本文選題：光強(qiáng)　切入點(diǎn)：紅光　出處：《中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院》2016年博士論文

【摘要】：人工光栽培是實(shí)現(xiàn)植物工廠化生產(chǎn)的重要方式,但較高的光源能耗一直是制約其規(guī)�；瘧�(yīng)用的關(guān)鍵因素。LED作為波長單一、光質(zhì)可自由組合的高效節(jié)能光源,被認(rèn)為是現(xiàn)階段人工光植物工廠的理想光源。作為人工光植物工廠的核心,探明并優(yōu)化LED的光質(zhì)配方及其光強(qiáng)參數(shù)是提高植物生產(chǎn)能力和降低人工光能耗的關(guān)鍵。紅藍(lán)光作為植物葉片吸收的主要光譜,相關(guān)研究已經(jīng)很多,但主要集中在不同光強(qiáng)和紅藍(lán)光配比對植物生長、形態(tài)和品質(zhì)影響等方面,缺乏對紅藍(lán)LED組合光下不同光配比和光強(qiáng)對植物光合能力影響機(jī)理的研究,難以從光合層面上闡明提升光合效率的途徑;同時(shí),也缺乏從光能和電能利用效率角度提出降低系統(tǒng)運(yùn)行成本的技術(shù)參數(shù)。針對以上問題,本文從研究紅藍(lán)光配比和光強(qiáng)對植物光合能力影響機(jī)理入手,以期為提高生菜的光能利用效率確定適宜的光環(huán)境參數(shù),減少人工光植物工廠的運(yùn)行成本,為推廣應(yīng)用提供科學(xué)的理論依據(jù)。本研究選擇在世界范圍內(nèi)廣泛種植,對光響應(yīng)敏感的模式植物——生菜作為試驗(yàn)材料。試驗(yàn)選用“奶油”生菜(Lactuca sativa L.)品種,采用營養(yǎng)液栽培,利用紅藍(lán)LED作為生長光源,從生長形態(tài)、光合特性、光響應(yīng)曲線、CO_2響應(yīng)曲線、熒光特性、光合電子流分配、氣孔特性、氮含量和光能利用效率等方面入手,研究不同紅藍(lán)光配比和光強(qiáng)對生菜葉片光合能力的影響:(1)在篩選適宜生菜生長光強(qiáng)的研究中,設(shè)置紅藍(lán)光配比(R/B)為1,光強(qiáng)為200、300和400μmol·m~(-2)·s~(-1)共3個(gè)光強(qiáng)梯度,光強(qiáng)200μmol·m~(-2)·s~(-1)處理下生菜光能利用效率(LUE)達(dá)到最大;光強(qiáng)為300μmol·m~(-2)·s~(-1)下電能利用效率(EUE)達(dá)到最大,但光強(qiáng)200μmol·m~(-2)·s~(-1)下生菜EUE與其無顯著性差異。基于節(jié)能高效生產(chǎn)考慮,確定光強(qiáng)200μmol·m~(-2)·s~(-1)為生菜生長適宜的光照強(qiáng)度。(2)在不同R/B對生菜葉片光合能力影響的研究中,設(shè)置生長光強(qiáng)為200μmol·m~(-2)·s~(-1),光質(zhì)為R、R/B=12、R/B=8、R/B=4、R/B=1、B和FL共7個(gè)處理,結(jié)果發(fā)現(xiàn):除B外,葉片Pn和Amax隨R/B減小而增加,在R/B=1時(shí)達(dá)到最大;B處理下生菜葉片的Pn和Amax分別較R/B=1處理低7.6%和11.8%;FL處理下Pn低于R/B=1處理,與R/B=8、R/B=4和B處理之間無顯著差異,顯著高于R和R/B=12處理。然而,葉面積、葉片數(shù)和地上干重隨著R/B減小而減小,在R/B=12時(shí)最大。因此,增加藍(lán)光比例可以顯著提高葉片的光合能力,但抑制了葉片擴(kuò)展,減小了葉面積,不利于地上部分整體光合產(chǎn)物的積累。在R、R/B=12、8、4、1和B 6個(gè)光質(zhì)處理中,生菜LUE和EUE隨著R/B增加而增加,在R/B=12下達(dá)到最大。因此,確定在光強(qiáng)200μmol·m~(-2)·s~(-1)下,R/B=12為生菜生長適宜的光照強(qiáng)度。(3)在相同R/B下光強(qiáng)對生菜葉片光合能力影響的研究中,設(shè)置R、R/B=12、8、4、1和B共6個(gè)光質(zhì)處理,200和400μmol·m~(-2)·s~(-1)兩個(gè)光強(qiáng)梯度;結(jié)果發(fā)現(xiàn):400μmol·m~(-2)·s~(-1)下較高R/B下葉片的光合能力可以通過200μmol·m~(-2)·s~(-1)光強(qiáng)下減小R/B來實(shí)現(xiàn);并且,400μmol·m~(-2)·s~(-1)光強(qiáng)下葉片Pn和Amax隨R/B減小而增加的趨勢與200μmol·m~(-2)·s~(-1)光強(qiáng)下Pn和Amax隨R/B的變化趨勢一致。因此,一定范圍內(nèi)減小R/B可以達(dá)到與增加光強(qiáng)對葉片光合能力相同的提升效果。(4)在不同光強(qiáng)對生菜葉片光合能力影響的研究中,設(shè)置R/B=12,光強(qiáng)分別為100、150、200和300μmol·m~(-2)·s~(-1)共4個(gè)處理,結(jié)果發(fā)現(xiàn):葉片Pn和Amax隨著光強(qiáng)增加而增加,增加光強(qiáng)促進(jìn)了氣孔打開,減少了氣孔阻力,降低了Rubisco氧化/羧化比和總光合電子傳遞速率向光呼吸分配的比例,提高了Rubisco的羧化能力,增強(qiáng)了葉片的光合能力。同時(shí),由于增加光強(qiáng)不僅引起葉片Pn提高,還促進(jìn)葉面積增加,增強(qiáng)了光合有效輻射捕獲量,從而引起生菜地上部分干重隨著光強(qiáng)增加而增加。光強(qiáng)200μmol·m~(-2)·s~(-1)處理下生菜LUE和EUE最大,光強(qiáng)為300μmol·m~(-2)·s~(-1)處理下生菜干重達(dá)到最大。因此,在實(shí)際生產(chǎn)中要權(quán)衡高產(chǎn)和高效二者之間的關(guān)系。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：S123

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本文編號：1657141