光质对樱桃番茄秧苗形态和光合荧光特性的影响开题报告

一、本课题的意义、国内外研究概况、应用前景等

1、课题研究意义

近些年来，随着国内设施农业的不断发展、人们对设施农业的认识不断增加、我国土地资源日益短缺，越来越多的资金、技术、科研工作者都投身于设施农业领域，极大地促进了相关方面的技术进步、改善了农产品的季节供应限制，丰富了人民的生活。但设施农业的生产效率还有待提高，目前生产实践中还存在很多资源浪费、技术水平不过关、产品质量产量低下等问题。而光作为主要的能源，是影响植物生理生化过程，进而影响植物产量质量的重要因素之一，对提高资源利用率、提高作物产量质量水平有重大意义。前人的研究多集中在光强对作物形态和光合特性的影响上（Smith H ,Yoda K^[1]；Vicky K等^[2]），而对光质的研究则主要集中在光质对植物光合产物含量的影响上，对单色光和复合光对植物形态参数和光合特性的影响仍存在不能清晰解释的现象，因此仍需要大量实验去支撑这一机理的研究。

樱桃番茄是茄科番茄属一年生草本植物，又名圣女果、小西红柿。果实具有生津止渴、健胃消食、清热解毒、凉血平肝、补血养血和增进食欲的功效，可治口渴、食欲不振；可生食也可熟食，是近年来无土栽培的主要作物之一，栽培面积位居设施栽培作物前列^[3]。基于以上原因，本实验以樱桃番茄台湾千禧品种为试材，以白色LED光为对照，设置红色LED光、蓝色LED光、红蓝LED光（1:1）三种处理，测量樱桃番茄植株的株高，茎粗，叶厚，下胚轴长，叶面积，叶片叶绿素含量，根、茎、叶的鲜重、干重以及光合荧光参数，为提高果实品质、产量，增加投入产出比，提高能源利用率提供理论依据。

2、国内外研究进展

前人的研究表明光质显著影响植物的形态，调控植物光合作用。研究者们在光质对植物形态的影响上基本达成共识，即虽然不同种类的植物的生长发育对光质的反应存在差异，但绝大多数植物对410-550nm的蓝紫光区和610-720nm的红橙光区吸收利用率最高，因此将红蓝复合光作为主要光源或补光光源已成功应用于设施植物的生产^[4]，这两段波长也是前人对光质对番茄植株形态参数和光合作用影响的主要波长。刘少梅等人^[5]研究发现，在红蓝（7:3）处理下，樱桃番茄幼苗株高，植株干鲜重，叶片叶绿素含量及净光合速率等均高于红蓝（1:1）处理的幼苗，且显著高于白光对照；在红蓝（3:7）处理下，樱桃番茄幼苗株高、叶绿素含量、叶片展开度最低，但茎粗显著高于其它处理。董飞等人的关于不同光质对樱桃番茄幼苗生理与光合特性影响的研究^[6]的结论要点为：红蓝（7:1）处理的幼苗比叶面积最大；红蓝（3:1）处理的幼苗壮苗指数和根系活力最高，最有利于壮苗的培育。Wang Y^[6]等的研究结果显示白、蓝光处理的番茄光合速率较高，而红光处理下的较低。王丽伟等^[7]研究发现，红蓝组合光能够增加番茄幼苗叶片光合色素含量，提高光合效率，促进植株生长，尤以红蓝 (3:1)处理最佳，因此得出红光显著促进幼苗株高增加，比叶面积增大，胞间CO2浓度提高的结论。何伟明等人^[8]的实验结果显示红光、蓝光处理番茄植株均对其生长发育产生积极影响，但红蓝组合光的处理要显著优于单色光的处理。林叶春等人^[9]的研究结果表明不同光质对根系生长的影响存在差异，其中蓝光能够显著抑制番茄根的伸长和生根的数量，增加番茄秧苗根的总吸收面积、活跃吸收面和根系活力。谢景等人^[10]的实验结果显示，在红光和蓝光的比例为8:1时，处理下的番茄植株株高、茎粗、叶面积、根系活力、壮苗指数等生长发育指标显著高于其他处理。张欢，刘晓英^[11、12]等发现在相同辐射能下，红光对番茄植株的净光合速率促进作用最高。同时，刘晓英^[13]等表明蓝光下叶片光合速率较对照增加，但不如红光下增加的多。

3、应用前景

目前我国樱桃番茄的设施栽培中多采用自然光搭配透光性能较好的无滴膜，少数采用白色LED植物生长灯作为补光设备，投入成本较高，因此没有得到大面积推广应用，这也在一定程度上限制了樱桃番茄设施栽培的产量和品质。 本课题探究几种不同光质（红光、蓝光、红蓝光1：1）对樱桃番茄形态及光合特性的影响，可以丰富理论，同时指导实践，以便在樱桃番茄的设施生产中选择恰当光质作为补光光源或主要光源，提高设施生产樱桃番茄的品质和产量，同时降低能耗和投入成本，提高能源利用率，为发展绿色农业助力。

参考文献：

[1]Smith H，Yoda K.Effect on the quality of asparagus in cold storage with weak light illumination and fresh-keeping agent[N].上海水产大学学报,2009(01),：5-7.

[2]Vicky K.Adverse effect potentially triggering ERβ[N].T. F|PHD|，1995(02)：31.

[3]李亚莉.樱桃番茄的高产栽培[J]，农家致富顾问，2017(03)：11-24.

[4]Schuerger A C，Brown C S，St E C.Anatomical Features of Pepper Plants(Capsicum L.)Grown under Red Light-emitting Diodes Supplemented with Blue or Far-red Light[J].Ann Bot，1997(03)：273-282.

[5]刘少梅,王丽娟,切岩祥和.不同比例红蓝光对樱桃番茄幼苗生长的影响[J].天津农学院学报,2015(03)：1-3.

[6]Wang Y， Noguchi K， Terashima I. Photosynthesis-dependent and-independent responses of stomata to blue， red and green monochromatic light: differences between the normally oriented and inverted leaves of sunflower[J]. Plant and Cell Physiology， 2011， 52(3): 479-489.

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[8]何伟明，刘庞源，武占会，刘明池.不同光强与光质处理下对番茄幼苗生长的影响[A].农业部都市农业重点实验室，2017，19（12）：75-77.

[9]林叶春，陈伟，薛原，潘文杰，贾蒙鹜，等.光质对立体浮盘培育番茄叶片光和特性及根系生长的影响[J].中国农业大学学报,2014，19(1):87-92.

[10]谢景，刘厚成，宋世威，孙闻光，陈日远.不同光质LED灯对番茄幼苗生长发育的影响[D].华南农业大学南方设施园艺研究中心，2016.

[11]张欢，徐志刚，崔瑾，谷艾素，郭银生. 光质对番茄和莴苣幼苗生长及叶绿体超微结构的影响[J]. 应用生态学报，2010，21(04):959-965.

[12]刘晓英，徐志刚，常涛涛，郭世荣. 不同光质LED弱光对樱桃番茄植株形态和光合性能的影响[J]. 西北植物学报，2010，30(04):725-732.

[13]刘晓英，焦学磊，徐志刚，常涛涛. 不同红蓝LED光照强度对樱桃番茄幼苗生长和抗氧化酶活性的影响[J]. 南京农业大学学报，2015，38(05):772-779.

二、研究的目标、内容和拟解决的关键问题

1、研究目标

本实验以樱桃番茄台湾千禧品种为实验材料，利用LED精量调制光源，以白色LED光为对照，设置红色LED光、蓝色LED光和红蓝LED光三组处理，测定不同光质下樱桃番茄秧苗的形态参数和光合特性指标，为樱桃番茄的设施栽培中选择光质作为主要光源或补光光源提供理论依据。

2、研究内容

①红光、蓝光、红蓝光（1:1）对樱桃番茄千禧秧苗形态特征的影响

②红光、蓝光、红蓝光（1:1）对樱桃番茄千禧光合荧光特性的影响

3、拟解决的问题

通过实验探究不同光质组合下的樱桃番茄秧苗形态和光合特性，进一步得出实验中三种不同光质对樱桃番茄秧苗生长发育和光合特性的不同影响。

三、研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析

1、研究方法

以樱桃番茄台湾千禧品种为试材，在植物工厂内提供适宜且一致的生长环境，设置不同光谱的光质及其组合，开展光质对樱桃番茄千禧的秧苗生长发育和光合作用的影响，测定其在不同光质下的形态参数和光合特性。

2、技术路线

3、实验方案

选用台湾千禧为试验材料，采用穴盘法育苗，种子在室温25℃催芽30h后，播于装有石英砂、珍珠岩等基质的育苗盘中，待长至两片子叶平展时转移至育苗盆，缓苗两天，而后置于光照生长箱25-30天。在光照生长箱中，设置昼温为26±1℃，夜温17±1℃，设置光通量密度为300μmol m^-2 s^-1，光周期为12小时，于8:30-20:30提供光照。实验设置四组处理：白光（CK）、红光、蓝光、红蓝光（光通量密度1:1），每批设置48棵幼苗。每批约40天，取几株樱桃番茄秧苗，分别测定株高，茎粗，叶厚，下胚轴长，叶片叶绿素含量，根、茎、叶的鲜重和干重，光合荧光参数，再进行统计分析。

4、可行性分析

本实验指导老师及所在实验室承担863计划项目和自然科学基金项目的研究，在光生物学和设施栽培的环境管理研究方面已经有良好的基础和丰富的实验经验及成熟的光照环境技术工作，实验室具有本次实验所需要的所有设备，本实验是实验室过去工作的持续；目前已有大量不同光质对不同植物生长发育、生理生化反应的影响的研究，也得出了相关实验结论；相应的实验结论已经部分应用于生产实践，并取得了一定的成果。本实验方案详实，设备齐全，因此，进行该试验是可行的。