如何利用生長(cháng)配方定制植株 ——基于植株萵苣“Diablotin”模型的研究

        前言

　　與溫室和露天生產(chǎn)相比，在受控環(huán)境下栽種綠葉蔬菜有許多優(yōu)點(diǎn)。除了不受天氣影響之外，受控環(huán)境還可以實(shí)現更輕松的害蟲(chóng)預防和作物控制。過(guò)去幾年，無(wú)論是用于研究還是商業(yè)生產(chǎn)，植物工廠(chǎng)的應用日漸廣泛(Kozai，2013年)。 眾所周知，光照強度和光照質(zhì)量會(huì )影響植株的生長(cháng)。增加光合有效光量子流密度可以提高植株產(chǎn)量，改善植株質(zhì)量和形態(tài)，增加次生代謝產(chǎn)物(Fu，Li 和Wu，2012年)，以及縮短生產(chǎn)周期。對于垂直農場(chǎng)經(jīng)營(yíng)者而言，生產(chǎn)中的挑戰之一是實(shí)現預期的質(zhì)量和數量目標，而顏色是一個(gè)很好的質(zhì)量指標，特別是對紅葉萵苣品種而言更是如此。利用正確的生長(cháng)配方，可以獲得足夠數量的花青素(存在于植株中的水溶性植株色素，使花和果實(shí)呈現出強烈的紅色、紫色或藍色)，并且更容易提高產(chǎn)量。 歐司朗近期正在自有的智能農業(yè)實(shí)驗室(一個(gè)完全可控的氣候室)中進(jìn)行一項研究，意在為種植者日常所面臨的挑戰提供有效解決方案。而歐司朗旗下最新的研究工具Phytofy RL有效地幫助了研究人員在不同的光照條件下開(kāi)展各項測試。 該研究的目標是展示Phytofy RL在廣泛的植株生長(cháng)配方研究領(lǐng)域的敏捷性，其中涵蓋了許多課題，例如，如何改善著(zhù)色，以及如何影響紅葉萵苣品種“Diablotin”的生物量生產(chǎn)(Enza Zaden)。

　　材料與方法

　　此次用于實(shí)驗的植株品種是紅葉萵苣“Diablotin”。 每塊巖棉(4x4x4 cm)播種3粒種子。裝有77個(gè)巖棉塊的托盤(pán)被放置在一個(gè)環(huán)境條件恒定的氣候室中(表1)。連續記錄環(huán)境溫度、相對濕度、葉片溫度、光周期、光強度和二氧化碳濃度，并使其保持在給定的設定值。

　　表1: 氣候室實(shí)驗階段的環(huán)境條件。

　　結果與討論

　　圖1和圖2顯示了由于配方不同而導致的花青素含量的差異。全光譜加遠紅(FSFR)光照下培養的植株花青素含量最低。Li & Kubota于2009年的研究也顯示了相似的結果。研究表明，UV-A(長(cháng)波紫外線(xiàn))和藍光增加了酚類(lèi)化合物的數量，而遠紅光造成了總酚類(lèi)化合物的減少。Li & Kubota 2009年的研究結果證實(shí)，全光譜加紫外(FSUV)光照處理后達到的花青素含量位居第二。而紅藍光(RB)對應的花青素含量最高。這表明，增加藍光、UV-A和藍光可以刺激花青素的積累。

　　FSFR                                              FSUV                                                           RB

　　圖1:三種不同光照處理下平均花青素含量± SEM的比較。FSFR=全光譜+遠紅光;FSUV=全光譜+紫外光;RB=紅藍光。(不同的字母代表分別由ANOVA在p≤0.05測試的顯著(zhù)差異)。

　　圖2：三種不同光處理的著(zhù)色水平。每次處理的強度為240µmol m²s-1。(A)光譜FSFR，(B)光譜FSUV，(C)光譜RB。

　　圖3顯示了每個(gè)巖棉塊上平均植株鮮重的比較結果。RB和FSUV光照處理的平均植株鮮重彼此沒(méi)有顯著(zhù)差異。而FSFR光照處理的鮮重明顯增加。相比RB和FSUV處理，FSFR處理的鮮重增加了26%左右。這證實(shí)了(Lee，Son，& Oh，2016年)的研究結果。該研究已經(jīng)證明，除了紅藍光之外，遠紅光會(huì )增加萵苣的鮮重。利用歐司朗富含遠紅光的全光譜，可以實(shí)現明顯更高的鮮重。

　　FSFR                                                  FSUV                                                           RB

　　圖3:三種不同光照處理下每塊巖棉± SEM的平均鮮重比較。RB= 紅藍光;FSFR=全光譜+遠紅光;FSUV =全光譜+ 紫外光。(不同的字母代表分別由ANOVA 在 p ≤ 0.05測試的顯著(zhù)差異)。

　　圖4顯示了植株的大小。僅用RB照射的植株密度最大，其次是FS和額外UV照射的植株。最大的植物是在FS和FR的光照處理下發(fā)現的，驗證了(Lee，Son 和Oh，2016年)的研究結果，這也表明，額外的FR會(huì )導致更高的鮮重和表皮細胞大小的增加。

　　圖4：基于不同光照配方的植株大小比較。(A)光譜FSFR，(B)光譜FSUV，(C)光譜RB。

　　結論

　　此次研究結果證實(shí)，借助歐司朗Phytofy RL，可以通過(guò)適當的生長(cháng)配方定制特定的植株參數。在此次研究中，紅葉萵苣的大小和顏色容易受到不同光配方的影響。通過(guò)進(jìn)一步的研究，還可以使用動(dòng)態(tài)光配方一次性改進(jìn)多個(gè)參數?？梢栽O想，種植者可以首先使用富含FR的FS，以產(chǎn)生更高的生物量。完成該階段后，再使用改善著(zhù)色的配方作為“生產(chǎn)結束處理”照射植株數日，以最終確定植物的著(zhù)色，并在生產(chǎn)周期中持續選擇最佳質(zhì)量和數量的光照。 Phytofy RL能提供波長(cháng)從UV-A到FR的光照方案，是開(kāi)展個(gè)人研究的優(yōu)秀工具。為研究特定的生長(cháng)配方，歐司朗還提供“研究即服務(wù)” 方案，即由專(zhuān)業(yè)人員利用完全受控的環(huán)境為用戶(hù)的作物提供最佳的生長(cháng)選擇。

　　參考文獻：

　　Fu，W.，Li，P.，&Wu，Y.(2012).Effects ofdifferentlightintensities onchlorophyllfluorescencecharacteristicsand yieldinlettuce.ScientiaHorticulturae，135，S.45-51.doi:doi.org/10.1016/j.scienta.2011.12.004

　　Kozai，T.(2013). PlantfactoryinJapan-currentsituationandperspectives.ChronicaHorticulturae，53(2)，pp.8-11.

　　Lee，M.-J.，Son，K.-H.，&Oh，M.-M.(2016).IncreaseBiomassandBioactiveCompoundsinLettuceunderVariousRatiosofFar-redLEDSupplementedwith BlueLEDLight.HorticultureEnvironmentBiotechnology，57(2)，S.139-147.doi:10.1007/s13580-016-0133-6

　　Li，Q.，&Kubota，C.(2009).Effectsof supplementallightqualityon growthandphytochemicals ofbabyleaflettuce.EnvironmentalandExperimentalBotany，67，S.59-64.doi:10:1016/j.envexpbot.2009.06.011