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

      與溫室和露天生產相比,在受控環境下栽種綠葉蔬菜有許多優點。除了不受天氣影響之外,受控環境還可以實現更輕松的害蟲預防和作物控制。過去幾年,無論是用于研究還是商業生產,植物工廠的應用日漸廣泛(Kozai,2013年)。

      眾所周知,光照強度和光照質量會影響植株的生長。增加光合有效光量子流密度可以提高植株產量,改善植株質量和形態,增加次生代謝產物(Fu,Li和Wu,2012年),以及縮短生產周期。對于垂直農場經營者而言,生產中的挑戰之一是實現預期的質量和數量目標,而顏色是一個很好的質量指標,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,使花和果實呈現出強烈的紅色、紫色或藍色),并且更容易提高產量。

      歐司朗近期正在自有的智能農業實驗室(一個完全可控的氣候室)中進行一項研究,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展各項測試。

      該研究的目標是展示Phytofy RL在廣泛的植株生長配方研究領域的敏捷性,其中涵蓋了許多課題,例如,如何改善著色,以及如何影響紅葉萵苣品種“Diablotin”的生物量生產(Enza Zaden)。

      材料與方法

      此次用于實驗的植株品種是紅葉萵苣“Diablotin”。

      每塊巖棉(4x4x4cm)播種3粒種子。裝有77個巖棉塊的托盤被放置在一個環境條件恒定的氣候室中(表1)。連續記錄環境溫度、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: 氣候室實驗階段的環境條件

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

      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(長波紫外線)和藍光增加了酚類化合物的數量,而遠紅光造成了總酚類化合物的減少。Li & Kubota 2009年的研究結果證實,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。

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

      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測試的顯著差異)。

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

      圖 2:三種不同光處理的著色水平。每次處理的強度為240 μmol m2 s-1。(A) 光譜 FSFR,(B) 光譜 FSUV,(C) 光譜 RB

      圖3顯示了每個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有顯著差異。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。這證實了(Lee,Son,& Oh,2016年)的研究結果。該研究已經證明,除了紅藍光之外,遠紅光會增加萵苣的鮮重。利用歐司朗富含遠紅光的全光譜,可以實現明顯更高的鮮重。

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

      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。(不同字母代表分別由 ANOVA 在 p ≤ 0.05測試的顯著差異)

      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會導致更高的鮮重和表皮細胞大小的增加。

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

      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,借助歐司朗Phytofy RL,可以通過適當的生長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。通過進一步的研究,還可以使用動態光配方一次性改進多個參數。可以設想,種植者可以首先使用富含FR的FS,以產生更高的生物量。完成該階段后,再使用改善著色的配方作為“生產結束處理”照射植株數日,以最終確定植物的著色,并在生產周期中持續選擇最佳質量和數量的光照。

      Phytofy RL能提供波長從UV-A到FR的光照方案,是開展個人研究的優秀工具。為研究特定的生長配方,歐司朗還提供“研究即服務”方案,即由專業人員利用完全受控的環境為用戶的作物提供最佳的生長選擇。

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