光质对瓠瓜幼苗光合及若干生理特性的影响

2016-03-02黄枝林魁林碧英陈艺群张开畅王涛

山西农业大学学报（自然科学版） 2016年2期

关键词：光合特性光质

黄枝，林魁，林碧英，陈艺群，张开畅，王涛

(福建农林大学园艺学院，福建福州 350002)

光质对瓠瓜幼苗光合及若干生理特性的影响

黄枝，林魁，林碧英*，陈艺群，张开畅，王涛

(福建农林大学园艺学院，福建福州 350002)

摘要：为了探明瓠瓜对光质的生理响应机制，为设施栽培瓠瓜光质的选择及工厂化育苗专用光源的研制等提供一定的理论和技术依据，在南方塑料大棚内密闭式光照植物培养架中，以瓠瓜为试验材料，研究了不同 LED 光质(白光、红光、蓝光、黄光和绿光)对瓠瓜幼苗的光合及若干生理生化特性的影响。结果表明：红光处理有利于瓠瓜幼苗光合速率、蒸腾速率和气孔导度的增加，提升其体内叶绿素、可溶性糖含量，而蓝光处理则有利于提高瓠瓜幼苗蛋白质含量和类胡萝卜素含量，绿光有利于减小膜脂过氧化程度，降低 MDA 含量，增强瓠瓜抗逆性。通过分析比较，认为可将红光作为瓠瓜幼苗生长的最适光源。

关键词：瓠瓜；光质；光合特性；生理生化指标

Effects of light quality on photosynthetic characteristics and several physiological and biochemical properties ofLagenadasiceraria(MOL.) stand.

Huang Zhi，Lin Kui，Lin Biying*，Chen Yiqun，Zhang Kaichang，Wang Tao

CollegeofHorticulture，FujianAgricultureandForestryUniversity，Fuzhou350002，China)

Abstract:In order to find out the light qualitative physiological response mechanism, to provide a certain theoretical and technical basis for selection of stand light qualitative tofacility cultivation ofLagenadasiceraria(MOL.) stand and for the factory nursery of special light source,, we choseLagenadasiceraria(MOL.) stand as experimental materials, photosynthetic characteristics and physiological and biochemical properties were studied under different light quality (white,red, blue, yellow and green light) in the greenhouse of south China．The results showed that the red light was beneficial to increase the photosynthetic rate，the transpiration rate, the stomatal conductance, the content of chlorophyll and the content of soluble sugar,while the blue light could increase the content of carotenoids and the content of protein, and could reduce the degree of membrane lipid peroxidation, the content of MDA, and enhanced the resistance of bottle gourd. Through analysis and comparison, the red light could be as the most suitable source ofLagenadasiceraria(MOL.) Stand.

Key words:Lagenadasiceraria(MOL.) stand； Light quality； photosynthetic characteristics； physiological and biochemical properties

光的作用与植物的生长发育紧密相连[1]。在植物的整个生命周期中，光不仅是一种环境激励，同时在植物光合作用过程中能够提供其生长所需的能量，主要表现在不同光强、光质和光周期对植物生长发育的影响。其中，光质又被称作光谱组成或光谱能量分布，它是光的一种重要属性[2]，大量研究表明，光质对植物的种子萌发[3]、光合作用、生长发育[4]、形态建成、产量、品质、抗逆和衰老以及基因表达均有调控作用[5]。目前，有关光质对蔬菜光合特性和生理生化指标的影响研究主要集中在豆类、果菜类、叶菜类等领域。

瓠瓜[Lagenariasiceraria(Molina)Standl.]，葫芦科葫芦属一年生蔬菜，其味道鲜美，品质柔嫩、营养丰富，具有清热利水、解毒、治疗肺炎等症状的功效，是一种可作药用的瓜类蔬菜，深受人们喜爱[6]。目前，有关光质对瓠瓜光合特性及其生理生化指标影响的研究鲜有报道。本试验以提高产量和品质为目的，通过LED精量调制光质，研究其对瓠瓜幼苗光合特性及营养品质等的影响，旨在探明瓠瓜对光质的生理响应机制，以期为设施栽培瓠瓜以LED为基础光质配方构建及工厂化育苗专用光源的研制等提供一定的理论和技术依据。

1材料与方法

1.1　材料

供试品种为福州芋瓠，由福州闽皇种业有限公司提供。

1.2　方法

1.2.1试验设计

试验光源由深圳市范科科技有限公司提供，可发出白、红、蓝、黄及绿 5 种不同光质，每条LED灯管功率为20 W。本试验以白光作为对照，白光(CK)、红光(R)、蓝光(B)、黄光(Y)和绿光(G)的波长范围分别为450~465 nm、660~670 nm、440~445 nm、580~595 nm 和515~530 nm。光照培养架为层高50 cm的组培架，共3层。光源固定于培养架顶部(灯管2只)，距植株(15±5) cm，光合光量子通量保持在(100±5) μmol·m-2·s-1。培养架内层用镀铝反光膜，四周和顶部用黑色遮光布遮挡，以避免外界光源对试验的影响。

试验于福建农林大学园艺学院温室和蔬菜生理生化实验室进行。将清选后的瓠瓜种子温汤浸种后播于盛有(草炭∶蛭石∶珍珠岩=3∶1∶1)72孔穴盘中，待长至两叶一心时，选取长势一致的幼苗移至塑料营养钵(直径13 cm，高度15 cm)中。各处理3次重复，种植 90个营养钵，每个营养钵种植2株，均采用随机排列方式，每天照光12 h(8：00~20：00)，其他时间均处于黑暗。室内温度白天为20~25 ℃，夜晚保持在18~22 ℃范围内。生长过程，每天浇1次水，每3 d浇1次营养液(华南农业大学(1990)果菜配方)。光照处理7、14、21 d后，分别随机取样测定光合指标和生理生化指标。

1.2.2测定项目与方法

光合指标的测定：光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)和胞间CO2浓度(Ci)采用CIRAS-3型光合仪在不同光质下进行测定，设定光合光量子通量密度为800 μmol·m-2·s-1，叶温25 ℃，外界CO2浓度为490 μmol·mol-1，并于9:00~10:00选取照光一致的新鲜瓠瓜功能叶片，进行数据采集和测定，每处理重复3次。

生理生化指标的测定：光合色素含量采用混合液提取法[7]，可溶性糖含量的测定采用蒽酮比色法[8]，可溶性蛋白质含量的测定采用考马斯亮蓝G-250法[9]、MDA含量的测定参照陈建勋等[10]的方法。

1.2.3数据处理使用DPS(7.05)软件Duncan新复极差法进行差异显著性分析；用Excel软件绘图。

2结果与分析

2.1　光质对瓠瓜幼苗光合特性的影响

2.1.1光合色素

由表1可知，与白光相比，不同光质对瓠瓜幼苗的光合色素含量影响呈显著关系。叶绿素a、叶绿素(a+b)含量依次为：红光>白光>黄光>蓝光>绿光，均在14 d时达到最大值。叶绿素b含量依次为：红光>白光>黄光>绿光>蓝光，不同光质处理21 d后，红光显著高于白光。类胡萝卜素含量表现为：蓝光>白光>红光>绿光>黄光，以蓝光 14 d 时达 0.33 mg·g-1最高，黄光 7 d 时 0.18 mg·g-1最低。由此可知，红光促进瓠瓜叶片的叶绿素 a、叶绿素 b和叶绿素(a+b)含量的增加，而蓝光提高了瓠瓜叶片中的类胡萝卜素含量。

2.1.2光合速率、蒸腾速率、气孔导度和胞间CO2浓度

由表2可知，与白光相比，各处理瓠瓜叶片的Pn差异都达到显著或极显著水平，依次为：红光>白光>蓝光>绿光>黄光，红光处理叶片净光合速率总是较高，处理7、14、21 d后测定分别比白光提高22.11%、16.90%和11.08%，黄光处理瓠瓜叶片净光合速率最低；瓠瓜叶片的Tr和Gs与Pn的变化规律相同，与白光相比，红光处理的Tr和Gs在处理7、14、21 d后均极显著高于白光，而蓝光无显著差异，绿光和黄光的Tr和Gs低于白光，并达到极显著(p<0.01)水平；瓠瓜叶片Ci以黄光最大，红光处理一直保持较低水平，不同光质处理均呈现先下降后上升的趋势，但处理间差异显著，依次为：黄光>绿光>蓝光>白光>红光。由此可知，红光提高了Pn和Tr，促进光合作用。

2.2　光质对瓠瓜若干生理生化指标的影响

2.2.1可溶性糖含量

由图1可知，处理7、14、21 d后，瓠瓜叶片可溶性糖含量均表现为：红光>白光>蓝光>绿光>黄光，总体呈现先上升后下降的趋势，这可能是由于在瓠瓜幼苗生长中期，植株较为健壮，因此各处理可溶性糖含量积累均较多。14 d 时，红光可溶性糖含量达到最大，比白光高 57.56%，差异显著；蓝光与白光无显著差异，黄光 1.12 mg·g-1最低，仅为白光的 33.04%。由此可知，与白光相比，红光显著促进叶片的可溶性糖形成，原因可能是由于红光下瓠瓜幼苗的光合速率较高，有利于叶片的可溶性糖形成，而黄光和绿光则会抑制叶片可溶性糖的合成。

表1　不同光质对瓠瓜幼苗光合色素含量的影响

注：小写字母不同者为显著差异(p<0.05)；大写字母不同者为极显著差异(p<0.01)；CK-白光；R-红光；B-蓝光；Y-黄光；G-绿光。下同。

Note: different lowercase letters for the significant difference (p<0.05); Different capital letters for extremely significant difference (p<0.01); CK-white light; R-red light; B-blue; Y-yellow light; G-green light. The same below.

表2　不同光质对瓠瓜幼苗光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)和胞间CO2浓度(Ci)的影响

图1　不同光质对瓠瓜幼苗可溶性糖含量的影响Fig.1　Effects of different light qualities on soluble sugar content of Lagenada siceraria(MOL.)Stand

2.2.2可溶性蛋白质含量

图2　不同光质对瓠瓜幼苗可溶性蛋白质含量的影响Fig.2　Effects of different light qualities on soluble protein content of Lagenada siceraria(MOL.)Stand

图3　不同光质对瓠瓜幼苗 MDA 含量的影响Fig.3　Effects of different light qualities on MDA content of Lagenada siceraria(MOL.)Stand

由图2可知，处理 21 d 后，瓠瓜幼苗叶片可溶性蛋白质含量总体呈现逐渐升高的趋势，依次为：蓝光>红光>白光>黄光>绿光，以 21 d 时蓝光处理 9.73 mg·g-1达到峰值，与白光差异显著，比白光高 97.36%，红光处理可溶性蛋白质含量比白光高出 12.98%，绿光和黄光处理的可溶性蛋白质含量较低，分别比白光低 33.87%和 16.00%。由此可知，蓝光最有利于可溶性蛋白质的增加，增强瓠瓜幼苗品质，而黄光和绿光则会抑制瓠瓜可溶性蛋白质的形成与积累，各光质均以处理21 d 较为适宜。

2.2.3MDA含量

由图3可知，各处理的MDA的最大值均出现在 21 d，MDA 含量依次为：黄光>蓝光>白光>红光>绿光，黄光处理 MDA 0.97 mg·g-1达最大值，其他处理减小程度不一，其中绿光的 MDA 含量最小，显著低于白光。由此可知，黄光最有利于 MDA 含量的积累，降低瓠瓜幼苗抗逆性，而绿光则会抑制瓠瓜 MDA 含量的增加，增强抗逆性。

3讨论与结论

光质作为环境条件通过改变植物叶片光合性能从而影响光合产物的合成、运输和积累，其对光合色素的调控与合成有着直接影响[11]，光合色素含量高低直接影响叶片光合速率[12]，同时，叶片较高的光合速率能促进光合作用，最终影响产量[13, 14]。本试验结果表明，红光处理明显提高了瓠瓜叶片的叶绿素 a、叶绿素 b和叶绿素(a+b)含量，这与许莉等[15]对叶用莴苣进行研究得到红光处理下叶绿素含量升高的研究结果基本一致。类胡萝卜素作为一种辅助色素，能帮助叶绿素接收光能，并且消耗光系统Ⅱ( PSⅡ) 的过剩能量，从而保护叶绿素免受破坏。本试验有关蓝光有利于瓠瓜叶片中类胡萝卜素的积累的结果与林叶春等[16]研究得出的蓝光光质下烟苗叶片类胡萝卜素含量比红光光质下显著提高及闫萌萌等[17]对花生进行研究得到的结论一致。

光质调节光合作用是通过影响光系统间电子传递以及不同类型叶绿体蛋白的形成[18]。净光合速率可以用于反映植物进行光合作用时，自身固定 CO2和产生光合产物的量[19]。叶片光合速率与气孔导度一般呈现正相关关系[20]，本试验瓠瓜的 Pn和Tr、Gs变化趋势类似，均为红光处理最高，黄光处理最低，这与杨晓建等[21]的研究结果基本一致。气孔导度(Gs)与蒸腾速率Tr表现规律基本一致，可见气孔导度的大小可直接影响瓠瓜幼苗的蒸腾速率，这与张艳艳等[22]的研究结果一致。由此可知，红光能促进瓠瓜的光合作用，这可能是光质影响了光合细胞的结构[23]。

光质对光合碳代谢有重要的调节作用，它通过诱导光敏色素对蔗糖代谢酶的调控，使其光合作用的产物得到相应的增加，从而影响可溶性糖的含量。可溶性糖是重要的光合产物及能量贮藏物质，其种类主要包括葡萄糖、果糖和蔗糖3种，它容易被人体吸收，且与品质有直接关系；叶片中可溶性蛋白质是构成生理活动物质的成分，是衡量瓠瓜幼苗的生理功能的重要指标之一。本试验研究发现，红光处理促进碳水化合物的形成，而蓝光处理却增加了可溶性蛋白质的含量，这与张立伟等[24]对萝卜芽苗菜和郭银生等[25]对水稻幼苗以及黄枝等[26]对豌豆芽苗菜的研究结果一致。蛋白质是构成细胞基本的大分子有机物，其合成需要更多能量，有学者认为，蓝光区光量子能量较高，故蓝光促进蛋白质的合成可能与光质能量有关[27]。丙二醛(MDA)是植物在逆境下或器官衰老时，发生膜脂过氧化作用的最终分解产物， MDA含量越多，膜脂过氧化程度就越大。试验结果表明，黄光最有利于MDA含量的积累，降低瓠瓜幼苗抗逆性，而绿光则会抑制瓠瓜MDA含量的增加，增强抗逆性，这与林碧英等[28]对豇豆幼苗的研究结果一致。

综上所述，红光有利于瓠瓜叶片叶绿素 a、叶绿素 b和叶绿素(a+b)含量的增加，提高光合速率、蒸腾速率和可溶性糖含量，促进气孔导度的开放；蓝光处理的瓠瓜类胡萝卜素含量和可溶性蛋白质含量较高；绿光下生长的瓠瓜幼苗膜脂过氧化程度最小，MDA含量最低。同时，光合色素、光合特性及可溶性糖均以处理14 d 时最高，可知单色光照射瓠瓜以处理14 d为宜。因此，南方瓠瓜冬春工厂化育苗时选择波长为660~670 nm 红光作为人工光源比较适宜。

本研究只针对单色光质对瓠瓜的光合及若干生理生化指标的影响，而其他因素，如：将波长为660~670 nm 红光、440~445 nm 蓝光以及波长为 515~530 nm 绿光以不同比例混合对瓠瓜幼苗的生长发育的作用则有待进一步分析与研究。

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(编辑：马荣博)

中图分类号：S642.9