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园艺学报,(): 2014411224112418 http: / www. ahs. ac. cn Acta Horticulturae Sinica E-mail: 收稿日期:20140909;修回日期:20141122 基金项目:公益性行业(农业)科研专项(201303108) 不同补光时间和方式对设施大蒜鳞茎膨大和品质的影响 靳志勇,王硕硕,刘 娜,巩 彪,刘世琦,史庆华* (山东农业大学园艺科学与工程学院,作物生物学国家重点实验室,山东泰安 271018) 摘 要:以二水早大蒜为试材,探讨了不同的补光方法对冬季温室栽培大蒜鳞茎膨大及其品质的影响。结果表明:在连续光照达到14 h(9:0016:00自然光照7 h + 5:309:00和16:0019:30补光7 h)条件下大蒜鳞茎才能显著膨大,非连续光照8 14 h,即在7 h自然光照条件下,21:004:00打破黑暗补光1 7 h处理均能促进鳞茎膨大,并且鳞茎质量均高于14 h连续光照处理;不同打破黑暗处理之间鳞茎质量无显著差异。随着打破黑暗补光时间的延长,大蒜叶片色素含量,鳞茎中大蒜素、可溶性糖、维生素C、可溶性蛋白、游离氨基酸、总酚含量均呈现出先上升后下降趋势;打破黑暗补光5 h处理的大蒜叶片色素含量,鳞茎中维生素C、可溶性蛋白、游离氨基酸含量最高,分别比连续14 h光照处理提高了30.0%、7.7%、36.2%和25.3%;另外,总酚含量和自由基清除率也是以打破黑暗补光5 h处理最高。因此,从温室大蒜产量考虑,打破黑暗补光1 h处理就能达到较高的鳞茎产量,如果综合考虑产量和品质,则以打破黑暗补光5 h处理最优。 关键词:大蒜;光周期;打破黑暗;鳞茎;品质 中图分类号:S 633.4 文献标志码:A 文章编号:0513-353X(2014)12-2411-08 Effect of Different Light Supplement Time and Method on Bulbing Enlargement and Nutritional Quality of Greenhouse-grown Garlic JIN Zhi-yong,WANG Shuo-shuo,LIU Na,GONG Biao,LIU Shi-qi,and SHI Qing-hua* (State Key Laboratory of Crop Biology,College of Horticulture Science and Engineering,Shandong Agricultural University,Taian,Shandong 271018,China) Abstract:Ershuizaogarlic was used as experimental material to investigate the effects of different photoperiod treatment on the enlargement and nutritional quality of garlic bulb. The results indicated that the 14 h(7 h natural light + 7 h artificial light)uninterrupted illumination was necessary for garlic bulbing enlargement. However,under 7 h natural light,all supplements of light from 1 h to 7 h to break darkness at night could increase the bulbing enlargement more quickly than continuous 14 h illumination treatment. The difference of bulb weights among treatments of darkness break(1 - 7 h)was not significant. With the extension of light supplying at night(1 - 7 h),contents of leaf pigment,allicin,soluble sugars,vitamin C,soluble proteins and free amino acids of bulb were increased first and then decreased,and the treatment of 5 h darkness break showed the highest levels of pigment,vitamin C,soluble proteins and free * 通信作者 Author for correspondence(E-mail:;Tel 2412 园 艺 学 报 41卷 amino acids content in the bulb,which is about 30.0%,7.7%,36.2% and 25.3% higher than 14 h uninterrupted illumination,respectively. Furthermore,both the content of total phenol and the free radical scavenging rate also showed the highest level in the treatment of 5 h darkness break. If the main purpose of protected garlic production was to get the yield,1 h darkness break treatment was enough,if both yield and quality were considered,5 h darkness break was the proper treatment. Key words:garlic;photoperiod;break the darkness;bulb;nutrient quality 大蒜(Allium sativum L.)整个生命周期需要低温的春化,春化之后,还需在13 h以上长日照及15 20 温暖气候下,才能抽薹并且促进鳞茎的膨大。因此,大蒜常规栽培方式很难实现新鲜大蒜的周年供应。目前通过贮藏的方式可以实现大蒜的周年供应,但是贮藏的大蒜和新鲜大蒜品质相比相差甚远,并且大蒜在贮藏过程中会有腐烂变质现象发生,大大降低了大蒜的品质(Rahman,2003;李喻,2008;梁庆玲,2008)。为了实现高品质大蒜的周年供应,许多学者将研究的方向主要集中在了通过某种方法的处理来延缓大蒜营养物质的流失(Cantwell et al.,2003;Vzquez-Barrios et al.,2006),而关于如何通过设施栽培实现新鲜大蒜周年供应的研究报道较少。 长日照有利于促进大蒜鳞茎的形成和膨大(Clark & Heath,1959;Kamenetsky et al.,2004;Mathew et al.,2011)。Lee等(1982)研究认为大蒜鳞茎形成所需的长日条件,能够用白炽灯光、红光或远红光中断黑暗来代替。本试验中比较了延长光照时间和打破黑暗补光对大蒜鳞茎膨大的影响,以期探索出合适的补光方法,实现大蒜的提早收获,为反季节设施大蒜栽培研究提供一定的理论依据。 1 材料与方法 1.1 试验材料与试验设计 于2013年10月1日山东农业大学科技创新园将二水早大蒜播种于30 cm(盆口内径) 30 cm(高) 25 cm(盆底部内径)的陶盆中,播种后覆上地膜。每盆播种大蒜7瓣,每个处理6盆,两盆为1个重复。在露地生长至2013年12月10日,此时大蒜的株高、假茎长、假茎粗分别为 (14.1 0.3)cm、(1.5 0.1)cm、(3.06 0.09)mm,将大蒜移至日光温室中,生长15 d后株高、假茎高、假茎粗分别为(27.9 0.5)cm、(4.7 0.3)cm、(4.92 0.65)mm,采用荧光节能灯补光处理。 设置8个处理和1个对照(表1)。通过调节灯与植株距离,设置的补光强度为9 10 mol m-2 s-1,照射光光谱见图1。于2014年3月12日取样采收,测定大蒜鳞茎的品质指标。蒜头和植株地上部分别烘干后测量干物质积累量。 表1 不同补光处理 Table 1 Different supplementary lighting treatments 处理 Treatment 光照时间/h Photoperiod 延长补光时段 Extend the fill light 白天光照时段 Light during the day time延长补光时段 Extend the fill light 打破黑暗补光时段 Break the darkness light time 7 9:0016:00 连续光照 Continuous light 8 8:309:00 9:0016:00 16:0016:30 10 7:309:00 9:0016:00 16:0017:30 12 6:309:00 9:0016:00 16:0018:30 14 5:309:00 9:0016:00 16:0019:30 8 9:0016:00 0:001:00 非连续光照 Non-continuous light 10 9:0016:00 23:002:00 12 9:0016:00 22:003:00 14 9:0016:00 21:004:00 12期 靳志勇等:不同补光时间和方式对设施大蒜鳞茎膨大和品质的影响 2413 图1 节能灯照射光谱 Fig. 1 The spectrum of energy-saving lamps light 1.2 分析测定方法 大蒜素、维生素C、可溶性糖、可溶性蛋白和游离氨基酸的测定分别采用苯腙法(屈姝存和周朴华,1998)、2,6二氯酚靛酚比色法(李合生,2000)、蒽酮法、考马斯亮蓝法和茚三酮法(赵世杰 等,2002)。总酚含量和自由基清除率测定方法参照Lemoine等(2007)的方法测定。色素含量测定采用丙酮比色法。每处理取鲜样9株,混匀,3次重复,其中蒜头品质去皮测定。 试验数据采用Excel作图,用DPS进行差异显著性分析(P 0.05)。因对照和连续光照8 12 h处理在采收时蒜头均未达到商品标准,鳞茎仍处于膨大初期,这4个处理未分析品质指标。 指标。 2 结果与分析 2 结果与分析 2.1 不同补光处理对取样时植株生长状况的影响 2.1 不同补光处理对取样时植株生长状况的影响 由表2可以看出,在连续光照条件下,采收时(2014年3月12日)大蒜植株的株高、假茎长和茎粗均以12 h处理最大。在非连续光照条件下,14 h处理的株高和茎粗最大,而假茎长在10 h处理中最大,并且非连续光照条件下的株高、茎粗和假茎长的最大值均高于连续光照处理。 由表2可以看出,在连续光照条件下,采收时(2014年3月12日)大蒜植株的株高、假茎长和茎粗均以12 h处理最大。在非连续光照条件下,14 h处理的株高和茎粗最大,而假茎长在10 h处理中最大,并且非连续光照条件下的株高、茎粗和假茎长的最大值均高于连续光照处理。 表2 取样时植株的生长状况 表2 取样时植株的生长状况 Table 2 The growth status of the plants at sampling Table 2 The growth status of the plants at sampling 处理 处理 Treatment Treatment 光照时间/h 光照时间/h Photoperiod Photoperiod 株高/cm 株高/cm Plant hight Plant hight 假茎长/cm 假茎长/cm False stem long False stem long 茎粗/mm 茎粗/mm False stem diameter False stem diameter 7 68.8 de 10.0 c 7.11 ab 连续光照 Continuous light 8 70.5 bcd 10.5 bc 6.66 bc 10 71.3 bc 11.1 bc 6.80 bc 12 72.7 ab 12.2 ab 7.07 ab 14 70.8 bcd 12.0 ab 6.55 bc 8 69.4 cde 11.2 abc 6.64 bc 非连续光照 Non-continuous light 10 68.1 e 13.0 a 6.35 c 12 71.2 bc 11.7 abc 6.87 bc 14 73.8 a 11.7 abc 7.50 a 注:同列数据后不同小写字母表示差异达5%显著水平。 Note:Different small letters in a column mean significant at the 5% level. 2.2 不同补光处理对鳞茎膨大的影响 从图2可以看出,连续光照8、10、12和14 h处理,随着补光时间的增加,大蒜鳞茎膨大呈现 2414 园 艺 学 报 41卷 上升趋势;而非连续光照8、10、12和14 h处理之间鳞茎膨大基本相同;蒜瓣的形成与鳞茎膨大情况一致。由图3可知,连续光照14 h处理的单头大蒜的干质量(烘干)显著低于非连续光照处理,而非连续光照处理之间无显著差异。非连续光照处理,随着补光时间的增加,地下/地上干质量(烘干)比值先上升后下降,其中以非连续光照10 h处理最高,分别比8、12、14 h高出74.9%、47.8%、38.3%。 图2 不同光处理对大蒜鳞茎生长的影响 Fig. 2 Effect of different light processing on garlic clove 图3 不同补光处理对大蒜地上部和地下部干质量的影响 Fig. 3 Effect of different light processing on single head of garlic dry weight and the underground part and aboveground dry weight ratio 12期 靳志勇等:不同补光时间和方式对设施大蒜鳞茎膨大和品质的影响 2415 2.3 不同补光处理对叶片叶绿素和类胡萝卜素含量的影响 表3表明,大蒜叶片中叶绿素a、叶绿素b、叶绿素(a + b)以及类胡萝卜素含量随着非连续光照(打破黑暗补光)时间的增加均先升高后下降,其中12 h处理最高,分别比8 h处理高出68%、67%、73%、67%。连续光照14 h处理中色素含量显著低于非连续光照12 h处理,与其余处理均无显著差异。连续光照7 14 h处理之间色素含量无显著差异,这表明延时补光对大蒜叶片中叶绿素含量无影响。 表3 不同补光处理对大蒜叶片中叶绿素和类胡萝卜素含量的影响 Table 3 Effect of different light processing on the content of chlorophyll and carotenoid in garlic leaves mg g-1 FW 处理 Treatment 光照时间 Photoperiod 叶绿素a Chl. a 叶绿素b Chl. b 叶绿素(a + b) Chl.(a + b) 类胡萝卜素 Car. 7 0.58 abc 0.17 abc 0.75 abc 0.13 abc 连续光照 Continuous light 8 0.59 abc 0.16 abc 0.75 abc 0.13 abc 10 0.58 abc 0.17 abc 0.76 abc 0.12 abc 12 0.65 ab 0.18 ab 0.84 ab 0.14 ab 14 0.54 bcd 0.15 bcd 0.69 bcd 0.12 bcd 8 0.41 d 0.12 d 0.52 d 0.09 d 非连续光照 Non-continuous light 10 0.47 cd 0.13 cd 0.61 cd 0.10 cd 12 0.69 a 0.20 a 0.90 a 0.15 a 14 0.54 bcd 0.16 bcd 0.70 bcd 0.12 bcd 注:同列数据后不同小写字母表示差异达5%显著水平。 Note:Different small letters in a column mean significant at the 5% level. 2.4 不同光照处理对大蒜品质的影响 由表4可知,不同光照时间显著影响了大蒜鳞茎的营养品质。在非连续光照处理中,随着补光时间的延长,各营养品质指标均呈现出先上升后下降的趋势,其中,12 h处理各品质指标均最高。与连续光照14 h处理相比,非连续光照(打破黑暗补光)有利于维生素C、可溶性蛋白、游离氨基酸的形成。而连续光照14 h处理大蒜素和可溶性糖含量均与非连续光照12 h处理无显著差异。因此,适当时长打破黑暗补光有利于大蒜鳞茎营养品质的提高,且打破黑暗补光时光照时间12 h最有利于大蒜鳞茎营养物质的形成,可提高大蒜的营养品质。 表4 不同光照处理对大蒜营养品质的影响 Table 4 Effect of different light processing on nutritional quality of garlic bolts and bulbs 处理 Treatment 光照时间 Photoperiod 大蒜素/% Allicin 可溶性糖/%Soluble sugar维生素C/(mg g-1FW)Vitamin C 可溶性蛋白/(mg g-1FW) Soluble proteins 游离氨基酸/(mg g-1FW)Free amino acids 连续光照 Continuous light 14 0.19 a 35.39 ab 1.17 c 20.61 d 1.86 bc 8 0.17 b 30.74 c 1.23 b 22.87 cd 1.76 c 10 0.15 b 36.51 a 1.27 a 23.81 bc 1.99 bc 非连续光照 Non-continuous light 12 0.19 a 37.37 a 1.26 ab 27.63 a 2.33 a 14 0.16 b 33.86 b 1.17 c 26.50 ab 2.07 ab 注:同列数据后不同小写字母表示差异达5%显著水平。 Note:Different small letters in a column mean significant at the 5% level. 2.5 不同光照处理对鳞茎总酚含量和自由基清除率的影响 图4表明,非连续光照12 h处理的大蒜鳞茎总酚含量显著高于连续光照14 h、非连续光照8 h和10 h处理,与非连续光照14 h处理差异不显著。非连续光照10 14 h处理之间的自由基清除率无显著差异,但均显著高于连续光照14 h和非连续光照8 h处理。因此,一定时长的打破黑暗补光能够增加大蒜鳞茎的总酚含量,提高大蒜鳞茎自由基清除率,进而提高了大蒜鳞茎的抗氧化能力。 2416 园 艺 学 报 41卷 图4 不同的补光处理对大蒜鳞茎总酚含量和自由基清除率的影响 Fig. 4 Effect of different light processing on the content of total phenols and free radical scavenging rate 3 讨论 植物叶绿素含量的多少直接影响其光合作用。光能够促进原生体或黄化体向叶绿体转化(童哲 等,2000)。有研究表明,随着光周期的加长,水培莴苣、茄子幼苗叶片和油葵芽苗菜中色素含量增加(严妍,2008;陈敏和李海云,2010;张欢 等,2012)。本试验结果与之有相同之处,非连续光照8 12 h,即打破黑暗补光1 5 h时,大蒜叶片中色素含量随之升高,打破黑暗补光7 h,大蒜叶片色素含量有所下降。本研究的结果与李娅莉(2005)在山茶花上的研究结果一致,可能是由于大蒜生长的光照积累量存在最大临界值,随着光照积累量的增加,叶绿素含量上升,当超过这一临界值时大蒜叶片开始发生衰老,叶绿素含量下降,且打破黑暗补光的光照积累效率高于延长光照时间。另外,本试验中发现延长光照时间处理之间对大蒜叶片色素的积累无显著影响,其与打破黑暗补光影响大蒜叶片色素积累的机理的不同之处还有待进一步研究。 大蒜作为长日照作物,经过低温春化以后需要在13 h以上的长日照以及15 20 的温度下,才能进行正常的抽薹和鳞茎膨大(郭赵娟,2003)。长光照是大蒜鳞茎膨大的必要条件,即使未经过低温春化,在给予充分长日照之后,大蒜仍能正常膨大(樊治成,1993)。本试验取得了与前人相似的结果,即随着光照时间的增加,大蒜鳞茎的膨大程度增加。与连续补光相比,打破黑暗补光促进鳞茎膨大的效果更加明显。植物对光有一定的内源节奏反应,分为光敏感的“喜光相”和对黑暗敏感的“喜暗相”,在昼夜24 h中两者交替,“喜暗相”可能是植物成花诱导相,如果日照长度加长,落到“喜暗相”,就会抑制短日照植物开花而诱导长日照植物开花(Salisbury & Ross,1992)。本试验中夜间打破黑暗补光可能就落到“喜暗相”,因而促进了大蒜的鳞茎膨大。此外,这一结果与刘伟等(2012)在百合上的研究结果一致,通过打破黑暗补光处理可促进百合花芽提早分化。因此,与连续的补光相比,夜间打破黑暗补光不仅可以高效促进大蒜鳞茎的膨大,而且可以缩短补光时间,节省用电成本。 光周期直接影响植物光合作用时间的长短,进而影响到植物体内碳水化合物代谢及其他营养元素的吸收和转化。光合作用产生的碳水化合物能够供应大蒜的生长发育。研究表明,随着光周期的延长,可溶性糖和维生素C持续升高(周晚来 等,2011;毛金柱 等,2013),本试验结果与之有相同之处。而打破黑暗补光7 h,各营养指标含量均呈下降趋势,其原因可能与大蒜的衰老有关。 酚类物质是植物体内重要的次生代谢物之一,与植物的品质、色泽、抗逆能力和抗氧化能力有着密切的关系(Shahidi et al.,1992;徐金瑞 等,2006;Apak et al.,2007;Bozin et al.,2008;张晓松 等,2010)。大蒜中酚类物质是大蒜营养品质之一。已有研究表明,酚类物质的合成和积累受到光周期的影响,适当的光处理能够增加植物体内总酚含量以及增强自由基清除能力(Younis et al.,12期 靳志勇等:不同补光时间和方式对设施大蒜鳞茎膨大和品质的影响 2417 2010;wieca et al.,2012;鲁燕舞 等,2014)。本试验结果表明,打破黑暗补光能够显著提高大蒜鳞茎中的总酚含量,但是打破黑暗补光处理之间对总酚含量的影响差异不显著。当打破黑暗补光不低于3 h时,自由基清除能力没有显著变化,但是显著高于延长光照时间7 h处理。因而推测,打破黑暗补光能够促进酚类物质的合成积累,提高大蒜的抗氧化能力,增强大蒜的营养品质。 综上所述,适当打破黑暗补光能够加速大蒜鳞茎的膨大,同时提高大蒜鳞茎的营养品质。本试验结果表明,打破黑暗补光处理3 5 h对大蒜鳞茎膨大的促进以及营养品质的提高最适宜。 References Apak R,Gl K,Demirata B,zyrek M,elik S E,Bektaolu B,Berker K I,zyurt D. 2007. 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