高附加值植物生产的环境控制技术（二）植物工厂环境调控对高附加值植物生产的影响

本期5 篇摘要来自于“2019 中国设施农业产业大会暨2019 年高附加值植物生产的环控技术国际研讨会”的“高附加值植物生产专题     

高附加值植物生产的环境控制技术(三) 植物工厂发展前景及高效生产

<正>人工光型植物工厂的可持续发展前景古在丰树教授日本植物工厂研究会人工光型植物工厂的生产成本主要包括设备折旧(前期投入)、人工和电力成本。2016年以来,日本利用LED作为光源种植散叶莴苣,经济收益(销售额/成本)、工作效率和电耗生产力均得到极大提高,资源利用率与水肥生产力明显改善。这些效率提升与采用LED植物生长灯、自动物流装置与生产管理软件等密切相关。其他国家也得到了LED     

LED光质对冰菜生长及营养品质的影响

以冰菜为试验材料,在植物工厂及水培条件下,设置了红光、蓝光、红光∶蓝光=4∶1,红光∶蓝光∶绿光=4∶1∶1,红光∶蓝光∶紫外光(UV-B)=20∶5∶1,红光∶蓝光=8∶1、白光对照,测定分析了冰菜在不同光质处理下的生长势、生长量及蔬菜品质的变化,以期为冰菜的规模种植提供科学依据和技术指导。结果表明∶从冰菜的生长势和鲜质量结果看,红光∶蓝光=8∶1和红光∶蓝光∶UV-B=20∶5∶1的长势最好,生长速度最快,生长量最大,鲜质量及地上部鲜质量最大;从冰菜品质看,维生素C、可溶性蛋白质及可溶性糖均是红光∶蓝光∶UV-B=20∶5∶1光质处理的含量最高,优于其它光质处理。综合考虑冰菜的营养品质和生长量,红光∶蓝光∶UV-B=20∶5∶1是最适合的光质配比,少量紫外光UV-B(红光∶蓝光∶UV-B=20∶5∶1)的加入更有利于冰菜品质的提高,此结果对于生产上冰菜的高品质种植具有重要的参考意义。     

室内光环境对植物生长的影响

为探究光环境设计艺术对室内设计的影响,从室内光环境设计艺术的角度出发,以植物生长为研究路线设计人工LED光源,探究以人工光搭建的室内光环境对植物生长的影响.结果表明,人工光照射下生长的植株虽不及自然光照射的植株,但仍可保障植株处于正常的生长区间,证明植株培养室下的人工光环境设计的艺术层次科学合理.     

不同LED 光源对小白菜生长及品质的影响

以华京小白菜品种为试验材料,利用LED精量调制光源,设红光、蓝光、红/蓝(3/1)、红/蓝(7/1)、白/红/蓝(3/2/1)5个处理,以白光为对照,研究不同光质对小白菜生长及营养品质的影响。试验结果表明,红/蓝(7/1)处理下小白菜植株茎粗、叶宽、叶面积及根系长度均显著高于其他处理;光合速率、气孔导度、蒸腾速率均以红光处理最高,而蓝光处理下有较高的胞间CO2浓度;红/蓝(7/1)处理下具有较高的CAT和SOD活性;红光可以提高可溶性糖含量,而蓝光却能提高可溶性蛋白含量,白光能增加维生素C与游离氨基酸含量。综合分析得出,红/蓝(7/1)有利于小白菜生长,提高品质。     

不同LED光质对生菜生长和营养品质的影响

在玻璃温室条件下,呆用土培盆栽的方法栽培生菜,于采收前在人工光照培养箱内用不同光质的发光二极管（LED）光源进行6d连续光照处理（光周期为24h）,探讨了采收前不同光质LED连续光照处理对土培生菜生长及营养品质的影响。结果表明,白光处理下生菜的地上部生物量最小,蓝光处理的地上部生物量最大,红光居中。不同光质处理对生菜叶片叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量均无显著影响。与白光相比,红光和蓝光处理显著降低了生菜地上部分硝酸盐的含量,而红蓝光处理的生菜地上部分硝酸盐的含量略低于白光处理。4种光质处理中,以红蓝光处理的VC含量最高,红光处理次之,白光和蓝光处理最低。另外,与白光处理相比,红光处理显著提高了生菜地上部的花青素含量,蓝光处理生菜地上部花青素含量最低,白光处理与红蓝光处理略高。总之,呆收前以LED红光或红蓝光进行连续光照处理,对提高设施土培生菜的营养品质的效果较好。     

LED光源对植物生理生化及品质影响研究进展

LED作为一种节能环保人工光源广泛运用于植物生产中,但目前的试验研究对LED光条件参数的设置没有一定的规律,对植物的功能作用也比较模糊。该研究总结了设施园艺试验研究中常用的LED波长、光强、光质及组合光比例对园艺植物生理生化的影响,为未来LED光源在植物生产上的运用提供一定的理论参考,同时就LED未来在园艺植物上的应用领域和未来发展方向提出相关建议。     

LED补光对设施草莓生长及果实品质的影响

以"红颜"草莓为试材,以LED红∶蓝∶白=1∶1∶1为处理,自然光为对照,研究了光质对设施草莓产量和品质的影响,以克服冬季雾霾影响温室内光照弱的环境条件,探索设施草莓优质高产措施。结果表明:通过LED补光可以显著提高草莓植株生长量,净光合速率等大于自然光处理;LED补光组最大单果质量、平均单果质量均大于对照组;果实可溶性糖、可溶性蛋白质含量均高于对照组。     

转光膜对草莓生长及品质的影响

转光膜是一种可以吸收太阳光中部分紫外光,并将其转化为可为植物光合作用利用的蓝紫光和红橙光的功能性农膜。以草莓品种红颜为试材,研究转光膜对草莓生长及品质等的影响。结果表明,与普通膜相比,转光膜可使棚内日平均温度提高0.39 ℃,生育期积温增加75.0 ℃ ;盛果期,转光膜处理的草莓叶片净光合速率和叶绿素含量显著高于普通膜处理,分别增加了14.3% 和14.0%;转光膜处理能够显著促进草莓的早熟和增产,与普通膜相比,转光膜处理的草莓可提前10 d 成熟,每667 m² 增产219.9 kg;转光膜对改善果实品质有明显的促进作用,草莓第1 茬和第2 茬果实的VC 含量比普通膜处理分别增加了16.1%、24.4%,可溶性糖含量差异不显著。     

植物生理活性物质对蕹菜生长及品质的影响

以海藻酸钠、有机硅、核黄素、80%大豆低聚糖和水杨酸为试材,采用土培试验,对比研究了几种植物生理活性物质在其最佳施用浓度时对蕹菜生长及品质的影响。结果表明:喷施有机硅对蕹菜促生长效果最好,鲜重和干重分别比对照增加38.5%和74.5%;此外,还能显著提高叶片中维生素C含量。其次是水杨酸处理,鲜重比对照增加37.7%,维生素C含量和可溶性蛋白质含量也均显著提高。海藻酸钠和80%大豆低聚糖的促生长效果相对较差。     

避雨栽培对兔眼蓝莓生长光环境及果实产量与品质的影响

以盆栽兔眼蓝莓品种‘灿烂’为试材,研究避雨栽培对其生长光环境及果实产量和品质的影响。结果表明:与露地栽培(对照)相比,避雨栽培条件下可见光、UVA、UVB光照强度显著降低,且阴雨天气蓝光波段的光照强度较其他波段的可见光降低更多;果实可溶性固形物含量和果皮花色苷含量显著低于露地栽培,单果重、总酚和总黄酮含量与露地栽培无显著差异;单株商品果产量较露地栽培显著增加了12.9%。综上,避雨栽培改变了兔眼蓝莓生长光环境,导致果实部分品质指标有所下降,但减少了裂果和落果损失,从而显著提高了商品果产量,可在兔眼蓝莓果实成熟期多雨的南方地区推广应用。     

LED光质对“余干”辣椒生殖生长和果实品质的影响

以"余干"辣椒为试材,在水培条件下,设置了6种光质,红光、蓝光、红光∶蓝光=4∶1、红光∶蓝光=8∶1、红光∶蓝光∶绿光=4∶1∶1和红光∶蓝光∶紫外光(UVB)=20∶5∶1,测定分析了辣椒在生殖期的形态建成、结果情况和果实品质变化,研究LED光质对辣椒生殖生长和果实品质的影响。结果表明:红光处理下"余干"辣椒株高最高,显著高于各复合光处理;蓝光处理下分枝数最多为4.11,开花时间最晚为44d,挂果数量最低为8.25个,果长/果宽最高为2.71,且与其它处理间有显著性差异;各复合光处理间植株生长和结果表现无显著性差异。红光∶蓝光∶UV-B=20∶5∶1处理下,维生素C含量最高,显著高于红光及各复合光处理,蓝光处理下,可溶性蛋白质含量极显著高于其余处理,红光处理下可溶性糖含量最高,显著高于蓝光处理。     

不同LED补光对日光温室黄瓜生长、产量及品质的影响

以‘青玉’黄瓜为试材,采用温室栽培的方法,探究了4种光质(全光谱、R∶B=3∶1、R∶B=3∶2和R∶B=3∶3)对黄瓜生长、光合色素和抗氧化酶活性、丙二醛(MDA)含量、果实品质及产量的影响,以期为冬季日光温室黄瓜栽培中补光技术的优化提供参考依据。结果表明：与不补光对照相比,各处理均可增加黄瓜株高、茎粗、叶面积以及叶片数,提高叶片中叶绿素和类胡萝卜素含量及过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性,降低MDA含量,提高黄瓜果实中维生素C、可溶性蛋白质和可溶性糖含量,同时对黄瓜产量亦有提高作用。其中R∶B=3∶3或3∶2可显著促进黄瓜生长,株高增加16.1%和16.8%,茎粗增加4.4%和5.6%,叶片数增加11.0%和12.1%,叶面积增加4.3%和6.2%,且可显著改善黄瓜果实品质和产量,黄瓜维生素C、可溶性糖和可溶性蛋白质含量增加12.3%、25.6%、11.2%和12.3%、34.4%、12.1%,产量提高7.8%和8.8%。综上所述,LED红蓝配比为3∶3或3∶2是日光温室黄瓜种植的有效光质。     

LED不同照光方式对百合组培苗生长的影响

以‘索尔邦’百合为试材,采用不同倾斜角度的LED侧向照光和顶部照光2种照光方式,结合不同造型曲面反光膜和平面反光膜,研究8种不同组合LED照光方式对百合组培苗生长的影响,以期为百合组培及工厂化育苗提供参考依据。结果表明：8种处理中,LED不同照光方式处理的百合组培苗,其形态和生理指标整体优于对照处理。其中,采用倾斜69.77°侧向照光方式和平面反光膜的处理5更有利于百合组培苗茎叶的生长,其在叶幅、地上鲜质量、地上干质量、叶绿素b含量、叶绿素总含量等方面高于其它处理;而在根系发育方面,采用倾斜79.89°侧向照光方式和曲面反光膜的处理2百合组培苗整体优于其它处理,其根数、根鲜质量、根干质量、根系活力等多个指标显著高于其它处理。因此,采用倾斜69.77°侧向照光方式和平面反光膜的处理5在促进百合组培苗茎叶生长方面效果最佳,采用倾斜79.89°侧向照光方式和曲面反光膜的处理2有利于百合组培苗根系生长。     

LED不同照光方式对百合组培苗生长的影响

以‘索尔邦’百合为试材,采用不同倾斜角度的LED侧向照光和顶部照光2种照光方式,结合不同造型曲面反光膜和平面反光膜,研究8种不同组合LED照光方式对百合组培苗生长的影响,以期为百合组培及工厂化育苗提供参考依据。结果表明：8种处理中,LED不同照光方式处理的百合组培苗,其形态和生理指标整体优于对照处理。其中,采用倾斜69.77°侧向照光方式和平面反光膜的处理5更有利于百合组培苗茎叶的生长,其在叶幅、地上鲜质量、地上干质量、叶绿素b含量、叶绿素总含量等方面高于其它处理;而在根系发育方面,采用倾斜79.89°侧向照光方式和曲面反光膜的处理2百合组培苗整体优于其它处理,其根数、根鲜质量、根干质量、根系活力等多个指标显著高于其它处理。因此,采用倾斜69.77°侧向照光方式和平面反光膜的处理5在促进百合组培苗茎叶生长方面效果最佳,采用倾斜79.89°侧向照光方式和曲面反光膜的处理2有利于百合组培苗根系生长。     

硒肥对植物工厂水培生菜生长及品质的影响

以奶油生菜(‘荷兰富兰德里’)为试验材料,通过在植物工厂水培营养液中添加相同硒含量(0.5 mg·L-1)的硒酸钠、亚硒酸钠、硒代甲硫氨酸和农用硒肥4种硒肥,研究施用不同硒肥对生菜营养生长、品质以及硒含量的影响。结果表明,施用农用硒肥可促进生菜的营养生长,提高生菜品质及硒含量。施用硒代甲硫氨酸作为硒肥能够显著提高生菜的可溶性蛋白(增加1.1倍)、氨基酸(增加44.12%)、纤维素(增加18.95%)和硒含量(增加441.5倍),并且有效降低生菜的硝酸盐含量(减少23.23%),但是不利于水培生菜的生长,并且降低了生菜的产量(减少51.67%)。施用硒酸钠、亚硒酸钠和农用硒肥均能显著提高水培生菜的维生素C(分别增加57.58%、36.58%、30.67%)和硒含量(分别增加8.13倍、36.02倍、43.02倍),降低生菜的硝酸盐含量(分别减少34.09%、29.32%、20.87%),并有利于生菜的生长和提高生菜的产量(分别增加17.5%、21.67%、40%)。相比之下,农用硒肥的效果要更好,且农用硒肥与其他3种硒肥相比价格最便宜。植物工厂生产富硒生菜营养液农用硒肥适宜质量分数为0.5 mg·L-1。     

植物工厂不同光配比对水芹生长及品质的影响

以“日本水芹”为试材,以LED白光为对照(CK),共设置5个不同光照水平,分别为R∶B=55∶45、R∶B=65∶35、R∶B=75∶25、R∶B=85∶15、R∶B=95∶5,研究了不同光质配比对水芹生长及品质的调控,以期为水芹的工厂化生长模式提供参考依据。结果表明：当红蓝光光质配比为T4处理R∶B=85∶15时,可溶性糖含量较高,硝酸盐、粗纤维含量较低,综合营养品质最好。该试验中红蓝光光质配比为R∶B=85∶15,为水芹生长的最佳光质配比。     

喷施植物生长调节剂对矮秆香蕉果实生长及品质的影响

为了研究外源GA3和2,4-D处理对矮秆香蕉果实生长和产量的作用效应,在开花期分别用GA3 100、200 mg/L和2,4-D 2、5 mg/L喷施1次或两次处理矮秆香蕉的果指.结果表明,GA3100 mg/L和200 mg/L及2,4-D 5 mg/L处理可以提高矮秆香蕉果指长度和促进果指径围增大,促使单果质量和株...     

红蓝LED光全生育期照射对樱桃番茄果实品质的影响

采用红蓝组合LED光源全生育期照射植株,研究不同配比的红蓝光对樱桃番茄果实品质的影响。结果表明:蓝光占60%时,单果质量和单株果数都显著大于其他处理,蓝光比例增大促进果实中番茄红素、可溶性固形物、游离氨基酸和类黄酮的形成,提升糖酸比值;红光比例增大促进果实中可滴定酸的形成;蓝光所占比例为50%时,果实中可溶性蛋白含量较高,比例提高到60%时蔗糖、可溶性糖、VC含量较高;而蓝光所占比例为25%时果实中番茄红素、可溶性固形物、可溶性蛋白含量较低,且可溶性糖、蔗糖、游离氨基酸、花青素的含量都较低。说明樱桃番茄果实品质明显受光质的调控,在一定范围内,红蓝光比值对果实营养品质的影响无质的差异,当蓝光所占比例较大时,有利于营养物质的积累,蓝光占25%时不利于果实品质的提高,蓝光占60%较有利于果实品质的提高。     

LED连续光和不同频率间歇光对黄瓜幼苗生长及光合特性的影响

以"津优1号"黄瓜为试材,采用单因素方差分析方法,研究了LED光源不同发光频率对植物幼苗生长发育和光合的影响,以期获得最适宜黄瓜幼苗生长的频率和占空比组合,实现节约能源和优质高产的目标。试验设置连续光(CK)和发光频率分别是0.1 Hz(T1)、100Hz(T2)、100 000Hz(T3)的间歇光共4个处理作为黄瓜生长光源,每个处理3次重复。结果表明:频率越低,黄瓜幼苗的株高和茎叶鲜质量均显著大于对照;频率越高,黄瓜幼苗的茎粗、叶面积、叶绿素含量、暗适应下PSII的最大量子产量均显著大于对照。不同频率的间歇光在一定程度上对黄瓜幼苗的生长和光合作用起促进作用。较低频率的间歇光可能有助于增加黄瓜幼苗干物质的积累量、植株生长率和增强植株的健壮程度;较高频率的间歇光可能有助于黄瓜幼苗的植株形态向有利于光合作用的方向发展。