不同光質(zhì)的LED光源對(duì)西瓜幼苗質(zhì)量的影響

1、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)2015屆本科畢業(yè)論文1分類號(hào) 密級(jí)不同光質(zhì)的LED光源對(duì)西瓜幼苗質(zhì)量的影響Effects of different light quality ratios of LED on the quality of watermelon seedlings學(xué)生姓名：學(xué)生學(xué)號(hào)：學(xué)生專業(yè)：指導(dǎo)教師：職稱：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝林學(xué)學(xué)院二一五年六月華中農(nóng)業(yè)大學(xué)2015屆本科畢業(yè)論文目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc421690070 摘 要 II III摘 要我國(guó)是西瓜種植和消費(fèi)大國(guó)。光是植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中不可缺少的環(huán)境因子，對(duì)幼苗質(zhì)量有很大影響。LED具有節(jié)能、

2、高效、環(huán)保、低熱、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，與其它光源相比具有較大優(yōu)勢(shì)；己經(jīng)被日本、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家應(yīng)用于現(xiàn)代化植物工廠。然而，目前我國(guó)在此領(lǐng)域的研究還相對(duì)滯后，雖然已經(jīng)有用LED光源對(duì)植物進(jìn)行補(bǔ)光的報(bào)道，但是關(guān)于LED對(duì)實(shí)生苗影響的研究仍很匱乏。本試驗(yàn)以西瓜幼苗為試驗(yàn)材料，以白色熒光燈為對(duì)照，從形態(tài)指標(biāo)、葉綠素含量方面研究了不同光質(zhì)的LED光源（紅光、藍(lán)光、紅光:藍(lán)光=7:3）對(duì)西瓜幼苗質(zhì)量的影響，以期為西瓜幼苗生產(chǎn)精細(xì)化管理提供依據(jù)。本實(shí)驗(yàn)以西瓜幼苗為材料，研究了不同光質(zhì)的光源對(duì)西瓜幼苗質(zhì)量的影響，發(fā)現(xiàn)與對(duì)照相比，經(jīng)過(guò)LED混合光源R/B=7:3處理后西瓜幼苗的莖粗、干物質(zhì)含量、生長(zhǎng)速率、壯苗指數(shù)、葉綠

3、素含量均有所增加。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，LED混合光源中的單色光成分單獨(dú)使用無(wú)法起到壯苗的作用，會(huì)導(dǎo)致西瓜幼苗的莖粗、干物質(zhì)含量、生長(zhǎng)速率、壯苗指數(shù)下降。關(guān)鍵詞：光質(zhì)；LED；西瓜；種苗AbstractChina is a big country of watermelon cultivation and consumption. Light is one of the indispensable environmental factors culturing seedlings, so it has a great impact on the quality of seedling. As an ene

4、rgy-saving, highly efficient， environment-friendly，low thermal and long-life light source, LED has been applied to plants factory in Japan, the United States and other countries. However, our research in this area is still lagging behind. That LED is used to fill plants light has been reported, but

5、there are no reports about LED light to influence the quality of seedlings. Watermelon seedlings as test materials, white fluorescent lamp as the control, from the two respects of physiological indicators and chlorophyll content , this experiment studies how three different light qualities (red、blue

6、、R/B=7:3) of LED light source effect in the quality of watermelon seedling, aiming at providing basis for the fine production management of watermelon. The research results are as follows: Using watermelon seedlings as experimental materials to study the effect of different sources of watermelon see

7、dlings, it can be found treated by LED hybrid light source R/B=7:3, stem diameter, dry matter content, growth rate, seedling index, chlorophyll content have increased. Meanwhile, it is found the using of monochromatic light in the LED hybrid light source can not play a role of cultivate strong seedl

8、ings. It will reduce stem diameter, dry matter content, growth rate, seedling index, chlorophyll content.Key words: Light quality; LED; Watermelon; seedlings縮略詞表縮寫符號(hào)英文名稱中文名稱DDay天HHour小時(shí)IAAIndoleacetic acid生長(zhǎng)素LEDLight Emitting Diodes半導(dǎo)體二極管 1 前言1.1研究課題的提出西瓜，屬葫蘆科，原產(chǎn)于非洲，清爽甘甜、鮮嫩多汁，富含礦物質(zhì)和維生素。作為一種物美價(jià)廉的日常水果

9、，在我國(guó)受到了廣泛喜愛。西瓜在世界園藝生產(chǎn)中占有十分重要的地位，其生產(chǎn)規(guī)模僅次于葡萄、香蕉、柑橘、蘋果，居第五位（趙姜 2013年）。中國(guó)是西瓜生產(chǎn)與消費(fèi)大國(guó)。2005年，中國(guó)的西瓜種植面積約占世界總面積55%以上，總產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量70%以上(劉君璞 2006年)。嫁接是西瓜生產(chǎn)上一項(xiàng)重要技術(shù)措施，應(yīng)用非常廣泛。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2000年，韓國(guó)、日本西瓜栽培的面積分別為17700hm2、34499 hm2，其中嫁接栽培面積占總栽培面積的比例分為93%、95% (Lee and Oda 2002)。中國(guó)目前西瓜嫁接栽培的比例約為40%，西瓜實(shí)生苗生產(chǎn)仍然是西瓜種苗生產(chǎn)的重要內(nèi)容。因此，如何采用規(guī)范化

10、精細(xì)化的管理技術(shù)提高西瓜實(shí)生苗的質(zhì)量是亟待解決的重要課題。光是植物生長(zhǎng)發(fā)育的基本環(huán)境要素之一，對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育、形態(tài)建成、物質(zhì)代謝以及基因表達(dá)均有調(diào)控作用（劉文科等 2011）。光照條件的好壞將會(huì)對(duì)園藝植物的產(chǎn)量和品質(zhì)產(chǎn)生重大影響，也會(huì)影響設(shè)施農(nóng)業(yè)產(chǎn)出的高低、收益的好壞。隨著全球能源成本的不斷攀升和光電技術(shù)的快速發(fā)展以及LED制造成本的下降，LED（Light Emitting Diodes）在設(shè)施農(nóng)業(yè)上作為人工光源的應(yīng)用越來(lái)越受到世界各國(guó)的關(guān)注。LED屬于新一代的照明光源，它是一種冷光源，具有較窄的光譜，較高的光合效率，并且綠色環(huán)保、便于安裝，使用壽命長(zhǎng)（楊其長(zhǎng)等 2011）。LED被認(rèn)為是現(xiàn)

11、代農(nóng)業(yè)最具潛力的人工光源(Nhut et al2007)。LED可以根據(jù)園藝植物生長(zhǎng)所需的光環(huán)境來(lái)精確配置光譜，還可以影響園藝植物的生長(zhǎng)發(fā)育以及光形態(tài)的建成。隨著西瓜種苗規(guī)?；?xì)化的生產(chǎn)，將LED輻射產(chǎn)生的不同光質(zhì)單獨(dú)或組合在西瓜育苗上的應(yīng)用是一個(gè)非常有意義的研究課題。采用LED光源為西瓜育苗創(chuàng)造合適的光環(huán)境，將有利于提高西瓜種苗質(zhì)量，同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)高效、環(huán)保的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要手段。1.2國(guó)內(nèi)外研究的進(jìn)展1.2.1植物工廠中人工光源的要求植物工廠是在設(shè)施內(nèi)通過(guò)高精度的環(huán)境控制實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物周年連續(xù)生產(chǎn)的高效農(nóng)業(yè)系統(tǒng)。光照是現(xiàn)代集約化工廠中極為重要的可控環(huán)境因素之一，也是植物獲取能量的唯一來(lái)源。光照不

12、足會(huì)導(dǎo)致幼苗生長(zhǎng)緩慢、葉片黃化，嚴(yán)重的葉片凋萎、枯死(McNellis and Deng 1995)。適宜的光環(huán)境對(duì)植物的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)至關(guān)重要（常濤濤等 2010）。設(shè)施溫室由于覆蓋材料、朝向、建筑結(jié)構(gòu)等因素的影響，常常會(huì)出現(xiàn)光照不足的現(xiàn)象，而現(xiàn)代集約化植物工廠一般采用自然光源與人工光源相結(jié)合的模式為植物提供所需正常光照。設(shè)施內(nèi)光照對(duì)植物生長(zhǎng)的影響主要與光照的數(shù)量（累計(jì)光照或光照總量，光強(qiáng)*光照時(shí)間）和質(zhì)量（光譜分布）有關(guān)（劉文科等 2012）。人工光源的補(bǔ)光效果除取決于光照強(qiáng)度外，還取決于補(bǔ)光光源生理輻射特性（宋亞英等 2005）。從植物生長(zhǎng)發(fā)育的角度來(lái)看，人工光源主要應(yīng)滿足光照時(shí)間、光強(qiáng)、光譜

13、分布等需求。從投入產(chǎn)出分析情況來(lái)看，人工光源應(yīng)滿足高光效、低能耗、壽命長(zhǎng)、價(jià)格低廉的需求。首先，光照時(shí)間可通過(guò)人為調(diào)控，可控性較高。無(wú)論使用何種人工光源，均能按植物所需調(diào)節(jié)光照時(shí)間和周期。而光強(qiáng)不足，則會(huì)出現(xiàn)弱光脅迫，導(dǎo)致植株無(wú)法進(jìn)行正常的光合作用。在一定范圍內(nèi)，光合作用強(qiáng)度與光照強(qiáng)度呈正相關(guān)。光強(qiáng)能夠影響植物的形態(tài)結(jié)構(gòu)、花芽分化、果實(shí)產(chǎn)量和生長(zhǎng)發(fā)育（劉文科等 2012）。植物根據(jù)其自身對(duì)光強(qiáng)的需求可分為陽(yáng)性植物、中性植物和陰性植物。陰性植物所需最低光強(qiáng)為200-1000lx，陽(yáng)性植物的最低光強(qiáng)為1000-2000lx。人工光源所能提供的光強(qiáng)應(yīng)大于植物正常生長(zhǎng)發(fā)育所需最低光強(qiáng)。此外，現(xiàn)已有研究

14、發(fā)現(xiàn)：光強(qiáng)與設(shè)施蔬菜的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量有關(guān)。以AsA為例， eq oac(,1)光強(qiáng)影響蔬菜AsA積累的機(jī)理為光強(qiáng)增加可誘導(dǎo)提高AsA合成酶的活性（Smirnoff，2000；Tamaoki等，2003）； eq oac(,2)高光強(qiáng)可促進(jìn)光合作用，增加AsA合成前體和能量的供給（劉文科等，2012）。適宜的光強(qiáng)會(huì)提高植物的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)，是選擇人工光照時(shí)的需要考慮的重要因素之一。另外，植物對(duì)光譜的吸收具有選擇性，綠葉植物主要吸收紅橙光和藍(lán)紫光作為能量來(lái)源。因此要求人工光源光譜分布集中，富含藍(lán)紫光和紅橙光；可按需求配置；并且盡量減少無(wú)用光譜和發(fā)熱光譜，最終減少能耗、提高光能利用率。其次，現(xiàn)代集約化植物工

15、廠是一種高投入、高技術(shù)、高產(chǎn)出的產(chǎn)業(yè)，其建設(shè)成本和早期運(yùn)營(yíng)成本較高。目前植物工廠采用的人工光源多為熒光燈，而熒光燈光譜是廣泛的，真正能被植物利用的光能很少，這樣就造成可植物工廠能量消耗大、運(yùn)行費(fèi)用高。在選取人工光源的時(shí)候，應(yīng)計(jì)算投入產(chǎn)出比，安裝能耗低、效率高、壽命長(zhǎng)、價(jià)格低廉的光源。起到降低成本，節(jié)能減排的目的。1.2.2 LED光源與傳統(tǒng)光源的比較為了彌補(bǔ)自然條件（如陰、雨、雪、霧等）或者設(shè)施條件對(duì)幼苗光環(huán)境的限制，除了合理密植、優(yōu)化設(shè)施結(jié)構(gòu)外（劉立功等 2009），現(xiàn)代農(nóng)業(yè)最常用的就是采用人工光源來(lái)滿足設(shè)施植物栽培上對(duì)光環(huán)境的需求（周國(guó)泉等 2008，唐大為 2010）。長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)，農(nóng)業(yè)領(lǐng)

16、域使用到的傳統(tǒng)人工光源有白熾燈、熒光燈、高壓鈉燈、金屬鹵素?zé)舻龋墙?jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的使用，這些傳統(tǒng)光源暴露出了很多問(wèn)題和弊端，已無(wú)法滿足現(xiàn)代化植物工廠的需求。首先，傳統(tǒng)光源具有較全的光譜，但是光效低、能耗大。傳統(tǒng)光源不能調(diào)節(jié)光譜，大部分光譜能量以紅外輻射的形式散發(fā)掉，能被植物光合作用吸收的光能非常少。例如白熾燈中能被植物光合所用光能僅占全部輻射的15%。其次，傳統(tǒng)光源不能調(diào)節(jié)光質(zhì)，只能控制光照強(qiáng)度、光照周期。這樣不能根據(jù)植物需求，進(jìn)行精確的光譜配置。最后，傳統(tǒng)的光源運(yùn)行成本高，其能耗費(fèi)用占全部運(yùn)行成本的20%40%（楊其長(zhǎng)等 2011）。另外一些光源（熒光燈、金屬鹵素?zé)簦┖袑?duì)環(huán)境和人體有害的成分

17、“汞”，不利于環(huán)保。隨著全球資源成本的不斷攀高，傳統(tǒng)的人工光源光效低、能耗大、不環(huán)保，并且運(yùn)行成本高，與國(guó)家推行的節(jié)能減排政策不相符合，所以在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)上采用節(jié)能高效的光源非常必要。研究者們也一直熱衷于去尋找傳統(tǒng)光源的替代光源，從而來(lái)提高光能的利用率，減少能量的消耗。發(fā)光二極管（Light-emitting Diode，又稱LED）是一種新型固態(tài)半導(dǎo)體光源，是繼白熾燈、熒光燈、高壓氣體放電燈等之后的第四代光源。1961年， 第一個(gè)紅色LED就研制成功了，比熒光燈要早問(wèn)世，隨后綠色、藍(lán)色、白色的LED也相繼研制成功（崔瑾等 2008）。但是后來(lái)熒光燈在設(shè)施農(nóng)業(yè)上得到大面積的應(yīng)用，但是LED燈卻沒有

18、，究其原因是科學(xué)技術(shù)的不足導(dǎo)致LED存在亮度低、制造成本高等問(wèn)題。隨著光電技術(shù)的發(fā)展，目前，LED廣泛應(yīng)用在交通信號(hào)燈、顯示屏、汽車等領(lǐng)域（陳超中等 2010）。隨著LED研制工藝的優(yōu)化，以及應(yīng)用領(lǐng)域的快速擴(kuò)張，設(shè)施農(nóng)業(yè)領(lǐng)域也開始采用LED作為人工光源，為植物生長(zhǎng)提供適宜的光環(huán)境。LED光源與傳統(tǒng)的人工光源相比，在設(shè)施農(nóng)業(yè)上具有很大的優(yōu)勢(shì)。首先，LED光源使用的電源電壓低，電能轉(zhuǎn)化率高，理論上耗能僅為白熾光的10%，同時(shí)LED的使用壽命長(zhǎng)，白熾燈的使用壽命不到1萬(wàn)h，熒光燈的使用壽命不到2萬(wàn)h，LED的使用壽命卻可以達(dá)到6萬(wàn)10萬(wàn)h（陳超中等 2010）。其次，LED可以精確配置光譜，從而來(lái)滿

19、足植物生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)光質(zhì)的需要（段奇珍等 2010）。再次，LED是一種冷光源，光源熱輻射少，可近距離對(duì)植物進(jìn)行照射，并且LED的體積小，這樣極大地提高了空間的利用率（馬超等 2010）。最后，LED是一種環(huán)保光源，不含有毒有害的物質(zhì)，同時(shí)不含紫外和紅外輻射，可回收再利用；而且隨著科技的進(jìn)步，LED光源的制作成本已經(jīng)大幅降低。正是由于具有傳統(tǒng)光源無(wú)法比擬的光電優(yōu)勢(shì)， LED成為了國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究光質(zhì)的首選光源，成為了設(shè)施園藝節(jié)能減排的理想光源，得到了世界各國(guó)的廣泛關(guān)注。1.2.3 LED光源在種苗生產(chǎn)的應(yīng)用隨著農(nóng)業(yè)技術(shù)的進(jìn)步和科技的發(fā)展，傳統(tǒng)的種苗生產(chǎn)方式由于落后的技術(shù)水平和管理水平，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)

20、代農(nóng)業(yè)的需要。與傳統(tǒng)方式相比，現(xiàn)代化育苗過(guò)程中更加強(qiáng)調(diào)對(duì)環(huán)境條件的調(diào)控，做到量化分析環(huán)境因子產(chǎn)生的影響。光是育苗過(guò)程中不可缺少的環(huán)境因素，光環(huán)境管控水平高低決定種苗的生長(zhǎng)發(fā)育和質(zhì)量好壞。以往種苗生產(chǎn)上采用的人工光源多是白熾光、熒光燈等。這樣的光環(huán)境造成了種苗生產(chǎn)能量消耗大，成本費(fèi)用高（段奇珍等 2010）。隨著光電技術(shù)的發(fā)展，以及LED制造成本的降低，國(guó)內(nèi)外研究者們嘗試將LED光源應(yīng)用于種苗的生產(chǎn)上。經(jīng)過(guò)大量的研究之后，LED光源被證實(shí)能夠減少能耗，降低育苗成本。據(jù)統(tǒng)計(jì)，采用熒光燈作為種苗生產(chǎn)上的人工光源，其消耗的能量是LED光源的2.73倍（魏靈玲等 2007）。然而對(duì)LED光源應(yīng)用進(jìn)行研究

21、的目的不僅僅在于降低能耗，更是為了提高幼苗的質(zhì)量。國(guó)內(nèi)外有大量研究旨在探明LED光源對(duì)種苗各個(gè)指標(biāo)的影響，以及形成影響的機(jī)理。研究者發(fā)現(xiàn)LED光源會(huì)對(duì)種苗的光形態(tài)的建成產(chǎn)生影響，比如種苗的株高、莖粗、干物質(zhì)含量、根系生長(zhǎng)等，通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)種苗的生長(zhǎng)所需要適宜的光強(qiáng)、光質(zhì)，以及光周期，可以很好地促進(jìn)種苗的生長(zhǎng)。Johkan et al (2010)以白色熒光燈為對(duì)照，采用100mol/（m-2s-1）強(qiáng)度紅色LED、藍(lán)色LED、紅藍(lán)（1:1）混合的LED對(duì)生菜生長(zhǎng)進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，有藍(lán)色LED參與處理的生菜的葉面積、干鮮重相對(duì)較高，并且其形態(tài)緊湊便于移植操作，可以很好地促進(jìn)生菜移栽后的生長(zhǎng)。Wu et

22、 al (2007)發(fā)現(xiàn)紅色LED能顯著增加豌豆苗的葉面積，藍(lán)色LED顯著增加豌豆苗的干鮮重和葉綠素含量。Yang et al (2012)發(fā)現(xiàn)不論是固定的還是移動(dòng)的補(bǔ)光處理下，補(bǔ)充遠(yuǎn)紅光后南瓜的下胚軸都會(huì)顯著性的增加，這樣有利于嫁接操作，同時(shí)可以提高嫁接苗整齊度。佘新等（2013)發(fā)現(xiàn)采用紅色LED光源對(duì)黃瓜、番茄幼苗進(jìn)行紅光暗期多點(diǎn)打斷處理，幼苗的植物矮壯，與對(duì)照相比，壯苗指數(shù)顯著提高42.4%、24.2%。研究者還發(fā)現(xiàn)，采用LED光源可以調(diào)節(jié)種苗的代謝。張歡等（2010a）發(fā)現(xiàn)與單一的紅色LED、單一的藍(lán)色LED相比，紅藍(lán)混合LED，可以提高番茄和萵苣幼苗葉片的可溶性糖、淀粉、碳水化合物

23、含量。常濤濤等（2010）發(fā)現(xiàn)藍(lán)色有利于番茄幼苗可溶性糖、總游離氨基酸的積累，黃色有利于番茄幼苗蔗糖的積累、紅藍(lán)混合LED有利于番茄淀粉、可溶性蛋白的積累。此外，研究者利用LED的不同組合去研究對(duì)種苗的影響，去尋找適宜的光源配比，為種苗工廠化、精細(xì)化生產(chǎn)提供依據(jù)。曹剛等（2013）以白色為對(duì)照，研究LED不同光質(zhì)對(duì)黃瓜幼苗生長(zhǎng)以及葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)紅藍(lán)混合LED光源處理后幼苗干物質(zhì)含量、壯苗指數(shù)以及光能轉(zhuǎn)化率顯著高于單色紅光、單色的藍(lán)光，其中當(dāng)紅/藍(lán)為8:2時(shí)表現(xiàn)的尤為突出。蘇娜娜等（2012)發(fā)現(xiàn)采用單色紅光、單色藍(lán)光、混合光（紅/藍(lán)=1:1）對(duì)黃光幼苗進(jìn)行補(bǔ)光，能極大地促進(jìn)黃瓜

24、幼苗壯苗指數(shù)的提高。優(yōu)質(zhì)的種苗生產(chǎn)出來(lái)后，由于定植時(shí)間的限制或者物流運(yùn)輸?shù)脑?，需要在人工環(huán)境中儲(chǔ)藏一段時(shí)間。在運(yùn)輸儲(chǔ)藏的過(guò)程中，創(chuàng)造低溫弱光的環(huán)境能夠較好地保持種苗的質(zhì)量。據(jù)此，研究者們還研究了如何將LED光源應(yīng)用到種苗的運(yùn)輸儲(chǔ)藏過(guò)程中去的問(wèn)題。Fujiwara et al (2005)設(shè)計(jì)了能根據(jù)番茄嫁接苗儲(chǔ)藏中CO2的情況，自動(dòng)調(diào)節(jié)光合有效光量子通量密度（PPFD）的LED低光源，發(fā)現(xiàn)這樣能防止嫁接苗干重的減少，更好地保持嫁接苗的商品性質(zhì)。此外，還發(fā)現(xiàn)紅光中補(bǔ)充藍(lán)光，在較小的PPFD就可以較好保持嫁接苗的質(zhì)量。歸根結(jié)底，研究者探究將LED光源應(yīng)用于種苗實(shí)際生產(chǎn)上的最終目的是提高種苗質(zhì)量，

25、同時(shí)降低種苗的生產(chǎn)成本。1.3本研究的內(nèi)容和意義1.3.1研究?jī)?nèi)容不同光質(zhì)的LED光源對(duì)西瓜幼苗質(zhì)量的影響1.3.2意義通過(guò)研究不同光質(zhì)的LED光源對(duì)西瓜幼苗形態(tài)、葉綠素含量等方面的表現(xiàn)，來(lái)探明LED光源的光質(zhì)對(duì)幼苗質(zhì)量的影響，從而確定西瓜幼苗育苗的最優(yōu)光源光質(zhì)，以期為西瓜幼苗生產(chǎn)規(guī)?；?xì)化的管理提供依據(jù)。2 材料和試驗(yàn)方法2.1材料供試西瓜幼苗，品種為早佳84-24，是由新疆農(nóng)科院哈密瓜研究中心選育。2.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)使用LED紅燈、藍(lán)燈是由飛利浦公司生產(chǎn)，其光照強(qiáng)度可以根據(jù)作物生長(zhǎng)需求進(jìn)行調(diào)節(jié)。該試驗(yàn)共4個(gè)處理，以熒光燈為對(duì)照，將LED光源分別設(shè)置為純紅光、純藍(lán)光以及紅藍(lán)配比為7:3。并

26、且調(diào)節(jié)LED光源,使熒光燈光強(qiáng)為150Molm-2s-1，紅光LED光強(qiáng)為100Molm-2s-1，藍(lán)光LED光強(qiáng)為50Molm-2s-1，紅藍(lán)LED混合光源光強(qiáng)為150Molm-2s-1。幼苗培養(yǎng)環(huán)境的光周期設(shè)置為14/10h，溫度設(shè)置為28/18，濕度設(shè)置為70%。2.3試驗(yàn)時(shí)間及地點(diǎn)本實(shí)驗(yàn)于2014年7月至2015年4月，在國(guó)家蔬菜改良中心華中分中心連棟玻璃溫室的人工氣候室內(nèi)完成育苗過(guò)程。后期的生理指標(biāo)、氣孔特征等指標(biāo)的測(cè)定是在華中農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝植物生物學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)電鏡平臺(tái)公共實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完成。2.4育苗過(guò)程采用1高錳酸鉀溶液對(duì)西瓜種子進(jìn)行消毒15min，種子洗凈之后采用5

27、560的溫水(其后不加熱水)浸種，浸種的時(shí)間為6h，之后將種子取出，瀝干半個(gè)小時(shí)后，放入30催芽箱中進(jìn)行催芽，也就是采用溫湯浸種的方法對(duì)西瓜種子進(jìn)行催芽。西瓜種子露白后，將西瓜種子按照每孔播種1粒種子的方式，播種于50孔硬塑料穴盤中，放入人工氣候室內(nèi)進(jìn)行光處理。因?yàn)槲鞴嫌酌绲某銎詴r(shí)期為三葉一心，為了更好地比較不同LED混合光源對(duì)西瓜幼苗的影響，所以選擇在西瓜實(shí)生苗長(zhǎng)到三葉一心時(shí)，對(duì)幼苗的形態(tài)指標(biāo)、生理指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量。培育砧木、接穗幼苗的基質(zhì)是用草炭、珍珠巖、有機(jī)肥按照7 V2 V1 V的比例配制而成。在玻璃溫室內(nèi)培育嫁接苗，待嫁接苗成活，將嫁接苗放在人工氣候室內(nèi)用不同光質(zhì)的光源進(jìn)行處理。LED光

28、源處理實(shí)驗(yàn)共4個(gè)處理，每個(gè)處理50株嫁接苗，重復(fù)3次。2.5測(cè)定方法2.5.1幼苗的形態(tài)指標(biāo)單個(gè)形態(tài)指標(biāo)的測(cè)定：不同光源處理下隨機(jī)取6株幼苗，用水小心洗去根部的基質(zhì)，并擦干植株上的水分，對(duì)其進(jìn)行形態(tài)的測(cè)定。對(duì)葫蘆、南瓜、西瓜幼苗直接用直尺測(cè)量株高；游標(biāo)卡尺測(cè)量莖粗；用根系掃描儀和專業(yè)的根系形態(tài)學(xué)和結(jié)構(gòu)分析應(yīng)用系統(tǒng) WINRhizo測(cè)量根系的長(zhǎng)度、面積、直徑、體積；用電子天平稱鮮重。測(cè)量干重時(shí)，先將幼苗裝入紙袋內(nèi)，再放入80烘箱內(nèi)，待其至恒重，最后用電子天平進(jìn)行稱取。綜合形態(tài)指標(biāo)的測(cè)定：采用公式“干物質(zhì)含量=干重/鮮重100%”計(jì)算幼苗干物質(zhì)的含量；采用“生長(zhǎng)速率=全株干重/育苗天數(shù)”計(jì)算幼苗的

29、生長(zhǎng)速率；西瓜幼苗采用公式 “壯苗指數(shù)=莖粗/株高全株干重”計(jì)算幼苗的壯苗指數(shù)；采用公式“根冠比=地下干重/地上干重”計(jì)算幼苗的根冠比。 2.5.2幼苗的葉綠素含量相對(duì)葉綠素的測(cè)定：不同光源處理下，取長(zhǎng)勢(shì)相同的葉子，采用日本（Konica Minolta）生產(chǎn)的SPAD-502葉綠素計(jì)來(lái)測(cè)定其相對(duì)葉綠素含量，每個(gè)10次重復(fù)。2.6 數(shù)據(jù)處理試驗(yàn)的所有數(shù)據(jù)采用Excel 2003軟件進(jìn)行作圖和計(jì)算，用SPSS-Statistics 19.0軟件過(guò)程進(jìn)行顯著性分析。3 結(jié)果與分析3.1 LED光源對(duì)西瓜幼苗形態(tài)指標(biāo)的影響幼苗的生長(zhǎng)狀況、健壯程度主要是通過(guò)幼苗的形態(tài)指標(biāo)來(lái)反應(yīng)。單個(gè)的形態(tài)指標(biāo)主要包括

30、幼苗株高、莖粗、全株干鮮重、根系長(zhǎng)度、根系體積等。為了更加全面的反應(yīng)幼苗的質(zhì)量，除了用單個(gè)的形態(tài)指標(biāo)來(lái)反應(yīng)外，往往還需要經(jīng)過(guò)公式計(jì)算出幼苗的干物質(zhì)含量、生長(zhǎng)速率、壯苗指數(shù)等綜合指標(biāo)，從而來(lái)對(duì)幼苗質(zhì)量進(jìn)行全面的衡量。不同光照處理下，西瓜幼苗的形態(tài)指標(biāo)顯現(xiàn)出顯著差異。經(jīng)過(guò)LED混合光源處理的西瓜幼苗，與其他光照處理相比，西瓜幼苗的株高降低，莖粗、干重、鮮重，以及根系體積均有所增加，幼苗的根冠比無(wú)顯著差異。與對(duì)照組相比，紅光LED光源、藍(lán)光LED光源以及LED混合光源R/B=7:3處理過(guò)的早佳84-24幼苗的全株鮮重分別減少29.95%、減少68.1%、增加35.0%；幼苗的全株干重分別減少51.9

31、%、減少80.0%、增加35.0%；幼苗的生長(zhǎng)速率分別減少41.4%、減少79.5%、增加65.6%，并且都達(dá)到了顯著水平。與對(duì)照相比，在LED混合光源R/B=7:3處理下，早佳84-24幼苗的莖粗、鮮重、干重顯著增加，株高顯著下降。由表1可知，與對(duì)照相比，經(jīng)過(guò)LED光源處理的幼苗的根系直徑無(wú)顯著差異，根系長(zhǎng)度、根系面積、根系體積出現(xiàn)顯著差異，并在 LED 混合光源R/B=7:3下出現(xiàn)最大值。與對(duì)照組相比，紅光LED光源、藍(lán)光LED光源、LED混合光源R/B=7:3處理過(guò)的早佳84-24幼苗的根系體積分別減少81.6%、減少90.8%、增加28.5%。在LED混合光源R/B=7:3處理下，早佳

32、84-24幼苗的干物質(zhì)含量為9.34，與其他處理呈現(xiàn)出顯著差異（圖1）。經(jīng)過(guò)LED混合光源R/B=7:3處理的早佳84-24的生長(zhǎng)速率、壯苗指數(shù)顯著高于其他處理組。 表1 LED光源對(duì)西瓜（早佳84-24）幼苗形態(tài)指標(biāo)的影響處理株高（cm）莖粗（mm）全株鮮重（g）全株干重（g）根冠比根長(zhǎng)(cm)根面積（cm2）根直徑（mm)根體積(cm3)CK24.180.78b2.390.06b1.770.08b0.1350.004b0.0500.003a47.784.25b7.620.75b0.5070.023a0.0980.012bR28.131.09a1.970.04c1.240.10c0.0650

33、.007c0.0410.009a9.780.64c1.480.12c0.4810.020a0.0180.002cB15.230.39c1.700.05d0.5650.03d0.0270.002b0.0390.004a5.180.84d0.740.10d0.4770.042a0.0090.001dR/B=7:322.900.60b2.830.06a2.390.08a0.2230.011a0.0540.002a63.573.38a10.030.47a0.5040.015a0.1260.008a注：不同小寫字母表示經(jīng)Duncan新復(fù)極差測(cè)驗(yàn)達(dá)到5%顯著水平，下同。注：各部分分別進(jìn)行多重比較，下同。圖

34、1 LED光源對(duì)西瓜（早佳84-24）幼苗干物質(zhì)含量的影響圖2 LED光源對(duì)西瓜（早佳84-24）幼苗生長(zhǎng)速率的影響圖3 LED光源對(duì)西瓜（早佳84-24）幼苗壯苗指數(shù)的影響3.2 LED光源對(duì)西瓜幼苗葉綠素含量的影響葉綠素的功能是捕獲光能并驅(qū)動(dòng)電子轉(zhuǎn)移到反應(yīng)中心，直接參與了植物的光合作用進(jìn)程。葉綠素含量降低，葉綠體發(fā)育受到抑制，光和效率降低，生長(zhǎng)遲緩，甚至導(dǎo)致植株死亡。因此葉綠素含量是影響幼苗形態(tài)建成的重要指標(biāo)。由圖4可知，在不同光源處理下，早佳84-24幼苗在相對(duì)葉綠素（SPAD）含量上存在顯著差異。與對(duì)照相比，早佳84-24幼苗在LED混合光源R/B=7:3處理下相對(duì)葉綠素含量顯著提高9

35、.5%；經(jīng)過(guò)紅光LED光源、藍(lán)光LED光源處理過(guò)的幼苗的相對(duì)葉綠素含量分別顯著降低了24.8%、35.6%。圖4 LED光源對(duì)西瓜幼苗相對(duì)葉綠素含量的影響4 討論4.1 LED光源對(duì)幼苗形態(tài)指標(biāo)的影響不同的光質(zhì)會(huì)對(duì)幼苗的形態(tài)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響(Hogewoning et al 2010)。通過(guò)不同光質(zhì)的LED光源對(duì)西瓜幼苗進(jìn)行處理發(fā)現(xiàn)，LED混合光源照射能夠起到培育壯苗的作用，各個(gè)幼苗形態(tài)結(jié)構(gòu)上具有相似的變化趨勢(shì)。不同光源處理下，西瓜幼苗的株高、莖粗、干鮮重、根系參數(shù)、干物質(zhì)含量、生長(zhǎng)速率、壯苗指數(shù)都存在顯著差異。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，藍(lán)光成分可以促進(jìn)植株矮壯，因?yàn)樗{(lán)光降低了幼苗生長(zhǎng)素（IAA）水平(Li

36、and Kubota 2009)，藍(lán)光的增加抑制了幼苗株高的伸長(zhǎng)，促進(jìn)了莖粗的增加。本研究中發(fā)現(xiàn)藍(lán)光光源單獨(dú)照射下，西瓜幼苗株高顯著減少，但是莖粗卻不見增加。造成這種差異可能是由于不同的植株對(duì)的響應(yīng)機(jī)制不同。只有LED混合光源才會(huì)增加其株高，其可能的原因是復(fù)合光的調(diào)節(jié)機(jī)制不同于單色光單獨(dú)作用。根系對(duì)植物的生長(zhǎng)起著舉足輕重的作用，植物根系能吸收、合成、輸導(dǎo)水分和養(yǎng)分，并且具有固定植物體的作用。根系發(fā)達(dá)能極大地促進(jìn)植物的生長(zhǎng)。本研究中，不同光質(zhì)的光照處理下，幼苗的根系長(zhǎng)度、根系面積、根系體積存在顯著差異。經(jīng)過(guò)LED混合光源處理的早佳84-24幼苗的根系長(zhǎng)度、根系面積、根系體積顯著高于對(duì)照。邸秀茹等

37、（2008）同樣發(fā)現(xiàn)紅藍(lán)混合光源能極大地促進(jìn)冬青試管苗根系的生長(zhǎng)。這對(duì)于培育壯苗奠定了基礎(chǔ)。工廠化育苗常采用的是塑料穴盤進(jìn)行育苗，幼苗根系發(fā)達(dá)，將基質(zhì)很好的固定起來(lái)，這樣便于移植，極大的提高了幼苗的成活率。與對(duì)照相比，經(jīng)過(guò)LED混合光源處理過(guò)西瓜幼苗的鮮重、干重、干物質(zhì)含量均有所增加，這說(shuō)明紅藍(lán)混合LED能很好的促進(jìn)幼苗有機(jī)物的積累。同時(shí)，本研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)LED光源R/B=7:3處理的幼苗的生長(zhǎng)速率、壯苗指數(shù)顯著高于對(duì)照。紅藍(lán)混合LED促進(jìn)了幼苗的生長(zhǎng)，這與前人在菠菜、蘿卜(Yorio et al 2001)、生菜(Johkan et al 2010)、菊花(Kim et al 2004)、黃

38、瓜（曹剛等 2013）、馬鈴薯(Jao and Fang 2004)、葡萄(Poudel et al 2008)、草莓(Nhut et al 2003)等研究一致。這可能是因?yàn)橹参飳?duì)光譜的吸收具有選擇性（段奇珍等 2010），與熒光燈相比，紅藍(lán)混合LED能為西瓜嫁接苗進(jìn)行光合作用提供更多的有效光譜（段奇珍等 2010）。所以采用適宜范圍的紅藍(lán)混合LED光源對(duì)幼苗進(jìn)行照射，在相同的光照強(qiáng)度下能夠激發(fā)出更多被幼苗所吸收的有效光譜(Goins et al 1997)，所以紅藍(lán)混合LED處理下的幼苗壯苗指數(shù)更高，植株也表現(xiàn)的更加健壯。4.2 LED光源對(duì)幼苗葉綠素含量的影響除了形態(tài)指標(biāo)，葉綠素含量高低

39、也是判斷種苗質(zhì)量的一種重要的方式。植物通過(guò)葉綠素來(lái)吸收光能，葉綠素含量多能促進(jìn)植物的光合作用。與對(duì)照組相比，早佳84-24幼苗相對(duì)葉綠素含量在R/B=7:3處理下顯著高出9.5%。在適宜的 LED混合光源中，幼苗葉綠素的含量增加能促進(jìn)幼苗對(duì)光源的吸收。紅藍(lán)光譜與植物中葉綠素的吸收光譜相吻合（段奇珍等 2010），能促進(jìn)幼苗進(jìn)行光合作用，這樣能促進(jìn)幼苗的生長(zhǎng)。采取LED光源準(zhǔn)確提供植物光合吸收峰值區(qū)波長(zhǎng)組合光質(zhì)，是設(shè)施植物生產(chǎn)通過(guò)光環(huán)境調(diào)控實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)的途徑（劉文科等 2012）。5結(jié)論與對(duì)照光源處理相比，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)LED混合光源R/B=7:3處理的早佳84-24幼苗植株矮壯、根系發(fā)達(dá)、干物質(zhì)積累多、

40、生長(zhǎng)速率快、壯苗指數(shù)高、葉綠素含量較高；而經(jīng)過(guò)單色紅光LED光源和單色藍(lán)光LED光源處理的早佳84-24幼苗植株莖稈纖細(xì)，根系弱、干物質(zhì)含量低、生長(zhǎng)速率慢、壯苗指數(shù)低、葉綠素含量。綜合分析可知，單色LED光源單獨(dú)照射會(huì)影響西瓜幼苗的正常發(fā)育進(jìn)程，而LED混合光源（R/B=7:3）照射能夠起到培育壯苗的作用，是西瓜幼苗生長(zhǎng)最適宜的補(bǔ)光光質(zhì)。參考文獻(xiàn)1. 曹剛，張國(guó)斌，郁繼華等. 不同光質(zhì)LED光源對(duì)黃瓜苗期生長(zhǎng)及葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013：1297-1304.2. 邸秀茹，崔瑾，徐志剛等. 不同光譜能量分布對(duì)冬青試管苗生長(zhǎng)的影響. 園藝學(xué)報(bào)，2008：1339-1344.3.

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