半夏Pinellia ternata（Thunb.）Breit.为天南星科半夏属多年生草本植物，异名水玉、地文、和姑、守田、地珠半夏、麻芋果等，以干燥块茎入药，具有燥湿化痰、降逆止呕、消痞散结等功效^[1]。作为一种具有止咳化痰功效的常用药材，半夏的市场需求量逐年增长^[2]。但由于长期采挖和生态环境被破坏，野生资源日益枯竭，导致野生商品供不应求。因此，人工栽培为半夏药材商品的主要来源。半夏以种子、块茎、珠芽进行繁殖，但种子发芽系数低，目前大田规模种植过程中已不采用，块茎存在药用和留种的矛盾，而珠芽（种茎）发芽速度快，出芽率高，生长迅速，为目前半夏种源的主要来源。半夏珠芽为无性繁殖，每年的自然繁殖系数约3倍，生长周期长。因此，短时间获得大量高质量的种源是半夏实施规模化种植的瓶颈之一。所以，利用现代中药生产培育技术，建立珠芽快速繁育体系，降低生产成本，为市场提供丰富的种源，是实施半夏规模化、标准化生产种植的有效途径。

光周期对植物的生长发育有着重要意义。Shen^[3]研究发现，在受控环境中，发光二极管（LED）红蓝（90%红光+10%蓝光）光质，采用小麦开花前12 h光周期处理和开花后24 h光周期处理的光照策略，能够提高小麦产量。何蔚等^[4]研究发现，6 h/d和12 h/d的短光周期处理条件下，番茄小苗的叶绿素生物合成受到抑制，严重影响植株生物量的积累，而24 h/d的长光周期番茄小苗生长健壮。Guo等^[5]研究发现，不同于短光周期下萝卜根的形成，樱桃萝卜根在长光周期16 h/8 h（光照/黑暗）下生长最健壮，生物量最大。孙朝华等^[6]研究发现，光周期为10 h/d时，奶油生菜的生长和部分品质可以得到改善。Djerrab等^[7]指出，8 h/16 h（光照/黑暗）短光周期会引起咖啡生长形态、次级代谢物和基因表达的剧烈变化。张悦^[8]研究发现，光照16 h/d最适于苦苣生长和营养品质的积累。赵明伟等^[9]研究发现，冰菜红蓝光质配比为3∶1，光照时间为14 h时冰菜的生长和营养品质能得到更好的改善。近年来，有关半夏生长发育的研究大多集中于遮荫处理、pH调节、水分胁迫及激素调节等方面，而光周期对半夏珠芽生长状况的影响少有报道。因此，本研究拟建立人工光照环境系统，在保持一定的光照强度条件下，通过改变昼夜光照周期节律，控制光照相对时间，观测记录半夏生长形态、珠芽收获情况和发芽情况，测定叶片色素含量，探索不同光周期对半夏珠芽生长状况的影响，为半夏珠芽的人工栽培提供科学的实验数据和理论支撑。

1 材料与方法 1.1 供试材料

本研究所用的半夏种茎均采收于河北省黄壁镇，经天津中医药大学李天祥教授鉴定为天南星科植物半夏Pinellia ternata（Thunb.）Breit.。

1.2 其他材料

基质材料为园土（天津中医药大学药用植物种质资源圃）：草炭土（德国福洛伽进口草炭土）：蛭石（1~2 mm颗粒）=1∶1∶1的体积混合；育苗穴盘为20孔黑色PVC材质穴盘，规格为上孔径58 mm，底部20 mm，深度110 mm；QHX-250BS-Ⅲ人工气候箱（上海新苗医疗器械制造有限公司）；LED日光灯管；DT-8809照度计（上海高致精密仪器有限公司）；可调节高度的钢架；0.02 mm精度游标卡尺（0~125 mm，上海量具刃具厂）；温度计。

1.3 实验方法

选用无病害、无损伤、直径为2 cm左右的半夏块茎，用2 g/500 mL多菌灵溶液消毒30 min，在适宜条件下进行生根处理7 d，选择整齐一致、生长良好的幼苗，每穴1个种茎进行定植。实验设在温室进行，保温材料采用长寿无滴棚膜，温度保持在20~28 ℃，将穴盘放置在装有LED灯管的多层育苗钢架上，灯管保持在植株上方50 cm处，可随植株高度变化调节。结合相关文献和实验室条件将实验设置7个不同光周期处理，即在光照强度6 200 Lux、生长周期50 d条件下，光照2、4、6、8、10、12、14 h/d，每个处理重复3次，每个重复20株^[10-11]。每个光周期时间采用定时器调控，各处理光照时间均从早上8点开始，统一浇水施肥及其他管理。

1.4 指标测定 1.4.1 形态指标测定

株高：自然生长状态下，用精度为0.1 cm的直尺测定半夏叶柄基部至叶片所能达到的垂直高度。茎粗：采用游标卡尺测定地上2 cm处。珠芽宽度：采用游标卡尺测定珠芽水平方向的宽度。珠芽长度：采用游标卡尺测定珠芽竖直方向的长度。主叶叶长：用精度为0.1 cm的钢尺测定叶柄上端基部到叶尖的最长距离。主叶叶宽：用精度为0.1 cm的钢尺测定主叶最宽距离。主叶叶面积：取样皆为随机取样，采用叶面积系数法计算半夏主叶叶面积^[12]。S=k×a×b，式中S表示半夏主叶叶面积，k表示叶面积系数，取值为0.666，a表示半夏主叶长，b表示半夏主叶宽。

1.4.2 色素含量测定

参考高俊凤版《植物生理学实验指导》叶绿素含量的定量测定一节测定半夏叶片光合色素含量。

1.4.3 珠芽收获指标测定

除净泥土和杂质后，用电子秤（精度为0.01 g）称取各处理半夏珠芽鲜质量。繁殖系数=珠芽个数/栽种块茎个数，收获指数=珠芽产量/块茎播种量。

1.4.4 珠芽发芽情况测定

将珠芽分别置于备有纱布的容器中，于温度23 ℃、湿度75%、光照强度2 500 Lux的人工气候箱中进行发芽处理，每日观察统计珠芽的发芽数，以出芽长度≥1 mm为半夏发芽的标准，统计发芽率和发芽势。发芽率（%）=15 d发芽珠芽数/供试珠芽数×100%。发芽势（%）=5 d发芽珠芽数/供试珠芽数×100%。发芽指数=∑当天发芽数/天数。

1.5 统计学分析

采用SPSS 23.0和Excel 2019进行统计学分析，计量资料采用均数±标准差（x±s）表示，组间比较采用多因素方差分析，P < 0.05为差异有统计学意义。

2 结果与分析 2.1 光周期对半夏生长形态的影响

不同光周期对半夏生长形态的影响如表 1所示。在一定的光质和光照强度条件下，随着光照时间延长，半夏株高呈现减小趋势，2 h/d光周期条件下株高最高，为34.03 cm，显著高于其他处理；半夏茎粗涨幅在2.26~2.48 mm之间，各处理之间无显著差异；半夏叶面积呈现先增大后减小趋势，在8 h/d光周期条件下叶面积达到最大值，为16.11 cm²，与除2 h/d光周期外无显著差异，2 h/d光周期叶面积最小，为7.50 cm²；半夏珠芽宽、珠芽长均呈现先增大后减小趋势，珠芽宽在8 h/d光周期条件下达到最大值，为6.88 mm，但与其他处理无显著差异，珠芽长在4 h/d光周期条件下达到最大值，为7.87 mm，与其他组别无显著差异。

2.2 光周期对半夏叶片色素含量的影响

不同光周期对半夏叶片色素含量的影响如表 2所示。随着光周期的延长，叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素和类胡萝卜素含量均有增加，在14 h/d光周期条件下均达到最大，分别为18.02、5.72、23.74、3.31 mg/g。说明在实验设定的光周期范围内，半夏色素含量与光照时长呈显著正相关。

2.3 光周期对半夏珠芽收获情况的影响

不同光周期对半夏珠芽收获情况的影响如表 3所示。采用相同规格种茎栽培后，半夏珠芽鲜质量产量随光照时间的延长呈现先增加后减少的趋势，以8 h/d光周期的珠芽鲜质量产量最高，达到5.57 g，14 h/d光周期鲜质量产量最小，为2.01 g。半夏珠芽繁殖系数涨幅在1.00~1.11之间，收获指数涨幅在0.0~0.21之间，且两者在8 h/d光周期条件下均达到最高，各组间比较无统计学差异。

2.4 光周期对半夏珠芽发芽情况的影响

由表 4可以看出，不同光周期对半夏珠芽发芽率的影响无统计学差异，发芽率均在80%以上。光照2 h/d与其他6个光周期条件下半夏珠芽的发芽势有显著差异，光照4 h/d的发芽势高于其他组别的发芽势，但与光照6、8、10、12 h/d比较，差异无统计学意义，光照14 h/d显著低于其他组别，为13.33%。7个光周期条件下发芽指数差异显著，4 h/d光周期下发芽指数最高，为6.43，显著高于其他组别。综合来看，4~12 h/d光周期条件下半夏珠芽的发芽情况明显好于其他组别，2、14 h/d光周期条件下发芽情况最差。

2.5 熵权TOPSIS法综合评价不同光周期条件下半夏珠芽情况

半夏珠芽的品质与其自身的生长形态、色素含量、收获情况和发芽情况均有一定联系。因此，选择单一指标评价半夏珠芽优劣的方法欠妥，只有采取多层次、多指标进行综合评价，才能客观系统地评价珠芽不同水平。本实验采用熵权TOPSIS评价体系，对半夏生长形态、色素含量、珠芽收获情况和发芽情况进行综合评价，筛选出半夏珠芽生长最佳光周期。

熵权TOPSIS法通过计算各指标对最优方案的接近度，实现多目标决策分析，获得的接近度Ci越大，说明与正理想解的距离越近，该方案越优异^[13]。本研究对半夏及珠芽各项指标进行熵权TOPSIS法分析，得到各指标权重见表 5，不同光周期综合评价见表 6。由表 6可知，7个光周期条件下半夏优劣顺序是：8 h/d>12 h/d>10 h/d>4 h/d>6 h/d>14 h/d>2 h/d，8 h/d光周期条件下获得的半夏珠芽综合表现位列第1位，说明该光周期条件能正向影响半夏珠芽水平。

3 讨论与结论

本研究发现，随着光照时间的延长，半夏株高逐渐降低，茎粗无显著变化，与小麦开花前研究结果相似^[14]。半夏叶面积、珠芽宽均在8 h/d光周期条件下达到最大，当光周期大于8 h/d时，叶面积、珠芽宽呈减小趋势，说明8 h/d的光周期条件可以作为半夏珠芽生长的最佳光周期。

光照时间延长能更有效地促进叶片对光能的捕获、传递和转换能力。本研究发现，随着光照时间延长，半夏叶片中的色素含量呈现逐步增加趋势。刘成功等^[15]发现随着光照时间的延长欧美杨幼苗叶片叶绿素相对含量（SPAD）呈先增后减趋势；林魁^[16]指出延长光周期抑制色素合成，不利于叶用莴苣叶片色素含量的积累，均与本研究结果不一致，可能是不同植物对光周期的响应不同。如果继续延长光周期能否降低半夏叶片中色素含量还需要进一步探索。

在半夏的生长过程中，子代主要通过珠芽繁殖来获得种源，所以珠芽形成的数量（即繁殖系数）影响半夏种源的产量，即繁殖系数越大，半夏产生的珠芽越多。本研究发现，随着光照时间延长，半夏珠芽产量呈现先增后减的趋势，与赵明伟等^[9]的研究结果相似。在8 h/d光周期条件下半夏珠芽产量、收获指数和繁殖系数测定值最高，4~12 h/d光周期范围内半夏珠芽发芽势、发芽指数与光周期呈正相关，因此8 h/d的光周期可能是珠芽繁殖的最适宜条件。

本研究采用熵权TOPSIS法综合分析半夏的生长情况、色素含量、珠芽发芽情况及收获情况等数据，结果表明在8 h/d光周期条件下半夏外观形态较为突出，叶片颜色深绿，粗壮而挺拔，珠芽收获情况和发芽情况良好，与最优解接近度高达0.738，与直观观察的长势情况基本吻合。

本研究对半夏珠芽的生长情况、产量方面进行了探索，发现最适光周期可促使半夏长势健壮，提高半夏珠芽萌发，增加半夏珠芽产量。因此，不同的光周期可以影响植物的生长发育，是否也影响其药效成分变化还有待进一步研究。