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荧光粉激发型LED光对烟苗发育的影响

更新时间:2009-03-28

烟草(Nicotiana tabacum)作为我国重要的经济作物,其品质是影响烟草经济的核心,而烟草栽培是影响烟叶品质的关键[1]。中南地区每年光照时数最少,寒潮侵袭频繁的1-3月进行烟叶育苗[2],育苗期间常遇到“低温寡照”的问题,严重影响烤烟成苗质量[3]。苗期光照不足或光照较弱,会导致烟苗移栽到大田后,不能很好地适应太阳光的强照射,影响烟油的后期生长,进而影响烟叶的产量[4-5]。因此,研究冬季漂浮育苗的补光技术,对改善和提高烟叶产量具有重要意义。光是影响作物生长发育重要环境因素[1],是促进植物生长不可或缺的影响因子,缺少光会使植物成苗素质差,影响植物成长,进而影响其产量等[6]。研究表明,不同光质、光强和光周期对植物的种子萌发[7]、形态建成、生长发育的影响较大[8]。刘福霞等[9]研究发现红蓝复合光提高了黄瓜幼苗可溶性蛋白质含量,红光提高了黄瓜幼苗可溶性糖含量,蓝光显著提高了黄瓜幼苗维生素C含量。周华等[10]通过对“余干”辣椒幼苗进行研究,发现红光显著提高了幼苗的株高、分枝点高、叶长、叶宽及地上鲜重,蓝光显著提高了分枝数。前人通过研究光对三七[11]、草莓[12]、黄瓜[13]、金线莲[14]、韭菜[15]等作物生长的影响,证实补光对植株的生长有促进作用。目前,烤烟生产中主要采用日光大棚集约化漂浮育苗技术,育成的烟苗素质高、生长整齐度好,但育苗效率低、成本高,而且烟苗素质受制于育苗环境内光照条件的影响[16]。马宁等[17]研究发现光照强度为150 μmol·m-2·s-1的红蓝LED补光,烟苗成苗品质最好。薛超群等[18]研究表明,蓝色和红色LED补光均能显著增加日光温室内的光辐射强度,调控温室内烟苗的生长。前人研究表明红蓝复合光对烟苗的生长发育有促进作用[17,19-20],但对烟苗的生长发育促进作用最大的红光、蓝光的具体波长尚不清楚。作物能够吸收的波长范围主要集中在400~510 nm的蓝紫光和610~720 nm的红橙光[21]。目前,关于LED对植物生长发育影响的研究已有大量报道,多集中在植物叶绿素的合成[22]、植物光合作用[23-24]等方面。本研究采用高温固相法自制不同波段(600~655 nm)红色荧光粉和商用蓝光芯片(455 nm)组合封装LED光源,并将此光源组装成不同外观的LED植物生长灯,应用于烟叶全室内育苗研究。区别于马宁等[17]和薛超群等[18]研究中采用的LED(红光芯片与蓝光芯片组合制成),本研究自制红色荧光粉与蓝光芯片组合,可以根据植物的生长需要定制光谱,且较传统的植物照明光源具有更好的适应性能,制造工艺更简单,成本更低,在烟草育苗和其他设施农业领域具有良好的应用前景。本研究利用荧光粉激发型LED,研究不同波段LED植物生长灯和荧光灯在相同功率输出条件对烟叶育苗的影响,以期为烤烟育苗人工补光提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2016年12月在湖南农业大学植物光学实验室内进行,供试烤烟品种为云烟87。育苗盘规格为:66 cm×33 cm×5.5 cm(长×宽×高),200孔。LED植物生长灯具委托湖南绿米科技有限公司加工制成,制备LED植物灯具所使用的荧光粉为氮化物基质材料,按照参考文献[25]的方法,由湖南农业大学植物光学实验室自制。全室内烟叶育苗装置包括支撑货架、LED灯、瓢盆、温度自动控制、湿度自动控制、CO2浓度自动控制器和控制界面7部分(图1)。

实验用一个添加了噪声干扰的马尔可夫链来表示卡尔曼滤波的动态过程[5](图2)。采用Rovio位姿作为状态向量X=(x y θ),控制向量U=(v Ω)是Rovio的线速度和角速度,Z=(xd yd)是Rovio的坐标观测值。

但媳妇还是不放心。她把脱了一半的体恤又穿上,趿拉着鞋,到院子里看院墙是不是够高,能不能翻进人来。又检查门栓插好没有,锈蚀得厉害不厉害,能不能禁得住外人的拉扯。玻璃是不是遮挡的严实,能不能从缝隙窥视到里面的情景……媳妇这么折腾一气,回来了。躺在床上还是不踏实,身子僵硬得像块木板。在新居中的第一夜并没像他想象的那么美好,被媳妇的紧张情绪破坏了。他现在什么心情也没有,只想睡他娘的觉!

  

图1 LED照明条件下全室内烟叶育苗装置示意图Fig.1 LED lighting conditions all indoor tobacco seedling device schematic diagram

全室内烟叶育苗装置温度条件为18~22℃,湿度条件为50%~60%,CO2浓度为250~300 PPM。光谱设置6个处理组进行烟苗补光,每个处理包括200棵烟苗,以荧光灯为对照(CK),试验组是由不同红光波段的荧光粉和455 nm商用蓝光芯片制成的LED灯具,由于蓝光芯片是固定不变的,因此仅对变化的红光进行设定(表1)。T1~T5为LED光谱,蓝色发射峰保持455 nm不变,而红色发射峰从600 nm逐渐增加,依次为610、620、630和655 nm,对照组(CK)采用荧光灯作为光源。每个处理组的输入功率固定为36 W,输出光量子数各不相同,T1~T5光量子效率在80~109 μmol·m-2·s-1之间,荧光灯(CK)的光量子效率为45 μmol·m-2·s-1。光照周期均为每天12 h。

 

表1 试验处理及其参数Table 1 Experimental treatment and parameters

  

处理Treatment红光光谱发射峰位置Emissionpeakpositionofredlightspectrum/nm光量子效率Photoquantumefficiency/(μmol·m-2·s-1)备注RemarkT160080LEDT261087LEDT362093LEDT4630109LEDT565595LEDCK-45荧光灯

注:“-”表示不存在。

Note: ‘-’means no existed.

1.2 测定项目与方法

网上有一句名言,生活不仅是我们活过的日子,也是我们记住的日子。什么会被记住?不是矫揉造作,而是洗尽铅华。让人们看到真实的生活,体味各自的奋斗,这样的记录,才有更加持久的吸引力。

采用DPS v 9.50软件对试验数据进行Duncan法多重比较。

1.2.4 生理指标 于成苗期按照5点取样法,每个处理取5株烟苗,用于测量叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量以及根系活力。叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量采用95%乙醇提取法[27]测定;根系活力采用TTC(2,3,5-三苯基氯化四氮唑)法[28]测定。

1.2.3 农艺性状 于成苗期按照5点取样法,每个处理取5株烟苗,依照YC/T 142-2010烟草农艺性状调查测量方法[26],采用游标卡尺测量苗高、茎围、最大叶长、最大叶宽、宽长比、茎高。

1.2.1 出苗期与出苗率 出苗期是以每个处理组所有漂浮盘内50%以上子叶平展为标准;出苗率是播种后7 d,每个处理组统计出苗数,然后按孔计算出苗率。

1.3 数据分析

1.2.2 苗床生育期 苗床生育期按照4个阶段统计时间,即播种-出苗期、出苗期-小十字期、小十字期-大十字期和十字期-成苗期。

2 结果与分析

2.1 不同光照处理组的出苗率

由表5可知,烟苗叶绿素和根系活力均随着红光光谱发射主峰位置的增加呈先增加后减少趋势。T2、T3、T4、T5的叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量以及根系活力均显著高于CK;其中T2~T5的叶绿素a含量平均较CK高0.15 mg·g-1;根系活力平均较CK高0.90 mg·g-1·h-1;T1的叶绿素a、根系活力显著高于CK,而其叶绿素b、类胡萝卜素也高于CK,但差异不显著。补光对烟苗叶绿素、根系活力有较大影响,CK的生理指标低于T1~T5,其叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量分别较T4低30.2%、35.7%、41.4%,根系活力较T4低51.5%。各生理指标以T4表现最好。

2.2 不同光照处理组苗床生育期

一般漂浮育苗的苗床期为60~70 d[29]。由表3可知,LED光谱各处理苗床生育期在47~72 d,其中T4苗床生育期最短,为47 d,而CK为83 d。T4的播种-出苗期最短,较CK减少8 d;T3和T5的播种-出苗期相当,较CK减少7 d;T2的播种-出苗期较CK减少5 d;T1的播种-出苗期较CK减少3 d。出苗期-成苗期,T3、T4、T5间差异不显著,但均少于CK,其中,T4较CK提前了40 d,而T1、T2与CK在出苗期-成苗期差异不显著。小十字期-大十字期,LED灯补光效果明显优于CK。4个时期中,T4经历的时间均最短,表明光谱波段在630 nm时对苗床生育期的影响最大。

 

表2 不同光照条件下的烟苗的出苗率Table 2 Rate of emergence under different illumination condition

  

处理Treatment出苗率Rateofemergence/%T188 0T290 0T390 2T492 6T591 0CK84 0

 

表3 不同光照条件对烟苗苗床生育期的影响Table 3 Effects of different illumination conditions on growth period of tobacco seedbed /d

  

处理Treatment播种-出苗期Sowingtime⁃seedingstage出苗期-小十字期Seedingstage⁃smallcrossperiod小十字期-大十字期Smallcrossperiod⁃grandcrossperiod大十字期-成苗期Grandcrossperiod⁃growthtimeT114201226T212171024T31015721T4913619T51013720CK17231630

2.3 不同光照处理组成苗期农艺性状

本研究中,LED不同光质可以提高烟苗的出苗率,且明显高于对照(荧光灯)。随着红光光谱波长增加,烟苗的出苗期变短,出苗率提高,但波长过长会导致出苗期增加,出苗率下降。表明LED补光对出苗的效果与光谱波段有关,且优于荧光灯,但是若红光波长过长,则可能会对烟苗的生长发育起到负面作用。这与邹焱等[30]研究结果基本一致。

1.2.6大叶芥蓝头 植株生长势较强。叶片长圆形,叶多而密,叶片厚而大,深绿色,有蜡粉。球茎扁圆形,皮青绿色,具蜡粉,皮较粗厚坚硬,肉质纤维多,主要用于加工。该品种具有晚熟、耐热、丰产、耐贮运等优点,从定植到收获约120天。单株球茎重达1~1.25公斤。

 

表4 不同光照条件下烟苗农艺性状Table 4 Agronomic characters of tobacco seedlings under different illumination conditions

  

处理Treatment苗高Heightofseedling/cm茎围Stemgirth/cm最大叶长Maxleaflength/cm最大叶宽Maxleafwidth/cm宽长比Widthtolengthratio茎高Stemheight/cmT120 14c2 16c20 64d8 23e0 32c14 65eT222 90b2 30bc21 98c9 84d0 36bc16 35dT323 08b2 41ab23 24b10 12c0 43ab18 52bT428 48a2 49a23 58b11 08a0 47a22 45bT524 50b2 40ab25 40a10 40b0 41ab17 63cCK18 70c1 98d18 37e7 93f0 31c12 34f

注:同一列不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。下同。

Note: Different lowercase letters in the same column mean significant difference at 0.05 level.The same as following.

2.4 不同光照处理组生理指标

由表2可知,出苗率依次为T4>T5>T3>T2>T1>CK,LED光谱(T1~T5)的出苗率均高于CK(84%),其中以T4的出苗率最高,达到92.6%,较CK高8.6%,表明LED补光对出苗的效果与光谱波段有关,且优于荧光灯。

 

表5 不同光照条件下烟苗成苗期生理指标Table 5 Physiological indexes of tobacco leaves in seedling stage under different light conditions

  

处理Treatment叶绿素a含量Chlacontent/(mg·g-1)叶绿素b含量Chlbcontent/(mg·g-1)类胡萝卜素含量Carotenoidcontent/(mg·g-1)根系活力Rootvigor/(mg·g-1·h-1)T10 52c0 21bc0 20cd2 14eT20 56b0 24ab0 22bc2 43dT30 60a0 25ab0 27a3 01bT40 63a0 28a0 29a4 08aT50 62a0 27a0 25ab2 75cCK0 44d0 18c0 17d1 98f

3 讨论

3.1 荧光粉激发型LED补光对烟苗出苗率的影响

由表4可知,随着红光光谱发射主峰位置的增加,烟苗苗高、茎围、最大叶长、最大叶宽、宽长比、茎高均呈先增加后减少的趋势,其中T4烟苗素质最好。与CK相比,T3、T4、T5的苗高分别高出4.38、9.78、5.80 cm,效果显著;T2的苗高、茎围、最大叶长、最大叶宽、茎高均显著高于CK,仅在宽长比上效果不显著,差异仅为0.05;T1在茎围、苗高和宽长比等农艺性状上均优于CK,苗高和宽长比分别相差1.44 cm和0.01。T1~T5中,苗高最高达到28.48 cm,茎围达到2.49 cm,而CK的苗高仅为18.70 cm,茎围为1.98 cm。

3.2 荧光粉激发型LED补光对烟苗苗床生育期的影响

与对照(荧光灯)相比,LED不同光质可以缩短烟苗苗床生育期,且随着红光光谱波长的增加,苗床生育期时间变短,最佳效果缩短了36 d。这与陈伟等[31]研究结果不同,可能是由于本研究的试验环境是实验室,所采用的光环境相对可控,而前人研究的试验环境是大田,大田生育期的光环境和其他环境影响因子相对比较复杂的原因造成的。

3.3 荧光粉激发型LED补光对烟苗成苗期农艺性状的影响

LED植物光源处理下,烟苗成苗期的苗高、茎围、最大叶长、最大叶宽、宽长比、茎高与荧光灯(CK)相比均有不同程度的增加。其中当红光光谱发射主峰位置为620(T3)、630(T4)、655(T5) nm时尤为显著。张艳艳[32]研究表明,深红光(650~660 nm)、浅红光(620~635 nm)可增加烟苗叶片长度、宽度,增大叶面积,加快叶片伸长与扩宽速率,这与本结果基本一致,表明光质是影响植物光形态建成的重要因素。

3.4 荧光粉激发型LED补光对烟苗成苗期生理指标的影响

LED处理下烟苗苗床期的叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量和根系活力均高于荧光灯,以红光光谱发射主峰位置为610(T2)、620(T3)、630(T4)、655(T5) nm最为显著。邬春芳[33]通过研究不同光质对云烟87烤后烟叶品质的影响,发现增加红光比例可显著提高叶片中叶绿素和类胡萝卜素含量。而孟霖等[34]研究表明,影响烟苗叶片中叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量依次为白光>红光>蓝光,与本试验结果存在差异,推测可能是因为其所育品种为K326,品种差异对光谱的响应有所区别,但此论点还有待进一步研究。本研究表明,不同光质LED对烟草育苗生长的影响较大。本试验仅研究了荧光粉激发型LED对云烟87品种的影响,不同品种对不同荧光粉激发型LED的反应是否存在差异还有待进一步研究。

总体而言,在高中物理解题思维训练中,教师要善于引导通过解题来锻炼多种思维技能,多归纳、多总结,针对不同题型来寻找更合适的解题思维,强化解题能力.另外,物理题在解题方法上,我们同学们要在平时加以训练,突出解题思维的启发,掌握更多解题技巧.

4 结论

在冬季烟草育苗期间,由455 nm蓝光芯片和发射主峰为600~655 nm红色荧光粉所制的荧光粉激发型LED植物生长灯可以提高烟草出苗率,缩短烟草各生育期,且对烟草茎高、茎围、最大叶长等农艺性状以及叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量和根系活力等理化指标均有促进调节作用,不仅增强了烟草的成苗素质,还可以解决烟草冬季育苗低温寡照的问题。

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戴林建,盖淑杰,周子迁,邓子恒,刘晓颖,周智,卢向阳
《核农学报》 2018年第07期
《核农学报》2018年第07期文献

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