CN111642343A - 一种促进水稻矮化、抗胁迫和增产的光照培养方法 - Google Patents

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Abstract

一种促进水稻矮化、抗胁迫和增产的光照培养方法，涉及优化水稻生长的光照方法。采用人工光源对水稻幼苗进行照射，所述人工光源的供光模式为常规白光+低剂量UV‑B光照的供光模式。有利于水稻幼苗株高降低，增强抗倒伏能力；促进水稻叶片叶绿素积累，促进水稻增产；促进花青素积累，增强抗紫外辐射能力。利用优化光照方法，操作便捷，优势突出，在农业现代化生产上具有广阔的应用空间与市场前景。

Description

一种促进水稻矮化、抗胁迫和增产的光照培养方法
技术领域
本发明涉及优化水稻生长的光照方法，尤其是涉及一种促进水稻矮化、抗胁迫和增产的光照培养方法。
背景技术
光是影响动植物生命活动最重要的环境因子之一。它不仅是植物光合作用的能量来源，而且作为信号分子调节植物生长发育的多个过程。紫外光是太阳光的重要组成部分，近年来随着臭氧空洞的增加，到达地球表面的紫外光逐渐增多，其中能到达地面的大部分是长波紫外光(UV-A，320～400nm)和中波紫外光(UV-B，280～320nm)。随着UV-B光受体UVR8的发现，越来越多的研究都聚焦于UV-B光对植物生长发育的影响，UV-B光在光形态建成、次级代谢、抗病虫害等方面有益于植物发育(Jenkins,2009；Rizzini et al.,2011)。
LED光源被认为是人工光植物工厂中最适宜植物栽培的光源。LED光源的波宽窄、能耗低、体积小、效率高、耐衰老、热耗低的优点，使其成为了众多光质研究人员使用的新光源。至今为止，大量应用LED光源研究光环境对植物宏观的形态、产量、品质的影响，以及对细胞显微结构、植物分化、次生代谢物质的影响的研究层出不穷。但是，绝大部分植物生长用LED光源光谱主要聚焦于光合作用有效辐射光谱范围内(400～700nm)，人们通常认为该波段为植物光合作用的能量源。当前在全人工光植物工厂中的人工光源主要以红蓝光为主，如中国专利CN106212070A公开一种利用LED延时补光促进水稻育苗的方法，先在水稻生长三叶期利用植物生长灯发出蓝光进行延时补光，然后在五叶期利用植物生长灯发出红蓝复合光进行延时补光，促进水稻幼苗生长。由于技术限制等因素，植物工厂生产中往往缺乏紫外光波段，在此情况下，考虑给予水稻适量UV-B光照射是对其生长和产量提升的一种方案。
发明内容
本发明的目的在于提供可为植物工厂水稻栽培过程中在常规白光光源基础上增加低剂量UV-B光的一种促进水稻矮化、抗胁迫和增产的光照培养方法。
本发明的具体步骤如下：
采用人工光源对水稻幼苗进行照射，所述人工光源的供光模式为常规白光+低剂量UV-B光照的供光模式。
所述常规白光+低剂量UV-B光照的供光模式包括在24h的昼夜周期中，常规白光的照射时间为10～14h，最好为10h，在常规白光照射的同时提供低剂量UV-B光照射。
所述常规白光的光量子通量密度可为150～300μmol·m-2·s-1，最好为200μmol·m-2·s-1。
所述低剂量UV-B光的光量子通量密度为1.5～4.5μmol·m-2·s-1，最好为3μmol·m-2·s-1。
所述低剂量UV-B光的波长可为280～320nm。
本发明在水稻幼苗生长期间，在常规白光基础上增加低剂量UV-B光照，有利于水稻幼苗株高降低，增强抗倒伏能力；促进叶绿素和花青素积累；增强抗紫外辐射能力；百粒重、粒长、粒宽明显增加，促进水稻增产。首次系统的比较在全人工光植物工厂白光的基础上添加低剂量UV-B光对水稻生长的影响。通过多次重复实验得到结论，在全人工光植物工厂中增加低剂量UV-B光照射不会抑制水稻的光合作用，反而会促进水稻叶片叶绿素含量，进而提高水稻的产量，同时促进花青素积累，增强抗胁迫能力。本发明利用优化光照方法，操作便捷，优势突出，在农业现代化生产上具有广阔的应用空间与市场前景。
本发明有利于水稻幼苗株高降低，增强抗倒伏能力；促进水稻叶片叶绿素积累，促进水稻增产；促进花青素积累，增强抗紫外辐射能力。本发明利用优化光照方法，操作便捷，优势突出，在农业现代化生产上具有广阔的应用空间与市场前景。
附图说明
图1是本发明中白光增加低剂量UV-B光照射试验设置图。
图2是本发明中白光增加低剂量UV-B光照射时水稻幼苗的生长形态图。
图3是本发明中白光增加低剂量UV-B光照射促进水稻叶片的抗紫外辐射图。
具体实施方式
以下实施例将结合附图对本发明作进一步说明。
低剂量UV-B光照射对水稻生长和产量的影响
将规格相同的水稻幼苗，分栽到培养设备中，分为2组，第1组仅为常规白光照射，第2组为常规白光增加低剂量UV-B光照射(图1)。设置光环境参数为：常规白光的光量子通量密度为200μmol·m-2·s-1，光照时间为10h/d，低剂量UV-B光照的光量子通量密度为3μmol·m-2·s-1，光照时间为10h/d，环境温度为28℃。
1、低剂量UV-B光照射对水稻株高的影响
在上述2种条件下生长相同天数后，观察水稻形态。结果显示，与常规白光相比，在常规白光+低剂量UV-B光照射时，水稻幼苗株高明显降低(图2)。统计结果显示，白光+低剂量UV-B光照射时，水稻株高降低29.0％，第一节间长度降低24.9％，第二节间长度降低49.4％(表1)。这个结果说明，增加低剂量UV-B光照能够使水稻株高降低，有利于水稻抗倒伏。
表1低剂量UV-B光照射对水稻株高的影响
测量指标 白光 白光+低剂量UV-B光
株高(cm) 143.83a 102.12b
第一节间长度(cm) 4.01a 3.01b
第二节间长度(cm) 3.42a 1.73b
注：表中数据为3次实验平均值，数值后的字母为使用SPSS22.0软件进行Duncan法检
验后的显著性差异(P<0.05)。
2、低剂量UV-B光照射对水稻叶片叶绿素和花青素积累的影响
在上述2种条件下生长相同天数后，检测水稻叶片叶绿素和花青素的含量。如表2所示，与常规白光相比，在常规白光+低剂量UV-B光照射时，水稻幼苗叶片中叶绿素和花青素含量明显增加。统计结果显示，白光+低剂量UV-B光照射时，叶绿素a增加24.6％，叶绿素b增加20.0％，花青素增加54.9％。这些结果说明，增加低剂量UV-B光照能够诱导水稻叶片中叶绿素和花青素的积累。
表2低剂量UV-B光照射对水稻叶片叶绿素和花青素积累的影响
测量指标 白光 白光+低剂量UV-B光
叶绿素a(mg/g) 0.69b 0.86a
叶绿素b(mg/g) 0.20b 0.24a
叶绿素a+b(mg/g) 0.89b 1.10a
花青素((A530-0.25*A657)/g(FW)) 11.27b 17.46a
注：表中数据为3次实验平均值，数值后的字母为使用SPSS22.0软件进行Duncan法检验
后的显著性差异(P<0.05)。
3、低剂量UV-B光照射对水稻抗紫外辐射的影响
将上述2种条件下生长的水稻幼苗分别进行紫外辐射处理。结果显示，在外界紫外辐射后，常规白光下生长的水稻幼苗叶片表现出明显黄化且皱缩的表型，而常规白光+低剂量UV-B光下生长的水稻幼苗叶片相对较绿且平展(图3)。结果说明，增加低剂量UV-B光照能够增强水稻幼苗的抗紫外辐射能力。
4、低剂量UV-B光照射对水稻产量的影响
如表3所示，与常规白光相比，在常规白光+低剂量UV-B光照射时，水稻产量明显增加。统计结果显示，白光+低剂量UV-B光照射时，单株总产量增加13.4％，百粒重增加4.5％，粒长增加5.1％，粒宽增加4.9％。结果说明，增加低剂量UV-B光照能够增加水稻的产量。
表3低剂量UV-B光照射对水稻产量的影响
测量指标 白光 白光+低剂量UV-B光
单株总产量(g) 3.51 3.98
百粒重(g) 2.20 2.30
十粒长(mm) 7.03 7.39
十粒宽(mm) 4.11 4.31
综上，采用本发明提出的常规白光+低剂量UV-B光照的栽培光环境，比起传统的光照形式来看，能够使水稻株高降低，有利于水稻抗倒伏，促进水稻叶片叶绿素和花青素的积累，增强水稻幼苗的抗紫外辐射能力，能够增加水稻的产量，具备良好的实施前景。
以上所述仅是本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭示的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种促进水稻矮化、抗胁迫和增产的光照培养方法，其特征在于其具体步骤如下：
采用人工光源对水稻幼苗进行照射，所述人工光源的供光模式为常规白光+低剂量UV-B光照的供光模式。
2.如权利要求1所述一种促进水稻矮化、抗胁迫和增产的光照培养方法，其特征在于所述常规白光+低剂量UV-B光照的供光模式包括在24h的昼夜周期中，常规白光的照射时间为10～14h，在常规白光照射的同时提供低剂量UV-B光照射。
3.如权利要求2所述一种促进水稻矮化、抗胁迫和增产的光照培养方法，其特征在于所述常规白光的照射时间为10h。
4.如权利要求1所述一种促进水稻矮化、抗胁迫和增产的光照培养方法，其特征在于所述常规白光的光量子通量密度可为150～300μmol·m-2·s-1。
5.如权利要求4所述一种促进水稻矮化、抗胁迫和增产的光照培养方法，其特征在于所述常规白光的光量子通量密度可为200μmol·m-2·s-1。
6.如权利要求1所述一种促进水稻矮化、抗胁迫和增产的光照培养方法，其特征在于所述低剂量UV-B光的光量子通量密度为1.5～4.5μmol·m-2·s-1。
7.如权利要求6所述一种促进水稻矮化、抗胁迫和增产的光照培养方法，其特征在于所述低剂量UV-B光的光量子通量密度为3μmol·m-2·s-1。
8.如权利要求1所述一种促进水稻矮化、抗胁迫和增产的光照培养方法，其特征在于所述低剂量UV-B光的波长为280～320nm。
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