夜间不同LED补光时段对番茄幼苗生长生理指标的影响

摘    要：设施番茄在育苗过程中生长常会受到弱光、低温等环境的制约，可利用人工补光手段，改善设施光环境，培育出更加健壮的幼苗。以番茄品种Money Maker为材料，采用夜间LED补光，探究夜间4个不同补光时段对番茄幼苗生长发育的影响。结果表明，夜间LED补光对番茄幼苗生长发育有一定的影响，其中，T3（白天正常照射4.5 h后进行3 h暗期补光）处理相比对照，能显著提高番茄幼苗株高、茎粗、叶片数、壮苗指数、根系活力、净光合速率、保护酶活性以及叶片中叶绿素、可溶性蛋白质、可溶性糖和脯氨酸含量;而T2（白天正常照射结束后每隔3 h补光1 h）处理则在提高番茄幼苗株高、CAT活性方面效果最显著，但与T3差异不显著。此外，T3处理番茄幼苗叶片中的MDA含量也是最低，显著低于T4处理和对照。综上所述，T3处理是对设施番茄幼苗的生长发育最为有利的夜间补光时间段，最能提高植物光合能力，有利于物质的积累和培育健壮的幼苗。

关键词：番茄幼苗;设施栽培;LED补光;生长发育

中图分类号：S641.2 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2022）08-079-07

LED lighting periods at night affects the growth and development of tomato seedlings

LIU Zhiqiang1， ZHU Xinhong2， LIU Yongpeng2， WANG Qing2， LI Chun2， ZHANG Chan3， JIANG Jun1

（1. Zhumadian Academy of Agricultural Sciences， Zhumadian 463000， Henan， China; 2. Luohe Academy of Agricultural Sciences， Luohe 462000， Henan， China; 3. College of Horticulture， Henan Agriculture University， Zhengzhou 450002， Henan， China）

Abstract：The growth of protected tomato is often restricted by weak light and low temperature. Artificial light supplement can be used to improve the facility light environment and cultivate stronger seedlings. In this experiment， the tomato variety Money Maker was used to explore the effects of four different light supplement periods at night on the growth and development of tomato seedlings. The results showed LED light supplement at night had a certain effect on the growth and development of tomato seedlings. Compared with the control， T3（light supplementation in 3 h dark period after 4.5 h of normal light in the daytime） treatment could significantly improve the plant height， stem diameter， leaf number， strong seedling index， root activity， net photosynthetic rate， protective enzyme activity and the contents of chlorophyll， soluble protein， soluble sugar and proline in leaves; T2（fill in light for 1 hour every 3 hours after normal irradiation in the daytime） had the most significant effect on increasing the plant height， and CAT activity of tomato seedlings， but there was no significant difference with T3; In addition， the MDA content in tomato seedling leaves of T3 treatment was also the lowest， which was significantly lower than that of T4 treatment and control. According to the comprehensive indicators， T3 treatment is the most favorable night light supplement period for the growth and development of protected tomato seedlings， which can best improve the photosynthetic capacity of plants， facilitate the accumulation of matter and cultivate more stronger seedlings.

Key words：Tomato seedling; Protected cultivation; LED supplementary light; Growth and development

番茄是全球栽培最普遍的一种蔬菜，也是我国北方设施栽培的重要蔬菜之一，番茄果实风味独特且营养、药用价值高[1]。研究发现，光在植物生长和发育过程中具有重要作用，如提供能量、传递信号、影响形态生长及光合作用等[2-4]。番茄是一种喜光、喜温、短日照的作物，设施内光环境变化对番茄生产有很大的影响。当前冬春季低温弱光、寡照、连阴（霾）等恶劣天气条件已成为限制设施番茄生产的重要制约因子[5]。有研究发现，采用人工补光技术可以改善和调节设施内环境，提高作物产量和品质[6-7]。李晓慧等[8]研究发现，补光处理45 d后，番茄幼苗中的可溶性糖和蛋白质含量显著高于对照;闫晓花等[9]研究发现，补光可以显著提高根系活力，提高黄瓜幼苗质量;杨振荣等[10]研究发现，经过补光处理，可以降低香蕉假植苗中丙二醛含量，提高香蕉假植苗中POD、SOD活性。此外，也有研究发现不同光周期对植物生长的影响不同。佘新等[11]研究发现，利用红光进行夜间暗期打断处理，可抑制番茄及黄瓜幼苗茎徒长，提高壮苗指数;还有研究表明，不同光周期对不同植物叶绿素含量和光合作用的影响差别较大，暗期多次打断处理可使番茄幼苗叶绿素含量显著增加，光合速率显著提高[12]。

众所周知，育苗是番茄生产中重要的技术环节，直接关系到番茄后期的生长发育。LED具有节能高效的显著特征，在番茄育苗期采用LED补光能够改善温室内光照条件，明显促进了植株器官的生长，提高壮苗指数，极大减轻了弱光造成的危害，促进了幼苗的生长发育，进而达到培育壮苗的目的[13]。前人对夜间补光的研究大多集中在夜间延时补光时间长短、光质配比、光照强度上。夜间延时补光只是改变了光周期，少有涉及打破暗期及时长的研究[14-15]。笔者利用LED光照，进行不同时间段夜间补光，比较其形态指标、光合指标、品质特性和抗氧化酶活性，明确了夜间补光对植物幼苗生长发育的影响，以期为温室番茄育苗中选择合理夜间补光时段及补光技术的推广应用提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料及设备

试验材料：番茄品种Money Maker。

广东三雄极光股份有限公司生产L100 cm×W80 cm的LED白色灯板，白色光板由全光谱LED等组合获取（光谱图见图1），使用智能开关定时器。

1.2 试验设计

试验于2020年8—10月在河南省郑州市河南农业大学2号楼人工气候室中进行。番茄种子晾晒、选种、消毒后进行浸种催芽，待种子萌发后播种于V蛭石∶V草炭=1∶1的基质中，每穴1粒，待长到3叶1心时，选取生长一致的幼苗放置于5种不同时间的夜间补光条件下处理，按照随机区组设计，每个处理60株番茄幼苗，3次重复。光质为白光。为避免资源浪费，在前人研究的基础上，光照强度统一为90 μmol·m-2·s-1[16]。采用定时器设置5种不同的补光时间，见图2，分别为：夜间不补光（CK）;白天正常照射结束后隔1.5 h补光3 h（T1）;白天正常照射结束后每隔3 h补光1 h（T2）;白天正常照射结束后隔4.5 h后补光3 h（T3）;白天正常照射前进行补光3 h（T4）。气候室白天温度设定为25～27 ℃，夜间温度17～20 ℃，湿度60%～80%。每隔3～4 d浇灌1次Hoagland营养液，为保证光照的均匀性，每隔1 d变动植株位置。

1.3 测量项目及方法

1.3.1 生长形态指标测定 光处理7、14、21、28 d后分别测定株高、茎粗、叶片数。用直尺测株高（茎基部至生长点的长度）;用游标卡尺测量茎粗（茎基部1 cm处）;用观察法统计叶片数。

1.3.2 生理生化指标测定 28 d时测植株叶片中的叶绿素、光合指标、可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸、MDA含量和抗氧化酶（SOD、POD和CAT）活性，同时测定植株根系活力和壮苗指数。壮苗指数=（茎粗/株高）×全株总干质量，参考季方等[17]方法计算。叶绿素含量采用V无水乙醇∶V丙酮=1∶1溶液提取[18];叶片的净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度和蒸腾速率均用LI-6400XT便携式光合仪来测定;采用TTC法测定其根系活力[19];采用蒽酮比色法测定可溶性糖含量[20];用考马斯亮蓝法测定蛋白质含量[21];参照植物生理生化实验原理与技术测定脯氨酸含量[21];参照Huo等[22]的方法测定SOD、POD和CAT活性，采用分光光度法测定MDA含量[22]。

试验随机取样，每次取样15株，3次重复。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2016和SPSS 24软件对数据进行分析，用最小显著差数法（LSD）进行显著性差异分析。

2 结果与分析

2.1 夜间不同补光时段对番茄幼苗生长形态指标的影响

由图3可知，从14 d开始，不同处理的番茄幼苗株高均高于对照，且定植时间越长，补光处理的幼苗株高与对照的差别越显著。定植14 d和21 d后，T1、T2、T3处理之间幼苗株高差异不显著，但均显著高于T4处理和CK;28 d时，以T2处理株高最高，其中T2和T3处理间无显著性差异，但二者均显著高于T1、T4处理和CK。番茄幼苗定植28 d时，不同补光方式下幼苗的株高为T2>T3>T1>T4，但T2与T3仅在定植7 d时差异显著，在定植后期差异不显著。由此可知，T2、T3处理对增加番茄株高效果相对较好，其中以T2效果最佳。

由图4可知，在番茄幼苗定植14 d后，夜间不同时段补光开始对番茄幼苗茎粗有一定影响;14 d和21 d时，夜间不同时段补光处理番茄茎粗均显著高于对照，但各处理间无显著差异;定植28 d时，以T3最粗，T2和T3处理茎粗均显著高于其他处理，但二者之间无显著性差异。定植28 d时，各处理幼苗茎粗为T3>T2>T1>T4。由此可知，T3、T2处理对增加番茄茎粗效果较好，以T3处理效果最佳。