论文摘要
随着光电技术的发展,LED（Light Emitting Diode,发光二极管）在农业与生物领域的应用正逐渐受到世界各国的广泛关注。LED不仅具有体积小、寿命长、耗能低、波长固定与低发热等优点,而且还能根据植物需要进行发光光谱的精确配置,实现传统光源无法替代的节能、环保和空间高效利用等功能。光质对植物的生长发育、形态建成、光合作用、物质代谢以及基因表达均有调控作用。将LED辐射的各种光谱进行配比组合应用在设施育苗、芽苗菜中具有重要意义。本研究以水稻种子和黑豆种子为试验材料,利用获得植株所需的各种光谱能量分布的LED光源,开展生长试验和指标测试分析,系统研究不同光谱能量分布的LED光源对不同品种的水稻和黑豆种子发育及其各个生长阶段的影响,为LED光谱调控在农业与生物领域中的应用提供基础。研究结果如下：1.研究光质对‘武运粳7号’和‘抗优63’两种水稻幼苗生长及生理特性的影响,结果表明,光质对两个品种水稻幼苗生长有显著影响且存在差异。蓝光显著抑制幼苗株高,提高‘武运粳7号’叶片的可溶性蛋白质含量及两个品种水稻五叶期幼苗的壮苗指数；红光显著提高三叶期幼苗的茎基直径、壮苗指数以及五叶期叶片的可溶性糖和淀粉含量；红蓝光显著提高三叶期幼苗的根数、茎基直径、壮苗指数、根系活力和可溶性糖含量,以及五叶期幼苗的鲜质量、干质量、壮苗指数、叶片可溶性糖和蔗糖含量；黄光可在幼苗生长初期显著增加株高。总体上,红蓝光有利于培育水稻壮苗。2.蓝光处理显著增加水稻幼苗剑叶气孔的数量,显著增大根导管的直径；红蓝光的处理显著增加根部导管的数量,使剑叶气孔长和宽呈显著负相关,显著减小了气孔长宽度的差异。蓝光、红蓝光、黄光处理下Fv/Fm值、Fv/Fo值显著高于对照,呼吸速率显著降低；蓝光和黄光处理使qP值、ΦPSII值和ETR值显著提高；红光下水稻幼苗的呼吸速率显著高于其它光质处理；红光显著提高了水稻叶片的光合速率。总之,红蓝光处理能促进水稻器官结构的发育,蓝光更能显著提高水稻叶片的光合能力。3.研究光强对黑豆芽苗菜的生长和品质表明,增加光强至3μmol·-2·s-1可以增加黑豆芽苗菜维生素C的含量。光强为9μmol·m-2·s-1的处理使芽苗菜的根长、下胚轴长度、地上部鲜质量、POD活性、可溶性糖、蔗糖都显著高于对照。在0～9μmol·m-2·s-1的光强范围内,叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总含量和类胡萝卜素含量都显著增加。用0～15μmol·m-1·s-1的光处理显著增加黑豆芽苗菜的下胚轴直径和氨基酸含量。结果表明,9μmol·m-2·s-1的光照强度最适合培养高品质的黑豆芽苗菜。4.黑豆芽苗菜在生长初期形态改变较显著、酶活性增长显著、可溶性蛋白质的含量逐渐下降、氨基酸的含量逐渐升高,生长至7d下胚轴长、下胚轴直径、可食鲜质量、可食干质量、可食率、叶绿素含量和SOD活性都已经趋于稳定。可溶性糖、蔗糖、维生素C的含量,在生长初期稳定上升,生长至6 d,呈现显著的下降的趋势。粗灰分和粗纤维含量7d后有了显著的增加。还原糖的含量总体呈下降趋势。由试验结果分析,黑豆芽苗菜在生长至7d时形态指标达到最大,而生长至6d营养物质含量较高。5.蓝光可以显著提高黑豆芽苗菜地上部鲜质量,促进了下胚轴的伸长,增加了下胚轴直径,POD的活性最高,维生素C、维生素E和可溶性蛋白质的含量均高于其它光质处理。红光下黑豆芽苗菜的地上部干质量显著增大,相比其它光质处理显著提高了叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量的含量以及SOD和POD的活性。红蓝光显著增加了地上部鲜质量、地上部干质量,并显著增加了根长。黄光显著增加了地上部鲜质量,使下胚轴有显著的伸长,并能显著增加根长。总体来说,蓝光最适合黑豆芽苗菜的生长。6.光周期为11 h·d-1时可溶性糖、蔗糖和淀粉的含量最高。光周期为13 h·d-1有利于黑豆芽苗菜地上部鲜质量、灰分和粗纤维含量的提高。光周期的延长可以使叶绿素a/b的值、游离氨基酸的含量显著增加,MDA的含量显著的降低。试验证明,13 h·d-1时黑豆芽苗菜地上部鲜质量最大,11 h·d-1时黑豆芽苗菜的营养成分含量最高。综上所述,本研究表明,LED光谱调控应用到农业与生物领域具有可行性,可替代荧光灯大范围应用于设施育苗、芽苗菜生产中。
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