理活动有关 也就是说 和 B 的信号转 导途径在某些情况下是独立的 但在其他情况下 是相互作用的 可能存在光受体信号转导途径的 串扰 文献 17 认为 和 B 光受体的激活途径 在交替模式和同时照射模式之间可能不同 因此 如果 和 B 之间的光受体响应存在一些冲突 则 交替照射可以准确地解决冲突 只要不同的光以 适当的间隔 例如 从红光切换到蓝光 照射可能 使得单色 或B 可以充分发挥其功能而没有负面 效应 这可能是交替照射模式下产生栽培益处的 一种可能的解释 5 结论 1 与红蓝光同时供光的处理 B相比 所有交 替光处理下的生菜地上部鲜质量 L UE E UE 均有所提 高 其中 B 30 m 处理下鲜质量 L UE E UE 均最高 分别为115 50g 5 84 1 92 纯红光下 生菜地 上部生物量最大 但L UE 和E UE 均显著小于 B 30 m 处理 纯蓝光下 生菜地上部生物量在处理间居中 但 L UE 和E UE 在处理间最低或与最低值无显著性差异 2 所有交替光处理下生菜叶片 均大于0 8 说明交替变化的光环境对生菜植株并没有构成光环 943第6 期 陈晓丽等 红蓝光交替照射下生菜能量利用与光合性能分析 境胁迫 与红蓝光同时供光的对照 B 相比 B 30 m 处理下生菜叶片净光合速率 水分利用效 率 o C C So P abs A BS C S T o C S E To C S 均得到 显著提高 该处理下PS 光合机构的比活性整体最 高 交替光照射的处理之间 随着交替时间间隔的 延长 叶片净光合速率有逐渐提高的趋势 参 考 文 献 1 LIAN M L MU THY H N PAEK K Y Effects of light emitting diodes LEDs on the in vitro induction and growth of bulblets of lilium oriental hybrid Pesaro J Scientia Horticulturae 2002 94 3 4 365 370 2 LEE S H TEWA I K HAHN E J et al Photon flux density and light quality induce changes in growth stomatal development photosynthesis and transpiration of Withania Somnifera L Dunal plantlets J Plant Cell Tissue and Organ Culture 2007 90 2 141 151 3 NHUT D T HONG L T A WATANABE H et al Growth of banana plantlets cultured in vitro under red and blue light emitting diode LED irradiation source J Acta Horticulturae 2002 575 117 124 4 DOUGHE T BUGBEE B Differences in the response of wheat soybean and lettuce to reduced blue radiation J Photochemistry Photobiology 2001 73 2 199 207 5 CHEN X L GUO W Z XUE X Z et al Growth and quality responses of Green Oak Leaf lettuce as affected by monoch