摘要
小麦是重要的粮食作物之一，其生育过程复杂，且不同发育阶段均受到光环境的调控。探索稳定且快速的室内种植是解决不断增长的粮食需求以及环境恶化等问题的一种解决方案，但如何通过调整光条件解决室内条件下小麦“早熟低产”的问题还不清楚。为此，本试验设计了不同光周期和LED光质组合处理，包括8h光照+白光质(P8W),12h光照+白光质(P12W),12h光照+白红光(P12WR),12h光照+白蓝光(P12WB),22h光照+白光质(P22W),22h光照+白红光(P22WR),22h光照+白蓝光(P22WB),22h光照+白远红光(P22WFR),22h光照+红蓝光(P22RB),22h光照+蓝绿光(P22GB)，探究了小麦在出苗-拔节(阶段Ⅰ，决定穗数和小穗数)、拔节-开花(阶段Ⅱ，决定小花数)、开花-成熟(阶段Ⅲ,决定穗粒数和粒重)最适的光周期/光质环境，以期实现小麦生育期短、产量高和品质优的协调。主要研究结果如下: (1)在出苗-拔节阶段，22h白红光(P22WRⅠ)下的小麦发育快且产量潜力高，是该阶段的最优光质。弱光补光下，12h和22h光周期相比，阶段Ⅰ幼苗的生长特性没有受到光周期的显著影响，但延长光周期降低了幼苗的生物活性物质和抗氧化能力。12h内，P12WBⅠ较P12WⅠ提高了幼苗的生物活性物质和抗氧化能力，而延长光周期，白蓝光的这一效应被减弱。此外，P22WRⅠ较P22WⅠ提高了过氧化物酶(POD)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性及DPPH清除能力，且生长特性较优。持续高光强下，延长光周期加快了阶段Ⅰ的发育速率，提高了顶叶SPAD值和CO2同化速率，增加了小穗数。长光周期下光质调配的结果显示，红光与小穗数呈极显著正相关，且与P22WⅠ相比，P22WRⅠ下叶片CO2同化速率和气孔导度提高，生物量增加，小穗数最多;而剔除红光后(P22GBⅠ)，株高和SPAD值下降，小穗数减少;剔除绿光后(P22RBⅠ)，SPAD值、光合参数和生物量均显著提高，但株高较低，小穗数减少;虽然P22WBⅠ提高了叶片的SPAD值，但株高和CO2同化速率降低;P22WFRⅠ则进一步诱导了拔节提前，提高了株高和干重，但叶片SPAD值、气孔导度、蒸腾速率降低，小穗数最低。因此P22WRⅠ为该阶段的最优光处理。 (2)在拔节-开花阶段，22h白光(P22WⅡ)下的小麦发育快，生长优，可育小花最多，是该阶段的最优光处理。在阶段Ⅱ，可育小花数与红光、SPAD值和干重均呈显著正相关。随着光周期延长，小麦不仅发育速率加快，而且旗叶SPAD值增加，光合能力提高，单株干重和穗部干物质积累增加，因此可育小花数在P22WⅡ下显著提高。长光周期下调整光质后，与P22WⅡ相比，P22WRⅡ降低了旗叶叶面积、气孔导度、蒸腾速率和单株干重，因此可育小花数降低;剔除红光(P22GBⅡ)后，CO2同化速率降低，生物量显著减少，可育小花数也降低;P22WBu和P22RBⅡ下的株高、SPAD值和旗叶面积均下降，同化速率降低，导致生物量和可育小花数减少;P22WFRⅡ进一步促进了早花，但该处理下可育小花最少，因为旗叶SPAD值、光合能力和穗干重均显著降低。因此P22WⅡ为该阶段的最优光处理。 (3)在开花-成熟阶段，22h白红光(P22WRⅢ)下的小麦发育快，产量最高,籽粒品质较优，是该阶段的最优光质。春小麦在阶段Ⅲ的持续时间随光照时间延长而缩短。长光周期下调整光质后，P22WFRm进一步缩短了成熟时间，而P22WRⅢ和P22WBⅢ下有所推迟。延长光周期提高了小麦的单株千粒重，提高了籽粒蔗糖合成酶(SS)、叶片谷氨酸合成酶(GOGAT)和谷氨酸脱氢酶(GDH)活性，但降低了叶片蔗糖磷酸合成酶(SPS)、籽粒谷氨酰胺合成酶(GS)和GOGAT活性，最终，籽粒可溶性糖和总氮含量随光周期延长而有所下降，但淀粉含量、谷蛋白/醇溶蛋白(Glu/Gli)以及面筋蛋白/非面筋蛋白(GP/NGP)比值均显著增加。调整光质后，红光与产量构成因素均为显著正相关，并与大多数碳氮代谢酶呈正相关关系，因此，与P22Wm相比，P22WRⅢ下的产量显著提高，且淀粉含量增加，Glu/Gli和GP/NGP比值提高，即优化了籽粒品质;P22WBm的产量也显著高于P22Wm，但不及P22WRm，而其他光质处理下的产量均显著低于P22WⅢ。因此P22WRⅢ是该阶段的最优光处理。 综上，小麦在出苗-拔节、拔节-开花和开花-成熟三个阶段的最优光处理分别为P22WRⅠ、P22WⅡ和P22WRm;22h光周期加上WFR可以显著缩短小麦的生育进程，但产量低，而最优光组合较持续的12h白光(P12W)提前了11d成熟，单株产量提高0.52g,并增加了籽粒总氮含量和面筋蛋白占比。本试验为小麦在植物工厂中快速、高产、优质的生产提供了光照方案。
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