摘要：【目的】研究不同光质光源对黄瓜幼苗生长、光合色素含量及叶绿素荧光参数的影响。【方法】以发光二极管（LED）精量调制光质和光强（红光、蓝光、白光和红蓝混合光），白光作为对照，黄瓜品种银胚 99 为试材，研究不同光质 LED光源（W、R、B、7R/3B、8R/2B、9R/1B）对幼苗的影响。【结果】在不同光质的影响下，黄瓜幼苗生长存在差异。蓝光（B）处理下可以明显提高植株的茎粗、叶绿素及类胡萝卜素含量；红蓝组合光有利于黄瓜幼苗的生长发育，7R/3B、8R/2B、9R/1B处理下壮苗指数、植株干物质量、Fv/Fm、ФPSII和qP均高于单一的红（R）、蓝（B）光处理；红光（R）处理下黄瓜幼苗的生物量和NPQ最大，处理期间叶绿素a/b值居高，呈现阳生植物的特性。【结论】红蓝组合光有利于黄瓜幼苗的生长，其株高、壮苗指数、植株干物质量及Fv/Fm、ФPSII和qP值与对照和单色光处理相比，均有显著提高，增强了光系统Ⅱ反应中心的开放程度和光能转换效率，保护了光系统Ⅱ的健康，尤以8R/2B处理表现突出。
关键词：黄瓜；LED；幼苗生长；叶绿素荧光
0 引言
【研究意义】光对植物的生长发育具有重要的作用，不仅因为它几乎影响着植物所有的发育阶段，还为光合作用提供能量。光调节的发育过程包括发芽、茎的生长、叶和根的发育、向光性、叶绿素的合成、分枝以及花的诱导等等[1]。无论自然光源还是人工光源对植物生长的影响包括光强、光周期、光质和光照方向等几个方面[2]。随着设施农业的快速发展，利用LED光源光质纯度高、耗能少、波长固定与低发热的优点，研究其不同光质对园艺作物生长发育、物质代谢和形态建成的影响已成为热点。【前人研究进展】由于植物对可见光的吸收波长主要集中在400—510 nm的蓝紫光区和610—720 nm的红橙光区，因此通常使用红色和蓝色LED光源即可培养植物[3]。前人已在青蒜苗[4]、叶用莴苣[5-6]、黄瓜[7]、草莓[8]、彩色甜椒[9]和菊花[10]等作物的研究中显示红光可以促进植物茎的加长、叶面积的扩展、提高净光合速率、还可以通过调控光合器官的正常发育来增加光合产物的积累；蓝光则可以使植株矮化，提高叶绿素a/b值，促进植物叶绿素及类胡萝卜素含量的增加。而采用红蓝LED作为光源能明显促进植物的生长发育，提高光能利用率、光合速率和品质[11]，增加单位面积和单位功率的生物量[12]。【本研究切入点】有关LED光质对黄瓜的生理生化、光合作用以及产量和品质的研究报道较多。本研究旨在探索单一红、蓝光及红蓝组合LED光源对黄瓜光系统Ⅱ（PSⅡ）反应中心的开放程度、量子产量、电子传递及光化学淬灭等与其生长发育变化的影响。【拟解决的关键问题】通过研究、分析不同光质LED光源对黄瓜苗期生长的影响及光合色素合成和叶绿素荧光参数的变化趋势，为丰富和提升设施育苗、壮苗技术，发展设施蔬菜栽培提供有益参考。
1 材料与方法
1.1 试验材料
供试黄瓜（Cucumis sativus L．）品种为银胚99，于2012年4月在甘肃农业大学现代智能温室内用营养钵（Φ10 cm）育苗，以蛭石﹕珍珠岩=3﹕1作为混合育苗基质，每3 d浇一次Hoagland营养液。待幼苗长至两叶一心时，选择形态长势一致的幼苗移入RQS型人工气候室进行不同光质处理，每处理50株，重复3次。培养环境为光周期8 h·d-1，温度28℃/18℃（昼/夜），相对湿度75%/65%（昼/夜）。
1.2 LED光处理
试验光源选用广东中山市瑞德尔灯饰照明有限公司生产的LED-T8灯管，每只灯管根据试验处理不同由140颗红色 （635 nm）或蓝色（460 nm）3528—LED贴片灯珠按不同比例均匀交叉排布组成，功率8 W。对照选用白色（450 nm）LED灯管作为光源，功率8 W。
试验设6个LED光源处理，分别为红光（R）、蓝光（B）、红蓝组合光（其组合比例分别为R﹕B＝7﹕3、8﹕2和9﹕1，以下分别用7R/3B、8R/2B、9R/1B表示），白光（W）为对照（CK）。将植物放置于灯架之内，调节灯管的数量和照射高度，使各组光照强度控制在（50±5）μmol·m-2·s-1，光强用TES—1332A数位式照度计进行测定。
1.3 测定指标与方法
1.3.1 植株形态指标动态测定 分别于处理0、5、10、15、20 d测定株高、叶片纵、横径（选基部以上第2叶片中心点的长和宽）和茎粗（测量部位为植株基部第1叶位下1 cm处）。
1.3.2 叶片色素含量动态测定 选基部以上第2叶分别于处理0、4、8、12、16、20 d按照Lichtenthaler等对Arnon修正的方法，采用80%丙酮浸提[13]，测定叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b、胡萝卜素含量，并计算叶绿素a/b值。
1.3.3 叶绿素荧光参数动态测定 用英国汉莎科学仪器公司生产的FMS-2便携调制式荧光仪测定叶片叶绿素荧光参数PSⅡ最大光化学效率（Fv/Fm）、PSⅡ实际光化学效率（ФPSⅡ）、光化学猝灭系数（qP）和非光化学猝灭系数（NPQ），测定时间与形态指标相同。
1.3.4 生物量及壮苗指数测定 在处理的第20 天用精度为0.0001的电子天平测定植株地上部和地 下部的干、鲜重。壮苗指数＝茎粗/株高×全株干质量。
1.4 数据统计分析
本试验各处理均随机选5株为测定或测量样本，3次重复，数据取平均值。利用SPSS-Statistics17.0进行显著性分析，采用Duncan法进行多重比较，Excel 2009进行数据处理与作图。
2 结果
2.1 不同光质对黄瓜幼苗生长的影响
植株的生长量大小在一定程度上反映了幼苗同化产物的累积量及其生长的健壮程度。由图1 可知，整体上各处理的茎粗、株高、叶片纵、横径均随处理天数的延伸而增加。从变化趋势来看茎粗在处理10 d 后表现出差异，当处理到20 d 时，B、9R/1B 和8R/2B处理分别高CK（W8.03%、4.82%和4.43%，差异显著（P＜0.05）。而株高则只有8R/2B 处理在15 d后与CK（W）形成差异，到20 d 时高出CK（W）18.90%，达到差异显著性水平（P＜0.05）。叶片的纵、横径变化实质上反映了叶面积的变化趋势，由图中分析可知各处理的叶片其纵、横径在整个处理期间始终无显著差异，这说明不同的光质对黄瓜幼苗叶片的扩展无明显影响。
2.2 不同光质对黄瓜幼苗生物量及壮苗指数的影响
从表得知，处理结束后，植株的地下部干、鲜重均以B 处理最大，分别为0.084 g 和1.43 g，9R/1B 处理最小，分别为0.047 g 和0.879 g；地上部鲜重以R处理6.054 g 最大、7R/3B 处理5.027 g 最小，干重则是8R/2B 处理0.655 g 达到最大值，R 处理仅有0.529 g为最小；通过计算壮苗指数大小依次为：R＜W＜B＜9R/1B＜7R/3B＜8R/2B， 其中最大值8R/2B 处理（0.386）比CK 高27%，差异显著（P＜0.05）；最小R（0.274）较CK 低9.9%。
2.3 不同光质对黄瓜幼苗叶片光合色素的影响
由图2 可知，黄瓜幼苗叶片叶绿素a、b，叶绿素a+b 和类胡萝卜素含量变化趋势相似，前期随处理时间的延伸呈上升趋势，分别在12 d 和16 d 达到最大，然后随处理时间的延长开始下降。叶绿素a 含量的峰值以B 处理0.868 mg·g-1 为最大；R 处理0.855 mg·g-1最小，但均未与CK 形成显著性差异。叶绿素b 含量以 7R/3B（0. 686 mg·g-1）最大，较CK（0.503 mg·g-1）高出36.4%，差异显著（P＜0.05）；R处理（0.485 mg·g-1）最小，较CK 低3.7%，但差异不显著。CK 及单一的R、B 处理下叶绿素a+b 均在16 d 时达到最大，而红蓝组合光（9R/1B、8R/2B、7R/3B）则于12 d 时就达到峰值，B、8R/2B、7R/3B 处理分别高出CK 13.2%、2.2%、11.2%，差异显著（P＜0.05）。类胡萝卜素含量则是以B 处理在12 d 达到峰值（0.1784 mg·g-1）为最大，R 处理在12 d 时仅为0.1483 mg·g-1 为最小，显著低于CK（P＜0.05），其它处理之间无显著差异。比较处理期间内叶绿素a/b 值在的变化，均以R 处理居高，蓝光较低，20 d 时R 处理达到2.579，为最大，高出CK（2.263）13.96%；B 处理叶绿素a/b 值最低，为1.979，低于CK（2.263）12.55% ，均达到差异显著（P＜0.05）。
2.4 不同光质对黄瓜幼苗叶片叶绿素荧光参数的影响
结合图3 来看，在处理到20 d 时 CK 及单一的R、B 处理下Fv/Fm 值略有下降，但与处理0 d 时差异不显著（P＜0.05），而在红蓝组合光（9R/1B、8R/2B、7R/3B）下Fv/Fm 均有提高，各处理间以8R/2B 和7R/3B 处理分别比CK 高出9.87%和4.30%，形成差异显著水平，其它处理间差异不显著（P＜0.05）。各处理ФPSⅡ和qP 在处理进行到10 d 时开始表现出差异性，到20 d 时R、B、9R/1B、8R/2B、7R/3B 处理均显著（P＜0.05）提高了ФPSⅡ，分别比CK 高出10%、33.28%、27.64%、35.74%和36.44%；同时8R/2B 和7R/3B 处理的qP 分别高出CK33.63%和29.11%，而R处理比CK 低3%，均差异显著（P＜0.05）。非光化学猝灭系数（NPQ）在处理期间均是以R 高于其它处理，CK 的NPQ 除在处理0－5 d 内明显升高外，其它时间均变化较稳定，B 处理和红蓝组合光（9R/1B、8R/2B、7R/3B）的NPQ 值均呈下降趋势，以7R/3B处理最为明显。
3 讨论
光即提供给绿色植物生长的能量，也调控其形态建成，两个方面互为协调[2]。从试验结果看，红光对黄瓜幼苗茎粗无明显影响，蓝光有利于其横向加粗，与蒲高斌等[14]、唐大为等[15]、刘媛等[16]的报道一致；红蓝组合光也会有效地提高黄瓜幼苗的茎粗。蓝光及红蓝组合光的效应很有可能与植物体内源激素有关。许多研究认为红光可以促进多种植物的伸长生长，但本试验结果却发现单一的红光或者蓝光均不能有效地促进黄瓜幼苗的伸长生长，造成这种差异的原因也许是不同的作物对光质的响应不同，只有适宜比例的红蓝组合光（8R/2B），才会增加其株高，其可能的原因是复合光的调节作用显著不同于单色光的单独作用，作用效应不是单色光作用简单累加，而是一个复杂的响应过程，这也许是光谱与植物光谱色素系统相互作用的结果[17]；叶片的纵、横径的变化情况可以大致反映出叶片叶面积的变化情况，本试验中，所有处理对叶片纵、横径的扩展均无明显影响，与前人在黄瓜[7]、青蒜苗[4]、叶用莴苣[5]、小苍兰[18]等报道的蓝光及复合光有利于叶面积的扩展[11]的结果不一致，这些差异可能是由于不同的试材、光源和试验方法造成的，但还需要进一步试验证明。光质的改变会引起光合产物向不同器官积累、分配，壮苗指数反映了幼苗的健康程度，从试验已得结果看，白光（W）及红光（R）处理下黄瓜植株的生物量较大，而红蓝组合光（9R/1B、8R/2B、7R/3B）下植株干重及壮苗指数较大，说明红蓝组合光下的黄瓜幼苗含水量相对较少，生长健壮，其原因主要在于红蓝组合光比单一的光质更有利于干物质的积累。
光合色素能够吸收、传递和转换光能，是植物进行光合作用的物质基础，其含量与组成直接影响叶片的光合速率[19]。本试验认为蓝光及红蓝组合光均对黄瓜幼苗叶片叶绿素的合成有促进作用，红蓝组合光还能提早使叶绿素含量达到最大值且延缓其后期下降，说明红蓝组合光可以延缓黄瓜叶片的衰老，这种效应随红光比例的减小和蓝光比例的增加表现越明显。生长在红光下的叶片叶绿素a/b值在处理期间一直居高，说明红光培养的黄瓜植株具有阳生植物的特性，而蓝光培养的黄瓜植株叶绿素a/b值较低与阴生植物相似，此结果与大多数报道不一致，以前的报道中，红光处理的叶片与白光和蓝光处理相比，有较低的Chla/Chlb比值[20]，而生长在蓝光下的叶片其中Chl含量低于白光和红光下的含量，但它的Chla/Chlb比值最高[21]，造成这种差异的原因可能是，与红光相比，蓝光下叶片的叶肉细胞中淀粉粒积累较少[22]，这主要是因为红光抑制了光合产物从叶片中输出，增加了叶片的淀粉积累，而淀粉粒的过量积累不利于植物叶片光合作用的进行[23]。类胡萝卜素是叶绿体光合天线的辅助色素，能以非辐射的方式耗散光系统Ⅱ（PSⅡ）的过剩能量以保护叶绿素免受破坏，试验中蓝光处理下类胡萝卜素含量最高，其次为8R/2B处理，而其余处理小于CK，说明蓝光和适宜比例的红蓝组合光可以促进黄瓜叶片类胡萝卜素的合成，这与大多数的报道一致。
叶绿素荧光动力学技术在测定叶片光合作用过程中光系统对光能的吸收、传递、耗散、分配等方面具有独特的作用，光质对黄瓜幼苗叶片叶绿素荧光参数影响显著[24]。有研究指出，最大光化学效率Fv/Fm是衡量光抑制程度的重要指标[25]，可用作表征PSⅡ原初光能转换效率的高低，若Fv/Fm大幅度降低，则表明植物受到了光抑制[26]，反应中心受到不可逆破坏或可逆失活[27]。光化学猝灭反映的是PSⅡ天线色素吸收的光能用于光化学电子传递的份额，要保持高的光化学猝灭就要使PSⅡ反应中心处于“开放”状态，所以光化学猝灭又在一定程度上反映了PSⅡ反应中心的开放程度[28-29]。本研究中，各处理的Fv/Fm值在处理期内无明显变化，但处理之间却差异显著，而ФPSII、qP和NPQ则是随处理时间的延伸各处理间均表现出不同趋势的变化，其中红蓝组合光处理下Fv/Fm、ФPSII和qP显著高于CK及单一红光和蓝光，说明3种比例的红蓝组合光处理下叶片光系统Ⅱ反应中心的开放程度较大，且光系统Ⅱ吸收并能运用于光合作用的光能较多；因此，叶片的光系统Ⅱ功能良好，光系统Ⅱ更为健康，这种效应以8R/2B、7R/3B表现的极为优势。非光化学猝灭反映的是PSⅡ天线色素吸收的光能不能用于光合电子传递而以热的形式耗散掉的光能部分。当PSⅡ反应中心天线色素吸收了过量的光能时，如不能及时地耗散将对光合机构造成失活或破坏，所以非光化学猝灭是一种自我保护机制，对光合机构起一定的保护作用[30]。在试验中得知，R处理下NPQ一直高于其它处理，所以导致了ФPSII的降低[31]，进入反应中心进行电荷分离转化的激发能相应减少，叶黄素循环耗散变强[32]。说明红光处理下黄瓜叶片吸收的光能不能用于光合电子传递而以热的形式耗散掉的光能多，这也可能是R处理下植株拥有较大的生物量，而干重却较小的原因。
4 结论
不同LED光质对黄瓜幼苗的生长发育、光合色素及叶绿素荧光参数的影响不同。综合本试验结果看，单一红光R处理下植株有较大的生物量，蓝光B处理下叶片叶绿素含量最高，但红蓝组合光8R/2B处理可明显提高植株的株高、壮苗指数、叶绿素和类胡萝卜素含量；且Fv/Fm、ФPSII、qP均较高。证明该处理下黄瓜幼苗的生长发育、生理生化得到促进，光合色素合成较多，光系统Ⅱ的光能转换和利用效率及反应中心开放程度高，延缓叶片的衰老，保证植株健壮生长，对培育壮苗有极其重要的作用。