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中国农业大学学报 2024 29 10 120 130 Journal of China Agricultural University http 远红光绿光侧面补光对水培番茄幼苗生长质量的影响 陈 仁 1 2 丁雨腾 1 2 刘思卉 1 2 王振伟 1 2 王可禹 1 2 刘文科 1 3 王 勉 4 1 佛山科学技术学院 物理与光电工程学院 粤港澳智能微纳光电技术联合实验室 广东 佛山 528225 2 佛山科学技术学院 食品科学与工程学院 广东 佛山 528225 3 中国农业科学院 农业环境与可持续发展研究所 农业部设施农业节能与废弃物处理重点实验室 北京 100081 4 佛山皓徕特光电有限公司 广东 佛山 528000 摘 要 为提高植物工厂番茄育苗壮苗指数和生理指标 以 京研 番茄作为研究对象 顶部照明LED光源的红蓝 光配比设定为3 1 红光波长 660 10 nm 蓝光波长 450 10 nm 光合光子通量密度 PPFD 为250 mol m 2 s 光周期14 h 10 h 设置7个处理 无侧面补光 CK 绿光单侧补光 G u 远红光单侧补光 F u 绿光 远红光单侧补 光 GF u 绿光双侧补光 G b 远红光双侧补光 F b 绿光 远红光双侧补光 GF b 番茄育苗47 d后收获 测定各处 理下番茄幼苗生长指标和生理指标参数 结果表明 与CK组相比 F b 处理的矮生红番茄茎粗 地上部干重 地下部 干重和壮苗指数提高 其中壮苗指数2提高了33 6 绿光补光G u 和G b 处理下番茄的生长指标显著降低 其中G b 处理的壮苗指数1下降了53 1 绿光补光G u 和G b 处理增加矮生红番茄叶绿素含量 而远红光补光F u 和F b 处理显 著降低矮生红番茄叶绿素含量 绿光补光G u 和G b 处理显著降低矮生红番茄硝态氮含量 绿光或远红光补光显著提 高矮生红番茄叶片的可溶性蛋白含量 综上 绿光补光抑制矮生红番茄幼苗的生长 远红光则促进生长 双侧补光 效果强于单侧补光 远红光双侧补光促进作用最佳 关键词 植物工厂 矮生红番茄 远红光 绿光 单双侧补光 生长质量 中图分类号 S625 4 文章编号 1007 4333 2024 10 0120 11 文献标志码 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 陈仁 丁雨腾 刘思卉 王振伟 王可禹 刘文科 王勉 远红光绿光侧面补光对水培番茄幼苗生长质量的影响 J 中国农业大学学报 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 基金项目 粤港澳智能微纳光电技术联合实验室项目 2020B1212030010 2023年佛山基地联合培养扶持项目 广东省大学生科技创新培育专项资金资助项目 pdjh2023b0548 第一作者 陈仁 ORCID 0009 0004 2086 7573 讲师 主要从事植物工厂与植物照明研究 E mail chenren fosu edu cn 通讯作者 刘文科 ORCID 0000 0003 4066 8120 研究员 主要从事植物工厂与植物照明研究 E mail liuwenke caas cn 第 10 期 陈仁等 远红光绿光侧面补光对水培番茄幼苗生长质量的影响 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 植物工厂是以农业设施为载体 采用智能控制 技术和生物技术 通过人工光照 温湿度和营养液等 环境因子调控农作物生长 实现农作物的高产 优质 和高效栽培 1 同时 植物工厂番茄育苗具有生长周 期短 育苗质量高 初始投资和电力成本较低等优 点 这些优点促进了植物工厂在育苗方面的发展和 应用 LED光源具有效率高 调光响应速度快和寿 命长等优点 2 可通过光质 光强 光周期 光照角度 和补光方式等调控方法 显著促进植物工厂番茄等 植株生长光环境 并进一步降低照明能耗 由于空间资源的稀缺 植物工厂一般采用多层 栽培方法 植物工厂种植矮小的植物 叶菜 种苗 和草莓等 利用顶部照明来实现从上到下的空间 分布 这种顶部照明的方式具有生物光合效率高 安装和操作方便等优点 然而 叶菜等矮小的植物 种植密度高 在生长后期相互压缩 导致叶片浓密 通过使用顶部照明 来自冠层上部的LED灯不能穿 透整个植株冠层 在植物生长的后期 冠层光不 足 冠层内的垂直空间光不均匀 特别是种植板边 缘的垂直光不足 这加速了冠层底部和外叶的老 化 增加了叶片分选造成的人工成本 降低了植株 整体光合效率 导致产量的降低 3 4 而增加侧方光 照不仅能增强生菜 草莓和菊花等植物的光合作 用 显著调控其形态生理 还能促进叶片形成 分枝 形成和缩短开花周期 5 6 植物顶部照明与侧面照 明相结合 可显著提高植物冠层垂直空间照明强度 和均匀性 增加植物冠层截光面积和利用效率 提 升植物产量和品质 改善种植架中间植物和边缘植 物的生长形态 本试验在顶部照明的基础上采用 了单侧补光和双侧补光 在单侧补光下 植物通过 单侧光源照射植物的树干或叶子 不会产生多个侧 枝 7 单侧补光适用于光照不足的植物如葡萄 辣 椒 可提高侧方光照强度 促进叶片生长和光合作 用 提高植物产量 8 10 而双侧补光通过植物两侧 光源照射 促进植物产生多个侧枝 增加叶片光照 强度 11 12 形成更大冠幅和更高产量 13 14 植物对光的反应可能因光强度 光周期和光质 量而异 在光谱特性研究中 从蓝色到红色的光谱 调控对植物生长发育的影响已被广泛研究 例如可 以增强生物量和调整形态 15 16 特别是 补充远红 光已被有效地用于控制植物生长和形态发生 17 随着远红光强度的增加 番茄植株的株高 节间长 121 中 国 农 业 大 学 学 报 2024 年 第 29 卷 度 茎粗和生物量受到显著影响 18 远红光显著影 响红辣椒幼苗等植物的生长和光形态发生 19 22 绿 光是植物生长和开花的关键因素 绿光可以促进 植物的光合作用 促进植物的细胞分裂和形态发 生 抑制植物的气孔开放 23 25 抑制植物生长激素的 合成 26 使植物的抗逆性增强 生长周期缩短 进而 提升产量和营养品质 27 绿光和远红光是影响植 物生长发育 产量和营养品质的重要光属性 然而 在绿光 远红光LED光质条件下 通过侧方补光提 高水培番茄苗育苗质量的研究尚未见报道 本研 究通过设置远红光 绿光和远红光绿光组合光侧面 补光 探究最佳远红光和绿光侧方补光光质以加快 番茄育苗速率和提升苗的质量 同时对番茄苗生长 和质量进行综合分析 以期为植物工厂番茄高质量 育苗提供具有指导意义的侧方补光光谱 1 材料与方法 1 1 试验材料 本试验于2023年4月在佛山科学技术学院物理 与光电工程学院植物工厂内进行 试验采用水培方 式进行 栽培环境温度为26 1 相对湿度为 55 5 CO 2 浓度为450 mol mol 50 mol mol 将 京研 番茄 Solanum lycopersicum L 种子接种 于海绵块上 将海绵块浸泡在塑料发芽盘的霍格兰 营养液中 在黑暗中培养2 d 在顶部白色LED灯 板提供的 250 mol m 2 s 光合光子通量密度 PPFD 下 幼苗萌发15 d 光周期为14 h 8 00 22 00 悬挂高度在种植植物板上方45 cm处 LED灯板的尺寸为50 cm 50 cm 中山中富工厂技 术有限公司 中国 28 白色LED分别由15 8 的 蓝光 400 500 nm 22 0 的绿光 500 600 nm 50 4 的红光 600 700 nm 和11 8 的远红光 700 800 nm 组成 在第二片叶片完全展开后 将 幼苗从萌发盘移植到循环水培系统中持续培养 30 d 该系统由7套水培培养床 营养循环系统 顶 部照明LED面板和自动控制照明系统组成 图1 幼苗在霍格兰配方营养液中生长 在深层流动的水 培循环系统中生长 营养液电导率EC值为 1 8 0 1 dS m pH为6 8 0 2 每组有1行 每行有 8 棵番茄 在 14 h 光周期下 平均 PPFD 为 250 mol m 2 s 顶部的照明LED面板提供了峰 值波长为660 nm 2 nm的红光 445 nm 2 nm的 蓝光 红蓝光强度PPFD的比值为3 1 LED面板 尺寸为50 cm 50 cm 佛山皓徕特光电有限公司 中国 LED面板安装在种植植物板上方32 cm处 侧方照明线条灯采用远红光和绿光LED元件组合 佛山皓徕特光电有限公司 中国 侧方照明线条 灯尺寸为50 cm 3 6 cm 2 4 cm 远红光波长为 图1 绿光 远红光及其组合光单双侧补光处理番茄苗光照系统 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 陈仁等 远红光绿光侧面补光对水培番茄幼苗生长质量的影响 730 nm 5 nm 绿光波长为530 nm 10 nm 使用 LI 1500辐照度测量仪器 LI COR USA 监测顶部 照明和侧方照明的平均PPFD和光谱 1 2 试验设计 先将种子用40 2 的温水浸泡30 min 软 化种子外壳 增加种子的发芽率 均匀铺洒于放有 育苗纸的育苗盆后 用另一张育苗纸覆盖 均匀洒 水后进行2 d暗处理 暗处理期间保持育苗纸湿润 图2 种子露白后 用镊子轻夹置于2 cm 2 cm 的海绵块 于育苗盘中在对应的光处理下清水种植 5 d 待发芽后定植于水培系统的种植篮中 每组56 株 番茄种子出芽到第1片真叶展开期间 使用1 3 浓度霍格兰营养液 待第1片真叶展平后使用2 3 浓度霍格兰营养液 第2片真叶展开后使用标准浓 度霍格兰营养液 1 3 光周期处理 在光处理期 侧方增加绿光 远红光和绿光远红 光组合光补光处理 每侧绿光光合光子通量密度或 远红光光子通量密度 PFD 均为50 mol m 2 s 共设7组绿光和远红光不同单双侧的补光组合试 验 分别为 无侧面补光 CK 绿光单侧补光 G u 远红光单侧补光 F u 绿光 远红光单侧补光 GF u 绿光双侧补光 G b 远红光双侧补光 F b 绿光 远红光双侧补光 GF b 光暗周期设置为 14 h 10 h 光期时间段 8 00 22 00 本试验统 一连续培养47 d进行苗期采收 1 4 测定方法 1 4 1 生长指标测定 在第47天时取样 各处理随机选取6株番茄植 株 使用直尺测量株高 利用游标卡尺测量植株茎 粗 用吸水纸擦干番茄表面水分 使用电子天平 Si 234 USA 称量地上部和地下部鲜重 将番茄 植株在100 下杀青30 min 以80 烘干至恒重 用 分析天平分别称取地上部干重和根干重 并计算壮 苗指数 29 计算公式如下 壮苗指数1 茎粗 株高 全株鲜重 10 1 壮苗指数2 茎粗 株高 全株干重 10 2 1 4 2 生理指标测定 番茄叶片的叶绿素含量采用SPAD叶绿素仪 SPAD 502 Konica Minolta 日本 测定 硝态氮的 测定采用水杨酸分光光度计比色法 可溶性蛋白的 测定采用考马斯亮蓝光度计比色法 30 1 5 数据统计及分析 采用Excel进行数据整理 利用SPSS 8 0软件 对数据进行显著性分析 P 0 05表示差异显著 运用Graph Pad Prism 9 0绘图 2 结果与分析 2 1 远红光绿光侧面补光对番茄苗株高和茎粗的 影响 株高是分析水培矮生红番茄生长动态的重要 指标 通过测量株高 可以了解植株在不同生长阶 段的高度变化 进而评估其生长速度和生长势 由 图3 a 可知 G u 和GF u 处理的株高与CK相比分别 CK 无侧面补光 G u 绿光单侧补光 F u 远红光单侧补光 GF u 绿光 远红光单侧补光 G b 绿光双侧补光 F b 远红光双侧补光 GF b 绿光 远 红光双侧补光 不同小写字母表示不同处理之间差异显著 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 图2 绿光 远红光及其组合光单双侧补光处理番茄试验流程 Fig 2 Experimental process of tomato treatment with green light farnullred light and their combination of single and double light supplements 123 中 国 农 业 大 学 学 报 2024 年 第 29 卷 显著降低了20 1 和14 4 P 0 05 F u F b 与 CK差异不显著 G b 和GF b 处理显著降低水培矮生 红番茄的株高 比CK处理组分别降低了38 3 和 27 3 P 0 05 绿光和绿光远红光组合光单侧 补光水培矮生红番茄的株高高于双侧补光 由此 可知 绿光补光对番茄植株的株高增长起抑制作 用 远红光补光对番茄植株株高的促进作用不 显著 茎粗是描述作物在营养生长阶段非生物胁迫 下生长的重要参数 31 茎在水的运输和碳水化合 物的易位中起着关键作用 27 由图3 b 可知 与 CK相比 F b 处理对水培矮生红番茄茎粗起促进作 用 比CK处理提升了29 1 F u 处理与CK相比差 异不显著 G u GF u G b 和GF b 处理与CK相比略降低 了水培矮生红番茄的茎粗 由此可知 绿光对水培 矮生红番茄植株茎粗的生长有抑制作用 远红光双 侧补光对于水培矮生红番茄植株茎粗的生长有促 进作用 2 2 远红光绿光侧面补光对水培矮生红番茄地上 部和地下部鲜重 干重和壮苗指数的影响 植株的鲜重和干重也能反映其营养状况 植物 的生长需要吸收养分 而干鲜重的比值可以计算出 植物的干物质含量 这是植物吸收和积累养分的直 接体现 水培矮生红番茄地上部和地下部的鲜重随 着绿光比例增大而减少 由图4 a 和 b 可知 F u 与 F b 处理水培矮生红番茄地上部的鲜重与CK对比差 异不显著 G u 和GF u 处理水培矮生红番茄地上部和 地下部鲜重相比CK显著下降 分别下降了35 0 和33 1 P 0 05 G b 处理的地上部和地下部鲜 重相比CK显著下降了64 6 和70 4 P 0 05 抑制效果最为显著 说明绿光补光对水培矮生红番 茄植株地上部和地下部的鲜重起抑制作用 且绿光 双侧补光的抑制作用最显著 水培矮生红番茄地上 部和地下部的干重随着绿光比例增大而减少 由 图4 c 和 d 可知 F u 和F b 处理地上部和地下部干 重与 CK 相比提升了 3 2 8 2 和 17 6 22 0 GF u 处理地上部和地下部干重与CK相比 下降了31 9 和20 8 G u GF b 和G b 处理地上部 和地下部干重与CK相比下降最为显著 分别下降 了 31 9 36 2 61 7 和 39 7 41 0 62 5 P 0 05 在这3种处理中 G b 处理对于地 上部和地下部干重的影响最为显著 G u GF b 和G b 处理番茄植株地上部和地下部干重显著低于对照 远红光补光对番茄植株地上部和地下部干重积累 有轻微的促进作用 添加绿光对植物地上部和地下 部干重积累有抑制作用 且随绿光总量增大抑制作 用增强 水培矮生红番茄地上部和地下部干重组 间规律与番茄植株地上部鲜重和地下部鲜重规律 一致 壮苗指数是评价番茄育苗质量的重要指标 它 综合考虑了植株的茎粗 株高 地上部和地下部干鲜 重等多个因素 能够全面评估植株的生长状况和发育 潜力 由图5 a 和 b 可知 F b 处理壮苗指数1和2比 CK提高了17 5 和33 6 GF b 和GF u 处理的壮苗 指数1与2比CK下降了30 7 26 0 和24 4 30 0 G b 和G u 处理的壮苗指数1与2均比CK下降 了53 1 34 4 和50 0 35 5 可见远红光 补光对番茄壮苗指数具有促进作用 且远红光双侧补 图3 不同光处理下矮生红番茄幼苗的株高和茎粗 Fig 3 Plant height and stem diameter of dwarf red tomato seedlings under different light treatments 124 第 10 期 陈仁等 远红光绿光侧面补光对水培番茄幼苗生长质量的影响 光对番茄的壮苗指数促进作用最显著 绿光双侧补光 对番茄的壮苗指数抑制显著 2 3 远红光绿光侧面补光对番茄幼苗叶绿素含量 的影响 叶绿素是光合作用的关键物质 能够促进植株 的光合作用和生长发育 由图6可知 G u GF u G b 和GF b 处理的矮生红番茄叶绿素含量均略高于CK F u 和F b 处理的矮生红番茄叶片叶绿素含量略低于 CK 说明远红光补光处理对番茄叶绿素含量有抑 制作用 与其在株高 茎粗的作用效果相反 绿光补 光处理组与之相反 2 4 远红光绿光侧面补光对番茄苗生理指标的 影响 硝态氮指硝酸盐中所含有的氮元素 被人体摄 入后 大约会有5 被转化为亚硝酸盐 对人体有极 大的危害 32 光照条件的变化可以通过光合过程 图4 不同光处理下矮生红番茄幼苗的地上部 地下部鲜重与干重 Fig 4 Fresh and dry weights of aboveground and underground parts of dwarf red tomato seedlings under different light treatments 图5 不同光处理下矮生红番茄幼苗的壮苗指数 Fig 5 Strong seedling index of dwarf red tomato seedlings under different light treatments 125 中 国 农 业 大 学 学 报 2024 年 第 29 卷 影响植物对硝态氮的吸收 转运和代谢过程 33 由 图7 a 可知 GF u 和F u 处理番茄的硝态氮含量与 CK相比分别显著提升 11 83 和 9 02 P 0 05 其他处理均显著低于CK GF b 处理对番茄硝 态氮含量的抑制效果最显著 比CK处理降低了 23 65 P 0 05 说明添加绿光补光对番茄硝 态氮含量有抑制作用 远红光补光对番茄硝态氮含 量有促进作用 远红光及其与绿光组合光单侧补 光对番茄硝态氮含量有促进作用 而其双侧补光则 具有抑制作用 可溶性蛋白是植物体内氮素存在的主要形式 其含量的多少与植物体代谢和衰老有密切的关 系 34 由图7 b 可知 F u 和G b 处理番茄叶片的可溶 性蛋白含量相比于CK提升最为显著 两组都提升 了24 0 P 0 05 G u 和F b 处理相比于CK分别 提升了16 6 和12 3 P 0 05 GF b 处理与CK 没有显著差异 GF u 处理相比于CK显著下降了 17 9 P 0 05 在6种不同补光处理下 番茄叶 片的可溶性蛋白含量在远红光和绿光单双侧补光 处理下提升显著 但在绿光和远红光组合单侧补光 下效果不显著且含量降低 3 讨 论 3 1 绿光侧面补光对水培番茄苗生长质量的影响 绿光是植物生长和开花的关键 它可以促进植 物的光合作用 促进植物的细胞分裂和形态发生 抑制植物的气孔开放与植物生长激素的合成 增强 植物的抗逆性 缩短生长周期 提升产量和品质 35 适量的绿光可以促进植物的生长 Razzak等 36 发现 适当强度的绿光 30 mol m 2 s 结合红光和蓝 光 可以提高生菜的鲜重 Bian等 37 发现用红光和 蓝光补充绿光可以上调光合作用相关基因PsbA和 LHCb的表达 对维持光合能力有积极作用 此外 绿光已被证明可以逆转蓝光对气孔张开的影响 38 使用绿光可以缓解气孔张开并调节SlHA1 2和4 这验证了绿光对提高番茄抗旱性的积极作用 39 在本试验中 G u 和G b 处理相比CK处理叶绿素含量 提升显著 但是 绿光多被用作辅助光 过高的绿 光导致产量下降 Kim等 40 发现补充较高比例的 绿光即76和129 mol m 2 s 会降低生菜的鲜重 Razzak等 36 也发现过强的绿光 50 mol m 2 s 会产生类似的情况 本试验中 与CK处理相比 绿 光补光G u 和G b 处理的矮生红番茄生长指标显著降 低 其中壮苗指数1降低了50 0 和53 1 P 0 05 这可能是绿光照射的番茄幼苗受到光刺激 图6 不同光处理下矮生红番茄幼苗的叶绿素相对含量 Fig 6 Relative chlorophyll content of dwarf red tomato seedlings under different light treatments 图7 不同光处理下矮生红番茄幼苗的硝态氮和可溶性蛋白质量分数 Fig 7 Nitrate nitrogen and soluble protein mass fraction of dwarf red tomato seedlings under different light treatments 126 第 10 期 陈仁等 远红光绿光侧面补光对水培番茄幼苗生长质量的影响 信号的影响 导致茎和叶片不能正常生长发育 从 而抑制矮生红番茄幼苗的生长 3 2 远红光侧面补光对水培番茄苗生长质量的 影响 在弱光下 远红光刺激叶绿体靠近细胞膜 增 加它们对光合作用所需的其他颜色光的吸收 光敏 色素的光感受器会从活性形式 Pr 转变为非活性 形式 Pfr 改变细胞膜电位 激活赤霉素激素 刺激 细胞伸长 导致茎变长 41 远红光对植物形态表现 出多方面的影响 在白光200 mol m 2 s 条件下 补充远红光 3和6 W m 2 显著增加了羽衣甘蓝的 株高 节间长度 茎直径和生物量 42 远红光诱导 白菜下胚轴细胞伸长 43 在红蓝光混合光强PPFD 值为200 mol m 2 s 条件下 补充50 mol m 2 s 远红光显著增加了生菜的总生物量和叶面积 44 总叶面积取决于叶面积除以叶质量 SLA 和生物 量分配 在高远红光条件下更倾向于将生物量分配 给茎 45 Zou等 44 发现补充远红光可以降低叶绿素 含量 提高净光合速率从而增强植物对光能的吸 收 但是 研究表明额外的远红光补光对光合作用 有不同的影响 Yang等 19 在大豆中观察到补充远 红光后光合作用增加 Ji等 46 与Zhang等 47 发现远 红光补光对番茄和生菜的光合作用没有影响 此 外 Ji等 46 与Kalaitzoglou等 48 都得出结论 远红光 对光合作用的长期影响是有限的 本试验中 F u 和 F b 处理的干重与CK相比提升了20 8 和30 2 F b 处理对水培矮生红番茄生长茎粗有促进作用 比 CK处理提升了29 1 这可能是侧方补充远红光 刺激叶片伸长 茎粗增粗 促进了矮生红番茄幼苗 的生长 提高了幼苗壮苗指数 3 3 绿光远红光侧面补光对水培番茄苗生理指标 的影响 硝态氮是植物主要的无机氮源之一 植物通过 根系吸收硝态氮后 经过一系列生物化学反应 最 终将其转化为氨基酸 进而合成蛋白质 49 因此 硝态氮的供应直接影响到植物体内可溶性蛋白的 合成速度和数量 GS 谷氨酰胺合成酶 和 GOGAT 谷氨酸合成酶 是植物氮同化的2种关键 酶 当植物体内的氨基充足时 GS可以将氨基转 化为谷氨酰胺 然后GOGAT再将谷氨酰胺转化为 谷氨酸 谷氨酸是植物体内氮同化过程的重要中 间产物 它可以进一步参与蛋白质的合成等生化过 程 50 研究发现 绿光比例在氮代谢中发挥着重要 作用 当氨基供应受限时 GS GOGAT循环会改 变其反应模式 生成的谷氨酸可能无法进入后续的 氮同化反应 然而 绿光强度的增加可以促进 GOGAT的活性 这意味着绿光可能通过增强 GOGAT的活性来影响氮同化过程 51 绿光比例 对叶类蔬菜的氮积累具有调节作用 52 在本试验 中 与CK处理相比 G u 和G b 处理硝态氮含量显著 降低 可溶性蛋白含量提升显著 Zou等 44 发现远 红光导致总氮和叶绿素含量降低 减少叶片光吸 收 在下调叶片光合能力方面发挥着重要作用 植 物光敏色素是一种可溶性的色素 蛋白质复合 体 远红光照射可以促使光敏色素从红光吸收型 Pr 转变为远红光吸收型 Pfr 这种转换进一步影 响植物的生长和发育过程 本试验中 与CK处理 相比 远红光F u 和F b 处理降低矮生红番茄叶绿素含 量 显著提高矮生红番茄叶片的可溶性蛋白含量 3 4 远红光绿光组合侧方补光对水培番茄苗生长 质量的影响 在研究中发现 远红光与绿光的组合相较于单 一绿光照射 能够显著减弱绿光的抑制作用 这种 效果的产生 既涉及到光信号的作用 也包括光强 度变化的影响 远红光对植物生长发育的影响主 要是通过影响光感知系统 尤其是植物中的光素和 隐花色素 从而调节一系列下游生理和发育过程 如形态建成 伸长生长以及代谢途径的改变 53 54 这些变化反映了远红光在植物光信号转导中的核 心作用 以及它如何通过激活特定的光敏色素引发 植物对光照环境的细致调节 同时 远红光的加入 改变了光照环境中的光强度和光质比例 降低绿光 所占比重 从而减少了绿光的抑制效果 这种抑制 减弱不仅是由于光质的直接调整 还可能因为光照 强度的总体分配变化 为植物创造了一个更优化的 光照环境 因此 远红光与绿光组合对植物生长的 正面影响 是远红光作为光信号调节植物光敏色素 活性的结果 同时也是由于光强度调整对植物生长 条件的改善 在本试验中 GF b 相比G b 处理地上部 与地下部干鲜重 壮苗指数均有提升 另外 在单侧补光试验中 植物只能从一边受 光 另一侧可能会受光不足 补光对植物的光合作 用 生长和发育影响效果不显著 而相比单侧补 光 双侧补光可以使植物两侧受光的影响更加明 127 中 国 农 业 大 学 学 报 2024 年 第 29 卷 显 在本试验中 双侧远红光补光F b 处理下的番茄 株高 茎粗 地上部和地下部干鲜重 壮苗指数等生 长指标比单侧远红光F u 处理提升效果更佳 双侧 绿光补光G b 处理与单侧绿光补光G u 处理对于番茄 生长指标的抑制作用更为显著 4 结 论 绿光补光对水培矮生红番茄生长抑制作用明 显 且随绿光光强增加其抑制作用增强 绿光双侧 补光抑制作用大于绿光单侧补光 远红光补光对 水培矮生红番茄生长有促进作用 随远红光光强增 加 对植株生长的促进作用增强 远红光双侧补光 增强作用大于远红光单侧补光 远红光双侧补光效 果最佳 参考文献 References 1 魏灵玲 杨其长