CN115136857A - 一种采用分段补光培育黄瓜壮苗的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于农业育苗技术领域，公开了一种采用分段补光培育黄瓜壮苗的方法，该方法是将黄瓜种子经清水浸种后，在室温泡种，洗净后放置于28～30℃催芽，得到露白的黄瓜种子；将露白的黄瓜种子播种在装有椰糠的穴盘中，再放置于培养室中在红蓝LED灯下，萌发并长至子叶展平的黄瓜幼苗；在累积光量为10.8mol·m‑2·d‑1，对黄瓜幼苗在光照强度100～300μmol·m‑2·s‑1、光照周期10～15h·d‑1下采用分段补光处理，培养使幼苗长至二叶一心。该方法是在全人工光条件下培育黄瓜壮苗，能有效控制幼苗徒长，在能耗相同的情况下幼苗质量显著提高，且操作方法简单，具有推广应用价值。
Description
技术领域
本发明属于现代农业种植技术领域，更具体地，涉及一种采用分段补光培育黄瓜壮苗的方法。
背景技术
光不仅作为能源物质还作为一种信号调节植物的生长发育、形态建成和生理代谢。光环境是影响作物生长发育最重要的环境因素之一，除了光质、光强和光周期，日累积光量(Daily Light Integral，缩写DLI，单位mol·m-2·d-1)是光强和光周期的乘积，即一天内植物接受到的光辐射总量，由于DLI直接受光照强度和光周期两个因素综合影响植物的生长，以DLI代替光强或者光周期作为植物生长发育的一个光变量，也会影响幼苗的生长和生理特性，可以衡量植物对光照量的需求。
黄瓜是重要的经济作物之一，中国每年对黄瓜苗需求量巨大，优质的幼苗移栽后可以使成熟的植株更结实、产量更高来提高农户收入。实际生产中，在较短时间内获得优质、紧凑和健壮的幼苗是生产者的目标。在最佳DLI条件下，黄瓜幼苗有着较高的生物量和壮苗指数等，较容易获得黄瓜壮苗。但关于黄瓜幼苗在相同最佳DLI条件下的不同光强分段处理的光响应机制尚不清楚也缺少相关报道。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，本发明目的在于提供一种采用分段补光培育黄瓜壮苗的方法。该方法是在植物工厂条件下，利用红蓝LED调光台和基质培的方式，对黄瓜幼苗在相同DLI下，不同的光照强度(即为光量子通量密度(PPFD))和光照周期进行分段处理，以期筛选出有利于温室中全人工光下培育黄瓜壮苗的光环境，从而提高黄瓜幼苗质量和健壮程度，为在植物工厂条件下培育出优质的黄瓜壮苗提供一种生产技术。
本发明的目的通过下述技术方案来实现：
一种采用分段补光培育黄瓜壮苗的方法，包括如下步骤：
S1.黄瓜种子经55℃清水浸种20min后，在室温泡种6～8h，洗净后放置于恒温箱在28～30℃催芽22～24h后发芽，得到露白的黄瓜种子；
S2.将露白的黄瓜种子播种在装有椰糠的穴盘中，再放置于培养室中在光质配比为R:B＝8:1的红蓝LED灯下，红光波长为650～660nm，蓝光波长为450～460nm，萌发并长至子叶展平的黄瓜幼苗；
S3.对步骤S2的黄瓜幼苗在累积光量为10.8mol·m-2·d-1，光照强度为150～300μmol·m-2·s-1、光照周期为10～15h·d-1条件下进行分段光强补光，即依次为第一分段在光照强度150～300μmol·m-2·s-1处理4～4.5h，第二分段在光照强度250～300μmol·m-2·s-1处理4～4.5h，第三分段在光照强度150～300μmol·m-2·s-1处理4～4.5h；在培育过程中，当幼苗子叶完全展开之前浇灌清水，待幼苗子叶展平后开始浇灌含有微量元素的营养液，调节营养液的pH值6～6.5，培养使幼苗长至二叶一心。
优选地，步骤S2中培养室的白天温度为26～28℃，夜晚温度为22～24℃，空气湿度为50～70％。
优选地，步骤S3中所述营养液为1/2霍格兰配方，所述微量元素为B：0.5mg·L-1，Mn：0.5mg·L-1，Zn：0.05mg·L-1，Cu：0.02mg·L-1，Mo：0.01mg·L-1。
优选地，步骤S3中所述分段光强补光为第一分段在150μmol·m-2·s-1处理4.5h，第二分段在250μmol·m-2·s-1处理4.5h，第三分段在300μmol·m-2·s-1处理4h。
优选地，步骤S3中所述分段光强补光为第一分段在300μmol·m-2·s-1处理4h，第二分段在250μmol·m-2·s-1处理4.5h，第三分段在150μmol·m-2·s-1处理4.5h。
优选地，步骤S3中所述分段光强补光为第一分段在光照强度200μmol·m-2·s-1处理4.5h，第二分段在300μmol·m-2·s-1处理4h，200μmol·m-2·s-1处理4.5h。
优选地，步骤S3中所述浇灌频率均为3～4天/次；所述培养的时间为22～24天。
本发明中当采用红蓝LED调光台进行补光，在光照周期为12h·d-1，光照强度为250μmol·m-2·s-1条件下，培育的黄瓜幼苗的茎粗、地上部干重和壮苗指数显著优于其余处理，即10.8mol·m-2·d-1是培育高质量黄瓜穴盘苗的最佳DLI条件。本发明通过比较相同最佳DLI(10.8mol·m-2·d-1)条件下的不同光强分段补光处理对幼苗的生长效果，表明第一分段在150μmol·m-2·s-1处理4.5h，第二分段在250μmol·m-2·s-1处理4.5h，第三分段在300μmol·m-2·s-1处理4h，可以显著提高黄瓜幼苗的重量、叶片厚度和健壮程度。说明该是方法是在全人工光条件下培育黄瓜壮苗，能有效控制幼苗徒长，在能耗相同的情况下幼苗质量显著提高，且操作方法简单，结果可靠，具有推广应用价值。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明采用分段补光培育黄瓜壮苗的方法，在植物工厂条件下，利用红蓝LED调光台和基质培的方式，在最佳DLI为10.8mol·m-2·d-1条件下，对黄瓜幼苗进行不同光强分段处理，更有利于幼苗茎粗的增加、地上部和根部的生长以及壮苗指数的提高，得到更为健壮的黄瓜幼苗。
2.本发明是在半封闭的培养室内进行，不受任何自然条件中下的温度、光照条件、湿度等的影响。在植物工厂内利用红蓝LED调光台生产高质量的黄瓜幼苗是一项高效且简便易行的新技术，优势突出。
附图说明
图1为实施例1中不同光照强度处理对黄瓜幼苗生长的影响。
图2为实施例1中不同光照强度处理对黄瓜幼苗综合性状的影响。
图3为实施例2中不同光照周期处理对黄瓜幼苗生长的影响。
图4为实施例2中不同光照周期处理对黄瓜幼苗综合性状的影响。
图5为实施例3中在相同DLI下不同光强处理图示。
图6为实施例3中在相同DLI下，不同光强分段处理对黄瓜幼苗生长的影响。
图7为实施例3中在相同DLI下，不同光强分段处理对黄瓜幼苗综合性状的影响。
说明：图1-7中图柱上不同小写字母表示5％统计水平上差异显著(α＝0.05)。其中每个分图中，当图柱中标记包含有相同字母时，表示5％水平上差异不显著，而当图柱中标记的字母不相同时，表示5％水平上差异显著。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
本发明采用的材料为：试验于2020年10月-2021年7月在华南农业大学园艺学院可控环境室进行。供试黄瓜品种为“粤秀三号”，采用红蓝光质配比8:1的LED作为试验光源，红光波长为650～660nm，蓝光波长为450～460nm。采用50孔穴盘进行试验育苗。营养液为含有微量元素的1/2霍格兰配方(pH值≈6.0)，微量元素包含B：0.5mg·L-1，Mn：0.5mg·L-1，Zn：0.05mg·L-1，Cu：0.02mg·L-1，Mo：0.01mg·L-1。
本发明的数据分析使用SPSS 14.0软件进行方差分析，采取LSD多重分析比较法检验差异性(P<0.05)，采用Origin 2021Pro软件制作图表，并将数据记录入图2-7。
实施例1不同光照强度处理对黄瓜幼苗生长的影响
试验于2020年10月15日至2020年11月7日在华南农业大学园艺学院可控环境室进行。黄瓜种子浸种6h后，放置于28～30℃的人工气候箱中催芽22～24h，露白后播种到装有椰糠的50孔穴盘中，并将穴盘放置于安装有LED的遮光层架内进行试验。子叶完全展开之前，浇灌清水，待子叶完全展开后浇灌营养液。
当光照周期不变，改变光照强度，试验共设5组处理，光照周期统一为12h·d-1，光照强度分别设为100μmol·m-2·s-1、150μmol·m-2·s-1、200μmol·m-2·s-1、250μmol·m-2·s-1和300μmol·m-2·s-1，其对应的DLI分别为4.32、6.48、8.64、10.8和12.96mol·m-2·d-1。适宜黄瓜幼苗生长的最佳光强和光周期，均是单因素试验，白天温度控制为26～28℃，夜晚温度控制为22～24℃，空气相对湿度为50～70RH％。上面不同光照强度的5组处理重复3次，每个重复50株幼苗，重复之间随机排列，处理之间设置遮光布，互不影响。取样后测定黄瓜幼苗的生长和幼苗综合指标。
图1为实施例1中不同光照强度处理对黄瓜幼苗生长的影响。其中(a)～(d)分别为黄瓜幼苗的株高、茎粗、地上部及根部的鲜重和干重。从图2可知，最小光强100μmol·m-2·s-1处理的幼苗根部干鲜重显著小于其余4个处理，幼苗细长(图2d)。300μmol·m-2·s-1有效降低株高和增加茎粗，且对比其他处理，有着显著高的地上部干物质含量，其次是250μmol·m-2·s-1处理(图2(a)-2(c))。说明适当地增加DLI，有利于提高黄瓜幼苗的重量。随着光强在100～300μmol·m-2·s-1的范围内逐渐增加，黄瓜幼苗总体呈现出株高逐渐降低、茎粗加大和地上部干重增加的趋势(图2(a)，2(b)和2(d))。
图2为实施例1中不同光照强度处理对黄瓜幼苗综合性状的影响。其中，(a)-(c)分别为黄瓜幼苗的根冠比、比叶重和壮苗指数。如图3所示，随着光强的逐渐增加，黄瓜幼苗的根冠比呈现增加后降低的趋势，并在150μmol·m-2·s-1处理下最高(图3(a))。而植株比叶重和壮苗指数则随着光强增加呈现不断增加趋势，300μmol·m-2·s-1的比叶重和壮苗指数基本都显著大于其余四个处理，但根冠比却显著小于150μmol·m-2·s-1和200μmol·m-2·s-1处理(图3(a)-3(b))，可见较强的光强处理可以增加黄瓜幼苗叶片厚度和提高壮苗指数，300μmol·m-2·s-1(DLI为12.96mol·m-2·d-1)较强光强处理适合培育黄瓜壮苗，其次是250μmol·m-2·s-1(DLI为10.8mol·m-2·d-1)处理。
实施例2不同光照周期处理对黄瓜幼苗生长的影响
试验于2020年12月3日至2020年12月26日在华南农业大学园艺学院可控环境室进行。黄瓜种子浸种6h后，放置于28℃的人工气候箱中分别催芽24h，露白后播种到装有椰糠的50孔穴盘中，并将穴盘放置于安装有LED的遮光层架内进行试验。子叶完全展开之前，浇灌清水，待子叶完全展开后浇灌营养液。
当光照强度不变，改变光照周期，试验共设5组处理，光照强度统一为250μmol·m-2·s-1，光照周期分别设为8h·d-1、10h·d-1、12h·d-1、14h·d-1和16h·d-1，其对应的DLI分别为7.2、9、10.8、12.6和14.4mol·m-2·d-1。红蓝光质配比为R:B:G＝8:1，白天温度控制为26～28℃，夜晚温度控制为22～24℃，相对湿度控制为50～70RH％。上面不同光照周期的5组处理重复3次，每个重复50株幼苗，重复之间随机排列，处理之间设置遮光布，互不影响。取样后测定黄瓜幼苗的生长和幼苗综合指标。
图3为实施例2中不同光照周期处理对黄瓜幼苗生长的影响。其中，(a)～(d)分别为黄瓜幼苗的株高、茎粗、地上部及根部的鲜重和干重。从图4可知，除了16h·d-1之外，随着光照时间逐渐增加，黄瓜幼苗的茎粗、地上部和根部的生物量以及地上部干物质含量呈现出先上升后下降的趋势，且都在光照时长为12h·d-1时出现峰值，尤其与最短时长8h·d-1处理的多个形态指标形成显著差异(图4b-4d)。16h·d-1处理下的幼苗除了茎粗、地上部干重和鲜重显著小于12h·d-1外，其余指标间并无显著性差异(图4(b)和4(c))。说明对于日中性作物黄瓜来说，光照时间可以适当长点，但缩短光照时间不利于幼苗的生长。综合来看，给予黄瓜幼苗12h·d-1光周期(DLI为10.8mol·m-2·d-1)便足够。
图4为实施例2中不同光周期处理对黄瓜幼苗综合性状的影响。其中，(a)～(c)分别为黄瓜幼苗的根冠比、比叶重和壮苗指数。从图5可知12h·d-1处理下的根冠比显著小于其余处理(图5(a))，反映出幼苗有着较高的地上部生物量，与图4结果相符。12h·d-1比叶重和壮苗指数显著高于8h·d-1和10h·d-1，且与16h·d-1差异不大(图5(b)和5(c))，说明对于日中性作物黄瓜来讲，适当长点的光照时间可以得到较健壮的幼苗。
综合实施例1和2的试验，可以得知DLI在4.32～12.96mol·m-2·d-1范围内，其中，10.8mol·m-2·d-1最优，与更高的DLI相比，其代表能耗更低。在此条件下能获得较为健壮的幼苗，DLI过高或或低都不利于幼苗生长，通过综合光强和光周期两个单因素试验，得出培育黄瓜幼苗的最佳在DLI为10.8mol·m-2·d-1时幼苗生长状况较好，已此作为最佳DLI开展后面的分段光强补光试验。
实施例3在最佳DLI下不同光强分段处理对黄瓜幼苗的影响
试验于2021年6月14日至2021年7月7日在华南农业大学园艺学院可控环境室进行。黄瓜种子浸种6～8h后，放置于28～30℃的人工气候箱中分别催芽22～24hh，露白后播种到装有椰糠的50孔穴盘中，并将穴盘放置于安装有LED的遮光层架内进行试验。子叶完全展开之前，浇灌清水，待子叶完全展开后浇灌营养液。
本发明的所有栽培技术均在半封闭的培养室内进行，不受任何自然条件中下的光照条件的影响，采用分段补光培育黄瓜壮苗的方法，具体步骤为：
1.黄瓜种子经55℃温汤浸种20min后放置常温泡种6～8h，洗净后放置于28～30℃的恒温箱催芽22～24h后发芽；
2.黄瓜种子播种后放置于红蓝LED灯下，红蓝光质比为8R1B，红光波长为650～660nm，蓝光波长为450～460nm；
3.对幼苗进行不同的光照强度、光照周期、相同DLI下不同光强分段补光处理，培育过程中当幼苗子叶完全展开之前，浇灌清水，待幼苗子叶展平后开始浇灌含有微量元素的营养液，调节营养液的pH值6～6.5，所述浇灌频率为3天/次，培养22～24天使幼苗长至二叶一心。
具体地，结合实施例1和2的试验可知，培育黄瓜壮苗的最佳DLI为10.8mol·m-2·d-1，基于此，步骤3在DLI为10.8mol·m-2·d-1下，进行不同光强(光量子通量密度(PPFD))处理，共设5组处理，如图5所示。其中，T1和T2为不分段处理(作为对比组)，即T1为在200μmol·m-2·s-1处理15h；T2为在300μmol·m-2·s-1处理10h；而T3、T4和T5为分段处理，即T3为第一分段在300μmol·m-2·s-1处理4h，第二分段在250μmol·m-2·s-1处理4.5h，第三分段在150μmol·m-2·s-1处理4.5h；、T4为第一分段在150μmol·m-2·s-1处理4.5h，第二分段在250μmol·m-2·s-1处理4.5h，第三分段在300μmol·m-2·s-1处理4h；T5为第一分段在200μmol·m-2·s-1处理4.5h，第二分段在300μmol·m-2·s-1处理4h，第三分段在200μmol·m-2·s-1处理4.5h。
当红蓝光质配比为R:B＝8:1，白天温度控制为26～28℃，夜晚温度控制为22～24℃，空气相对湿度控制为50～70RH％。上面5组处理中每组重复3次，每个重复50株幼苗，重复之间随机排列，处理之间设置遮光布，互不影响。取样后测定黄瓜幼苗的生长和综合指标。
图6为实施例3中在相同DLI下，不同光强分段处理对黄瓜幼苗生长的影响。其中，(a)～(d)分别为黄瓜幼苗的株高、茎粗、地上部以及根部的鲜重和干重。如图6所示，在生长指标方面，T2和T4处理的幼苗有着相似的株高，均显著高于其余处理(图6(a))。T4处理下黄瓜幼苗的茎粗、地上部以及根部的鲜干重都显著高于其余四个处理，茎粗增加了10.39～19.9％，地上部鲜干重分别增加了23.63～43.72％和14.75～40.98％，根部的鲜干重分别增加了26.94～78.54％和16.67～66.67％(图6(b)和6(c))。在三个不同光强分段处理(T3～T5)中，T4处理效果最好。图7为实施例3中在最佳DLI为10.8mol·m-2·d-1下，不同光强分段处理对黄瓜幼苗综合性状的影响。其中，(a)～(c)分别为黄瓜幼苗的根冠比、比叶重和壮苗指数。从图7可知，分段光强T4处理下幼苗有着最高的壮苗指数，且显著高于其余4个处理，增加了19.02～46.20％(图7(c))。但T5处理的根冠比较高(图7(a))，比叶重和壮苗指数均显著高于T1～T3处理(图7(b)和7(c))。总体来看，T3～T5分段光强处理下的幼苗比恒定光强处理下的苗生长更健壮，其中在最佳DLI为10.8mol·m-2·d-1下使用T4分段光强处理(即分别在150μmol·m-2·s-1处理4.5h，250μmol·m-2·s-1处理4.5h，300μmol·m-2·s-1处理4h)最有利于培育黄瓜壮苗，其次是T5处理。
在LED调灯台RB组合光下，DLI在4.32～12.96mol·m-2·d-1范围内，10.8mol·m-2·d-1是培育黄瓜壮苗的最佳DLI，相比高DLI降低了光能消耗。在相同的最佳DLI为10.8mol·m-2·d-1条件下，使用不同光强分段处理可以培育更健壮的黄瓜幼苗，使幼苗有着最高的生物积累量和壮苗指数，是一种优化的黄瓜节能育苗方法。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合和简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种采用分段补光培育黄瓜壮苗的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.黄瓜种子经55℃清水浸种20min后，在室温泡种6～8h，洗净后放置于恒温箱在28～30℃催芽22～24h后发芽，得到露白的黄瓜种子；
S2.将露白的黄瓜种子播种在装有椰糠的穴盘中，再放置于培养室中在光质配比为R:B＝8:1的红蓝LED灯下，红光波长为650～660nm，蓝光波长为450～460nm，萌发并长至子叶展平的黄瓜幼苗；
S3.对步骤S2的黄瓜幼苗在累积光量为10.8mol·m-2·d-1，光照强度为150～300μmol·m-2·s-1、光照周期为10～15h·d-1条件下进行分段光强补光，即依次为第一分段在光照强度150～300μmol·m-2·s-1处理4～4.5h，第二分段在光照强度250～300μmol·m-2·s-1处理4～4.5h，第三分段在光照强度150～300μmol·m-2·s-1处理4～4.5h；在培育过程中，当幼苗子叶完全展开之前浇灌清水，待幼苗子叶展平后开始浇灌含有微量元素的营养液，调节营养液的pH值6～6.5，培养使幼苗长至二叶一心。
2.根据权利要求1所述的采用分段补光培育黄瓜壮苗的方法，其特征在于，步骤S2中培养室的白天温度为26～28℃，夜晚温度为22～24℃，空气湿度为50～70％。
3.根据权利要求1所述的采用分段补光培育黄瓜壮苗的方法，其特征在于，步骤S3中所述营养液为1/2霍格兰配方，所述微量元素为B：0.5mg·L-1，Mn：0.5mg·L-1，Zn：0.05mg·L-1，Cu：0.02mg·L-1，Mo：0.01mg·L-1。
4.根据权利要求1所述的采用分段补光培育黄瓜壮苗的方法，其特征在于，步骤S3中所述分段光强补光为第一分段在150μmol·m-2·s-1处理4.5h，第二分段在250μmol·m-2·s-1处理4.5h，第三分段在300μmol·m-2·s-1处理4h。
5.根据权利要求1所述的采用分段补光培育黄瓜壮苗的方法，其特征在于，步骤S3中所述分段光强补光为第一分段在300μmol·m-2·s-1处理4h，第二分段在250μmol·m-2·s-1处理4.5h，第三分段在150μmol·m-2·s-1处理4.5h。
6.根据权利要求1所述的采用分段补光培育黄瓜壮苗的方法，其特征在于，步骤S3中所述分段光强补光为第一分段在光照强度200μmol·m-2·s-1处理4.5h，第二分段在300μmol·m-2·s-1处理4h，200μmol·m-2·s-1处理4.5h。
7.根据权利要求1所述的采用分段补光培育黄瓜壮苗的方法，其特征在于，步骤S3中所述浇灌频率均为3～4天/次；所述培养的时间为22～24天。
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