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针对目前蔬菜生产上面临的季节性光照匮乏的问题,利用人工光源对设施蔬菜进行补光和工厂化生产的照光研究已经越来越受到关注。以往的研究主要集中在光合有效光谱范围内(400-700nm)的红、蓝单一光谱组分或复配光谱组分对植物生长发育的影响。为了进一步提高人工光源照射或补光的效能,探讨在自然光谱基础上添加补充远红光的生物学效应也在积极地进行中。本试验采用光合有效光谱的LED白光(B450+G530+R650)的基础上添加远红光(730nm)进行人工光源照射培养处理黄瓜幼苗,以期排除自然光中远红光谱组分的干扰,来探究添加远红光组分的生物学效应和育苗效应,分析黄瓜幼苗干物质累积分配及光合活性的远红光谱信号调控效应,探索光合有效光谱范围内的复合白光添加远红光谱照射模式下PSⅡ和PSⅠ之间能量捕获状态的平衡性,优化LED光源的高效电照模式,进一步充实设施蔬菜育苗补光技术或工厂化生产的照光技术。
在光强为300μmol/m2·s复合白光基础上添加远红光照射后,无论是试验Ⅰ添加远红光强度0、30、60、90μmol/m2·s的处理,还是试验Ⅱ60μmol/m2·s远红光基础上,添加远红光时长0、6、9、12h的处理,黄瓜幼苗的归一化壮苗指数均显著高于对照。试验ⅠFR60和试验Ⅱ12H归一化壮苗指数最高,提高了31.01%和40.04%。然而试验Ⅲ添加远红光同时段和异时段处理,W+FR同时段的归一化壮苗指数显著高于对照,而W+FR异时段与对照无明显差异。除W+FR异时段外添加远红光叶面积显著提高了31.31~47.88%。综合来看,以复合白光为基础光下添加60μmol/m2·s的远红光同时段照射12h有利于培育黄瓜壮苗,育苗能效可提高约15~30%。
添加远红光照射后,黄瓜幼苗全株的干重均有明显的提高,其中试验Ⅰ和试验Ⅱ还呈现出干重随着远红光强度和时长的增加而趋饱和增加的趋势,试验Ⅰ中FR60和FR90的全株干重最大,提高了67.05%和60.50%;试验Ⅱ中9H和12H的全株干重最大,提高了46.61%和41.55%;试验Ⅲ中W+FR同时段全株干重最大,提高了33.55%。干物质分配均会呈现出从叶片向叶柄尤其是向茎转移分配为主的特征。
添加远红光照射处理还增加了可溶性糖、游离氨基酸和淀粉的累积,试验Ⅰ中FR60的可溶性糖和淀粉累积最多,即FR60处理的可溶性糖呈现出从叶片向茎和根为主的转移分配特征。全株各器官的游离氨基酸含量分配更加倾向于叶柄尤其是茎的分配特征;全株各器官的可溶性蛋白含量分配随着添加远红光强度的增加更加倾向于叶柄、茎乃至根的分配特征。
添加远红光对于光合机构构建无明显效应,但强度过高会使得PSⅡ的反应中心数目和PIABS有所下降。添加远红光照射处理后,黄瓜幼苗叶片的暗适应下PSⅡ潜在活性和光适应下的PSⅡ实际动力学活性均受到显著影响。一方面使得PSⅡ的供体侧活性受到抑制,△WoK和△WoJ显著增加。另一方面使得PSⅡ受体测活性却有所提高,试验Ⅰ处理下FR60和试验Ⅱ处理下的6H和9H的ψPO和ψEO略有增加。然而,FR60处理的Fv/Fm、qP均较强,与1-qP显著低于对照相关联,有利于减轻对PSⅡ的光损伤。重要的是,FR60的PSⅡ和PSⅠ间的不平衡偏离系数β/α-1降低了18.89%,改善了PSⅡ和PSⅠ间的平衡关系。
综合来看,在复合白光(WB+G+R)基础上添加远红光既具有能量效应又具有信号调控效应,不仅使得PSⅡ和PSⅠ之间的平衡性有所改善而有利于光能的转化利用,而且显著增加了光合叶面积,提高了黄瓜幼苗的干物质累积。同时改善源库关系,促进了叶片的干物质和可溶性糖向茎和根的转移分配,有利于培养壮苗,从而提高LED光源育苗的能效。
在光强为300μmol/m2·s复合白光基础上添加远红光照射后,无论是试验Ⅰ添加远红光强度0、30、60、90μmol/m2·s的处理,还是试验Ⅱ60μmol/m2·s远红光基础上,添加远红光时长0、6、9、12h的处理,黄瓜幼苗的归一化壮苗指数均显著高于对照。试验ⅠFR60和试验Ⅱ12H归一化壮苗指数最高,提高了31.01%和40.04%。然而试验Ⅲ添加远红光同时段和异时段处理,W+FR同时段的归一化壮苗指数显著高于对照,而W+FR异时段与对照无明显差异。除W+FR异时段外添加远红光叶面积显著提高了31.31~47.88%。综合来看,以复合白光为基础光下添加60μmol/m2·s的远红光同时段照射12h有利于培育黄瓜壮苗,育苗能效可提高约15~30%。
添加远红光照射后,黄瓜幼苗全株的干重均有明显的提高,其中试验Ⅰ和试验Ⅱ还呈现出干重随着远红光强度和时长的增加而趋饱和增加的趋势,试验Ⅰ中FR60和FR90的全株干重最大,提高了67.05%和60.50%;试验Ⅱ中9H和12H的全株干重最大,提高了46.61%和41.55%;试验Ⅲ中W+FR同时段全株干重最大,提高了33.55%。干物质分配均会呈现出从叶片向叶柄尤其是向茎转移分配为主的特征。
添加远红光照射处理还增加了可溶性糖、游离氨基酸和淀粉的累积,试验Ⅰ中FR60的可溶性糖和淀粉累积最多,即FR60处理的可溶性糖呈现出从叶片向茎和根为主的转移分配特征。全株各器官的游离氨基酸含量分配更加倾向于叶柄尤其是茎的分配特征;全株各器官的可溶性蛋白含量分配随着添加远红光强度的增加更加倾向于叶柄、茎乃至根的分配特征。
添加远红光对于光合机构构建无明显效应,但强度过高会使得PSⅡ的反应中心数目和PIABS有所下降。添加远红光照射处理后,黄瓜幼苗叶片的暗适应下PSⅡ潜在活性和光适应下的PSⅡ实际动力学活性均受到显著影响。一方面使得PSⅡ的供体侧活性受到抑制,△WoK和△WoJ显著增加。另一方面使得PSⅡ受体测活性却有所提高,试验Ⅰ处理下FR60和试验Ⅱ处理下的6H和9H的ψPO和ψEO略有增加。然而,FR60处理的Fv/Fm、qP均较强,与1-qP显著低于对照相关联,有利于减轻对PSⅡ的光损伤。重要的是,FR60的PSⅡ和PSⅠ间的不平衡偏离系数β/α-1降低了18.89%,改善了PSⅡ和PSⅠ间的平衡关系。
综合来看,在复合白光(WB+G+R)基础上添加远红光既具有能量效应又具有信号调控效应,不仅使得PSⅡ和PSⅠ之间的平衡性有所改善而有利于光能的转化利用,而且显著增加了光合叶面积,提高了黄瓜幼苗的干物质累积。同时改善源库关系,促进了叶片的干物质和可溶性糖向茎和根的转移分配,有利于培养壮苗,从而提高LED光源育苗的能效。