不同光质对辣椒幼苗生长特征的影响.pdf

湖南农业科学（HUNAN AGRICULTURAL SCIENCES）2023 年 7 月40-耕作栽培生理生化湖南农业科学（HUNAN AGRICULTURAL SCIENCES）引用格式：蒋宏华，谢玲玲，肖伟，等.不同光质对辣椒幼苗生长特征的影响 J.湖南农业科学，2023（7）：40-45，49.DOI:DOI:10.16498/ki.hnnykx.2023.007.0072023（7）：40-45，49辣椒（Capsicum annuum L.）是我国重要蔬菜作物，早熟、高产、优质对辣椒产业发展具有重要意义1。育苗是生产过程中的一个重要环节，培育壮苗是早熟、高产、优质的基础2。为促使辣椒提早上市，我国南方地区普遍在冬前采用温室大棚育苗，但南方春季常出现的阴雨寡照天气会直接影响辣椒育苗的生长3。采用人工补光措施可改善育苗设施内的光照条件，是大棚育苗时常采用的一种经济有效且简单易行的方法。LED 是一种新型冷光源，其不同光质对辣椒幼苗生长特征的影响蒋宏华1，谢玲玲1，肖伟1，解涛1，王鑫1，武芳芳2（1.湖南省农业科学院蔬菜研究所，湖南 长沙 410125；2.湖南农业大学，湖南 长沙 410128）摘要：为了探究不同光质对辣椒幼苗生长发育的影响，在人工气候条件下研究了 LED 单质光对辣椒幼苗生长特性的影响。结果表明：红光处理后辣椒幼苗的叶绿素含量较低，但株高、鲜重、第一节间长度、完全伸展叶片的长度和宽度值均明显高于其他处理，到处理结束（处理后第 18 周）时红光处理的株高为 121.35 mm，比紫光、蓝光和全光（CK）处理分别高 44.70、51.72和 53.66 mm，红光处理的叶片长度比紫光、蓝光和全光（CK）处理分别长 18.64、17.16 和 13.05 mm，叶片宽度比紫光、蓝光和全光（CK）处理分别宽 3.24、1.27 和 3.26 mm；而蓝光和紫光处理辣椒幼苗的节间较短、茎较粗、叶绿素含量较高，到处理结束时，紫光、蓝光和红光处理的辣椒幼苗第一节间长度分别为40.22、45.97和48.01 mm，紫光处理的茎粗为2.07 mm，比蓝光、CK（全光）和红光处理分别粗 0.17、0.33 和 0.39 mm；相对于红光处理，蓝光和紫光处理的叶片栅栏组织排列较密且细胞较长，海绵组织较致密、胞间距较小；蓝光和紫光处理后根表皮和皮层细胞排列致密，中柱鞘、内皮层所占根横切面比例较大，茎的初生韧皮部分化较早，韧皮部和木质部所占比例较大，木质部和韧皮部增厚。因此，蓝光和紫光处理可以使辣椒幼苗生长健壮、根系发达，而红光处理可促进辣椒幼苗生长。关键词：光质；辣椒幼苗；生长指标；结构差异中图分类号：S641.3文献标识码：A文章编号：1006-060X（2023）07-0040-06Effects of Different Lights on Growth Characteristics of Pepper Seedlings JIANG Hong-hua1,XIE Ling-ling1,XIAO Wei1,XIE Tao1,WANG Xin1,WU Fang-fang2（1.Hunan Vegetable Research Institute,Hunan Academy of Agriculture Sciences,Changsha 410125,PRC;2.Hunan Agricultural University,Changsha 410128,PRC）Abstract：This study aimed to explore the effects of different LED light quality on the growth characteristics of pepper seedlings under artificial climatic conditions.Three different light treatments were used,and the growth indexes and tissue structure of pepper seedlings in a closed light plant culture darkbox in an artificial climate chamber were investigated with white light(full light)as CK.The results showed that chlorophyl content in the pepper seedlings treated with red light was relatively low,but the plant height,fresh weight,the first internode length,and the length and width of the fully unfloded leaves were obviously superior to those of the other treatments;by the end of treating(the 18th week after treatment),in red light treatment the plant height was 121.35 mm,respectively 44.70,51.72 and 53.66 mm higher than in purple,blue and white light(CK)treatments,the leaf length was 18.64,17.16 and 13.05 mm longer,respectively,and the leaf width was 3.24,1.27 and 3.26 mm wider,respectively.The pepper seedlings treated with blue or purple light were relatively short in the first internode length,thick in the stem and high in the chlorophyl content.By the end of treating,the peper seedlings treated with purple,blue and red lights were respectively 40.22,45.97 and 48.01 mm in the first internode length.The purple light treatment was 2.07 mm in the stem thickness,0.17,0.33 and 0.39 mm thicker than the blue,CK and red light treatments,respectively.In contrast to the red light treatment,of the blue and purple light treatments the leaf palisade tissue cells were long and arranged densely,the spongy tissues were dense and small in cell spacing;the cells of the root epidermis and cortex arranged densely,and the pericycle and endodermis accounted for a large proportion of root cross section;the primary phloem of the stem differentiated early,and the phloem and xylem thickened,accounting for a large proportion.Therefore,both blue and purple light treatments can make pepper seedlings robust and roots developed,while red light treatment can promote the growth of pepper seedlings.Key words：light quality;pepper seedling;growth indexes;structure difference收稿日期：20230324基金项目：湖南省自然科学基金（2021JJ30410；2022JJ30348）；创新平台与人才计划种业创新项目（2021NK1006）作者简介：蒋宏华（1972），男，湖南邵阳市人，副研究员，主要从事蔬菜遗传育种及产业化研究。通信作者：武芳芳蒋宏华等：不同光质对辣椒幼苗生长特征的影响41-耕作栽培 生理生化光源发热量小，能近距离照射植物，且光质纯，可按照需要获得纯正单色光或复合光谱，波长可与植物光形态建成的光谱范围吻合4。光质可影响植物的生命活动，能够控制和调节植物的发育状况、代谢过程、生长形态及产品品质5，因此不同光质强度对植物的生长发育、光合特性、产量、品质2和抗逆性6-7等均有较大影响，而光质对植物的这些影响会因植物种类或同一种植物的不同生长阶段而存在差异8。为了确定不同光质对辣椒幼苗生长发育的作用，笔者在人工气候条件下研究了 LED 单质光对辣椒生长特性的影响，以期为培育合理株型的辣椒壮苗提供参考。1材料与方法1.1供试材料供试辣椒品种为兴蔬 6 号，由湖南兴蔬种业有限公司提供。供试 LED 灯管由深圳前景光电科技有限公司定做，分别为全光（CK）、红光（R）、蓝光（B）和紫光（P），各种光质的光谱组成及总光强见表 1。用反光板制作4个规格为100 cm80 cm80 cm的暗盒，每个暗盒内安装不同光质的 LED 灯管各 4 支备用。供试育苗盘为常规 72 孔育苗盘，育苗基质为采购于山东省园艺研究所的商用育苗基质。1.2试验方法试验于 2021 年 11 月至 2022 年 2 月在湖南省农业科学院蔬菜研究所蔬菜工程实验室的人工智能温室中进行。不同光质设红光（R）、蓝光（B）和紫光（P）3 个处理，以全光为对照（CK）。辣椒种子消毒后浸种 6 h，置于 30恒温培养箱中催芽，种子露白后播于 72 孔育苗盘中育苗，待幼苗子叶张开时置于上述准备好的安装有不同光质 LED 灯管的暗盒中分别采用红光、蓝光、紫光和全光（CK）进行培养，每个处理 4 个育苗盘。培养条件为温度白天 28、夜间 18，每天光照时间为 7：0019：00，培养周期为 18 周。1.3测定项目与方法1.3.1生长指标测定从不同光质处理 1 周后开始，每处理随机取 3 株测定株高、第一节间长、完全伸展叶片长度、完全伸展叶片宽度、茎粗、幼苗单株叶片数、幼苗鲜重，用便携式叶绿素荧光仪（HM-YA便携式叶绿素荧光仪，恒美）测定叶绿素含量。11月 16 日上午 10 时进行第一次测定，此后每隔 7 d测定 1 次，共测定 18 次。1.3.2幼苗组织结构观察从不同光质处理后的第4 周至第 8 周，每隔 1 周取辣椒幼苗的根、茎、叶组织制作石蜡切片，经番红固绿染色、中性树胶封片后，置于光学显微镜下观察拍照。1.4数据统计分析用 Excel 2016 软件进行数据统计，用 Origin 8.5软件做图，用 DPS 9.5 软件进行显著性分析。2结果与分析2.1不同光质处理对辣椒幼苗生长指标的影响2.1.1不同光质处理后辣椒幼苗的生长情况由图1 可知，红光处理后辣椒幼苗的株高较高，叶片较长较宽，但叶大而薄、茎较细、节间较长，茎节间色素累积少，根系发育较弱；蓝、紫光处理后辣椒幼苗健壮、根系发育好，且较红光和全光处理具有促进辣椒幼苗分叉的效果，能提早花芽分化。2.1.2不同光质处理对叶片叶绿素含量的影响从图 2 可以看出，不同处理辣椒幼苗叶片的 SPAD 值总体维持在 2550，处理 1 周时各处理间的叶绿素含量差异不明显，但在第 2 周后不同光质处理间的叶绿素含量存在较为明显的差异，其中 CK（全光）处理的叶绿素含量稍高于蓝光和紫光处理，蓝光和紫光处理与 CK 的叶绿素含量均基本维持稳定；红光处理的叶绿素含量前期逐渐减少且明显低于其他处理，到第 7 周后基本维持稳定，SPAD 值仅为 2528。2.1.3不同光质处理对幼苗鲜重的影响由图 3 可知，从处理后第 2 周开始，红光、蓝光和紫光处理的幼苗鲜重均大于 CK（全光）处理，且随着处理时间的增长不同处理间的差异变大，到第 18 周时红光处理的幼苗鲜重比紫光、蓝光和 CK 分别多 0.62、1.12和 1.28 g；各处理的幼苗鲜重整体表现为红光紫光蓝光全光（CK）。2.1.4不同光质处理对幼苗株高和第一节间长度的影响由图 4 可知，从处理后的第 3 周开始，红光表 1供试光质的光谱组成及总光强mol/（m2s）不同光质红 光（625 nm）绿 光（450 nm）蓝 光（525 nm）紫 光（380 nm）总 PPFD全 光（CK）34.23356.50043.0000.011133.028紫 光（P）0.5751.4550.382133.627135.657红 光（R）77.33162.31215.3210.196154.964蓝 光（B）21.02218.968116.9850.268156.975湖南农业科学（HUNAN AGRICULTURAL SCIENCES）2023 年 7 月42-耕作栽培生理生化图 1不同光质处理后辣椒幼苗的生长情况01020304050123456789101112131415161718SPAD值光照处理时间（周）CK紫光蓝光红光图 2不同光质处理对辣椒幼苗叶片叶绿素含量的影响0.00.51.01.52.02.53.012345678910 11 12 13 14 15 16 17 18幼苗鲜重（g）光照处理时间（周）CK紫光蓝光红光图 3不同光质处理对辣椒幼苗鲜重的影响020406080100120140123456789101112131415161718株高（mm）光照处理时间（周）CK紫光蓝光红光0102030405060123456789101112131415161718第一节间长度（mm）光照处理时间（周）CK紫光蓝光红光图 4不同光质处理对辣椒幼苗生长指标的影响蒋宏华等：不同光质对辣椒幼苗生长特征的影响43-耕作栽培 生理生化处理的辣椒幼苗株高明显高于其他处理，到第 18 周时，红光处理的株高为 121.35 mm，比紫光、蓝光和全光（CK）处理分别高 44.70、51.72 和 53.66 mm。CK（全光）处理辣椒幼苗的第一节间长度随光照时间增加而明显增长，红光和蓝光处理的第一节间长度也有一定程度增加，但紫光处理的第一节间长度增加较小；第一节间长度整体表现为全光（CK）红光蓝光紫光，到处理结束（第 18 周）时，紫光、蓝光和红光处理的辣椒幼苗第一节间长度分别为 40.22、45.97 和 48.01 mm，CK 为 58.12 mm，CK比紫光、蓝光和红光处理分别长 44.50%、26.43%和21.06%，这说明蓝、紫单色光均能不同程度地抑制第一节间伸长且以紫光处理的抑制作用最明显。2.1.5不同光质处理对幼苗完全伸展叶片长度、宽度的影响 由图 5 可知，到处理后第 18 周时，红光处理的叶片长度比紫光、蓝光和全光（CK）处理分别长 18.64、17.16 和 13.05 mm；红光处理的叶片宽度比紫光、蓝光和全光（CK）处理分别宽 3.24、1.27和 3.26 mm。0102030405060123456789101112131415161718完全伸展叶片长度（mm）光照处理时间（周）CK紫光蓝光红光051015202530123456789101112131415161718完全伸展叶片宽度（mm）光照处理时间（周）CK紫光蓝光红光图 5不同光质处理对辣椒幼苗完全伸展叶片长度和宽度的影响2.1.6不同光质处理对幼苗茎粗和单株叶片数的影响由图 6 可知，到处理后第 18 周时，紫光处理的茎粗为 2.07 mm，比蓝光、CK（全光）和红光处理分别粗 0.17、0.33 和 0.39 mm，说明紫光和蓝光处理能明显增加幼苗的茎粗，在生产上有利于培养壮苗。红光处理的幼苗单株叶片数略高于其他处理，但蓝光、紫光和 CK（全光）处理间的单株叶片数没有明显差异。0.40.71.01.31.61.92.2123456789101112131415161718茎 粗（mm）光照处理时间（周）CK紫光蓝光红光45678910123456789101112131415161718单株叶片数(片/株)光照处理时间（周）CK紫光蓝光红光图 6不同光质处理对辣椒幼苗茎粗和单株叶片数的影响2.2不同光质处理对辣椒幼苗组织结构的影响2.2.1对根组织结构的影响蓝、紫光处理后辣椒根系的根毛萌发早，表皮和皮层细胞排列致密，中柱鞘、内皮层所占根横切面比例较大，细胞分裂旺盛；而红光和 CK（全光）处理的皮层薄壁组织所占根横截面比例较高，且细胞体积较大（见图 7）。2.2.2对茎组织结构的影响由图 8 可知，不同光质处理对辣椒幼苗茎的韧皮部和木质部影响较大，蓝光和紫光处理辣椒幼苗茎的初生韧皮部分化较早，髓部所占茎横切面比例较小，韧皮部和木质部所占比例较大；前期各处理茎部都有较为清晰的 4 个维管束，随着光处理时间的增加，蓝光和紫光处理的韧皮部和木质部分裂出多层致密的细胞，后期韧皮部和木质部明显增厚，维管束相互紧靠，几乎成为连续的圆筒，髓的比例逐渐缩小，其中紫光更为明显；而红光处理的维管束数量并未随光照处理时间的增加而增加，且韧皮部和木质部发展缓慢，最终萎缩成薄薄的一层，髓部所占比例较大。蓝光和紫光处理使木质部和韧皮部增厚，有利于增加幼苗的韧性和抗倒伏能力，同时还有利于植株养分的运输，使根系获得更多同化产物而有利于根系的发育。2.2.3对叶组织结构的影响由图 9 可知，不同光质处理对辣椒幼苗叶片组织结构的影响更明显，相湖南农业科学（HUNAN AGRICULTURAL SCIENCES）2023 年 7 月44-耕作栽培生理生化对于红光处理，蓝光和紫光处理的叶片栅栏组织排列较密且细胞较长，叶绿体主要附着于栅栏组织，且海绵组织较致密、胞间距较小。3讨论光质对植物生长发育的影响首先表现在植物光形态建成方面，不同光质及其组成比例对植物的生长发育、形态建成、光合作用及根系形态等均有影响9-10。有研究表明，红光、蓝光、红蓝复合光对植物的生长、品质、光合特性都有一定的促进作用，红光能调控植物的生长发育，而蓝光能够调控植物的营养品质，同时在叶绿素形成、叶绿体发育和气孔发育等方面也具有重要作用，蓝红复合光则有利于幼苗的生长、发育和光合作用11-13。笔者的试验结果表明，红光处理后辣椒幼苗的叶绿素含量较低，但株高、鲜重、第一节间长度、完全伸展叶片的长度和宽度值均明显高于其他处理，到处理结束（处理后第 18 周）时红光处理的株高为 121.35 mm，比图 8不同光质处理后辣椒幼苗茎的剖面显微结构图 7不同光质处理后辣椒幼苗根的剖面显微结构（标尺 200 m，下同）蒋宏华等：不同光质对辣椒幼苗生长特征的影响45-耕作栽培 生理生化图 9不同光质处理后辣椒幼苗叶的剖面显微结构紫光、蓝光和全光（CK）处理分别高 44.70、51.72和 53.66 mm，红光处理的叶片长度比紫光、蓝光和全光（CK）处理分别长 18.64、17.16 和 13.05 mm，叶片宽度比紫光、蓝光和全光（CK）处理分别宽 3.24、1.27 和 3.26 mm，表明红光处理可促进辣椒幼苗茎的伸长、叶片扩展以及干物质积累；而蓝光和紫光处理辣椒幼苗的节间较短、茎较粗、叶绿素含量较高，到处理结束时，紫光、蓝光和红光处理的辣椒幼苗第一节间长度分别为 40.22、45.97 和 48.01 mm，紫光处理的茎粗为 2.07 mm，比蓝光、CK（全光）和红光处理分别粗 0.17、0.33 和 0.39 mm。因此，蓝光和紫光处理可以使辣椒幼苗生长健壮、根系发达，而红光处理可促进辣椒幼苗生长。根据不同光质效果，在实际生产中可在光照不足时采用红光处理促进幼苗生长，当营养生长至一定阶段后采用蓝光和紫光处理促进壮苗。叶片是植物中可塑性较强的器官，植物叶片对环境条件的变化敏感，光质对叶片的组织结构有较明显的影响14。柯学等15的研究认为，单质蓝光和红蓝组合光处理后烟草的叶片厚度、栅栏组织厚度均显著高于单质红光处理。而红光有利于黄瓜幼苗叶片的长度和宽度以及叶片面积增大16。三叶青用不同光质处理 60 d 后茎叶的显微结构会发生变化，红光有利于茎蔓的伸长，而蓝光可明显促进新茎直径增大、变粗，且有利于叶片扩展和鲜重的增加17。笔者的试验结果表明，相对于红光处理，蓝光和紫光处理的叶片栅栏组织排列较密且细胞较长，叶绿体主要附着于栅栏组织，且海绵组织较致密、胞间距较小；蓝、紫光处理后辣椒幼苗根表皮和皮层细胞排列致密，中柱鞘、内皮层所占根横切面比例较大，茎的初生韧皮部分化较早，髓部所占茎横切面比例较小，韧皮部和木质部所占比例较大，木质部和韧皮部增厚，这不仅有利于增加幼苗的韧性和抗倒伏能力，而且还有利于植株养分的运输，使根系获得更多同化产物而有利于根系的发育。参考文献：1 弭宝彬，周火强，谢玲玲，等.育苗基质配比及育苗方式对辣椒成苗的影响 J.中国农学通报，2019，35（28）：63-69.2 段青青，张禄祺，张自坤.不同生育期补光对温室甜椒生长、产量及品质的影响 J.植物生理学报，2021，57（4）：950-962.3 刘玉兵，陈海燕，王军伟，等.LED 红蓝光质调控辣椒幼苗生长的光合机制研究 J.河南农业科学，2021，50（7）：145-153.4 屈成，刘芬，陈光辉，等.LED 红蓝光质对水稻幼苗生长及生理特性的影响 J.核农学报，2020，34（9）：2095-2102.5 黄雯，甘小虎，魏猷刚，等.不同 LED 光源对甘蓝幼苗生长发育的影响 J.上海农业学报，2021，37（3）：20-23.6 刘福长，杨玉凯，林碧英.不同光质夜间补光对番茄幼苗耐冷性的影响 J.福建农业学报，2020，35（11）：1222-1227.7 郑冬梅，李彩霞，林碧英，等.不同 LED 光质对紫甘蓝幼苗生长的影响 J.热带作物学报，2017，38（6）：1058-1063.8 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