红/蓝光互作及耦合温度对番茄光合和生长的影响

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樱桃番茄(Lycopersivon esculentum Mill)可果可蔬,色泽鲜亮,口感绝佳,其维生素C的含量约为常规品种的2倍,并富含多种抗癌物质,具有较高的营养价值、观赏价值和经济价值,是国民菜篮子的重要组成部分。育秧是樱桃番茄栽培中的重要环节,调控适宜的光温环境是番茄工厂化育秧的关键。光照和温度作为影响植物生长发育最重要的环境因子,二者在植物体内的信号通路存在重叠,在调节植物生长发育的许多代谢过程中有着复杂的相互作用。光合作用是植物生命活动的能量来源,其主要光合产物为可溶性糖和淀粉,糖类是植物基础的代谢之一碳代谢的主要物质,糖类代谢可在一定程度上表征植物的光合碳代谢。此外,我国长江流域大部分地区存在冬季低温寡照的问题,温室补光技术是保障番茄越冬栽培的有效手段,研究光、温如何影响樱桃番茄生长发育及产量形成,为工厂化育秧的光温选择和温室越冬番茄补光的光谱选择提供理论基础,对保障国民菜篮子有重要意义。前人在红蓝光质与温度影响植物生长发育方面已做了广泛的研究,但对红光与蓝光间的交互作用和红蓝光质与温度耦合对植物影响的研究尚处于起步阶段,还需要多维度开展研究。本研究以樱桃番茄‘千禧’为试验材料,研究了红蓝光质及其交互对樱桃番茄秧苗形态建成、光合特性、糖类代谢的效应,并开展了红蓝光质耦合温度对樱桃番茄秧苗形态和光合碳代谢的影响。结合上述研究结果,为检验光温耦合原理在全生育期番茄栽培中的应用效果,开展了越冬樱桃番茄红白光谱补光和高压钠灯补光试验,研究不同补光对产量的影响效应。通过对红/蓝光互作对樱桃番茄形态建成、光合特性和糖类代谢的研究发现:与白光处理相比,红光处理能显著提高秧苗株高、叶面积,而蓝光降低株高、降低叶面积。红蓝光处理的株高显著低于红光处理、高于蓝光处理,说明红蓝光拮抗管理植株株高。与白光处理相比,红蓝光处理的秧苗壮苗指数和植株干重显著增加。红蓝光质互作改善了蓝光处理叶片色素含量低、红光处理羧化效率低的问题,显著增加了樱桃番茄秧苗的光合速率,提高了光补偿点和饱和点,红蓝光互作对番茄秧苗叶片光合特性具有增益效应。同时红蓝光质互作促进了红光下中部叶片淀粉代谢,有利于秧苗生长。红蓝互作有利于培育壮苗,比较适宜在设施环境下培育优质的樱桃番茄秧苗。通过对红/蓝光耦合温度对樱桃番茄生长和光合碳代谢的研究发现,樱桃番茄秧苗的生长、光合和各部位糖含量日变化不仅受光质之间的交互影响,也受光质与温度之间互作效应的影响,本试验在樱桃番茄秧苗形态、物质积累分配和光合特性方面都发现了光质与温度之间的互作效应。与R26相比,R21处理抑制秧苗徒长,促进茎的增粗和地下部生长,提高了秧苗的壮苗指数,显著增加了秧苗根和中部叶片的物质积累,并提高了樱桃番茄秧苗叶片对弱光的利用效率,光合速率在数值上有所提升,同时促进了中部叶片淀粉代谢,进而增加了植株物质积累。通过在苏州张家港市进行的光温耦合原理在温室越冬樱桃番茄补光的验证试验研究发现,与自然光处理相比,基于光温耦合原理的红白光谱LED和传统高压钠灯两种补光处理均可以增加樱桃番茄株高茎粗,使樱桃番茄采摘期提前,且红白光谱LED显著提高番茄产量。试验红白光谱LED功率仅为HPS 15%,但产量是HPS处理的1.28倍。相较于高压钠灯,红白光谱LED适用于苏州地区温室越冬番茄栽培。综上所述,红、蓝光质交互使樱桃番茄秧苗形成良好的光形态,并在叶片光合特性方面具有一定的增益效应,是樱桃番茄工厂化育秧较好的光质选择;光温耦合在樱桃番茄形态和光合特性方面存在互作效应,相比26±1/18±1℃(昼/夜)水平,红光处理与21±1/17±1℃(昼/夜)温度水平耦合对番茄物质积累和光合特性有一定的改善;相比高压钠灯,基于光温耦合原理的红白光谱LED补光灯适用于苏州地区温室越冬番茄补光栽培。
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