LED光质对猴樟幼苗生长和光合特性的影响_李金苗.pdf
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1、 收稿日期:2022-08-01 基金项目:江西省重点研发计划重点项目(2016BBF60075),江西省教育厅科技计划项目(GJJ160362)和江西省林业科技创新专项项目(创新专项2019 25 号)共同资助。作者简介:李金苗,硕士研究生。E-mail:*通信作者:喻苏琴,博士,讲师。E-mail: 安徽农业大学学报,2023,50(3):396-401 Journal of Anhui Agricultural University DOI 10.13610/ki.1672-352x.20230625.011 网络出版时间:2023-06-26 15:54:32 URL https:/
2、LED 光质对猴樟幼苗生长和光合特性的影响 李金苗1,2,罗天宇1,刘 玮1,2,冯星宇1,喻苏琴1,2*(1江西农业大学林学院,南昌 330045;2江西省森林培育重点实验室,南昌 330045)摘 要:为研究不同光质对猴樟生长及光合作用的影响,对猴樟幼苗开展了 LED 光源控制试验。设置红光、蓝光、红蓝(7:3)复合光和白光(对照)4 个处理,测定了猴樟的生物量、光合参数和叶绿素荧光参数等指标,并运用主成分分析法对 4 种光质进行了综合评价。结果表明,处理 5 个月后,与白光相比,红光除增大了最大光化学效率(Fv/Fm)之外,其在猴樟苗的株高、地径、生物量、净光合速率(Pn)和水分利用效率
3、(WUE)上都显著减小,即红光抑制了猴樟苗的生长和表观光合作用。蓝光下猴樟苗生长性状与白光类似,但 Pn和 Fv/Fm 减小,Y(NO)增大,说明蓝光显著抑制光合。红蓝光下除了地径减小、叶生物量增大之外,其余指标与白光没有明显差异。4 种光质对猴樟苗的综合效应优劣顺序为白光红蓝光蓝光红光。白光下综合表现最优,红光下最差。猴樟设施化育苗中应首选白光和红蓝光等复合光源。关键词:LED 光质;猴樟幼苗;生长;光合 中图分类号:S723.1 文献标识码:A 文章编号:1672-352X(2023)03-0396-06 Effects of LED light quality on the growth
4、 and photosynthetic characteristics of Cinnamomum bodinieri seedlings LI Jinmiao1,2,LUO Tianyu1,LIU Wei1,2,FENG Xingyu1,YU Suqin1,2(1.College of Forestry,Jiangxi Agricultural University,Nanchang 330045;2.Jiangxi Provincial Key Laboratory of Silviculture,Nanchang 330045)Abstract:In order to study the
5、 effects of different light qualities on the growth and photosynthesis of Cin-namomum bodinieri seedlings,LED light source control experiments were carried out.Four treatments of red light,blue light,red-blue(7:3)composite light and white light(control)were set up.The biomass,photosynthetic parame-t
6、ers and chlorophyll fluorescence parameters of C.bodinieri were measured.The principal component analysis was used to comprehensively evaluate the four light qualities.The results showed that after 5 months of treatments,com-pared with white light,red light increased the maximum photochemical effici
7、ency(Fv/Fm),but it significantly de-creased the plant height,ground diameter,biomass,net photosynthetic rate(Pn)and water use efficiency(WUE),that is,red light inhibited the growth and apparent photosynthesis of C.bodinieri.The growth traits of C.bodinieri seed-lings under blue light were similar to
8、 those under white light with the decrease of Pn and Fv/Fm and the increase of the Y(NO),indicating that blue light significantly inhibited the photosynthesis.In addition to the decrease of ground diameter and the increase of leaf biomass,there was no significant difference between red-blue light an
9、d white light.The comprehensive effects of four light qualities on C.bodinieri seedlings were white light red-blue light blue light red light.The result indicated that comprehensive performance of C.bodinieri treated with the white light was the best,and which treated with the red light was the wors
10、t.Composite light sources such as white light and red-blue light should be preferred in facility seedling raising of C.bodinieri.Key words:LED light quality;Cinnamomum bodinieri seedlings;growth;photosynthesis 50 卷 3 期 李金苗等:LED 光质对猴樟幼苗生长和光合特性的影响 397 猴樟(Cinnamomum bodinieri)隶属樟科樟属,为常绿乔木状,是亚热带常绿阔叶林中的建
11、群树种,特产于中国,主要分布在贵州、云南、四川、湖北、湖南等地区。猴樟材质坚实,树干通直,叶片有光泽和香味,根、枝、叶各部位均含芳香油,是一种优良的材用、油用、造林用和绿化用的多功能树种1,具有广阔的开发利用前景,而优质壮苗是猴樟推广应用的重要物质基础和保障。与苗圃和大田育苗相比,设施育苗可控化程度高,能够促进苗木生长,提高苗木质量,缩短育苗周期,且便于实现工厂化、机械化生产和集约化管理,省工省时2,是培育优质苗木的有效途径,也是现代育苗技术的重要体现。光是影响植物生长发育的重要因素,对植物形态建成、光合作用和物质代谢等过程都有重要作用,光环境控制包括光质的调节是设施化育苗中的一项重要技术3。
12、近年来,利用固态技术光源如发光二极管(即 LED 灯)等为设施系统提供光源引起了人们的极大兴趣4。LED 因体积小、使用寿命长、热能输出低等优点,在保护地设施照明中得到了广泛应用5。因此研究LED 光质对猴樟幼苗生长生理的影响有重要意义,可为猴樟设施育苗和商业化生产提供理论参考。光质即不同波长的光谱,是影响植物生长、叶片形态、花形态、生化特性和光合效率的主要因素之一6。植物吸收光集中在波长 380 760 nm 的可见光部分,其中红光(波长 620 760 nm)和蓝光(波长 400 500 nm)是植物光合 CO2同化的主要能量来源,对植物生长发育的影响最大6。红光主要用于生成同化物,积累生
13、物量;蓝光是叶绿素合成和叶绿体形成的必要条件,通过控制气孔运动影响植物形态7。红、蓝单色光及其复合光对植物的生长、生理生化和光合特性等都有一定的促进作用。有研究表明,蓝光和红蓝混合光有利于油茶(Camellia oleifera)嫁接苗苗高的生长,红光有利于地径生长8。光质配比为 5:1 的红蓝复合光有利于辣椒(Capsicum annuum)幼苗的生长和光合作用,其效果优于对照自然光9。由于长时间的单色光照射可能会对植物产生极端影响,包括形态不正常10,因此相比红、蓝单色光,其复合光对植物的生长往往更有利11-12。但也存在不同结果,如单色红光对桉树(Eucalyptus robusta)组
14、培苗株高生长和干物质积累的促进作用大于红蓝复合光13。可见不同植物对光质的需求及生长响应是不同的。在光质试验中,除了研究最多的红、蓝光源之外,白光作为一种自然光,同时具有多光谱成分,也常成为研究对象或对照。有研究表明利用白光LED 灯照射采收的小白菜(Brassica campestris),是延缓其衰老和保持采后品质的有效技术5。目前有关猴樟光质上的研究还鲜见报道。鉴于此,本研究通过对猴樟幼苗开展 LED 光源控制试验,探究猴樟苗在红、蓝、白不同光质条件下的生长及光合响应,筛选适宜的光源,以期为今后猴樟工厂化育苗和设施栽培提供理论依据。1 材料与方法 1.1 材料 研究对象为猴樟当年生幼苗。
15、在 2019 年初,采用种子沙藏育苗,挑选生长健康且大小、长势基本一致的苗作为试验材料。1.2 方法 试验于2019年611月在江西农业大学林学院实验楼的光照培养室内进行。在 2019 年 5 月中旬,将挑选出的大小、长势基本一致的猴樟幼苗上盆定植,每盆 1 株。盆栽容器为上口径 14 cm、盆高 11 cm 的塑料花盆,基质由园土、河沙、草炭土以体积比 3:1:1 的比例混合而成。处理前管理措施一致。采用单因素随机试验设计。设置 4 个光质处理,分别为红光(100%红)、蓝光(100%蓝)、红蓝复合光(红光 70%+蓝光 30%)和白光(对照)4 种。以单株为重复,每个处理 20 株(盆),
16、共计 80 盆。缓苗 1 个月后,于 2019 年 6 月下旬开始光质处理。将 4 组苗分别放进安装有 4 盏相应光质 LED 灯管的光照培养室进行培养,LED 灯管由山东贵翔光电有限公司定制生产,单灯功率 6 W。安装 LED 灯时,保持灯管距苗床垂直距离为 500 mm 左右,通过调整每个培养室内4盏LED灯之间的平行距离(100 180 mm)和位置,使得不同光质培养室内各方位苗株附近的光合有效辐射(PAR)接近 120 molm-2 s-1,PAR采用 MQ-200X 手持式光合有效辐射测量仪测定。每个培养室四周覆盖遮光布以避免外界光线干扰。试验期间光照时间控制为每天 12 h(7:0
17、019:00),培养室温度为(26 2)。处理 5 个月,于 11 月下旬收苗,试验期间维持正常的水肥管理。1.3 指标及测定方法 1.3.1 生长指标 株高和地径:在光质处理前(2019年 6 月下旬)和试验结束收苗前(2019 年 11 月 28日),分别用直尺逐株测量苗高,用游标卡尺测量地径。前后 2 次的差值即为株高和地径的增长量。生物量和根冠比:收苗后,将植株根系洗净,分单株将根、茎、叶不同部位分开,分别装入信封中,放置 105 的烘箱中杀青 30 min,之后在 70 下烘398 安 徽 农 业 大 学 学 报 2023 年 至恒重,再分别放置于天平上测量根、茎、叶的干重,获得各器
18、官生物量,三者之和为总生物量;根系生物量与地上部枝、叶生物量之和的比值为根冠比。1.3.2 光合参数 气体交换参数(表观光合):在2019 年 11 月 3 日上午 9:0012:00,采用 Li-6400光合测定仪(美国)进行光合作用测定。每处理随机选取 6 个植株,每个植株测量 3 片健康的叶片。设置光强为 1 000 molm-2 s-1,气体流速为 500。测定指标包括叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间 CO2浓度(Ci)和蒸腾速率(Tr),并计算水分利用效率(WUE)=Pn/Tr。叶绿素荧光参数(内在光合):2019 年 11 月 4日,采用 PAM-2500 调制叶绿素
19、荧光仪(德国)进行叶片叶绿素荧光测定(慢速曲线)。每个处理随机挑选 6 株,每株测量 3 片叶子,测量前每片叶先进行暗适应 30 min。测定指标包括:光系统的初始荧光(Fo)、最大荧光(Fm)、实际光化学效率(Y)、非光化学淬灭系数(NPQ)、光化学淬灭系数(qP)、调节性能量耗散的量子产量 Y(NPQ)和非调节性能量耗散的量子产量 Y(NO)。计算 PS最大光化学效率(Fv/Fm)=(FmFo)/Fm。1.4 数据处理 运用 SPSS26 软件进行数据统计分析。使用单因素方差分析(One-way ANOVA)法分析不同光质处理之间的差异,LSD 法多重比较,显著水平 =0.05。采用 Or
20、igin2019b 软件作图。图表所用的数据皆为平均值 标准误差。2 结果与分析 2.1 不同光质对猴樟幼苗生长特性的影响 2.1.1 株高和地径 图 1 为猴樟幼苗在光质处理前后其苗高和地径的差异和变化情况。从图 1 中的灰色柱子可以看出,光质处理前,各组猴樟幼苗在株高和地径上都没有显著差异(P0.05),说明了试验材料本底的基本一致性。大写字母代表处理后株高、地径上的差异性。不同字母表示处理间有显著差异(P0.05)。图 1 不同光质处理对猴樟苗高和地径的影响 Figure 1 Effects of different light quality treatments on height
21、and ground diameter of C.bodinieri seedlings 大写字母代表总生物量上的差异性。不同字母表示处理间有显著差异(P0.05)。图 2 不同光质处理对猴樟幼苗生物量的影响 Figure 2 Effects of different light quality treatments on biomass of C.bodinieri seedlings 不同光质处理5个月后,从株高来看(图1(a),无论是增量还是最终的株高值,4 种光质相比,都是白光下最大,红光下最小,白光显著高出红光15.68%。在地径上(图 1(b),白光下的地径显著大于红光和红蓝光的地
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