LED照明|光质对植物生长发育的影响（下）

 

 

 刘厚诚

 

　　华南农业大学园艺学院设施农业科学与工程系教授、《2018阿拉丁照明产业调研白皮书》植物照明 总顾问

 

　　不同光质的LED灯对植物生长品质的影响

 

　　光质对植物的生长发育、光合特性、产量、品质等方面均有较大影响。研究表明，绿光和红光对彩色甜椒幼苗茎的伸长有明显促进作用，蓝光对幼苗有矮化作用，复合光比单色光的效应更好，绿光下明显徒长。红光不利于菊花茎的增加，红光处理茎长比对照少43.0%;也有红光有利于菊花植株茎杆增粗的报道。增加蓝光比例可有效降低黄瓜幼苗的株高，红光比例增加能够使光合作用的产物较多地转运到幼苗的叶片。生菜的叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素都随蓝 光比例增加而增加。经蓝光处理或增加蓝光比例显著增加了植物叶绿素的含量从而使植株光合速率显著提高。说明蓝光光强比例较高时可能有利于光合色素的合成。红蓝组合光中含7%蓝光植物光合作用就可以正常运转;随着蓝光比例的增加，叶片光合能力也随之提高，但蓝光比例超过50%后叶片光合能力会降低。

 

　　植物在单红光光质照射下，干物质积累较多，节间较长，茎粗较小，叶片细小，总糖含量高; 在单蓝光光质照射下的植株，干物质重积累少，节间较短，茎较粗，一定程度上抑制了茎的伸长生长。红光处理的黄瓜幼苗叶片可溶性糖含量最高，蓝光处理的可溶性蛋白含量最高，与对照相比，均有显著性差异。红光处理番茄幼苗的叶绿素含量增加，气孔导度及蒸腾速率有所提高，光合速率显著高于其它处理;蓝光处理的叶绿素含量略低，但光合速率仍显著高于对照，原因可能是蓝光促进气孔开放，增加了叶片的胞间CO2浓度。植株叶片气孔导度的增大特异地受蓝光的诱导。

 

　　对大多数植物而言，红光对叶面积的増加有促进作用。红光处理下萝卜苗菜、香椿苗、番茄、黄瓜幼苗、烟草、草毒和生菜等叶片扩展较快，叶片较大。同样蓝光可以增加叶片的面积，但是蓝光抑制了烟草、一品红和花叶草等的叶片扩展。蓝光添加到红光上可明显提高生菜的叶面积。红蓝黄光处理下菠菜叶面积显著大于其他处理。红光处理有利于番茄、茄子、黄瓜、生菜等作物干物质的积累。红蓝复合光促进辣椒、蝴蝶兰、薇菜和黄瓜等生物量增加。在红蓝光组合基础上添加绿光、黄光、紫光和白光灯，对生菜、樱桃番茄、不结球白菜的生物量有显著影响。

 

　　红光下有利于植物体碳水化合物的积累。红光处理下能显著提髙菠菜、黄瓜、辣椒、番茄幼苗、萝卜芽苗菜的可溶性糖含量。红光可以促进淀粉的积累，这在大豆、棉花、油葵芽苗菜和甘蓝型油菜等作物上都有报道。因为叶片中光合产物的输出能被红光抑制，从而使淀粉积累在叶片中。叶片中可溶性蛋白含量的变化是反映叶片生理功能的可靠指标之一。蓝光有利于蛋白质的合成。蓝光促进了豌豆苗、生菜、黄瓜、芽苗菜的可溶性蛋白含量。蓝光显著促进菊花 叶片氨基酸总量和糖含量的増加。目前的研究发现，蓝光可明显促进线粒体的暗呼吸，而在呼吸过程中产生的有机酸可作为合成氨基酸的碳架，从而有利于蛋白质合成。

 

　　复合光谱对植物的光合产物也有不同的促进作用。黄光有利于生菜中可溶性糖和蛋白质的合成、番茄中的蔗糖含量形成和促进油菜芽苗菜游离氨基酸的积累。低剂量UV-B与红光复合显著提高番茄中糖含量的积累。蓝光与UV-A能促进黄瓜果实蛋白质的合成。蓝红组合光促进可溶性搪和可溶性蛋白的积累。红蓝白复合光促进可溶性糖和氮含量的合成。红蓝绿光组合处理的番茄幼苗总淀粉含量最髙。SOD作为植物内源的活性氧清除剂，在逆境中维持较高的活性，才能有效地清除活性氧，使之保持较低水平，从而减少其对膜结构和功能的破坏。

 

　　研究发现，绿光下彩色甜椒幼苗SOD的活性最高，蓝光和红光差异不显著; POD是活性氧清除剂，其活性的提高可以减轻活性氧对膜的伤害，绿光下POD活性最低;CAT能清除自由基，维持膜系统的完整性，以减轻不良环境对植物的伤害作用，白光的CAT活性最高，蓝光次之，绿光下CAT活性较高，黄光和红光下该酶活性相近。紫光和蓝光通过提高黄瓜幼苗CAT等抗氧化酶的活性及其基因表达，延缓叶绿素和可溶性蛋白的降解以及膜质过氧化，从而起到缓解植株的衰老的作用。

 

　　红光和蓝光是植物吸收的主要光源，也是植物主要光受体的信号光源。弱光条件下，进行LED红蓝光源补光可有效控制黄瓜幼苗徒长，提高秧苗质量，缓解弱光下的生理胁迫伤害。红蓝复合光促进了辣椒、水稻五叶期幼苗和生菜植株生物量的积累。蓝光占60%的红蓝组合光源可能是樱桃番茄果实品质相对较好的光源。红/蓝(2:1)补光条件下的番茄幼苗叶面积值最大，但红/蓝(7:1)补光条件下的叶面积值在红蓝复合光中相对较小，表明红光比例的增加只能在一定范围内促进叶生长。

 

　　红光利于油麦菜茎叶径向生长，适当增加蓝光比例则有利于其茎叶横向生长、根系发育和光合色素合成，植株不易倒伏，并能提高叶片的光合、蒸腾和荧光特性，从而促进油麦菜生长，增加生物量和养分含量。弱光条件会降低黄瓜幼苗可溶性蛋白的含量，经过红蓝补光后，可溶性蛋白有明显的增加。红/蓝(2:1)补光下的番茄幼苗叶片中可溶性糖含量和可溶性蛋白质含量达到最大值。LED混合红蓝光源处理葫芦和南瓜幼苗根系发达、干物质含量高、壮苗指数增加、种苗质量提高;红蓝混合LED中蓝光成分的增多，抑制了幼苗茎的伸长，促进了幼苗茎粗的增加。

 

　　莴苣幼苗在红蓝光下子叶面积、可溶性糖、淀粉、碳水化合物、蔗糖和C/N均为最大且显著高于红光，说明在红光中添加适量蓝光更有利于莴苣幼苗的碳水化合物积累。25%和50%的蓝光量处理有利于生菜生物量的积累，光合色素含量多，有较大的叶面积，叶片较厚，有利于光合作用，同时根系发育良好，活性较强，有利于养分和水分吸收，长势较其他处理较好。叶绿素含量受R/B比值的影响很大，蓝光显著降低了草莓叶片中叶绿素的含量。660nm红光与450nm蓝光对生菜叶绿素的含量有一定调节作用，随着蓝光的增加与红光的减少，叶绿素a和b的含量逐渐降低。红蓝组合光处理的黄瓜幼苗净光合速率、气孔导度均最大，单一红、蓝光的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率均较小，但其胞间CO2浓度较高。适当增加蓝光能提高番茄幼苗的抗氧化酶活性，随着红光比例的增大，SOD和CAT等抗氧化酶类活性呈先增加后降低的趋势，R/B(2:1)补光下的SOD活性下降。

 

　　多数研究表明蓝光能降低植物鲜重和干重。而随着蓝光比例的增加，莴苣干重和鲜重变化趋势都表现为先增高后下降。不同生长阶段，蓝光对乌塌菜的生物量影响效应不同，生长前期生物量的增幅却与红/蓝值呈反比，在生长后期与红/蓝值呈正比。蓝紫光对茎的伸长有抑制作用。与白光相比，蓝紫光显著降低了生姜植株的株高增加了其茎粗。在光质对根系影响方面，有研究显示，蓝光和紫光处理的燕麦植株根系发根较多，根系发达。

 

　　研究发现红/蓝(1∶1)组合光能显著提高生菜的生长和品质指标;红/蓝(7∶3)是最适宜黄瓜幼苗生长的光质条件，且最大光合速率能达到单色红光下的4倍。当红/蓝为8∶1时，生菜表现出明显的光合优势。在红蓝复合光的基础上添加黄光有利于菠菜光合色素的合成，显著促进菠菜的生长，添加黄光和紫光能提高樱桃番茄幼苗的光合潜能，能够缓解红蓝弱光胁迫。

 

　　光质对蔬菜品质的影响

 

　　光质能影响植物的许多生理过程，尤其在光合作用和植物形态建成方面具有重要的作用，对特定的光波的合理利用有利于提高蔬菜的营养品质。

 

　　通常认为，红光有利于碳水化合物的积累，能促进可溶性糖的