紅藍光下不同光強和光質(zhì)配比對生菜光合能力影響機理.pdf

1、人工光栽培是實現(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)?；瘧?yīng)用的關(guān)鍵因素。LED作為波長單一、光質(zhì)可自由組合的高效節(jié)能光源，被認為是現(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和紅藍光配比對植物生長、形態(tài)和品質(zhì)影響等方面，缺乏對紅藍LED組合光下不同光配比

2、和光強對植物光合能力影響機理的研究，難以從光合層面上闡明提升光合效率的途徑；同時，也缺乏從光能和電能利用效率角度提出降低系統(tǒng)運行成本的技術(shù)參數(shù)。針對以上問題，本文從研究紅藍光配比和光強對植物光合能力影響機理入手，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行成本，為推廣應(yīng)用提供科學的理論依據(jù)。本研究選擇在世界范圍內(nèi)廣泛種植，對光響應(yīng)敏感的模式植物—生菜作為試驗材料。試驗選用“奶油”生菜（Lactuca sat

3、iva L.）品種，采用營養(yǎng)液栽培，利用紅藍LED作為生長光源，從生長形態(tài)、光合特性、光響應(yīng)曲線、CO2響應(yīng)曲線、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，研究不同紅藍光配比和光強對生菜葉片光合能力的影響：
　　（1）在篩選適宜生菜生長光強的研究中，設(shè)置紅藍光配比（R/B）為1，光強為200、300和400μmol·m-2·s-1共3個光強梯度，光強200μmol·m-2·s-1處理下生菜光能利用效率（L

4、UE）達到最大；光強為300μmol·m-2·s-1下電能利用效率（EUE）達到最大，但光強200μmol·m-2·s-1下生菜EUE與其無顯著性差異?；诠?jié)能高效生產(chǎn)考慮，確定光強200μmol·m-2·s-1為生菜生長適宜的光照強度。
　?。?）在不同R/B對生菜葉片光合能力影響的研究中，設(shè)置生長光強為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時達到最大；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時最大。因此，增加藍光比例可以顯著提高葉片的光合能力，但抑制了葉片擴展，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下達到最大。因此，確定在光強200μmol·m-2·s-1下，R/B=12為生菜生長適宜的光照強度。
　?。?）在相同R/B下光強對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個光質(zhì)處理，200和400μmol·m-2·s-1兩個光強梯度；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200μmol·m-2·s-1光強下減小R/B來實現(xiàn)；并且，400μmol·m-2·s-1光強下葉片Pn和Amax隨R/B減小而增加的趨勢與200μmol·m-2·s-1光強下Pn和Amax隨R/B的變化趨勢一致。因此，一定范圍內(nèi)減小R/B可以達到與增加光強對葉片光合能力相同的提升效果。
　?。?）在不同光強對生菜葉片光合能力影響的研究中，設(shè)置R/B=12，光強分別為100、150、200和300μmol·m-2·s-

8、1共4個處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：葉片Pn和Amax隨著光強增加而增加，增加光強促進了氣孔打開，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，增強了葉片的光合能力。同時，由于增加光強不僅引起葉片Pn提高，還促進葉面積增加，增強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增加而增加。光強200μmol·m-2·s-1處理下生菜LUE和EUE最大，光強為300μmol