摘要
近年来，我国草食畜牧业快速发展，对优质牧草需求急速增加，传统生产方式在规模和品质上无法满足市场需求。人工光植物工厂（PFAL），具有高度自动化、土地利用率高和周年生产等多种优势，广泛应用于蔬菜、药用植物和花卉的生产，也实现了大麦、玉米等苗类牧草的生产，但对多年生牧草的研究极少。研究确定光环境和营养液氮水平对牧草形态、品质和氮代谢的调控机制，是建立生产技术的关键。本论文以紫花苜蓿为试验材料，在PFAL中以基质栽培，围绕发光二极管（LED）红蓝光光强、红蓝绿光质、光照模式和光氮互作开展研究，从产量、品质和氮代谢多角度综合分析，探究适宜的光环境以及营养液氮浓度。取得的主要结果如下: （1）设置 LED 红蓝光（红∶蓝=4∶1）五种光强（200、300、400、500 和 600 μmol·m2·s-1,光周期16/8 h）,在光照第15、20、25、30和35 d采收。结果表明，光强提升紫花苜蓿的株高、茎粗和鲜草产量提高。光照30 d时外观形态较好且处于适宜采收的初花期。可溶性糖、可溶性蛋白和丙二醛（MDA）含量随光强提高持续升高，游离氨基酸和H2O2含量先升高后降低。光强为600μmol·m2·s-1时硝态氮含量和硝酸还原酶（NR）活性显著降低，氨态氮含量无变化，亚硝酸还原酶（NiR）活性升高。较高光强下谷氨酸、半胱氨酸和赖氨酸含量以及谷氨酸合成酶（GOGAT）活性均高于低光强。谷氨酰胺合成酶（GS）活性先升高后降低，半胱氨酸合成酶（CS）和天冬氨酸激酶（AK）活性先降低后升高。相关性分析表明，光强与生长、品质、氮和氨基酸代谢指标显著相关。综上所述，400-500μmol·m2·s-1光强、光照30 d是较优的生产参数。 （2）设置红光和蓝光比例为3∶1、4∶1和5∶1的LED红蓝光处理，在4∶1基础上以绿光代替5％和10％红光的LED红蓝绿光处理（红∶蓝∶绿=19∶5∶1;18∶5∶2）。五种处理的日累积光照量（DLI）均为23.04 μmol·m-2·d-1,光周期为16/8 h。高红光组份处理加速植株衰老，高蓝光组份处理虽然有最高的气孔导度和赖氨酸含量，但其产量、蔗糖、硝态氮和氨态氮含量以及氮代谢酶活性均为最低。绿光代替部分红光的处理，叶面积增加，显著提高了产量，促进了叶绿素、蔗糖、游离氨基酸的合成以及硝态氮和粗蛋白的积累。基于酶活性分析，发现NR和GS的活性在红蓝绿光处理中升高了。此外，淀粉和可溶性蛋白含量以及AK活性不受光质影响。绿光代替10％红光的处理能够促进叶片延展、有利于氮吸收，获得高产、高饲喂品质的紫花苜蓿。 （3）设置DLI为23.328 μmol·m-2·d-1,光质为红蓝绿光（红∶蓝∶绿=18∶5∶2），光照模式为常规、连续和交替光照。与常规光照相比，连续光照下紫花苜蓿形态良好、产量稳定，虽然光合色素含量、气孔导度和Fv/Fm降低，但其可溶性糖、淀粉含量高，并且没有累积过量的H2O2和MDA,认为其未受到胁迫是连续光照耐受型植物。红蓝-绿光交替促进了叶片延展;红绿-蓝光交替促进了茎的伸长;绿蓝-红光交替缩短了开花时间。氮代谢方面，硝态氮含量在连续和绿蓝-红光交替显著降低，氨态氮含量在红绿-蓝光交替显著升高，NR活性在红蓝-绿光交替显著降低，NiR活性在红绿-蓝光交替显著降低。虽然连续和交替光照抑制了氮代谢酶活性，但可溶性蛋白、游离氨基酸、粗蛋白和赖氨酸含量提高了，表现出较好的饲喂价值，适用于紫花苜蓿的生产。 （4）以LED红蓝光（红∶蓝=4∶1）和红蓝绿光（红∶蓝∶绿=18∶5∶2）为光质，通过KNO3含量调节营养液氮浓度，设置连续光照下氮水平为10、15、20 mM的六个处理。红蓝光下，紫花苜蓿的株高、茎粗、叶面积、产量、气孔导度以及光合色素和粗蛋白含量在氮水平为15mM时最高;氮水平为20 mM时植株矮小、叶片褪绿，脯氨酸、H2O2和MDA大量积累，谷氨酸脱氢酶(GDH)活性升高，产生了胁迫效应，且粗蛋白含量显著降低。红蓝绿光下，株高、叶面积、产量以及光合色素、可溶性蛋白、游离氨基酸、粗蛋白、硝态氮、氨态氮和谷氨酸含量与氮水平呈正相关，同时NiR和GOGAT活性也随着氮浓度增加而升高。结果表明，施氮有利于促进植株生长和品质提升，绿光的添加能够提高紫花苜蓿对营养液氮水平适应的阈值，连续光照下红蓝光适宜的氮浓度为15 mM,红蓝绿光适宜的氮浓度为20 mM。
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