红蓝光下不同光强和光质配比对生菜光合能力影响机理

发布时间：2018-03-24 06:31

本文选题：光强　切入点：红光　出处：《中国农业科学院》2016年博士论文

【摘要】：人工光栽培是实现植物工厂化生产的重要方式,但较高的光源能耗一直是制约其规模化应用的关键因素。LED作为波长单一、光质可自由组合的高效节能光源,被认为是现阶段人工光植物工厂的理想光源。作为人工光植物工厂的核心,探明并优化LED的光质配方及其光强参数是提高植物生产能力和降低人工光能耗的关键。红蓝光作为植物叶片吸收的主要光谱,相关研究已经很多,但主要集中在不同光强和红蓝光配比对植物生长、形态和品质影响等方面,缺乏对红蓝LED组合光下不同光配比和光强对植物光合能力影响机理的研究,难以从光合层面上阐明提升光合效率的途径;同时,也缺乏从光能和电能利用效率角度提出降低系统运行成本的技术参数。针对以上问题,本文从研究红蓝光配比和光强对植物光合能力影响机理入手,以期为提高生菜的光能利用效率确定适宜的光环境参数,减少人工光植物工厂的运行成本,为推广应用提供科学的理论依据。本研究选择在世界范围内广泛种植,对光响应敏感的模式植物——生菜作为试验材料。试验选用“奶油”生菜(Lactuca sativa L.)品种,采用营养液栽培,利用红蓝LED作为生长光源,从生长形态、光合特性、光响应曲线、CO_2响应曲线、荧光特性、光合电子流分配、气孔特性、氮含量和光能利用效率等方面入手,研究不同红蓝光配比和光强对生菜叶片光合能力的影响:(1)在筛选适宜生菜生长光强的研究中,设置红蓝光配比(R/B)为1,光强为200、300和400μmol·m~(-2)·s~(-1)共3个光强梯度,光强200μmol·m~(-2)·s~(-1)处理下生菜光能利用效率(LUE)达到最大;光强为300μmol·m~(-2)·s~(-1)下电能利用效率(EUE)达到最大,但光强200μmol·m~(-2)·s~(-1)下生菜EUE与其无显著性差异。基于节能高效生产考虑,确定光强200μmol·m~(-2)·s~(-1)为生菜生长适宜的光照强度。(2)在不同R/B对生菜叶片光合能力影响的研究中,设置生长光强为200μmol·m~(-2)·s~(-1),光质为R、R/B=12、R/B=8、R/B=4、R/B=1、B和FL共7个处理,结果发现:除B外,叶片Pn和Amax随R/B减小而增加,在R/B=1时达到最大;B处理下生菜叶片的Pn和Amax分别较R/B=1处理低7.6%和11.8%;FL处理下Pn低于R/B=1处理,与R/B=8、R/B=4和B处理之间无显著差异,显著高于R和R/B=12处理。然而,叶面积、叶片数和地上干重随着R/B减小而减小,在R/B=12时最大。因此,增加蓝光比例可以显著提高叶片的光合能力,但抑制了叶片扩展,减小了叶面积,不利于地上部分整体光合产物的积累。在R、R/B=12、8、4、1和B 6个光质处理中,生菜LUE和EUE随着R/B增加而增加,在R/B=12下达到最大。因此,确定在光强200μmol·m~(-2)·s~(-1)下,R/B=12为生菜生长适宜的光照强度。(3)在相同R/B下光强对生菜叶片光合能力影响的研究中,设置R、R/B=12、8、4、1和B共6个光质处理,200和400μmol·m~(-2)·s~(-1)两个光强梯度;结果发现:400μmol·m~(-2)·s~(-1)下较高R/B下叶片的光合能力可以通过200μmol·m~(-2)·s~(-1)光强下减小R/B来实现;并且,400μmol·m~(-2)·s~(-1)光强下叶片Pn和Amax随R/B减小而增加的趋势与200μmol·m~(-2)·s~(-1)光强下Pn和Amax随R/B的变化趋势一致。因此,一定范围内减小R/B可以达到与增加光强对叶片光合能力相同的提升效果。(4)在不同光强对生菜叶片光合能力影响的研究中,设置R/B=12,光强分别为100、150、200和300μmol·m~(-2)·s~(-1)共4个处理,结果发现:叶片Pn和Amax随着光强增加而增加,增加光强促进了气孔打开,减少了气孔阻力,降低了Rubisco氧化/羧化比和总光合电子传递速率向光呼吸分配的比例,提高了Rubisco的羧化能力,增强了叶片的光合能力。同时,由于增加光强不仅引起叶片Pn提高,还促进叶面积增加,增强了光合有效辐射捕获量,从而引起生菜地上部分干重随着光强增加而增加。光强200μmol·m~(-2)·s~(-1)处理下生菜LUE和EUE最大,光强为300μmol·m~(-2)·s~(-1)处理下生菜干重达到最大。因此,在实际生产中要权衡高产和高效二者之间的关系。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：中国农业科学院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S123

【相似文献】