如何利用生长配方定制植株 ——基于植株莴苣“Diablotin”模型的研究

        前言

　　与温室和露天生产相比，在受控环境下栽种绿叶蔬菜有许多优点。除了不受天气影响之外，受控环境还可以实现更轻松的害虫预防和作物控制。过去几年，无论是用于研究还是商业生产，植物工厂的应用日渐广泛(Kozai，2013年)。 众所周知，光照强度和光照质量会影响植株的生长。增加光合有效光量子流密度可以提高植株产量，改善植株质量和形态，增加次生代谢产物(Fu，Li 和Wu，2012年)，以及缩短生产周期。对于垂直农场经营者而言，生产中的挑战之一是实现预期的质量和数量目标，而颜色是一个很好的质量指标，特别是对红叶莴苣品种而言更是如此。利用正确的生长配方，可以获得足够数量的花青素(存在于植株中的水溶性植株色素，使花和果实呈现出强烈的红色、紫色或蓝色)，并且更容易提高产量。 欧司朗近期正在自有的智能农业实验室(一个完全可控的气候室)中进行一项研究，意在为种植者日常所面临的挑战提供有效解决方案。而欧司朗旗下最新的研究工具Phytofy RL有效地帮助了研究人员在不同的光照条件下开展各项测试。 该研究的目标是展示Phytofy RL在广泛的植株生长配方研究领域的敏捷性，其中涵盖了许多课题，例如，如何改善着色，以及如何影响红叶莴苣品种“Diablotin”的生物量生产(Enza Zaden)。

　　材料与方法

　　此次用于实验的植株品种是红叶莴苣“Diablotin”。 每块岩棉(4x4x4 cm)播种3粒种子。装有77个岩棉块的托盘被放置在一个环境条件恒定的气候室中(表1)。连续记录环境温度、相对湿度、叶片温度、光周期、光强度和二氧化碳浓度，并使其保持在给定的设定值。

　　表1: 气候室实验阶段的环境条件。

　　结果与讨论

　　图1和图2显示了由于配方不同而导致的花青素含量的差异。全光谱加远红(FSFR)光照下培养的植株花青素含量最低。Li & Kubota于2009年的研究也显示了相似的结果。研究表明，UV-A(长波紫外线)和蓝光增加了酚类化合物的数量，而远红光造成了总酚类化合物的减少。Li & Kubota 2009年的研究结果证实，全光谱加紫外(FSUV)光照处理后达到的花青素含量位居第二。而红蓝光(RB)对应的花青素含量最高。这表明，增加蓝光、UV-A和蓝光可以刺激花青素的积累。

　　FSFR                                              FSUV                                                           RB

　　图1:三种不同光照处理下平均花青素含量± SEM的比较。FSFR=全光谱+远红光;FSUV=全光谱+紫外光;RB=红蓝光。(不同的字母代表分别由ANOVA在p≤0.05测试的显著差异)。

　　图2：三种不同光处理的着色水平。每次处理的强度为240µmol m²s-1。(A)光谱FSFR，(B)光谱FSUV，(C)光谱RB。

　　图3显示了每个岩棉块上平均植株鲜重的比较结果。RB和FSUV光照处理的平均植株鲜重彼此没有显著差异。而FSFR光照处理的鲜重明显增加。相比RB和FSUV处理，FSFR处理的鲜重增加了26%左右。这证实了(Lee，Son，& Oh，2016年)的研究结果。该研究已经证明，除了红蓝光之外，远红光会增加莴苣的鲜重。利用欧司朗富含远红光的全光谱，可以实现明显更高的鲜重。

　　FSFR                                                  FSUV                                                           RB

　　图3:三种不同光照处理下每块岩棉± SEM的平均鲜重比较。RB= 红蓝光;FSFR=全光谱+远红光;FSUV =全光谱+ 紫外光。(不同的字母代表分别由ANOVA 在 p ≤ 0.05测试的显著差异)。

　　图4显示了植株的大小。仅用RB照射的植株密度最大，其次是FS和额外UV照射的植株。最大的植物是在FS和FR的光照处理下发现的，验证了(Lee，Son 和Oh，2016年)的研究结果，这也表明，额外的FR会导致更高的鲜重和表皮细胞大小的增加。

　　图4：基于不同光照配方的植株大小比较。(A)光谱FSFR，(B)光谱FSUV，(C)光谱RB。

　　结论

　　此次研究结果证实，借助欧司朗Phytofy RL，可以通过适当的生长配方定制特定的植株参数。在此次研究中，红叶莴苣的大小和颜色容易受到不同光配方的影响。通过进一步的研究，还可以使用动态光配方一次性改进多个参数。可以设想，种植者可以首先使用富含FR的FS，以产生更高的生物量。完成该阶段后，再使用改善着色的配方作为“生产结束处理”照射植株数日，以最终确定植物的着色，并在生产周期中持续选择最佳质量和数量的光照。 Phytofy RL能提供波长从UV-A到FR的光照方案，是开展个人研究的优秀工具。为研究特定的生长配方，欧司朗还提供“研究即服务” 方案，即由专业人员利用完全受控的环境为用户的作物提供最佳的生长选择。

　　参考文献：

　　Fu，W.，Li，P.，&Wu，Y.(2012).Effects ofdifferentlightintensities onchlorophyllfluorescencecharacteristicsand yieldinlettuce.ScientiaHorticulturae，135，S.45-51.doi:doi.org/10.1016/j.scienta.2011.12.004

　　Kozai，T.(2013). PlantfactoryinJapan-currentsituationandperspectives.ChronicaHorticulturae，53(2)，pp.8-11.

　　Lee，M.-J.，Son，K.-H.，&Oh，M.-M.(2016).IncreaseBiomassandBioactiveCompoundsinLettuceunderVariousRatiosofFar-redLEDSupplementedwith BlueLEDLight.HorticultureEnvironmentBiotechnology，57(2)，S.139-147.doi:10.1007/s13580-016-0133-6

　　Li，Q.，&Kubota，C.(2009).Effectsof supplementallightqualityon growthandphytochemicals ofbabyleaflettuce.EnvironmentalandExperimentalBotany，67，S.59-64.doi:10:1016/j.envexpbot.2009.06.011