不同LED蓝光能量对生菜生长及光合特性的影响

马 健

（福建省中科生物股份有限公司光生物产业研究院，福建厦门 361008）

0 引言

生菜（lactuca sativa）作为被广泛食用的世界性蔬菜，在设施园艺蔬菜生产中占有重要地位，随着人民生活品质的提高，对健康、绿色蔬菜的需求越来越旺盛。我国生菜设施栽培面积逐年增加，特别是全人工光植物工厂的产业化，其垂直多层栽培生产模式对人工光源提出更高的要求，不仅要节能，更要实现植物的高效生长。近些年，采用LED光质对植物进行补光被认为是改善温室内光照条件最直接、最有效的办法。

植物的生长发育、光合产物和次生代谢物质累积等过程均受光的调控，不同光质对植物生长的影响存在差异，不同植物种类及品种对光质的响应特点也不完全一致[1-3]。因此，为植物选择合适光质的植物灯具有重要的应用价值。生菜品种在400~499 nm蓝光范围内、不同能量的LED蓝光，对其生长发育影响的研究较少，本文以生菜绿蝶为材料，探究不同峰值波长的蓝光LED对其生长指标及光合特性的影响，旨在为人工光植物工厂和温室补光栽培生菜提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料及培养

采用生菜绿蝶品种为材料，种子由山东省寿光市宏伟种业有限公司提供。选择籽粒饱满的种子，将其放到50℃温水中浸泡10 min，后放到30℃清水中浸种8 h，播到育苗海绵块里，每穴1粒种子，后放到25℃催芽箱中进行催芽，湿度保持80%，种子露白后，将其放置在育苗设备上。当生菜幼苗长至4~5叶1心时，选择长势一致的幼苗分栽到水培模组上，每平米种植30株，随机放置在5种光源下栽培。营养液的EC为1.8 mS/cm，pH为6.0~7.0，营养液温度为22℃，溶氧量为6 mg/L。环境温度条件为白天23℃，夜间18℃。平均光强为200 μmol·m-2·s-1，光周期为10 h/天，光质处理24天后，采集相关形态指标，并进行叶绿素和光合参数的测定。

1.2 光质设置

设置5组不同光源，其光谱能量分布如图1，荧光灯为对照（CK）。平均光照强度为200 μmol·m-2·s-1，光周期为10 h/天，各光质处理详见表1。荧光灯采用飞利浦公司的T5灯管，4种LED光源由福建省中科生物股份有限公司提供。

表1 不同光质处理

图1 不同光质能量分布

1.3 测定项目与方法

1.3.1 光谱光强测。采用UPRtek PG100光谱仪器测试光谱形态和光照强度。

1.3.2 形态指标。包括株高、冠幅、根上鲜重、根系鲜重。

1.3.3 光合参数。使用光合仪（LI-6800，美国LICOR公司）进行光合参数的测定，主要包含净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）、胞间二氧化碳浓度（Ci）。

1.3.4 叶绿素含量。采用混合液提取法[4]，进行叶绿素含量的测定，提取溶剂为45%无水乙醇+45%丙酮+10%蒸馏水。

2 结果与分析

2.1 不同光质对绿蝶生菜形态指标的影响

由表2可知，4种不同能量蓝光对绿蝶生菜的株高和冠幅存在差异影响，其中峰值波长为436 nm的蓝光处理，株高和冠幅最大，其中冠幅比CK组提高7.2%；长波蓝光B450和B480有利于生菜矮化，紧凑。根上鲜重和根系鲜重，不同处理存在显著性差异，B436的处理，在根上鲜重比CK组提高9.9%，即可食用部分增产9.9%，同时根系鲜重，B436处理最优，显著高于CK组，有利于吸收营养，促进叶片生物量的积累。而峰值为480 nm的蓝光不利于绿蝶生菜生物量的积累。

表2 不同光质对绿蝶生菜形态指标的影响

2.2 不同光质对绿蝶生菜叶绿素含量的影响

不同蓝光能量处理下，叶绿素含量存在显著的差别（表3）。叶绿素a+b总量依次为B436＞B450＞B480＞CK＞B414，B414处理下最低，可能是因为该波段波长最短，对应的光子能量最大，不利于叶绿素a和b的积累；B436处理组显著高于CK组，叶绿素a+b总量提高8.9%。类胡萝卜素依次为B436＞B450≈CK＞B480＞B414，B414处理下最低，可能是因为该波段波长最短，对应的光子能量最大，不利于类胡萝卜素的积累。

表3 不同光质对绿蝶生菜叶片叶绿素含量的影响

2.3 不同光质对绿蝶生菜光合参数的影响

不同蓝光能量处理下，净光合速率Pn依次为B436＞B450＞B414≈CK＞B480，B436处理下净光合速率最大，与CK组存在显著性差异，高于CK组9.6%；蒸腾速率Tr依次为B436＞B450＞B414≈CK＞B480，B436处理蒸腾速率最大，与CK组存在显著性差异，高于CK组9.2%；气孔导度Gs依次为B436＞CK＞B414＞B450＞B480，B436气孔导度最大，但与CK组无显著性差异；胞间CO2Ci依次为B436＞CK＞B450＞B414＞B480，各处理之间无显著性差异。显然B480处理下，光合参数指标均低于CK组，不利于促进绿蝶生菜的生长（表4）。

表4 不同光质对绿蝶生菜叶片光合参数的影响

3 结语

不同峰值的LED蓝光，所发射的光谱能量分布图类似二次函数曲线，光谱半高宽为16~21 nm，为窄带发射，能量集中，而且波长越短，光子能量越高。本试验研究表明，峰值波长从414~480 nm的蓝光，中间波长B436 nm、B450 nm的蓝光利于绿蝶生菜的生长，在形态指标、光合参数、叶绿素含量优于B414 nm和B480 nm蓝光。B414 nm不利于叶绿素a和b、类胡萝卜素的积累。可能因为其光谱组成中6.4%为400 nm以下的短波，而该波段是植物光合作用不能利用的能量，因此植物体中降低叶绿素a和b、类胡萝卜素的合成。B480 nm处理的绿蝶生菜的生物量积累最低，而且净光合速率、蒸腾速率、气孔导度均最低，这与吕镇城等[5]在金线莲的研究结果类似。

综上所述，B436 nm处理下的绿蝶生菜产量、叶片叶绿素含量和光合参数均较CK组高，表现出最佳的优势，其次为B450 nm，二者可单独或组合，用于栽培生菜的人工光源中。