前言
與溫室和露天生產(chǎn)相比，在受控環(huán)境下栽種綠葉蔬菜有許多優(yōu)點(diǎn)。除了不受天氣影響之外，受控環(huán)境還可以實(shí)現(xiàn)更輕松的害蟲(chóng)預(yù)防和作物控制。過(guò)去幾年，無(wú)論是用于研究還是商業(yè)生產(chǎn)，植物工廠的應(yīng)用日漸廣泛(Kozai，2013年)。
眾所周知，光照強(qiáng)度和光照質(zhì)量會(huì)影響植株的生長(zhǎng)。增加光合有效光量子流密度可以提高植株產(chǎn)量，改善植株質(zhì)量和形態(tài)，增加次生代謝產(chǎn)物 (Fu，Li 和 Wu，2012年)，以及縮短生產(chǎn)周期。對(duì)于垂直農(nóng)場(chǎng)經(jīng)營(yíng)者而言，生產(chǎn)中的挑戰(zhàn)之一是實(shí)現(xiàn)預(yù)期的質(zhì)量和數(shù)量目標(biāo)，而顏色是一個(gè)很好的質(zhì)量指標(biāo)，特別是對(duì)紅葉萵苣品種而言更是如此。利用正確的生長(zhǎng)配方，可以獲得足夠數(shù)量的花青素(存在于植株中的水溶性植株色素，使花和果實(shí)呈現(xiàn)出強(qiáng)烈的紅色、紫色或藍(lán)色)，并且更容易提高產(chǎn)量。
歐司朗近期正在自有的智能農(nóng)業(yè)實(shí)驗(yàn)室(一個(gè)完全可控的氣候室)中進(jìn)行一項(xiàng)研究，意在為種植者日常所面臨的挑戰(zhàn)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(kāi)展各項(xiàng)測(cè)試。
該研究的目標(biāo)是展示Phytofy RL在廣泛的植株生長(zhǎng)配方研究領(lǐng)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(chǎn)(Enza Zaden)。
材料與方法
此次用于實(shí)驗(yàn)的植株品種是紅葉萵苣“Diablotin”。
每塊巖棉(4x4x4 cm)播種3粒種子。裝有77個(gè)巖棉塊的托盤(pán)被放置在一個(gè)環(huán)境條件恒定的氣候室中(表1)。連續(xù)記錄環(huán)境溫度、相對(duì)濕度、葉片溫度、光周期、光強(qiáng)度和二氧化碳濃度，并使其保持在給定的設(shè)定值。
表 1: 氣候室實(shí)驗(yàn)階段的環(huán)境條件。
結(jié)果與討論
圖1和圖2顯示了由于配方不同而導(dǎo)致的花青素含量的差異。全光譜加遠(yuǎn)紅(FSFR)光照下培養(yǎng)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(jié)果。研究表明，UV-A(長(zhǎng)波紫外線)和藍(lán)光增加了酚類(lèi)化合物的數(shù)量，而遠(yuǎn)紅光造成了總酚類(lèi)化合物的減少。Li & Kubota 2009年的研究結(jié)果證實(shí)，全光譜加紫外(FSUV)光照處理后達(dá)到的花青素含量位居第二。而紅藍(lán)光(RB)對(duì)應(yīng)的花青素含量最高。這表明，增加藍(lán)光、UV-A和藍(lán)光可以刺激花青素的積累。
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(yuǎn)紅光;FSUV = 全光譜 + 紫外光;RB = 紅藍(lán)光。(不同的字母代表分別由 ANOVA 在 p ≤ 測(cè)試的顯著差異)。
圖3顯示了每個(gè)巖棉塊上平均植株鮮重的比較結(jié)果。RB和FSUV光照處理的平均植株鮮重彼此沒(méi)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，F(xiàn)SFR處理的鮮重增加了26%左右。這證實(shí)了(Lee，Son，& Oh，2016年)的研究結(jié)果。該研究已經(jīng)證明，除了紅藍(lán)光之外，遠(yuǎn)紅光會(huì)增加萵苣的鮮重。利用歐司朗富含遠(yuǎn)紅光的全光譜，可以實(shí)現(xiàn)明顯更高的鮮重。
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(lán)光;FSFR = 全光譜 + 遠(yuǎn)紅光;FSUV = 全光譜 + 紫外光。(不同的字母代表分別由 ANOVA 在 p ≤ 測(cè)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(fā)現(xiàn)的，驗(yàn)證了(Lee，Son 和 Oh，2016年)的研究結(jié)果，這也表明，額外的FR會(huì)導(dǎo)致更高的鮮重和表皮細(xì)胞大小的增加。
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(jié)論
此次研究結(jié)果證實(shí)，借助歐司朗Phytofy RL，可以通過(guò)適當(dāng)?shù)纳L(zhǎng)配方定制特定的植株參數(shù)。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(guò)進(jìn)一步的研究，還可以使用動(dòng)態(tài)光配方一次性改進(jìn)多個(gè)參數(shù)。可以設(shè)想，種植者可以首先使用富含F(xiàn)R的FS，以產(chǎn)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(chǎn)結(jié)束處理”照射植株數(shù)日，以最終確定植物的著色，并在生產(chǎn)周期中持續(xù)選擇最佳質(zhì)量和數(shù)量的光照。
Phytofy RL能提供波長(zhǎng)從UV-A到FR的光照方案，是開(kāi)展個(gè)人研究的優(yōu)秀工具。為研究特定的生長(zhǎng)配方，歐司朗還提供 “研究即服務(wù)” 方案，即由專業(yè)人員利用完全受控的環(huán)境為用戶的作物提供最佳的生長(zhǎng)選擇。
