紅藍(lán)光下不同光強(qiáng)和光質(zhì)配比對(duì)生菜光合能力影響機(jī)理.pdf

1、人工光栽培是實(shí)現(xiàn)植物工廠化生產(chǎn)的重要方式，但較高的光源能耗一直是制約其規(guī)模化應(yīng)用的關(guān)鍵因素。LED作為波長(zhǎng)單一、光質(zhì)可自由組合的高效節(jié)能光源，被認(rèn)為是現(xiàn)階段人工光植物工廠的理想光源。作為人工光植物工廠的核心，探明并優(yōu)化LED的光質(zhì)配方及其光強(qiáng)參數(shù)是提高植物生產(chǎn)能力和降低人工光能耗的關(guān)鍵。紅藍(lán)光作為植物葉片吸收的主要光譜，相關(guān)研究已經(jīng)很多，但主要集中在不同光強(qiáng)和紅藍(lán)光配比對(duì)植物生長(zhǎng)、形態(tài)和品質(zhì)影響等方面，缺乏對(duì)紅藍(lán)LED組合光下不同光配比

2、和光強(qiáng)對(duì)植物光合能力影響機(jī)理的研究，難以從光合層面上闡明提升光合效率的途徑；同時(shí)，也缺乏從光能和電能利用效率角度提出降低系統(tǒng)運(yùn)行成本的技術(shù)參數(shù)。針對(duì)以上問(wèn)題，本文從研究紅藍(lán)光配比和光強(qiáng)對(duì)植物光合能力影響機(jī)理入手，以期為提高生菜的光能利用效率確定適宜的光環(huán)境參數(shù)，減少人工光植物工廠的運(yùn)行成本，為推廣應(yīng)用提供科學(xué)的理論依據(jù)。本研究選擇在世界范圍內(nèi)廣泛種植，對(duì)光響應(yīng)敏感的模式植物—生菜作為試驗(yàn)材料。試驗(yàn)選用“奶油”生菜（Lactuca sat

3、iva L.）品種，采用營(yíng)養(yǎng)液栽培，利用紅藍(lán)LED作為生長(zhǎng)光源，從生長(zhǎng)形態(tài)、光合特性、光響應(yīng)曲線(xiàn)、CO2響應(yīng)曲線(xiàn)、熒光特性、光合電子流分配、氣孔特性、氮含量和光能利用效率等方面入手，研究不同紅藍(lán)光配比和光強(qiáng)對(duì)生菜葉片光合能力的影響：
　?。?）在篩選適宜生菜生長(zhǎng)光強(qiáng)的研究中，設(shè)置紅藍(lán)光配比（R/B）為1，光強(qiáng)為200、300和400μmol·m-2·s-1共3個(gè)光強(qiáng)梯度，光強(qiáng)200μmol·m-2·s-1處理下生菜光能利用效率（L

4、UE）達(dá)到最大；光強(qiáng)為300μmol·m-2·s-1下電能利用效率（EUE）達(dá)到最大，但光強(qiáng)200μmol·m-2·s-1下生菜EUE與其無(wú)顯著性差異?；诠?jié)能高效生產(chǎn)考慮，確定光強(qiáng)200μmol·m-2·s-1為生菜生長(zhǎng)適宜的光照強(qiáng)度。
　?。?）在不同R/B對(duì)生菜葉片光合能力影響的研究中，設(shè)置生長(zhǎng)光強(qiáng)為200μmol·m-2·s-1，光質(zhì)為R、R/B=12、R/B=8、R/B=4、R/B=1、B和FL共7個(gè)處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：除B

5、外，葉片Pn和Amax隨R/B減小而增加，在R/B=1時(shí)達(dá)到最大；B處理下生菜葉片的Pn和Amax分別較R/B=1處理低7.6％和11.8%；FL處理下Pn低于R/B=1處理，與R/B=8、R/B=4和B處理之間無(wú)顯著差異，顯著高于R和R/B=12處理。然而，葉面積、葉片數(shù)和地上干重隨著R/B減小而減小，在R/B=12時(shí)最大。因此，增加藍(lán)光比例可以顯著提高葉片的光合能力，但抑制了葉片擴(kuò)展，減小了葉面積，不利于地上部分整體光合產(chǎn)物的積累。

6、在R、R/B=12、8、4、1和B6個(gè)光質(zhì)處理中，生菜LUE和EUE隨著R/B增加而增加，在R/B=12下達(dá)到最大。因此，確定在光強(qiáng)200μmol·m-2·s-1下，R/B=12為生菜生長(zhǎng)適宜的光照強(qiáng)度。
　?。?）在相同R/B下光強(qiáng)對(duì)生菜葉片光合能力影響的研究中，設(shè)置R、R/B=12、8、4、1和B共6個(gè)光質(zhì)處理，200和400μmol·m-2·s-1兩個(gè)光強(qiáng)梯度；結(jié)果發(fā)現(xiàn)：400μmol·m-2·s-1下較高R/B下葉片的光合

7、能力可以通過(guò)200μmol·m-2·s-1光強(qiáng)下減小R/B來(lái)實(shí)現(xiàn)；并且，400μmol·m-2·s-1光強(qiáng)下葉片Pn和Amax隨R/B減小而增加的趨勢(shì)與200μmol·m-2·s-1光強(qiáng)下Pn和Amax隨R/B的變化趨勢(shì)一致。因此，一定范圍內(nèi)減小R/B可以達(dá)到與增加光強(qiáng)對(duì)葉片光合能力相同的提升效果。
　?。?）在不同光強(qiáng)對(duì)生菜葉片光合能力影響的研究中，設(shè)置R/B=12，光強(qiáng)分別為100、150、200和300μmol·m-2·s-

8、1共4個(gè)處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：葉片Pn和Amax隨著光強(qiáng)增加而增加，增加光強(qiáng)促進(jìn)了氣孔打開(kāi)，減少了氣孔阻力，降低了Rubisco氧化/羧化比和總光合電子傳遞速率向光呼吸分配的比例，提高了Rubisco的羧化能力，增強(qiáng)了葉片的光合能力。同時(shí)，由于增加光強(qiáng)不僅引起葉片Pn提高，還促進(jìn)葉面積增加，增強(qiáng)了光合有效輻射捕獲量，從而引起生菜地上部分干重隨著光強(qiáng)增加而增加。光強(qiáng)200μmol·m-2·s-1處理下生菜LUE和EUE最大，光強(qiáng)為300μmol