植物工厂中不同LED光质对番杏植株生长及营养物质积累的影响.pdf

南方农业学报 Journal of Southern Agriculture 2024 55 2 520 530 ISSN 2095 1191 CODEN NNXAAB http nfnyxb xml DOI 10 3969 j issn 2095 1191 2024 02 022 植物工厂中不同LED光质对番杏植株 生长及营养物质积累的影响 刘宣宣 1 贺忠群 1 李清明 2 扎西桑布 3 秦艳梅 1 李春燕 1 张瑞洁 1 1 四川农业大学园艺学院 四川成都 611130 2 中国农业科学院都市农业研究所 四川成都 610299 3 西藏昌都市八宿县农牧科技推广服务中心 西藏昌都 854600 摘要 目的 研究植物工厂中不同LED光质对番杏植株生长及营养物质积累的影响 为筛选适宜番杏植株生长 的最佳光质及番杏的优质高效栽培提供参考依据 方法 以种植在植物工厂中的番杏为试验材料 设置白光为对照 CK 及不同比例红 蓝光 R2B8 R5B5和R8B2 4个光照条件处理 处理后45 d 测定番杏主根长 株高 茎粗 叶片 数 叶面积和含水量等生长指标 测定光合色素含量与光合参数 净光合速率 P n 气孔导度 G s 胞间CO 2 浓度 C i 和蒸腾速率 T r 及营养品质 单宁 总黄酮 总皂苷 可溶性糖 维生素C 可溶性蛋白和硝酸盐含量 指标 并分析主 要农艺性状与营养指标的相关性 结果 随着红光比例的增加 株高和主根长呈上升趋势 排序为R8B2 R5B5 CK R2B8 红光比例的增加显著促进了番杏叶面积的增加 P0 05 硝酸盐含量 随着红光比例的增加而降低 相关分析结果显示 不同LED光质处理下番杏的生长特性和营养成分变化密切相关 番杏的株高与茎粗 叶面积 鲜重等呈极显著正相关 PR5B5 CK R2B8 The increase in the proportion of red light significantly contributed to the increase in leaf area of T tetragonoides and stem diameter number of leaf leaf area and fresh weight of T tetragonoides under R8B2 treatment were the highest which were significantly increased by 30 40 16 00 39 14 and 5 86 respectively compared to that of CK P0 05 nitrate content decreased with increasing percentage of red light Correlation analysis indi cated that the growth characteristics and nutrient changes of T tetragonoides under different LED light quality treatments were closely related Plant height was extremely significantly significantly positively and correlated with stem diameter leaf area and fresh weight P R5B5 R2B8 相较于CK R8B2处理下株高和主根 长分别增加19 49 和11 95 R282番杏的株高与 主根长低于CK 从图3和表1可看出 红光比例的 增加显著促进了番杏叶面积的增加 P0 05 下同 说明红光可显著促进番杏株高 主根 茎粗 叶片数 叶面积和鲜重的增加 有利于番杏生长 R8B2处理 下的促进效果较佳 2 2 不同LED光质对番杏光合色素含量的影响 由图4看出 不同光和色素含量在不同光质处 理下的变化趋势不同 叶绿素a与总叶绿素含量均 在R8B2处理下中最多 与CK相比分别显著增加 20 94 和27 42 叶绿素b则在R5B5时含量最高 较R8B2处理显著增加22 40 类胡萝卜素含量在 各处理间无显著差异 说明适宜的蓝光有利于叶绿 素b含量的积累 红光有利于叶绿a与总叶绿素光 合色素的积累 综合比较下R8B2处理更有利于光合 色素在番杏叶片中的合成与积累 2 3 不同LED光质对番杏光合参数指标的影响 由不同红 蓝光配比下番杏光合参数指标的变 化 图5 可知 R8B2处理下番杏P n 达最大 与CK相 比显著增加 59 45 R5B5 处理的 P n 达最小 但 R5B5处理下番杏叶G s C i 和T r 最高 与CK相比分别 增加281 31 5 33 和14 99 2 4 不同LED光质对番杏品质的影响 2 4 1 不同LED光质对番杏抗氧化物的影响 表2 表示不同红 蓝光配比处理下番杏抗氧化物质的变 化情况 可以看出 R2B8处理的总皂苷含量最高 显 著高于其他3个处理 与CK相比显著增加14 63 图 1 各处理的LED光谱分布图 Fig 1 Spectral distribution of LED in each treatment 相对光谱功率 mW m nm Relative spec tral power 400 300 200 100 0 C CK 1000 750 500 250 0 相对光谱功率 mW m nm Relative spec tral power 波长 nm Wavelength R5B5 400 500 600 700 波长 nm Wavelength 400 500 600 700 波长 nm Wavelength 400 500 600 700 波长 nm Wavelength 400 500 600 700 R2B8 R8B2 B D 1400 1050 700 350 0 1000 750 500 250 0 A 相对光谱功率 mW m nm Relative spec tral power 相对光谱功率 mW m nm Relative spec tral power 523 55卷南 方 农 业 学 报 R5B5 R8B2与CK的总皂苷含量差异不显著 随着 红光比例的增加 总黄酮含量在R2B8 R5B5 与 R8B2等3个处理间无显著差异 3个处理均显著高 于CK 番杏叶片中丹宁含量呈先升高后降低的变化 趋势 在R5B5处理下含量最高 与CK相比显著增 加40 17 说明与白光相比 不同光质配比处理有 利于提高番杏抗氧化物质含量 2 4 2 不同LED光质对番杏营养品质的影响 由 图6可知 红 蓝光组合处理下番杏的品质整体上优 于CK 可溶性糖和维生素C含量分别在R5B5和 R2B8时达峰值 可溶性蛋白含量各处理差异不显 著 硝酸盐含量随着红光比例的增加而降低 R8B2 时含量最少 表明在红蓝光配比为R8B2时可提高 番杏品质 2 5 番杏生长与营养品质的相关分析结果 番杏的生长及营养品质指标的相关分析结果 图7 表明 株高与茎粗 叶面积 鲜重 含水量呈极 显著正相关 P 0 01 下同 且与根长 叶片数和P n 呈显著正相关 P n 与总叶绿素含量 叶绿素a和茎粗 呈极显著正相关 而与类胡萝卜素含量呈显著负相 关 总黄酮与单宁和可溶性蛋白呈显著正相关 而与 硝酸盐呈极显著负相关 总皂苷与鲜重和含水量呈 图 3 不同光质处理下番杏的形态特征 Fig 3 Morphological characteristics of T tetragonoides under different light quality treatments 图 2 不同光质处理对番杏株高和主根长的影响 Fig 2 Effects of different light quality treatments on plant height and primary root length of T tetragonoides 图柱上不同小写字母表示差异显著 P 0 05 图5和图6同 Different lowercase letters on the bar indicated significant difference P 0 05 The same was applied in Fig 5 and Fig 6 处理 Treatment CK R2B8 R5B5 R8B2 茎粗 mm Stem diameter 3 29 0 05b 3 51 0 26b 3 61 0 41b 4 29 0 08a 叶片数 Number of leaf 50 00 3 46ab 39 33 4 09b 47 00 2 65ab 58 00 3 79a 叶面积 cm 2 Leaf area 21 54 1 72c 19 73 0 99c 25 25 2 11b 29 97 2 05a 鲜重 g 株 Fresh weight g plant 47 51 1 24b 19 51 0 50d 36 74 0 97c 50 29 0 57a 含水量 Water content 91 61 0 95ab 89 42 0 85c 90 63 0 61bc 92 25 0 59a 同列数据后不同小写字母表示不同光质处理下差异显著 P 0 05 表2同 Different lowercase letters in the same column indicated significant difference in different light quality treatments P红 黄 绿 蒲高斌等 2005 其中 红光能提高植物体内碳水化合物含 图 5 不同光质处理对番杏光合气体交换参数的影响 Fig 5 Effects of different light quality treatments on photosynthetic gas exchange parameters of T tetragonoides 处理 Treatment CK R2B8 R5B5 R8B2 总皂苷含量 mg g Total saponins content 2 87 0 15b 3 29 0 06a 3 07 0 11b 2 93 0 12b 总黄酮含量 mg g Total flavone content 0 85 0 03b 1 04 0 07a 1 05 0 09a 1 02 0 04a 单宁含量 mg g Tannin content 6 92 0 22c 7 72 0 37b 9 70 0 31a 8 12 0 26b 表 2 不同光质处理下番杏抗氧化物质含量差异 Table 2 Differences of antioxidant content of T tetragonoides under different light quality treatments 图 4 不同光质处理对番杏光合色素含量的影响 Fig 4 Effects of different light quality treatments on the photo synthetic pigment content of T tetragonoides 图柱上不同小写字母表示同一光合色素不同光质处理下差异显著 P 0 05 Different lowercase letters on the bar indicated significant difference in different light quality treatments for photosynthetic pigment P 0 05 CK R2B8 R5B5 R8B2 处理 Treatment 叶绿素a Chlorophyll a 叶绿素b Chlorophyll b 总叶绿素 Total chlorophyll 类胡萝卜素 Carotenoid 光合色素含量 mg g Photosynthetic pigm ent content 1 2 0 9 0 6 0 3 0 0 c b b a c c c b a a c a CK R2B8 R5B5 R8B2 处理 Treatment CK R2B8 R5B5 R8B2 处理 Treatment CK R2B8 R5B5 R8B2 处理 Treatment CK R2B8 R5B5 R8B2 处理 Treatment P n mol m s C i mmol m s G s mol m s T r mol mol 10 00 7 50 5 00 2 50 0 00 1 00 0 75 0 50 0 25 0 00 500 00 375 00 250 00 125 00 0 00 6 00 4 50 3 00 1 50 0 00 bc bc b c b b a b B a c a b A C D 525 55卷南 方 农 业 学 报 图 6 不同光质处理对番杏品质的影响 Fig 6 Effects of different light quality treatments on the quality of T tetragonoides 图 7 番杏生长与营养品质的相关分析 Fig 7 Correlation analysis between growth and nutritional quality of T tetragonoides PH 株高 RL 根长 SD 茎粗 NOF 叶片数 LA 叶面积 FW 鲜重 WC 含水量 Chla 叶绿素a Chlb 叶绿素b Chl a b 总叶绿素 CT 类胡 萝卜素 TS 总皂苷 GF 总黄酮 TN 单宁 SS 可溶性糖 SP 可溶性蛋白 VC 维生素C NR 硝酸盐 表示显著相关 P 0 05 表示极显著 相关 P 0 01 PH Plant height RH Root length SD Stem diameter NOF Number of leaves LA Leaf area FW Fresh weight WC Water content Chla Chloro phyll a Chlb Chlorophyll b Chl a b Total chlorophyll content CT Carotenoids TS Total saponins GF General flavone TN Tannins SS Soluble sugar SP Soluble protein VC Vitamin C NR Nitrate indicated significant correlation P 0 05 and indicated extremely significant correlation P 0 01 CK R2B8 R5B5 R8B2 CK R2B8 R5B5 R8B2 处理 Treatment CK R2B8 R5B5 R8B2 CK R2B8 R5B5 R8B2 处理 Treatment 可溶性糖含量 mg 100 g Soluble sugar content 80 0 60 0 40 0 20 0 0 0 维生素 C 含量 mg 100 g V itamin C cont ent 80 0 60 0 40 0 20 0 0 0 可溶性蛋白含量 g 100 g Soluble protein cont ent 硝酸盐含量 mg g Nitrate conte nt 2 0 1 5 1 0 0 5 0 0 1 6 1 2 0 8 0 4 0 0 ab c b b a a c d b a b BA C D 处理 Treatment 处理 Treatment d 1 0 0 8 0 6 0 4 0 2 0 0 0 2 0 4 0 6 0 8 1 0 pH RL SD NOF LA FW WC Chla Chlb Chl a b CT P n G s C i T r T s GF TN SS SP VC NR pH RL SD NOF LA FW WC Chla Chlb Chl a b CT P n G s C i T r T s GF TN SS SP VC NR 526 2期 刘宣宣等 植物工厂中不同LED光质对番杏植株生长及营养物质积累的影响 量 促进植物干物质积累 陈冰星等 2020 蓝光有 利于提高蛋白质含量 抑制植株徒长 本研究发现 经过45 d不同红 蓝光处理后 番杏植株的茎粗随红 光比例增加而增加 而与白光对照相比 蓝光比例增 加对番杏各农艺性状表现出一定的抑制作用 Chen 等 2014 研究不同红 蓝光组分对莴苣的影响 发现 不同光质组合处理较单一光照处理能更好地提高叶 用莴苣的品质与产量 唐银等 2022 对红 蓝光影响 杉木组培苗生长的研究发现 红 蓝光组合可明显增 加植物的生根率和植物生长促进剂 本研究结果与 之基本一致 叶片是植物进行光合作用的重要器官 叶绿体 能帮助植物合成光合色素进行光合作用并获取能量 合成有机物 形成碳骨架以供自身发育 因此 光合 色素含量是决定植物产量与品质的重要因素之一 陈祥伟等 2014 利用红 蓝光比例为7 1的光质组 合处理乌塌菜 发现R7B1能增加乌塌菜的光合色素 含量 提高其光合速率 有效促进乌塌菜植株生长 Avinash等 2018 研究不同比例红 蓝光组合下菠菜 生长情况时发现 菠菜的光合色素含量随着蓝光比 例增加呈先增加后降低的趋势 本研究中番杏叶片 中R8B2处理下的叶绿素a与总叶绿素含量最高 而 叶绿素b含量在R5B5处理下达最大值 推测可能与 叶绿素a主要吸收红光 叶绿素b吸收蓝紫光的光谱 与波长范围有关 本研究还发现 红光增加对P n G s 及T r 具有一定的促进作用 尽管红光与蓝光调控植物生长发育的途径不 同 但将二者进行不同比例组合 能更好结合2种光 调控植物生长发育的优点 可提高植物的光形态建 成 促进植物的生长发育 前人研究发现与单色光 相比 红 蓝光组合可显著提高植物体内的可溶性 糖 维生素C和可溶性蛋白含量 Causin et al 2006 Matsuda et al 2007 及其他功能成分 如类黄酮 花 色苷 类胡萝卜素等含量 Ja et al 2008 并有效降 低植物体内硝酸盐含量 Mizuno et al 2011 本研 究结果表明 番杏叶片中可溶性糖含量在红 蓝光配 比为R5B5时达最高值 维生素C含量则随蓝光比例 增加而增加 可能由于蓝光光谱可提高植物己糖 和D 葡萄糖合成和积累 二者是维生素C的前体 Toledo et al 2003 也有可能是由于维生素C合成 酶的活性主要受光质影响的原因导致 刘玉兵等 2020 研究表明蓝光可有效提高植物体内半乳糖酸 内酯脱氢酶活性进而促进维生素C的合成 此外 本研究中番杏叶片中硝酸盐含量随红 蓝复合光中 红光比例的增加而降低 这可能由于红光下植物叶 片具有较高的光合能力 可激活体内硝酸还原酶活 性和谷氨酰胺合成酶活性 从而起到降低硝酸盐含 量的作用 Lillo and Appenroth 2001 该结果与江 浩昭等 2020 随着蓝光比例的增大 可显著降低白 菜中硝酸盐含量的结果相反 可能是由于不同种类 蔬菜对光的需求存在差异 但研究仅探索了不同 红 蓝光配比对番杏生长性状及营养品质指标的影 响 有关不同光质对番杏抗氧化酶活性物质含量变 化及分子机制的影响有待进一步研究 农作物品质主要从农艺性状与营养品质性状两 方面进行评价 农艺性状是植株的外在直观表型 营 养品质性状是决定农作物品质的重要因素 李涌泉 等 2022 杨善等 2015 研究表明甘蔗的P n T r 等 光合作用因子与收获时甘蔗的品质性状存在显著相 关关系 吴瑕等 2023 在探究有机肥与生物炭对小 白菜光合作用及硝酸盐积累的影响中发现 小白菜 的总干重与株高和根长呈极显著正相关 且株高与 根长 C i 等存在显著正相关性 本研究结果与前人 研究一致 番杏植株的株高不仅与其茎粗 叶面积和 鲜重等农艺指标呈极显著正相关 还与植株的P n 有 显著正相关性 蔬菜是一种极易富集硝酸盐的植 物 研究表明人体内80 的硝酸盐均来源于蔬菜 阿 旺达吉等 2021 在植株的生长发育过程中 各营 养元素之间的含量变化 可能与物质之间的相互代 谢相关 叶绿素b是含氮化合物 而硝态氮作为主 要的氮素形态 在植物叶片中经过还原作用后可被 植物吸收 文滨滨等 2019 本研究中 番杏植株硝 酸盐含量与叶绿素b含量呈负相关 总叶绿素含量 与P n 又存在极显著正相关 这与高杏 2020 的研究 结果一致 说明植物可通过增加叶绿素含量 促进光 合产物形成 进而减少植株体内硝酸盐含量的合成 与积累 4 结论 红 蓝光不同配比影响植物工厂中番杏的生长 和营养物质积累 番杏叶绿素b与硝酸盐呈显著负 相关 总叶绿素与P n 呈极显著正相关 当2种光质 配比为R8B2 时可促进番杏光合作用 形态建成和营 养物质积累 降低硝酸盐含量 提升食用口感 可应 用于番杏实际生产 参考文献 References 阿旺达吉 黄利英 米玛 明玛卓嘎 2021 高原环境下设施蔬 菜富集硝酸盐能力比较研究 J 西藏农业科技 43 3 527 55卷南 方 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