【研究意义】辣椒（Capsicum annuum L.）是我国重要的蔬菜和经济作物^[1]，其富含的维生素C、β- 胡萝卜素、钙等矿物质^[2]具有抗氧化、降低血脂、延缓衰老、促进消化等功效。现代蔬菜设施栽培中，蔬菜幼苗的品质对农业生产的经济效益影响极大，如何有效培养高品质的幼苗已成为农业生产的热点问题。在设施农业生产中，LED光源凭借其光谱可调性强、节能环保、高效便捷、超长寿命等显著优点逐渐取代传统荧光灯的地位，不仅能为农作物的生长提供理想的光环境，还可以有效提高植物整体品质，因此在设施人工光栽培得到广泛应用^[3-4]。

【前人研究进展】光是影响植物生长发育的重要环境因素之一，光强、光质及光周期均影响植物的形态建成和光合特性^[5-6]。研究表明，连续光周期对蔬菜的生长发育和产量品质具有一定的积极作用^[7-9]。马绍英等^[10]研究发现，葡萄幼苗期减弱光照强度和缩短光周期均会影响葡萄苗的农艺性状，导致有机物含量下降；而随着光周期的增加，茄子幼苗的株高、茎粗、根冠比等表型明显升高^[11]。就光质而言，蓝光和红光因其可见光波长在植物的光合有效辐射范围内，通常被视为植物生长的最佳光源^[12]。前人在水稻、草莓、莲等多种植物的光质栽培试验结果证实红光能促进植物生长、蓝光有抑制植株生长的作用^[13-16]。在不结球白菜和白魔芋研究中，红光照射显著促进了不结球白菜的根系发育和白魔芋壮苗指数的增加^[17-18]。而早期在烟草、油麦菜、葡萄、菊花等的研究则指出蓝光可以有效提高植物根系的活力^[19-22]。光合作用是植物合成有机物质的主要途径，叶片作为接收外界光信号的主要器官，也是进行光合作用的重要部位。叶绿素荧光作为植物光合作用对环境适应性的探针，通过其测定植物对光能的吸收和转化以了解植物体内光合响应机制的调节过程^[23]。目前有关光环境对植物光合响应机制已有很多报道，但不同园艺植物对不同光环境的光合响应存在差异，适宜的光环境不仅有利于提高植物叶片的净光合速率、蒸腾速率和气孔导度等光合参数，还有利于植物产量和品质的提升。对辣椒^[24]、生菜^[25]的研究表明延长光周期增加了植物叶片的Pn等光合参数。谢景等^[26]研究表明，黄瓜幼苗在蓝光处理下净光合速率（Pn）较高，而青蒜苗在红光处理下Pn显著高于蓝光处理。最大光化学效率（Fv/Fm）反映光化学效率的高低，常用来表征植物叶片PSⅡ原初光能转换效率，采用LED光质处理莴笋和黄瓜发现红光处理后叶片Fv/Fm显著高于蓝光处理，表明红光照射能有效促进叶片的光合作用^[26–28]。

【本研究切入点】本试验通过在单色红、蓝光影响植株生长的基础上，组合光强、光周期研究辣椒骨干亲本‘6421’幼苗的光形态建成、光合作用等生长响应机理。【拟解决的关键问题】通过分析辣椒在连续红、蓝光处理后的光能利用率，了解辣椒幼苗生长对连续光照的适应性，寻求最佳的光效能组合，为辣椒栽培中使用连续光照生产提供重要技术参考。

1　材料与方法 1.1　试验材料

试验于2021年12月至2022年12月在湖南农业大学园艺学院光质培养室进行。供试辣椒材料为湖南农业大学园艺学院辣椒团队提供的骨干亲本‘6421’。

1.2　试验方法

辣椒种子经55 ℃温水浸泡25 min后均匀铺放在有湿润滤纸的培养皿中，而后置于28 ℃的人工气候箱恒温培养；萌发后挑选发芽一致的种子播于装有121 ℃灭菌后的复合基质的50孔育苗盘中，后放置（28±2/20±2）℃和14 h/10 h（昼/ 夜）光周期的条件下生长，正常肥水管理；待其长至四叶一心时，选取长势整齐一致的幼苗移栽至育苗钵。待辣椒缓苗1 d后，选取大小接近的辣椒幼苗进行不同LED光处理，白光（W）、蓝光（B）和红光（R）分别与正常光周期14 h/10 h（CK）照射组合为正常白光照射（CW）、正常蓝光照射（CB）和正常红光照射（CR），与连续光周期24 h照射（T）组合为连续白光照射（TW）、连续蓝光照射（TB）及连续红光照射（TR），共6个处理，每个处理25株幼苗，3次重复。保持各组冠层光量子通量密度（PPFD）在200(±5) μmol/m²·s，昼夜温度28(±2)/20(±2) ℃，空气湿度65(±5)%。处理15 d后，选取辣椒幼苗完全展开的功能叶进行取样并测定叶片光合速率、叶绿素荧光等生理生化指标，每个处理取6个样品进行测定，取平均值。

1.3　测定项目及方法

1.3.1 植株生长量　每个处理选取5株辣椒幼苗，用直尺测量株高（指植株基部到生长点的高度），用游标卡尺测量茎粗（指子叶上方茎秆的粗度）。参照董桑婕等^[29]和刘会芳等^[30]的方法计算植株的壮苗指数及根冠比。

1.3.2 光合速率参数　在晴天9：00 —11：00使用LI-6400（LI-COR, USA）光合仪器测量辣椒功能叶片的净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）和胞间CO₂浓度（Ci），每个处理测定3~7片叶，取平均值。参考罗鑫辉等^[12]的方法，将光合仪器测量设置为红蓝光源，光强设为1 000 μmol/m²·s，CO₂浓度设为400 μmol/L。

1.3.3 叶绿素荧光参数　每个处理选取3~7片叶进行测定，取平均值。首先将各处理的辣椒功能叶片置于黑暗中进行15 min暗适应后，再使用Fluorpen（FP110/D）手持式叶绿素荧光仪测定辣椒叶片非光化学淬灭系数（NPQ）和荧光动力学曲线（OJIP）等叶绿素荧光参数，并参照颉建明等^[31]的方法计算得出PSⅡ潜在活性Fv/Fo、PS Ⅱ最大光化学效率Fv/Fm、光化学淬灭系数qP和非光化学淬灭系数NPQ。

1.3.4 植株生理生化指标　采用上海茁彩生物科技有限公司生产的试剂盒测定辣椒叶片的超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）和抗坏血酸过氧化物酶（APX）等抗氧化酶活性以及脯氨酸（Pro）、抗坏血酸（ASA）、丙二醛（MDA）和可溶性蛋白（BCA）等渗透物质含量。

1.4　数据处理

试验数据使用Microsoft Excel 2021进行统计分析和作图，用DPS数据处理系统进行二因素方差分析，多重比较选择最小显著差数法（LSD法）进行方差分析和显著性差异分析（P＜0.05）。

2　结果与分析 2.1　不同光处理对辣椒幼苗生长量的影响

‘6421’辣椒幼苗在不同光处理下，其生长量差异显著。由图 1、表 1可知，白光、蓝光和红光不同组合处理后辣椒幼苗的株高、茎粗呈现的生长趋势为TR＞CR＞CW＞TW＝CB＞TB，其中CW处理的株高和茎粗分别为11.86 cm和2.16 cm，CR处理的株高和茎粗比CW处理分别显著上升5.1% 和17.1%，TR处理的株高、茎粗比CW处理分别显著上升20.5%、10.6%，而TB处理的的株高和茎粗比CW处理分别显著降低17.1% 和14.3%；不同光处理后辣椒幼苗的根冠比存在显著差异，与CW处理相比，CB、TB处理的根冠比分别显著升高2.24倍和2.62倍，而CR、TR处理的根冠比与CW处理无显著差异。植株壮苗指数的高低常用来评判植株的生长状况，由图 1可知，CR、TR处理的壮苗指数最高，且与其他处理均存在显著差异，与CW处理相比，CR、TR处理的壮苗指数分别显著上升2.07倍和2.38倍。这表明红光处理可显著促进辣椒幼苗生长，而连续蓝光照射对辣椒幼苗生长有明显抑制作用。

2.2　不同光处理对辣椒幼苗叶片光合速率参数的影响

由图 2可知，不同光处理15 d后，CW处理的辣椒幼苗叶片净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）和蒸腾速率（Tr）均最高，而TW处理辣椒叶片的Pn、Gs和Tr呈显著下降趋势。不同光处理后，CB处理的辣椒幼苗叶片Pn比CR处理显著降低24.2%；TB处理的Pn与TR处理无显著差异、但均极显著低于正常光处理组（CB），Tr分别显著低于CW和TR处理62.5% 和28.1%；CB与CR处理的Tr无显著差异，CB与CR处理、TB与TR处理的辣椒幼苗叶片Gs均无明显差异。整体来看，正常光周期照射（CK）的Pn、Gs、Tr均显著高于连续光周期照射（T）处理。CR、TR处理后辣椒幼苗叶片的胞间CO₂浓度（Ci）均显著高于CW处理，而CB、TB处理辣椒叶片的Ci分别比CW处理显著下降20.1%、51.1%。

2.3　不同光处理对辣椒幼苗叶片叶绿素荧光参数的影响

叶绿素荧光参数用来反映植物光合作用机理和光合生理状况的变量或常数值，被视为植物光合与环境关系的内在探针。不同LED光处理下，辣椒幼苗叶片的叶绿素荧光参数的变化如图 3所示，总体看来，蓝光处理的辣椒叶片叶绿素荧光参数均显著高于红光处理。其中，CW、CB处理的最大光化学效率（Fv/Fm）均约为0.82、无显著差异，而CR、TB、TR处理的Fv/Fm比CW处理分别显著下降9.6%、16.5%、18.6%；TB、TR处理的PS Ⅱ潜在活性（Fv/Fo）分别比CW处理降低47.8% 和53.4%，而CB、TB处理的Fv/Fo均分别为CR、TR处理的1.12倍；蓝光处理后辣椒幼苗叶片的非光化学淬灭系数（NPQ）显著高于红光处理，CB处理为CR处理的1.27倍，TB处理为TR处理的1.44倍；连续光周期（T）照射的NPQ均显著低于正常光周期（CK）照射，而不同光处理后辣椒叶片的光化学淬灭系数（qP）则与之相反，TB和TR处理的qP分别比CW处理显著升高36.1%、21.1%，蓝光处理仍高于红光处理。

2.4　不同光处理对辣椒幼苗叶片抗氧化酶活性的影响

由图 4可知，随着辣椒幼苗的生长，不同光处理下辣椒幼苗叶片的抗氧化酶活性均有较大差异。就光质处理来看，与蓝光处理组相比，CR和TR处理后辣椒幼苗叶片的抗氧化酶活性整体下降，其中CR处理的SOD、CAT活性比CW处理显著降低16.9% 和85.4%，而CR处理的POD活性则比CW处理显著上升71.1%；TR处理的POD、CAT活性比CW处理显著升高70.4%、17%，而SOD活性显著降低40.9%。蓝光处理组中，CB、TB处理后辣椒幼苗叶片的SOD、CAT活性比CW处理均显著升高，其中CB、TB处理的SOD活性分别升高33.3%、37.4%，CAT活性则分别上升2.18倍和2.30倍，POD活性也分别显著提高2.23倍和3.43倍。整体来看，仅TB处理辣椒幼苗叶片的APX活性与CW处理相对保持一致水平，其余处理的APX活性与CW处理相比均呈显著降低趋势，其中CR、TR处理分别降低75.3%、53.6%。

2.5　不同光处理对辣椒幼苗叶片渗透物质含量的影响

由图 5可知，正常光周期（CK）下，CR、CB处理后辣椒幼苗叶片丙二醛（MDA）、抗坏血酸（ASA）和脯氨酸（Pro）含量均显著低于白光组（CW、TW处理），但蓝光组（CB、TB处理）叶片的可溶性蛋白（BCA）含量却显著高于白光组。连续光周期（T）处理下，TB、TR处理辣椒幼苗叶片的MDA含量分别比CW处理显著降低56.5%、55.7%，而ASA、BCA含量则分别比CW处理上调1.18倍和3.58倍；TW处理下辣椒叶片的渗透物质含量比CW处理极显著上升，其中MDA、ASA、BCA、Pro含量处理分别上升1.38、1.47、2.33、1.11倍；连续红光组（CR、TR处理）辣椒幼苗叶片的渗透物质含量均为最低值。表明连续光周期对辣椒叶片渗透物质含量有较大影响，且蓝光的影响大于红光。

3　讨论 3.1　不同光处理对辣椒幼苗生长的影响

不同光处理对蔬菜的生长存在显著差异。不同光质对植物地上部的生长发育具有显著的调控作用，研究表明，红光照射下甘蓝幼苗植株高大，却明显降低了番茄幼苗的株高^{[3, 32]}；在不同光质配比中，生菜茎粗、根系和叶面积等生物量随着红光的比例增加呈上升趋势^[33]；Erkan等^[34]发现蓝光能显著抑制草莓的株高；DaSiliva等^[35]指出蓝光照射可减弱烟草叶片生长、降低植株高度，表明蓝光具有矮化植株的作用。但蓝光却能够促进根系的提前发根，有效提高植物根系的活力^{[22, 36]}。Zha等^[8]研究发现，200 μmol/m²·s光强连续光照15 d后生菜的生物量显著提高；适当延长光照时间能有效促进冰菜^[37]、烟草^[38]、番茄^[39]、洋葱^[40]等农作物生长和改善品质。本研究中，连续红光或蓝光照射下‘6421’辣椒幼苗的生物量与白光处理均有显著差异，而正常红光和连续红光照射可明显提高辣椒幼苗的株高和壮苗指数，正常蓝光和连续蓝光照射则可促进辣椒幼苗根系的发育。表明红光或蓝光对辣椒幼苗的生长都具有一定的积极作用，同时在辣椒幼苗期进行连续光照（24 h）对其生长也有促进作用。

3.2　不同光处理对辣椒幼苗光合作用的影响

作为植物重要的代谢过程，包括净光合速率、气孔导度等在内的光合作用均受光环境的影响。不同光处理对植物叶片光合速率的影响有所不同。净光合速率（Pn）的高低是植物叶片光合性能优劣的体现，是衡量植物叶片光合性能的重要指标。钱胜艳等^[41]研究指出，在不同LED光处理下辣椒叶片的光合速率随光合有效辐射的增加而增加，其中红光处理下辣椒叶片的Pn等光合参数显著高于蓝光处理，这与本研究中正常红光处理的净光合速率显著高于正常蓝光处理的结果一致。通常，我们以叶绿素荧光参数来反映植物吸收和利用光能的能力^[42]。Hazrati等^[43]研究表明，PS Ⅱ最大光化学效率（Fv/Fm）和PS Ⅱ潜在活性（Fv/Fo）如果出现大幅下降，则表明植物受到光抑制。徐凯等^[27]研究指出，红光处理下草莓叶片的Fv/Fm显著高于其他光处理；也有研究表明，与白光相比，蓝光照射显著提高了黄瓜幼苗叶片的Fv/Fm，因此认为PS Ⅱ最大光化学效率Fv/Fm的显著升高表明该光质能有效提高植物的光能转化效率^{[27, 44]}。本研究中，正常蓝光处理后辣椒叶片的Fv/Fm显著高于正常红光处理和连续光照处理。而与正常白光处理相比，正常红光处理和连续光照处理均显著降低了Fv/Fm和Fv/Fo，表明连续光周期照射和单色红光对‘6421’辣椒的PS Ⅱ反应中心造成了一定伤害，这可能与处理后辣椒叶片的叶绿素浓度有关。光化学淬灭系数（qP）表示PS Ⅱ中光被有效利用而引起的荧光淬灭程度，其降低表明植物叶片光合作用能力的下降；而非光化学淬灭系数（NPQ）表示光能不能被有效利用而导致的光化学淬灭，是植物将过多光能以热耗散的形式来抵抗逆境的一种自我保护机制^[45-46]。苏醒等^[47]研究发现，qP增加和NPQ减少增强了长茎葡萄蕨藻对高光强的耐受能力。本研究中，连续光处理比正常光处理qP显著上升且NPQ显著降低，表明辣椒幼苗在连续光照射下通过热耗散的形式避免了叶片光合机构的损伤。

3.3　不同光处理对辣椒幼苗生理生化指标的影响

生理生化指标是反映植物状态的重要参数。研究发现，红光起到促进植株可溶性糖合成的作用，蓝光能显著提高可溶性蛋白含量，为植物的生长发育奠定基础，从而降低膜脂过氧化程度，使植株具备更高的清除活性氧的能力^[48-50]。也有研究指出，植物的可溶性蛋白含量会随光照时间的延长而增加^[51-52]，这与本研究中连续蓝光处理极显著增加辣椒幼苗可溶性蛋白含量的结果一致。植物在有氧新陈代谢过程中产生的活性氧（ROS）会引起植株细胞膜结构的破坏、蛋白质分子结构的变化等有害影响^[53]，因此植物为减少活性氧的毒害进化出一系列抗氧化解毒体系。丙二醛（MDA）含量常用来反映植物细胞膜遭受伤害的程度，而抗氧化酶活性可用以评价植株受ROS毒害的程度。本研究中，正常蓝光和连续蓝光照射下辣椒幼苗叶片SOD活性显著提高，会增加ROS的生成，但正常蓝光和连续蓝光照射可通过提高叶片CAT、POD活性来增强植株细胞内活性氧解毒的能力，使得MDA含量降低，从而显著减轻细胞膜受损害的程度；正常红光照射和连续红光照射后辣椒幼苗叶片的SOD活性和MDA含量均显著低于正常白光照射处理。表明连续蓝光、红光处理通过调节辣椒叶片的抗氧化酶活性来降低MDA含量，以增强辣椒幼苗的抗逆性，这与马永珍等^[51]、苏俊等^[54]、文锦芬等^[55]的研究结论一致。下一步还应进行连续光周期照射组合不同光质的光配比以及用单色红光和蓝光色作为补光等方面的探索，以期为设施栽培的生产实践提供更好的理论基础。

4　结论

蓝光和红光对辣椒幼苗的生长有不同的影响，CB和TB处理能抑制辣椒幼苗株高生长，但却显著增加了辣椒幼苗的根冠比、分别比CW处理显著上升2.24倍和2.62倍；CR、TR处理后辣椒幼苗的株高、茎粗和壮苗指数均显著提高，其中CR、TR的壮苗指数显著升高2.07倍和2.38倍。在连续光照射下，单色蓝光和红光对辣椒材料的光合特性和酶活性等指标的影响也有所不同，TB、TR处理下辣椒幼苗叶片的Pn和Gs无明显变化；而TB处理辣椒幼苗叶片的Tr和Ci则显著低于TR处理，较CW分别降低62.5%% 和51.1%；TB、TR处理辣椒幼苗叶片的Fv/Fm和Fv/Fo均显著下降，其中Fv/Fm分别比CW处理降低16.5%、18.6%，Fv/Fo分别降低47.8%、53.4%，而qP参数却显著升高36.1%、26.1%。同时，连续光照通过增加辣椒幼苗的qP及SOD、POD、CAT活性、显著降低辣椒幼苗MDA含量来抵御光抑制伤害，从而提高植株光合能力来维持正常生长。