增施CO2与补光互作对辣椒光合特性及产量的影响

王翠丽， 邹 兰， 杨世梅， 张想平， 谢忠清， 陈志国， 严宗山， 彭 钊， 李建华

(1.甘肃省农业工程技术研究院，甘肃武威 733006；2.咸阳市农业科学研究院，陕西咸阳 712000)

辣椒 (L.)为茄科辣椒属植物，喜光、喜温，在我国及世界各地大量种植。作为我国北方设施栽培主栽品种之一，辣椒果实中含有丰富的维生素C、可溶性固形物、胡萝卜素、辣椒素。光照在植物生长中提供能量和信号来源，CO是作物光合作用的原料之一。冬春季节降雨、降雪天气较为集中并且温室骨架结构、覆盖材料等造成室内低温弱光严重；温室是一个相对密闭的环境体系，为保证作物正常的生长温度，长时间不能进行内外气体交换，温室内 CO不足，影响温室辣椒正常的生长发育，使产量降低、品质变差。LED(发光二极管)是一种人工冷光源，具有寿命长、光谱纯、耗能低、波长固定、体积小、可近距离照射植物并且可以根据实际需要进行光量与光质的分散或组合控制等优点，作为一种新型光源，在国内外已普遍应用于设施蔬菜的补光。因此，增施CO与LED补光已成为解决温室环境的首要选择。冬春季节，温室植物生长可以进行补光，以缓解室内光照不足的状况，改善生长的光环境，进而改善植物品质及产量；有研究表明，作物生长、叶片光合色素合成、开花及果实生长都离不开光照。有研究发现，彩色甜椒补充黄光，可培育壮苗；补充绿光，能有效提高莴苣株高、干质量和鲜质量。 LED补光时间不同对辣椒叶片的光合作用影响不同。红蓝光对提高辣椒叶片的光合速率、胞间CO浓度效果显著，另外红光 ∶蓝光=8 ∶3能够提高辣椒光合作用。CO浓度的高低也影响着植物的生长发育，研究发现，增施CO能显著促进作物幼苗的生长，提高壮苗指数，对作物的株高、叶片数、根冠比、干质量、鲜质量都有增大的效果。潘玖琴等研究增施CO对大棚不同辣椒品种农艺性状及产量的影响，发现增施 CO可提高不同辣椒品种的株高。魏岷等研究表明，增施CO可促进黄瓜根系的生长，且根系的吸收总面积、根系体积和根系活力均增加。我国北方地区，冬春季日照时间短，为确保室内温度适宜作物生长，经常09：00起帘，16：30落帘，造成温室内光照变弱现象，严重影响植物生长。另外由于温室不能长时间进行空气交换，使室内CO浓度降低，严重影响辣椒的生长发育，因此，增施CO与LED补光提高设施内CO浓度与光照环境，已成为改善温室CO浓度与补光的必要条件。本试验通过增施CO与LED补光互作的方法，对辣椒进行补CO与LED光，旨在探究增施CO与LED补光对辣椒生长发育及品质的影响，以期为温室辣椒实现高产优质提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2019年8月至2020年1月在甘肃省武威市甘肃农业工程技术研究院日光温室内进行。供试辣椒品种为37-94(武威百利种苗有限公司)。试验器材有LED补光灯(山东贵翔光电有限公司)；植物补光灯(杭州临安佳遇科技有限公司)，额定功率为36W；吊挂式CO发生剂(河南省春光农化有限公司)，黄沙基质栽培，2019年8月28日定植，9月20日开始补光处理，增施CO于辣椒现门椒后进行。共设置4个处理，分别为T1处理(LED红光 ∶蓝光=5 ∶1+CO)；T2处理(LED红光 ∶蓝光 ∶白光=3 ∶1 ∶1+CO)；T3处理(植物补光灯+CO)；对照CK：不补光+CO。CO浓度设置为800 μmol/mol，使用CO监测仪测定，每个处理选取9株植株测定，每个处理重复3次，至2020年1月5日增施CO和补光结束。

1.2 补光设置

光源设置在作物行间(垄面垂直方向)距作物顶部30 cm处，光源高度随辣椒植株生长进行调整，T1、T2、T3处理每垄安装2盏补光灯，每个处理之间设置2垄保护行，避免处理之间相互影响。补光时间为18：00—22：00，补光灯光照度为50 μmol/(m·s)。

1.3 补气设置

用透明的塑料薄膜将每个小区隔开，补光灯设置在小区内部，确保处理区之间不会有气体扩散，在各小区中悬挂相同数量的吊挂式CO发生剂，确保每个小区CO使用量相同。

1.4 测试指标及测试方法

株高：用卷尺测定辣椒茎基部至生长点的长度。茎粗：用数显卡尺测定茎基部第1节处的茎粗。

叶长和叶宽：选取生长点向下第3张功能叶固定测量。叶绿素含量：用 SPAD-502叶绿素含量测定仪测定。

光合指标：辣椒盛果期(11月28日)，进行辣椒叶片光合生理指标的测定。白天09：30—11：30，夜间19：30—21：30，用Li-6400便携式光合测定仪测定辣椒叶片净光合速率()、胞间CO浓度()、气孔导度()和蒸腾速率()等光合参数。选取自生长点向下数第3～4张完全展开、生长良好的辣椒叶片，测定光照度为1 000 μmol/(m·s)，CO浓度为380 μmol/mol，相对湿度为75%。

产量：每个处理取10株长势一致的辣椒，统计整个生育期的果实数与产量，计算单果质量、单株果数及产量。

1.5 数据处理

采用Microsoft Excel 2010 软件进行数据处理及作图，采用SPSS 19.0 软件的Duncan’s新复极差法进行方差分析与差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 增施CO2与补光互作对辣椒株高的影响

由表 1 可知，辣椒株高在增施CO与补光灯互作处理下存在显著差异 。定植 40、120 d，T2 处理株高较 CK 显著提高，增幅分别为14.35%、33.53%，与 T3 处理无显著性差异。定植 80 d 时，T2 处理株高较 CK、T1、T3 处理分别提高23.00、25.33、16.66 cm。

表1 增施CO2与补光互作下辣椒的株高

2.2 增施CO2与补光互作对辣椒茎粗的影响

由表2可知，随着生育周期的延长，茎粗呈现增大趋势。定植40、120 d时，T1、T2、T3处理之间辣椒茎粗无显著差异。定植80 d，T2处理辣椒茎粗高于CK、T3处理，分别高1.53、1.35 cm；定植120 d时，各处理茎粗大小表现为T3处理>T2处理>T1处理>CK。

表2 增施CO2与补光互作下辣椒的茎粗

2.3 增施CO2与补光互作对辣椒叶长的影响

由表3可知，整个生育期叶片叶长伸长表现为先增大后降低。定植40 d各处理之间无显著差异；80 d时，各处理叶片叶长出现最大值，T2处理较 T1、T3处理分别提高3.47%、11.18%；定植120 d时各处理之间无显著差异，其中T2处理叶长最长，为10.00 cm。

表3 增施CO2与补光互作下辣椒的叶长

2.4 增施CO2与补光互作对辣椒叶宽的影响

由表4可知，增施CO与补光互作对辣椒叶宽影响不明显，叶宽的变化幅度为先增大后减小的趋势，在定植 80 d时，各处理叶宽最大，分别为5.90、6.27、 6.83、6.63 cm；整个生育期均表现为 T2 处理叶宽高于其他处理；定植120 d时，各处理辣椒叶宽表现为T2处理>T3处理>T1处理>CK。

表4 增施CO2与补光互作下辣椒的叶宽

2.5 增施CO2与补光互作对辣椒叶绿素含量的影响

由表5可知，定植40 d，与对照相比，T1、T2、T3处理叶绿素含量分别提高8.60、8.94、5.74 mg/g，其中 T2 处理叶绿素含量最高，为54.87 mg/g；定植 80 d 时，各处理之间无显著差异，但各处理叶绿素含量出现最高值，分别为53.80、56.30、61.17、55.13 mg/g；拉秧期120 d，各处理叶绿素含量之间无差异。

表5 增施CO2与补光互作下辣椒的叶绿素含量

2.6 增施CO2与补光互作对辣椒光合作用的影响

由表6可知，T2 处理叶片净光合速率、胞间CO浓度和气孔导度显著高于其他处理(除T1与T2处理差异不显著外)，其中较 CK分别提高 48.07%、66.67%、31.17%；与对照相比，各处理显著影响了辣椒叶片的气孔导度，T2 处理的气孔导度最大，为 348.98 mmol/(m·s)，高于T1、T3 处理且T1、T3 处理之间无显著性差异，T1、T3 处理较CK处理分别提高 17.90%、12.58%。

表6 增施CO2与补光互作下辣椒的光合指标

2.7 增施CO2与补光互作对辣椒产量的影响

由表7可知，不同处理下，T2处理单果质量和单株果数均最高，较T1、T3处理分别提高21.25%、16.19%和5.55%、18.75%。其中T2处理产量显著高于其他处理，较对照增加2 146.34 kg/667 m。

表7 增施CO2与补光互作下辣椒的产量

3 讨论与结论

光是植物进行光合作用的能源，光合器官的正常发育长期受光调控。Cosgrove等研究发现红光 ∶蓝光=5 ∶1 时，可显著提高黄瓜幼苗的根冠比，红光 ∶蓝光=3 ∶1 时，可提高黄瓜幼苗的真叶面积、干质量、鲜质量。杜建芳等对油菜幼苗进行补光处理，研究发现白光和红光处理对油菜幼苗的生长有促进效果。CO是光合作用的重要原料，影响着植物的生长发育，浓度过高或不足都会阻碍蔬菜生长。有研究表明，增施CO能显著提高作物幼苗壮苗指数，对作物的株高、叶片数、根冠比、干质量、鲜质量都有促进作用。潘玖琴等研究发现增施 CO可以提高设施辣椒的株高。魏珉等研究表明，增施CO后，黄瓜根系的吸收总面积、根系体积和根系活力均增加。周国泉等对生菜的补光试验发现，红光 ∶蓝光 ∶远红光=5 ∶1 ∶0.15 时，生菜的叶片长、叶片鲜质量、叶片数量都显著增加。本研究发现增施CO和补光互作处理，辣椒植株的株高、茎粗、叶长、叶宽都较对照均有所提高，其中生长盛期，红 ∶蓝 ∶白光=3 ∶1 ∶1+CO处理下，定植80 d时辣椒株高、茎粗、叶长、叶宽较其他处理出现最大值，分别为134.33、13.68、12.23、6.83 cm。

叶绿素在辣椒光合过程中可以捕获光信号，其含量多少影响光合能力的大小。任桂萍等发现通过不同LED光源照射蝴蝶兰的组培苗，结果表明，红色LED 光照射对于叶绿素含量的增长没有明显的效果，蓝色光源可以促进叶绿素等光合色素的积累；曲溪等研究表明，LED补光可以显著提高番茄中的叶绿素含量。Cosgrove等研究不同LED光对黄瓜幼苗的补光发现，红光 ∶蓝光=3 ∶1时番茄的蒸腾速率出现不同程度的提高。Matsuda等在红光的基础上补充蓝光可显著地增大作物的净光合速率。CO浓度影响着作物的光合、蒸腾和光呼吸效率。张丽红等研究表明，蔬菜在高浓度CO的环境下，能在较短的时间显著提高作物光合速率，但是长时间在高浓度CO下，会抑制光合速率的增加；李清明等研究发现，随着 CO浓度的增加黄瓜叶片的净光合速率增加，蒸腾速率降低；赵天宏等研究表明，随着CO含量的升高，可以提高植物光系统Ⅱ光化学活性。本试验结果表明，红光 ∶蓝光 ∶白光=3 ∶1 ∶1+CO处理下，辣椒叶片叶绿素含量升高，说明红光 ∶蓝光 ∶白光=3 ∶1 ∶1+CO可促进辣椒叶片叶绿素含量的增加。辣椒生长盛期，与对照相比，红光 ∶蓝光 ∶白光=3 ∶1 ∶1+CO处理下，辣椒叶片、、显著提高，表明增施CO与补光可提高辣椒光合作用。

单果质量和单株果数是构成产量的因素，在蔬菜生长过程中光、温、水、肥等多种因素可以影响蔬菜产量的高低。吴家森等使用 LED光对萝卜补光，结果表明，补光萝卜肉质根、鲜质量均有较大增加。另有研究表明，CO富集对设施作物果实产量具有显著影响。本试验中，红光 ∶蓝光+CO=5 ∶1+CO、红光 ∶蓝光 ∶白光+CO=3 ∶1 ∶1+CO、植物补光灯+CO处理均能提高辣椒单果质量和单株果数；红光 ∶蓝光 ∶白光+CO=3 ∶1 ∶1+CO处理下辣椒产量显著提高，增产率最大，说明CO与补光互作可有效提高辣椒产量。

综上所述，红光 ∶蓝光 ∶白光+CO=3 ∶1 ∶1+CO处理下辣椒植株的株高、茎粗、叶绿素含量、叶片长度和叶片宽度均增大，光合速率提高，增强光合作用，促进光合产物的积累，进而提高辣椒果实产量。