CN116602193A - 一种同时提高菜心品质与栽培效率的光调控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及菜心栽培技术领域，具体涉及一种同时提高菜心品质与栽培效率的光调控方法，于人工光密闭型植物工厂下，使菜心幼苗在栽培模组中于栽培光照条件下栽培直至生长期结束，其中，所述栽培光照条件是：光强为300μmol·m‑2·s‑1，连续光照时间为24h，该方法在特定光强和特定光照时间下能同时提高菜心品质和栽培效率。
Description
技术领域
本发明涉及菜心栽培技术领域，具体涉及一种同时提高菜心品质与栽培效率的光调控方法。
背景技术
菜心，又名菜薹，是十字花科芸薹属芸薹种白菜亚种的一个变种，是我国特产蔬菜，也是华南地区栽培规模最大的蔬菜种类之一。然而，现在市民普遍觉得“菜没有菜味了”，究其原因主要为以下几个方面：其一是在品种选育过程中，人们以产量作为育种目标，忽视了品质性状的选择与保留；其二是在生产过程中，生产者为了追求更高的产量而过量或不合理使用化肥、农药，导致产品质量明显降低；其三是由于栽培过程中多变的气候环境，缺乏抵御恶劣环境条件的技术措施，导致产品质量下降；其四是在采后处理过程中，缺乏合理的技术体系，导致风味和营养物质流失。
为解决“菜没有菜味”的问题，60％以上的传统广东菜心种植基地已逐渐转移到宁夏、甘肃、河南省、云南等外省地区，这些外省地区种植的菜心比同期在华南地区生产的菜心营养物质含量高、口感风味好，普遍受消费者的欢迎，价格普遍也比本地菜心高出50％以上。近几年，“宁夏菜心”几乎占领了广东菜心市场的大半壁江山。
由于广东常年出现蔬菜基地的北移，尤其是夏秋季，导致原来广东省常年规模化的菜心种植基地出现丢荒或被迫改种其它作物，这不但对广东省特色蔬菜的品牌形成重创，而且对广东省蔬菜产业的可持续发展形成了巨大的影响。
目前，人工光植物工厂是设施园艺发展的高级形式，温度、光照、相对湿度等环境因子均能够精准控制，不受土地、气候等自然条件的制约，在实现蔬菜作物高产量、高品质栽培及周年供应中具有重要作用。当前，农村城市化进程加快，城镇荒废厂房越来越多，现代植物工厂的发展将成为趋势。建立菜心的植物工厂栽培技术体系，不仅可有效解决夏秋季高温多雨气候下广东本地种植的菜心产量低、品质差、农药残留严重超标等问题，同时可解决外省基地种植的菜心由于长距离运输造成的生鲜损耗和货架期缩短的问题，更为重要的是可通过调控植物工厂中的环境条件大大改善菜心的品质，降低菜心中的硝酸盐含量，提高可溶性糖、可溶性蛋白、抗氧化物质等的含量，改善人们的生活品质。
在人工光植物工厂中，连续光照是一种特殊光照策略。连续光照较传统的在24小时内具有明暗交替的光周期模式，利用LED对植物进行连续光照处理可最大化延长植物光合作用时长，消除暗期呼吸消耗，提高光合产物合成与累积及生物量。尽管有少量的研究认为植物工厂中不同的光质比、光强、光周期可调控菜心的形态生长和营养品质(1、韦德吹，宋世威，刘厚诚，等.不同LED光照强度对菜心生长及品质的影响[J].农业科学，2018,8(12):1502-1508。2、刘渊川,吉家曾,刘厚诚,黄慧,苏蔚,2014.不同led光照时长对菜心生长与品质的影响.中国照明电器(12),22-25)。然而，迄今为止，尚无关于植物工厂条件下以不同的光强及连续光照来同时提高菜心品质与栽培效率的方法。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种同时提高菜心品质与栽培效率的光调控方法，该方法在特定光强和特性光照时间下能同时提高菜心品质和栽培效率。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
提供一种同时提高菜心品质与栽培效率的光调控方法，于人工光密闭型植物工厂下，使菜心幼苗在栽培模组中于栽培光照条件下栽培直至生长期结束，其中，所述栽培光照条件是：光强为300μmol·m-2·s-1，连续光照时间为24h。
在一些实施方式中，所述菜心幼苗通过以下方法得到：
于人工光密闭型植物工厂中，使菜心种子于40℃～60℃下温烫浸种10～20min，随后将菜心种子于常温水中浸泡1.5h～2.5h，接着在黑暗条件下以22℃～28℃催芽直至种子露白，将露白种子播种到穴盘中，加入清水，于育苗光照条件下育苗，待种子子叶展平后，将穴盘中的清水更换为营养液，每隔一定时间更换营养液，种子萌发到若干片真叶后，得到所述菜心幼苗，其中，所述育苗光照条件的光强为150μmol·m-2·s-1，每天的光周期为光照时间12h和黑暗时间12h。
在一些实施方式中，所述菜心幼苗通过以下方法得到：
于人工光密闭型植物工厂中，使菜心种子于55℃下温烫浸种15min，随后将菜心种子于常温水中浸泡2h，接着在黑暗条件下以25℃催芽直至种子露白，将露白种子播种到穴盘中，加入清水，于育苗光照条件下育苗，待种子子叶展平后，将穴盘中的清水更换为1/2剂量的Hoagland营养液，每隔三天更换一次营养液，待种子萌发到3片真叶后，得到所述菜心幼苗，其中，所述育苗光照条件的光强为150μmol·m-2·s-1，每天的光周期为光照时间12h和黑暗时间12h。
在一些实施方式中，所述植物工厂中，关灯时，植物冠层温度为23℃～24℃，开灯时，植物冠层温度为25℃～27℃。
在一些实施方式中，所述植物工厂中，关灯时，植物冠层温度为23.5℃，开灯时，植物冠层温度为26℃。
在一些实施方式中，所述穴盘放置有海绵块，将露白的种子播种到所述海绵块上。
在一些实施方式中，所述栽培模组设置在多层水培生长系统中，所述水培生长系统通过营养液浅液流培养菜心幼苗，所述培养液为1/2剂量Hoagland营养液。
与现有技术相比，本发明的同时提高菜心品质与栽培效率的光调控方法具有以如下有益效果：
(1)本发明的同时提高菜心品质与栽培效率的光调控方法，其在于人工光密闭型植物工厂下，以光照条件：光强300μmol·m-2·s-1，连续光照时间24h，即能够有效缩短菜心的发育进程，实现促成栽培；同时，还降低菜心叶柄夹角，菜心株型更为直立，提高了菜心的薹叶比，避免菜心运输过程造成的机械损伤，降低损耗；并且，提高了同光强下菜心薹叶和薹茎中可溶性糖、可溶性蛋白和游离氨基酸的含量，显著降低了同光强下菜心薹叶和薹茎中硝酸盐含量，提高了菜心的抗氧化能力，因此显著改善菜心的营养品质。
(2)本发明的同时提高菜心品质与栽培效率的光调控方法，能同时提高菜心品质和栽培效率，克服了传统为追求更高的产量而损失菜心品质的问题。本发明使用光照条件来兼顾了菜心栽培效率以及菜心品质如菜心的风味和营养价值，无需使用过量或不合理使用化肥、农药，使得菜心健康且能起到保护环境的作用，适合大规模生产应用。
附图说明
图1为本发明的具体实施例方式的植物工厂不同光处理下菜心生长发育表型图；
图2为本发明的具体实施例方式的植物工厂不同光处理下菜心采收菜薹表型图。
图3为本发明的具体实施例方式的不同光照处理对菜心菜薹品质的比较图表。
图4为本发明的具体实施例方式的不同光照处理对菜心菜薹抗氧化能力的比较图表。
图5为本发明的具体实施例方式的育苗日光光谱分布图。
图6为本发明的具体实施例方式的栽培日光光谱分布图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然附图中显示了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“该”旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本发明可能采用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
实施例
本实施例公开的同时提高菜心品质与栽培效率的光调控方法，于人工光密闭型植物工厂下，使菜心幼苗在栽培模组中于栽培光照条件下栽培直至生长期结束，其中，所述栽培光照条件是：光强为300μmol·m-2·s-1，连续光照时间为24h。
本实施例中，所述菜心幼苗通过以下方法得到：
于人工光密闭型植物工厂中，使菜心种子于40℃～60℃下温烫浸种10～20min，随后将菜心种子于常温水中浸泡1.5h～2.5h，接着在黑暗条件下以22℃～28℃催芽直至种子露白，将露白种子播种到穴盘中，加入清水，于育苗光照条件下育苗，待种子子叶展平后，将穴盘中的清水更换为营养液，每隔一定时间更换营养液，种子萌发到若干片真叶后，得到所述菜心幼苗，其中，所述育苗光照条件的光强为150μmol·m-2·s-1，每天的光周期为光照时间12h和黑暗时间12h。实际使用，能根据需要进行调整育苗参数，此处不作唯一限制。
优先地，能按照下述条件进行种子育苗，实际使用，能根据需要进行调整。
于人工光密闭型植物工厂中，使菜心种子于55℃下温烫浸种15min，随后将菜心种子于常温水中浸泡2h，接着在黑暗条件下以25℃催芽直至种子露白，将露白种子播种到穴盘中，加入清水，于育苗光照条件下育苗，待种子子叶展平后，将穴盘中的清水更换为1/2剂量的Hoagland营养液，每隔三天更换一次营养液，待种子萌发到3片真叶后，得到所述菜心幼苗，其中，所述育苗光照条件的光强为150μmol·m-2·s-1，每天的光周期为光照时间2h和黑暗时间12h。
本实施例中，所述植物工厂中，关灯时，植物冠层温度为23℃～24℃，开灯时，植物冠层温度为25℃～27℃。实际使用，能根据需要进行调整植物冠层温度，此处不作唯一限制。
优选地，所述植物工厂中，关灯时，植物冠层温度为23.5℃，开灯时，植物冠层温度为26℃。
本实施例中，所述穴盘放置有海绵块，将露白的种子播种到所述海绵块上。
本实施例中，所述栽培模组设置在多层水培生长系统中，所述水培生长系统通过营养液浅液流培养菜心幼苗，所述培养液为1/2剂量Hoagland营养液。
上述的光照的光源、光谱、光照到菜心种子或菜心幼苗的距离、灯组数量均能根据实际进行调整，下述优选地示出一些参数，如表1：
表1
实验验证
试验采用的菜心品种为早熟品种‘油青四九’
为说明本发明的植物工厂菜心的光调控方法能同时提高菜心品质与栽培效率，以下以四组菜心作为实验，如图6所示的栽培日光光谱分布图，其中组1的菜心幼苗的栽培光照条件为：光强200μmol·m-2·s-1，连续光照时间16h，下述简写为16H200；组2的菜心幼苗的栽培光照条件为：光强300μmol·m-2·s-1，连续光照时间16h，下述简写为16H300；组3的菜心幼苗的栽培光照条件为：光强200μmol·m-2·s-1，连续光照时间24h，下述简写为24H200；组4的菜心幼苗的栽培光照条件为：光强300μmol·m-2·s-1，连续光照时间24h，下述简写为24H300。
每组菜心幼苗通过以下方法获得：
于人工光密闭型植物工厂中，使菜心种子于55℃下温烫浸种15min，随后将菜心种子于常温水中浸泡2h，接着在黑暗条件下以25℃催芽直至种子露白，将露白种子播种到穴盘中，穴盘放置有海绵块，将露白的种子播种到所述海绵块上进行栽培，加入清水，于育苗光照条件下育苗，如图5所示的育苗日光光谱分布图，育苗光照的光强为150μmol·m-2·s-1，每天的光周期为光照时间12h和黑暗时间12h，待种子子叶展平后，将穴盘中的清水更换为1/2剂量的Hoagland营养液，每隔三天更换一次营养液，播种18天后，待种子萌发到3片真叶后，得到所述菜心幼苗，其中，所述植物工厂中，关灯时，植物冠层温度为23.5℃，开灯时，植物冠层温度为26℃。
结果分析：
1.菜心发育进程的分析：
如图1所示，其中框线标注为菜心采收期的植株表型，16H200(组1)菜心的采收期为移栽后30d，16H300(组2)菜心的采收期为移栽后27d，24H200(组3)菜心的采收期为移栽后21d，24H300(组4)菜心的采收期为移栽后21d，可见，增加光照连续时长能缩短菜心的发育进程，实现促成栽培。
2.菜心株型影响的分析：
16H200(组1)菜心的第一叶柄夹角90°，冠幅41.4cm，16H300(组2)菜心的第一叶柄夹角75°，冠幅44.5cm，24H200(组3)菜心的收期为第一叶柄夹角46°，冠幅36.9cm，24H300(组4)菜心的收期为28°，冠幅33.1cm，可见，栽培光照条件为：光强300μmol·m-2·s-1，连续光照时间24h，即24H300能降低菜心叶柄夹角，株型更为直立，进而降低采后包装和运输过程中由于冠幅过大造成的机械损伤，降低损耗。
3.菜心菜薹产量的分析：
组1-组2的菜心菜薹产量的结果见表2
表2不同光照处理对菜心采收时菜薹产量的影响
注：数据表示平均值±标准误，不同小写字母表示处理之间存有显著性差异(n＝15，P＜0.05)
菜心品种选育过程中，一般要求育成的品种直立、矮壮、薹叶比高于50％，由表1可知，首先，对相同的光强而言，增加连续光照时间尽管显著增加了日产量，但是对全株鲜重无显著影响；其次，表1示出了，菜心薹重只有在光强为300μmol·m-2·s-1时才会随着连续光照时间增加而增加，在光强为200μmol·m-2·s-1薹重则相反；对相同的光强而言，增加连续光照时间会减少总叶面积，对于不同的光强，通过增加连续光照时间能显著地提高薹薹叶比，其中，24H300的薹叶比最高，可见，尽管菜心薹重只有在光强为300μmol·m-2·s-1时才会随着连续光照时间增加而增加，在光强为200μmol·m-2·s-1薹重则相反，但是对于薹叶比而言，光照条件为24H300能带来最高的薹叶比。
4.菜心营养品质的分析
由图3可知，与16小时连续光照相比，24小时连续光照显著提高了同光强下菜心薹叶和薹茎中可溶性糖、可溶性蛋白和游离氨基酸的含量，显著降低了同光强下菜心薹叶和薹茎中硝酸盐含量，其中24H300能带来最高营养品质。
5.菜心抗氧化能力的分析
由图4可见，200μmol·m-2·s-1光强条件下，与16小时连续光照相比，24小时连续光照处理菜心的薹叶总酚含量提高了9.80％，总黄酮含量提高了16.16％，薹茎的总酚含量提高了34.84％，总黄酮含量提高了58.72％；300μmol·m-2·s-1光强条件下，与16小时连续光照相比，24小时连续光照处理菜心的薹叶总酚含量提高了8.71％，总黄酮含量提高了14.26％，薹茎的总酚含量提高了41.61％，总黄酮含量提高了73.06％。200μmol·m-2·s-1光强条件下，与16小时连续光照相比，24小时连续光照处理菜心的薹叶FRAP抗氧化能力提高了15.91％，DPPH自由基清除率提高了21.70％，薹茎的FRAP抗氧化能力提高了65.53％，DPPH自由基清除率提高了52.13％；300μmol·m-2·s-1光强条件下，与16小时连续光照相比，24小时连续光照处理菜心的薹叶FRAP抗氧化能力提高了10.96％，DPPH自由基清除率提高了19.63％，薹茎的FRAP抗氧化能力提高了76.64％，DPPH自由基清除率提高了65.08％，可见，光照条件为24H300能带来最高的抗氧化能力。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种同时提高菜心品质与栽培效率的光调控方法，其特征是：于人工光密闭型植物工厂下，使菜心幼苗在栽培模组中于栽培光照条件下栽培直至生长期结束，其中，所述栽培光照条件是：光强为300μmol·m-2·s-1，连续光照时间为24h。
2.根据权利要求1所述的同时提高菜心品质与栽培效率的光调控方法，其特征是：所述菜心幼苗通过以下方法得到：
于人工光密闭型植物工厂中，使菜心种子于40℃～60℃下温烫浸种10～20min，随后将菜心种子于常温水中浸泡1.5h～2.5h，接着在黑暗条件下以22℃～28℃催芽直至种子露白，将露白种子播种到穴盘中，加入清水，于育苗光照条件下育苗，待种子子叶展平后，将穴盘中的清水更换为营养液，每隔一定时间更换营养液，种子萌发到若干片真叶后，得到所述菜心幼苗，其中，所述育苗光照条件的光强为150μmol·m-2·s-1，每天的光周期为光照时间12h和黑暗时间12h。
3.根据权利要求1所述的同时提高菜心品质与栽培效率的光调控方法，其特征是：所述菜心幼苗通过以下方法得到：
于人工光密闭型植物工厂中，使菜心种子于55℃下温烫浸种15min，随后将菜心种子于常温水中浸泡2h，接着在黑暗条件下以25℃催芽直至种子露白，将露白种子播种到穴盘中，加入清水，于育苗光照条件下育苗，待种子子叶展平后，将穴盘中的清水更换为1/2剂量的Hoagland营养液，每隔三天更换一次营养液，待种子萌发到3片真叶后，得到所述菜心幼苗，其中，所述育苗光照条件的光强为150μmol·m-2·s-1，每天的光周期为光照时间12h和黑暗时间12h。
4.根据权利要求1或2所述的同时提高菜心品质与栽培效率的光调控方法，其特征是：所述植物工厂中，关灯时，植物冠层温度为23℃～24℃，开灯时，植物冠层温度为25℃～27℃。
5.根据权利要求1或2所述的同时提高菜心品质与栽培效率的光调控方法，其特征是：所述植物工厂中，关灯时，植物冠层温度为23.5℃，开灯时，植物冠层温度为26℃。
6.根据权利要求2所述的同时提高菜心品质与栽培效率的光调控方法，其特征是：所述穴盘放置有海绵块，将露白的种子播种到所述海绵块上。
7.根据权利要求1所述的同时提高菜心品质与栽培效率的光调控方法，其特征是：所述栽培模组设置在多层水培生长系统中，所述水培生长系统通过营养液浅液流培养菜心幼苗，所述培养液为1/2剂量Hoagland营养液。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310509498.3A CN116602193A (zh) | 2023-05-08 | 2023-05-08 | 一种同时提高菜心品质与栽培效率的光调控方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310509498.3A CN116602193A (zh) | 2023-05-08 | 2023-05-08 | 一种同时提高菜心品质与栽培效率的光调控方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116602193A true CN116602193A (zh) | 2023-08-18 |
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ID=87677378
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202310509498.3A Pending CN116602193A (zh) | 2023-05-08 | 2023-05-08 | 一种同时提高菜心品质与栽培效率的光调控方法 |
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-
2023
- 2023-05-08 CN CN202310509498.3A patent/CN116602193A/zh active Pending
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