中國農業大學學報 2024 29 10 120 130 Journal of China Agricultural University http 遠紅光綠光側面補光對水培番茄幼苗生長質量的影響 陳 仁 1 2 丁雨騰 1 2 劉思卉 1 2 王振偉 1 2 王可禹 1 2 劉文科 1 3 王 勉 4 1 佛山科學技術學院 物理與光電工程學院 粵港澳智能微納光電技術聯合實驗室 廣東 佛山 528225 2 佛山科學技術學院 食品科學與工程學院 廣東 佛山 528225 3 中國農業科學院 農業環境與可持續發展研究所 農業部設施農業節能與廢棄物處理重點實驗室 北京 100081 4 佛山皓徠特光電有限公司 廣東 佛山 528000 摘 要 為提高植物工廠番茄育苗壯苗指數和生理指標 以 京研 番茄作為研究對象 頂部照明LED光源的紅藍 光配比設定為3 1 紅光波長 660 10 nm 藍光波長 450 10 nm 光合光子通量密度 PPFD 為250 mol m 2 s 光周期14 h 10 h 設置7個處理 無側面補光 CK 綠光單側補光 G u 遠紅光單側補光 F u 綠光 遠紅光單側補 光 GF u 綠光雙側補光 G b 遠紅光雙側補光 F b 綠光 遠紅光雙側補光 GF b 番茄育苗47 d后收獲 測定各處 理下番茄幼苗生長指標和生理指標參數 結果表明 與CK組相比 F b 處理的矮生紅番茄莖粗 地上部干重 地下部 干重和壯苗指數提高 其中壯苗指數2提高了33 6 綠光補光G u 和G b 處理下番茄的生長指標顯著降低 其中G b 處理的壯苗指數1下降了53 1 綠光補光G u 和G b 處理增加矮生紅番茄葉綠素含量 而遠紅光補光F u 和F b 處理顯 著降低矮生紅番茄葉綠素含量 綠光補光G u 和G b 處理顯著降低矮生紅番茄硝態氮含量 綠光或遠紅光補光顯著提 高矮生紅番茄葉片的可溶性蛋白含量 綜上 綠光補光抑制矮生紅番茄幼苗的生長 遠紅光則促進生長 雙側補光 效果強于單側補光 遠紅光雙側補光促進作用最佳 關鍵詞 植物工廠 矮生紅番茄 遠紅光 綠光 單雙側補光 生長質量 中圖分類號 S625 4 文章編號 1007 4333 2024 10 0120 11 文獻標志碼 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 陳仁 丁雨騰 劉思卉 王振偉 王可禹 劉文科 王勉 遠紅光綠光側面補光對水培番茄幼苗生長質量的影響 J 中國農業大學學報 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 基金項目 粵港澳智能微納光電技術聯合實驗室項目 2020B1212030010 2023年佛山基地聯合培養扶持項目 廣東省大學生科技創新培育專項資金資助項目 pdjh2023b0548 第一作者 陳仁 ORCID 0009 0004 2086 7573 講師 主要從事植物工廠與植物照明研究 E mail chenren fosu edu cn 通訊作者 劉文科 ORCID 0000 0003 4066 8120 研究員 主要從事植物工廠與植物照明研究 E mail liuwenke caas cn 第 10 期 陳仁等 遠紅光綠光側面補光對水培番茄幼苗生長質量的影響 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 植物工廠是以農業設施為載體 采用智能控制 技術和生物技術 通過人工光照 溫濕度和營養液等 環境因子調控農作物生長 實現農作物的高產 優質 和高效栽培 1 同時 植物工廠番茄育苗具有生長周 期短 育苗質量高 初始投資和電力成本較低等優 點 這些優點促進了植物工廠在育苗方面的發展和 應用 LED光源具有效率高 調光響應速度快和壽 命長等優點 2 可通過光質 光強 光周期 光照角度 和補光方式等調控方法 顯著促進植物工廠番茄等 植株生長光環境 并進一步降低照明能耗 由于空間資源的稀缺 植物工廠一般采用多層 栽培方法 植物工廠種植矮小的植物 葉菜 種苗 和草莓等 利用頂部照明來實現從上到下的空間 分布 這種頂部照明的方式具有生物光合效率高 安裝和操作方便等優點 然而 葉菜等矮小的植物 種植密度高 在生長后期相互壓縮 導致葉片濃密 通過使用頂部照明 來自冠層上部的LED燈不能穿 透整個植株冠層 在植物生長的后期 冠層光不 足 冠層內的垂直空間光不均勻 特別是種植板邊 緣的垂直光不足 這加速了冠層底部和外葉的老 化 增加了葉片分選造成的人工成本 降低了植株 整體光合效率 導致產量的降低 3 4 而增加側方光 照不僅能增強生菜 草莓和菊花等植物的光合作 用 顯著調控其形態生理 還能促進葉片形成 分枝 形成和縮短開花周期 5 6 植物頂部照明與側面照 明相結合 可顯著提高植物冠層垂直空間照明強度 和均勻性 增加植物冠層截光面積和利用效率 提 升植物產量和品質 改善種植架中間植物和邊緣植 物的生長形態 本試驗在頂部照明的基礎上采用 了單側補光和雙側補光 在單側補光下 植物通過 單側光源照射植物的樹干或葉子 不會產生多個側 枝 7 單側補光適用于光照不足的植物如葡萄 辣 椒 可提高側方光照強度 促進葉片生長和光合作 用 提高植物產量 8 10 而雙側補光通過植物兩側 光源照射 促進植物產生多個側枝 增加葉片光照 強度 11 12 形成更大冠幅和更高產量 13 14 植物對光的反應可能因光強度 光周期和光質 量而異 在光譜特性研究中 從藍色到紅色的光譜 調控對植物生長發育的影響已被廣泛研究 例如可 以增強生物量和調整形態 15 16 特別是 補充遠紅 光已被有效地用于控制植物生長和形態發生 17 隨著遠紅光強度的增加 番茄植株的株高 節間長 121 中 國 農 業 大 學 學 報 2024 年 第 29 卷 度 莖粗和生物量受到顯著影響 18 遠紅光顯著影 響紅辣椒幼苗等植物的生長和光形態發生 19 22 綠 光是植物生長和開花的關鍵因素 綠光可以促進 植物的光合作用 促進植物的細胞分裂和形態發 生 抑制植物的氣孔開放 23 25 抑制植物生長激素的 合成 26 使植物的抗逆性增強 生長周期縮短 進而 提升產量和營養品質 27 綠光和遠紅光是影響植 物生長發育 產量和營養品質的重要光屬性 然而 在綠光 遠紅光LED光質條件下 通過側方補光提 高水培番茄苗育苗質量的研究尚未見報道 本研 究通過設置遠紅光 綠光和遠紅光綠光組合光側面 補光 探究最佳遠紅光和綠光側方補光光質以加快 番茄育苗速率和提升苗的質量 同時對番茄苗生長 和質量進行綜合分析 以期為植物工廠番茄高質量 育苗提供具有指導意義的側方補光光譜 1 材料與方法 1 1 試驗材料 本試驗于2023年4月在佛山科學技術學院物理 與光電工程學院植物工廠內進行 試驗采用水培方 式進行 栽培環境溫度為26 1 相對濕度為 55 5 CO 2 濃度為450 mol mol 50 mol mol 將 京研 番茄 Solanum lycopersicum L 種子接種 于海綿塊上 將海綿塊浸泡在塑料發芽盤的霍格蘭 營養液中 在黑暗中培養2 d 在頂部白色LED燈 板提供的 250 mol m 2 s 光合光子通量密度 PPFD 下 幼苗萌發15 d 光周期為14 h 8 00 22 00 懸掛高度在種植植物板上方45 cm處 LED燈板的尺寸為50 cm 50 cm 中山中富工廠技 術有限公司 中國 28 白色LED分別由15 8 的 藍光 400 500 nm 22 0 的綠光 500 600 nm 50 4 的紅光 600 700 nm 和11 8 的遠紅光 700 800 nm 組成 在第二片葉片完全展開后 將 幼苗從萌發盤移植到循環水培系統中持續培養 30 d 該系統由7套水培培養床 營養循環系統 頂 部照明LED面板和自動控制照明系統組成 圖1 幼苗在霍格蘭配方營養液中生長 在深層流動的水 培循環系統中生長 營養液電導率EC值為 1 8 0 1 dS m pH為6 8 0 2 每組有1行 每行有 8 棵番茄 在 14 h 光周期下 平均 PPFD 為 250 mol m 2 s 頂部的照明LED面板提供了峰 值波長為660 nm 2 nm的紅光 445 nm 2 nm的 藍光 紅藍光強度PPFD的比值為3 1 LED面板 尺寸為50 cm 50 cm 佛山皓徠特光電有限公司 中國 LED面板安裝在種植植物板上方32 cm處 側方照明線條燈采用遠紅光和綠光LED元件組合 佛山皓徠特光電有限公司 中國 側方照明線條 燈尺寸為50 cm 3 6 cm 2 4 cm 遠紅光波長為 圖1 綠光 遠紅光及其組合光單雙側補光處理番茄苗光照系統 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 陳仁等 遠紅光綠光側面補光對水培番茄幼苗生長質量的影響 730 nm 5 nm 綠光波長為530 nm 10 nm 使用 LI 1500輻照度測量儀器 LI COR USA 監測頂部 照明和側方照明的平均PPFD和光譜 1 2 試驗設計 先將種子用40 2 的溫水浸泡30 min 軟 化種子外殼 增加種子的發芽率 均勻鋪灑于放有 育苗紙的育苗盆后 用另一張育苗紙覆蓋 均勻灑 水后進行2 d暗處理 暗處理期間保持育苗紙濕潤 圖2 種子露白后 用鑷子輕夾置于2 cm 2 cm 的海綿塊 于育苗盤中在對應的光處理下清水種植 5 d 待發芽后定植于水培系統的種植籃中 每組56 株 番茄種子出芽到第1片真葉展開期間 使用1 3 濃度霍格蘭營養液 待第1片真葉展平后使用2 3 濃度霍格蘭營養液 第2片真葉展開后使用標準濃 度霍格蘭營養液 1 3 光周期處理 在光處理期 側方增加綠光 遠紅光和綠光遠紅 光組合光補光處理 每側綠光光合光子通量密度或 遠紅光光子通量密度 PFD 均為50 mol m 2 s 共設7組綠光和遠紅光不同單雙側的補光組合試 驗 分別為 無側面補光 CK 綠光單側補光 G u 遠紅光單側補光 F u 綠光 遠紅光單側補光 GF u 綠光雙側補光 G b 遠紅光雙側補光 F b 綠光 遠紅光雙側補光 GF b 光暗周期設置為 14 h 10 h 光期時間段 8 00 22 00 本試驗統 一連續培養47 d進行苗期采收 1 4 測定方法 1 4 1 生長指標測定 在第47天時取樣 各處理隨機選取6株番茄植 株 使用直尺測量株高 利用游標卡尺測量植株莖 粗 用吸水紙擦干番茄表面水分 使用電子天平 Si 234 USA 稱量地上部和地下部鮮重 將番茄 植株在100 下殺青30 min 以80 烘干至恒重 用 分析天平分別稱取地上部干重和根干重 并計算壯 苗指數 29 計算公式如下 壯苗指數1 莖粗 株高 全株鮮重 10 1 壯苗指數2 莖粗 株高 全株干重 10 2 1 4 2 生理指標測定 番茄葉片的葉綠素含量采用SPAD葉綠素儀 SPAD 502 Konica Minolta 日本 測定 硝態氮的 測定采用水楊酸分光光度計比色法 可溶性蛋白的 測定采用考馬斯亮藍光度計比色法 30 1 5 數據統計及分析 采用Excel進行數據整理 利用SPSS 8 0軟件 對數據進行顯著性分析 P 0 05表示差異顯著 運用Graph Pad Prism 9 0繪圖 2 結果與分析 2 1 遠紅光綠光側面補光對番茄苗株高和莖粗的 影響 株高是分析水培矮生紅番茄生長動態的重要 指標 通過測量株高 可以了解植株在不同生長階 段的高度變化 進而評估其生長速度和生長勢 由 圖3 a 可知 G u 和GF u 處理的株高與CK相比分別 CK 無側面補光 G u 綠光單側補光 F u 遠紅光單側補光 GF u 綠光 遠紅光單側補光 G b 綠光雙側補光 F b 遠紅光雙側補光 GF b 綠光 遠 紅光雙側補光 不同小寫字母表示不同處理之間差異顯著 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 圖2 綠光 遠紅光及其組合光單雙側補光處理番茄試驗流程 Fig 2 Experimental process of tomato treatment with green light farnullred light and their combination of single and double light supplements 123 中 國 農 業 大 學 學 報 2024 年 第 29 卷 顯著降低了20 1 和14 4 P 0 05 F u F b 與 CK差異不顯著 G b 和GF b 處理顯著降低水培矮生 紅番茄的株高 比CK處理組分別降低了38 3 和 27 3 P 0 05 綠光和綠光遠紅光組合光單側 補光水培矮生紅番茄的株高高于雙側補光 由此 可知 綠光補光對番茄植株的株高增長起抑制作 用 遠紅光補光對番茄植株株高的促進作用不 顯著 莖粗是描述作物在營養生長階段非生物脅迫 下生長的重要參數 31 莖在水的運輸和碳水化合 物的易位中起著關鍵作用 27 由圖3 b 可知 與 CK相比 F b 處理對水培矮生紅番茄莖粗起促進作 用 比CK處理提升了29 1 F u 處理與CK相比差 異不顯著 G u GF u G b 和GF b 處理與CK相比略降低 了水培矮生紅番茄的莖粗 由此可知 綠光對水培 矮生紅番茄植株莖粗的生長有抑制作用 遠紅光雙 側補光對于水培矮生紅番茄植株莖粗的生長有促 進作用 2 2 遠紅光綠光側面補光對水培矮生紅番茄地上 部和地下部鮮重 干重和壯苗指數的影響 植株的鮮重和干重也能反映其營養狀況 植物 的生長需要吸收養分 而干鮮重的比值可以計算出 植物的干物質含量 這是植物吸收和積累養分的直 接體現 水培矮生紅番茄地上部和地下部的鮮重隨 著綠光比例增大而減少 由圖4 a 和 b 可知 F u 與 F b 處理水培矮生紅番茄地上部的鮮重與CK對比差 異不顯著 G u 和GF u 處理水培矮生紅番茄地上部和 地下部鮮重相比CK顯著下降 分別下降了35 0 和33 1 P 0 05 G b 處理的地上部和地下部鮮 重相比CK顯著下降了64 6 和70 4 P 0 05 抑制效果最為顯著 說明綠光補光對水培矮生紅番 茄植株地上部和地下部的鮮重起抑制作用 且綠光 雙側補光的抑制作用最顯著 水培矮生紅番茄地上 部和地下部的干重隨著綠光比例增大而減少 由 圖4 c 和 d 可知 F u 和F b 處理地上部和地下部干 重與 CK 相比提升了 3 2 8 2 和 17 6 22 0 GF u 處理地上部和地下部干重與CK相比 下降了31 9 和20 8 G u GF b 和G b 處理地上部 和地下部干重與CK相比下降最為顯著 分別下降 了 31 9 36 2 61 7 和 39 7 41 0 62 5 P 0 05 在這3種處理中 G b 處理對于地 上部和地下部干重的影響最為顯著 G u GF b 和G b 處理番茄植株地上部和地下部干重顯著低于對照 遠紅光補光對番茄植株地上部和地下部干重積累 有輕微的促進作用 添加綠光對植物地上部和地下 部干重積累有抑制作用 且隨綠光總量增大抑制作 用增強 水培矮生紅番茄地上部和地下部干重組 間規律與番茄植株地上部鮮重和地下部鮮重規律 一致 壯苗指數是評價番茄育苗質量的重要指標 它 綜合考慮了植株的莖粗 株高 地上部和地下部干鮮 重等多個因素 能夠全面評估植株的生長狀況和發育 潛力 由圖5 a 和 b 可知 F b 處理壯苗指數1和2比 CK提高了17 5 和33 6 GF b 和GF u 處理的壯苗 指數1與2比CK下降了30 7 26 0 和24 4 30 0 G b 和G u 處理的壯苗指數1與2均比CK下降 了53 1 34 4 和50 0 35 5 可見遠紅光 補光對番茄壯苗指數具有促進作用 且遠紅光雙側補 圖3 不同光處理下矮生紅番茄幼苗的株高和莖粗 Fig 3 Plant height and stem diameter of dwarf red tomato seedlings under different light treatments 124 第 10 期 陳仁等 遠紅光綠光側面補光對水培番茄幼苗生長質量的影響 光對番茄的壯苗指數促進作用最顯著 綠光雙側補光 對番茄的壯苗指數抑制顯著 2 3 遠紅光綠光側面補光對番茄幼苗葉綠素含量 的影響 葉綠素是光合作用的關鍵物質 能夠促進植株 的光合作用和生長發育 由圖6可知 G u GF u G b 和GF b 處理的矮生紅番茄葉綠素含量均略高于CK F u 和F b 處理的矮生紅番茄葉片葉綠素含量略低于 CK 說明遠紅光補光處理對番茄葉綠素含量有抑 制作用 與其在株高 莖粗的作用效果相反 綠光補 光處理組與之相反 2 4 遠紅光綠光側面補光對番茄苗生理指標的 影響 硝態氮指硝酸鹽中所含有的氮元素 被人體攝 入后 大約會有5 被轉化為亞硝酸鹽 對人體有極 大的危害 32 光照條件的變化可以通過光合過程 圖4 不同光處理下矮生紅番茄幼苗的地上部 地下部鮮重與干重 Fig 4 Fresh and dry weights of aboveground and underground parts of dwarf red tomato seedlings under different light treatments 圖5 不同光處理下矮生紅番茄幼苗的壯苗指數 Fig 5 Strong seedling index of dwarf red tomato seedlings under different light treatments 125 中 國 農 業 大 學 學 報 2024 年 第 29 卷 影響植物對硝態氮的吸收 轉運和代謝過程 33 由 圖7 a 可知 GF u 和F u 處理番茄的硝態氮含量與 CK相比分別顯著提升 11 83 和 9 02 P 0 05 其他處理均顯著低于CK GF b 處理對番茄硝 態氮含量的抑制效果最顯著 比CK處理降低了 23 65 P 0 05 說明添加綠光補光對番茄硝 態氮含量有抑制作用 遠紅光補光對番茄硝態氮含 量有促進作用 遠紅光及其與綠光組合光單側補 光對番茄硝態氮含量有促進作用 而其雙側補光則 具有抑制作用 可溶性蛋白是植物體內氮素存在的主要形式 其含量的多少與植物體代謝和衰老有密切的關 系 34 由圖7 b 可知 F u 和G b 處理番茄葉片的可溶 性蛋白含量相比于CK提升最為顯著 兩組都提升 了24 0 P 0 05 G u 和F b 處理相比于CK分別 提升了16 6 和12 3 P 0 05 GF b 處理與CK 沒有顯著差異 GF u 處理相比于CK顯著下降了 17 9 P 0 05 在6種不同補光處理下 番茄葉 片的可溶性蛋白含量在遠紅光和綠光單雙側補光 處理下提升顯著 但在綠光和遠紅光組合單側補光 下效果不顯著且含量降低 3 討 論 3 1 綠光側面補光對水培番茄苗生長質量的影響 綠光是植物生長和開花的關鍵 它可以促進植 物的光合作用 促進植物的細胞分裂和形態發生 抑制植物的氣孔開放與植物生長激素的合成 增強 植物的抗逆性 縮短生長周期 提升產量和品質 35 適量的綠光可以促進植物的生長 Razzak等 36 發現 適當強度的綠光 30 mol m 2 s 結合紅光和藍 光 可以提高生菜的鮮重 Bian等 37 發現用紅光和 藍光補充綠光可以上調光合作用相關基因PsbA和 LHCb的表達 對維持光合能力有積極作用 此外 綠光已被證明可以逆轉藍光對氣孔張開的影響 38 使用綠光可以緩解氣孔張開并調節SlHA1 2和4 這驗證了綠光對提高番茄抗旱性的積極作用 39 在本試驗中 G u 和G b 處理相比CK處理葉綠素含量 提升顯著 但是 綠光多被用作輔助光 過高的綠 光導致產量下降 Kim等 40 發現補充較高比例的 綠光即76和129 mol m 2 s 會降低生菜的鮮重 Razzak等 36 也發現過強的綠光 50 mol m 2 s 會產生類似的情況 本試驗中 與CK處理相比 綠 光補光G u 和G b 處理的矮生紅番茄生長指標顯著降 低 其中壯苗指數1降低了50 0 和53 1 P 0 05 這可能是綠光照射的番茄幼苗受到光刺激 圖6 不同光處理下矮生紅番茄幼苗的葉綠素相對含量 Fig 6 Relative chlorophyll content of dwarf red tomato seedlings under different light treatments 圖7 不同光處理下矮生紅番茄幼苗的硝態氮和可溶性蛋白質量分數 Fig 7 Nitrate nitrogen and soluble protein mass fraction of dwarf red tomato seedlings under different light treatments 126 第 10 期 陳仁等 遠紅光綠光側面補光對水培番茄幼苗生長質量的影響 信號的影響 導致莖和葉片不能正常生長發育 從 而抑制矮生紅番茄幼苗的生長 3 2 遠紅光側面補光對水培番茄苗生長質量的 影響 在弱光下 遠紅光刺激葉綠體靠近細胞膜 增 加它們對光合作用所需的其他顏色光的吸收 光敏 色素的光感受器會從活性形式 Pr 轉變為非活性 形式 Pfr 改變細胞膜電位 激活赤霉素激素 刺激 細胞伸長 導致莖變長 41 遠紅光對植物形態表現 出多方面的影響 在白光200 mol m 2 s 條件下 補充遠紅光 3和6 W m 2 顯著增加了羽衣甘藍的 株高 節間長度 莖直徑和生物量 42 遠紅光誘導 白菜下胚軸細胞伸長 43 在紅藍光混合光強PPFD 值為200 mol m 2 s 條件下 補充50 mol m 2 s 遠紅光顯著增加了生菜的總生物量和葉面積 44 總葉面積取決于葉面積除以葉質量 SLA 和生物 量分配 在高遠紅光條件下更傾向于將生物量分配 給莖 45 Zou等 44 發現補充遠紅光可以降低葉綠素 含量 提高凈光合速率從而增強植物對光能的吸 收 但是 研究表明額外的遠紅光補光對光合作用 有不同的影響 Yang等 19 在大豆中觀察到補充遠 紅光后光合作用增加 Ji等 46 與Zhang等 47 發現遠 紅光補光對番茄和生菜的光合作用沒有影響 此 外 Ji等 46 與Kalaitzoglou等 48 都得出結論 遠紅光 對光合作用的長期影響是有限的 本試驗中 F u 和 F b 處理的干重與CK相比提升了20 8 和30 2 F b 處理對水培矮生紅番茄生長莖粗有促進作用 比 CK處理提升了29 1 這可能是側方補充遠紅光 刺激葉片伸長 莖粗增粗 促進了矮生紅番茄幼苗 的生長 提高了幼苗壯苗指數 3 3 綠光遠紅光側面補光對水培番茄苗生理指標 的影響 硝態氮是植物主要的無機氮源之一 植物通過 根系吸收硝態氮后 經過一系列生物化學反應 最 終將其轉化為氨基酸 進而合成蛋白質 49 因此 硝態氮的供應直接影響到植物體內可溶性蛋白的 合成速度和數量 GS 谷氨酰胺合成酶 和 GOGAT 谷氨酸合成酶 是植物氮同化的2種關鍵 酶 當植物體內的氨基充足時 GS可以將氨基轉 化為谷氨酰胺 然后GOGAT再將谷氨酰胺轉化為 谷氨酸 谷氨酸是植物體內氮同化過程的重要中 間產物 它可以進一步參與蛋白質的合成等生化過 程 50 研究發現 綠光比例在氮代謝中發揮著重要 作用 當氨基供應受限時 GS GOGAT循環會改 變其反應模式 生成的谷氨酸可能無法進入后續的 氮同化反應 然而 綠光強度的增加可以促進 GOGAT的活性 這意味著綠光可能通過增強 GOGAT的活性來影響氮同化過程 51 綠光比例 對葉類蔬菜的氮積累具有調節作用 52 在本試驗 中 與CK處理相比 G u 和G b 處理硝態氮含量顯著 降低 可溶性蛋白含量提升顯著 Zou等 44 發現遠 紅光導致總氮和葉綠素含量降低 減少葉片光吸 收 在下調葉片光合能力方面發揮著重要作用 植 物光敏色素是一種可溶性的色素 蛋白質復合 體 遠紅光照射可以促使光敏色素從紅光吸收型 Pr 轉變為遠紅光吸收型 Pfr 這種轉換進一步影 響植物的生長和發育過程 本試驗中 與CK處理 相比 遠紅光F u 和F b 處理降低矮生紅番茄葉綠素含 量 顯著提高矮生紅番茄葉片的可溶性蛋白含量 3 4 遠紅光綠光組合側方補光對水培番茄苗生長 質量的影響 在研究中發現 遠紅光與綠光的組合相較于單 一綠光照射 能夠顯著減弱綠光的抑制作用 這種 效果的產生 既涉及到光信號的作用 也包括光強 度變化的影響 遠紅光對植物生長發育的影響主 要是通過影響光感知系統 尤其是植物中的光素和 隱花色素 從而調節一系列下游生理和發育過程 如形態建成 伸長生長以及代謝途徑的改變 53 54 這些變化反映了遠紅光在植物光信號轉導中的核 心作用 以及它如何通過激活特定的光敏色素引發 植物對光照環境的細致調節 同時 遠紅光的加入 改變了光照環境中的光強度和光質比例 降低綠光 所占比重 從而減少了綠光的抑制效果 這種抑制 減弱不僅是由于光質的直接調整 還可能因為光照 強度的總體分配變化 為植物創造了一個更優化的 光照環境 因此 遠紅光與綠光組合對植物生長的 正面影響 是遠紅光作為光信號調節植物光敏色素 活性的結果 同時也是由于光強度調整對植物生長 條件的改善 在本試驗中 GF b 相比G b 處理地上部 與地下部干鮮重 壯苗指數均有提升 另外 在單側補光試驗中 植物只能從一邊受 光 另一側可能會受光不足 補光對植物的光合作 用 生長和發育影響效果不顯著 而相比單側補 光 雙側補光可以使植物兩側受光的影響更加明 127 中 國 農 業 大 學 學 報 2024 年 第 29 卷 顯 在本試驗中 雙側遠紅光補光F b 處理下的番茄 株高 莖粗 地上部和地下部干鮮重 壯苗指數等生 長指標比單側遠紅光F u 處理提升效果更佳 雙側 綠光補光G b 處理與單側綠光補光G u 處理對于番茄 生長指標的抑制作用更為顯著 4 結 論 綠光補光對水培矮生紅番茄生長抑制作用明 顯 且隨綠光光強增加其抑制作用增強 綠光雙側 補光抑制作用大于綠光單側補光 遠紅光補光對 水培矮生紅番茄生長有促進作用 隨遠紅光光強增 加 對植株生長的促進作用增強 遠紅光雙側補光 增強作用大于遠紅光單側補光 遠紅光雙側補光效 果最佳 參考文獻 References 1 魏靈玲 楊其長