新型UV-B 补光灯对茄子幼苗生长、抗性生理及抗病性的影响

李 玟 傅敏杰方 月 张 萼 祝 彪 朱志玉 吴建国* 朱祝军 王云霞 朱月清 李 洁

（1 浙江农林大学农业与食品科学学院，浙江省农产品品质改良技术研究重点实验室，浙江杭州 311300；2 杭州小太阳农业科技有限公司，浙江杭州 311300；3 杭州市临安区农业农村局，浙江杭州 311300；4 浙江农林大学化学与材料工程学院，浙江杭州 311300）

茄子（L.）是茄科茄属作物，果实含有丰富的营养成分。茄子种植周期短，经济效益高，目前已成为我国温室大棚主要种植的蔬菜作物之一。近年来，我国设施蔬菜产业发展迅速，蔬菜专业化育苗也愈显重要，规模逐渐扩大（方伟 等，2017）。在育苗的关键时期，冬季或早春，由于日照时间短和阴雨天气较多，设施内的光照强度和光照时间严重不足，易造成幼苗徒长，植株生长较弱，严重影响育苗质量（刘再亮 等，2004）。人工补光是改善冬季设施内光照条件最有效的办法，目前已有番茄（文莲莲 等，2018）、黄瓜（李愚鹤 等，2005）、西瓜（黄芸萍 等，2015）等蔬菜作物在育苗中开始应用补光技术，并取得了显著效果。但大多采用的是市场上的普通补光灯、LED 灯和日光灯等，育苗质量仍然达不到在正季太阳光下的效果。

太阳光中蕴含着大量的紫外线，虽然紫外线是不可见光，但是具有重要的生物学作用。紫外线按照波长和生物学特性可划分为3 类：UV-A（320～400 nm）、UV-B（280～320 nm）和UV-C（200～280 nm）。波长不同，其辐射生物学效应不同。大多数高等植物和真菌在受到小于280 nm的太阳紫外辐射（UV-C 辐射）时几乎立即死亡；320～400 nm 的太阳紫外辐射（主要是UV-A 辐射）对植物基本无害，甚至对植物的生命活动起调节作用；UV-B 辐射对植物的作用介于UV-C 辐射和UV-A 辐射之间，具有消毒杀菌、诱发植物对病害产生耐性，激活植物免疫机能，改变植株生理活动，抑制植株徒长，增加叶片叶绿素含量等作用。大气中的O能吸收全部的UV-C 辐射和90%的UV-B辐射，仅剩10%左右的UV-B 辐射能够到达地面（Marion et al.，2012），会对植物的生理和生态作用产生重要影响（张静 等，2009；Jenkins，2009；Heijde &Ulm，2012）。在目前的设施生产中，由于薄膜和玻璃等透光层能够隔离60%～90%的UV-B辐射，使得在设施育苗过程中严重缺少UV-B 辐射对蔬菜苗期的生长调节作用（Paul &Gwynn-Jones，2003；Marion et al，2012）。目前，在我国温室大棚生产中，安装传统补光灯、LED 补光灯或高压钠灯进行补光已较为常见，但是这些补光灯均无法补充UV-B 辐射，在传统补光灯基础上添加低剂量UV-B 辐射进行补光的试验研究更是鲜少报道。因此，本试验以茄子品种杭茄1 号作为试验材料，采用普通LED 补光灯添加低剂量UV-B 辐射，模拟太阳光对植株进行补光，结合实际生产需求测定相应茄子幼苗的农艺性状和酶活指标，并进行病原菌活性的室内测试和苗期抗病性鉴定，以探索UV-B 辐射对茄子幼苗生长的影响。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试茄子品种为杭州市蔬菜科学研究所选育的杭茄1 号，是浙江地区推广面积较大的一代杂种。

供试菌株为灰霉病菌株（NL003，由浙江农林大学农学院植物保护实验室提供）、早疫病菌株（ACCC36023，由中国农业微生物菌种保藏管理中心提供）、炭疽病菌株（ACCC36264，由中国农业微生物菌种保藏管理中心提供）。

补光设备由杭州小太阳农业科技有限公司生产。温室大棚茄子苗期补光试验采用紫外（UV-B）育苗补光灯（含低值UV-B 剂量，32 μW·cm，R/B=0.2）和普通育苗补光灯（无UV-B，R/B=0.2）两种；茄子室内苗期抗病性鉴定补光试验采用普通育苗补光灯（无UV-B，R/B=0.2）和紫外（UV-B）育苗补光灯（UV-B 剂量51 μW·cm，R/B=0.2）2 种，光照培养箱的箱内参数：光强3 364 lx，PPFD（光量子通量密度）45.75 μmol·m·s，红光10.96 μmol·m·s，蓝光12.53 μmol·m·s，绿光21.92 μmol·m·s。

1.2 试验方法

1.2.1 茄子育苗及苗期补光 茄子育苗补光试验在浙江农林大学官塘农场大棚中进行。2019 年4 月1日浸种消毒，4 月2 日将种子播于50 孔育苗盘中（草炭∶蛭石∶珍珠岩=2∶1∶1），待茄子幼苗长至一叶一心后进行补光处理（4 月20 日至5月12 日进行补光）。共设置3 个处理：普通补光、紫外（UV-B）补光和不补光（CK），每个处理3 盘，作为3 次重复。补光时间为早晨6：00—8：00，夜间17：00—20：00，每天5 h，阴雨天气全天补光，整个苗期持续补光。各处理间使用黑色遮光布完全隔开，保证受光均匀。补光灯始终悬挂于幼苗顶端上方80 cm 处，随着植株的生长调整灯管与幼苗顶端的距离，保持照射距离不变。

1.2.2 茄子苗期生理指标测定 播种后33、40 d（补光15、22 d），每处理随机选取8 株形态长势一致的幼苗，测定其株高、茎粗、叶面积、叶片叶绿素相对含量、地上部和地下部干质量，计算壮苗指数。采用YMJ-A 根系扫描仪测定幼苗自上而下第3 片真叶叶面积；采用手持SPAD-502 叶绿素测定仪测定第3 片真叶叶绿素含量（SPAD 值）。播种后33、40 d 傍晚17：30，每处理随机选取8 株形态长势一致的幼苗，由内往外选取第2、第3 片真叶测定酶活性：丙二醛（MDA）含量的测定采用硫代巴比妥酸法（Buege &Aust，1977）；过氧化氢含量的测定采用四氯化钛法（刘俊 等，2020）；过氧化氢酶（CAT）活性的测定采用过氧化氢比色法，过氧化物酶（POD）活性的测定采用愈创木酚法，超氧化物歧化酶（SOD）活性的测定采用氮蓝四唑法，抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性的测定采用紫外分光光度法（邹琦，2000）；总酚和类黄酮含量的测定参考曹健康等（2007）的方法。

1.2.3 茄子幼苗抗病性鉴定 孢子悬浮液的制备：分别从灰霉病、炭疽病和早疫病菌株菌落边缘打取直径8 mm 的菌饼，放入装有PDA 液体培养基的三角瓶内，在28 ℃、200 r·min条件下摇培2～3 d，待生成一定孢子数量时，经3 层无菌滤纸过滤菌丝，收集孢子液，在显微镜下用血球计数板进行观察和计数，确保最终接种浓度在1 × 10个·mL左右，置入4 ℃冰箱备用。

接种：参照NY/T 1857.1—2010《黄瓜主要病害抗病性鉴定技术规程 第1 部分：黄瓜抗霜霉病鉴定技术规程》，略有改动。茄子幼苗管理同茄子苗期补光试验中紫外（UV-B）补光处理，待幼苗长至四叶一心时，换盆培养，依次用75%无水乙醇和无菌水对叶片进行清洗擦干，将孢子悬浮液用小型手持喷雾器均匀喷到茄子叶片上，直至有水滴流出。接种完的茄子幼苗用塑料膜包裹，避光保湿48 h 后放置在光照培养箱内进行正常栽培管理，每种真菌接种48 株幼苗，3 次重复。

补光：每种真菌接菌苗分别设置普通育苗补光和紫外育苗补光2 个处理，每个处理3 次重复，每重复48 株幼苗。补光灯悬挂于幼苗顶端上方30 cm 处，补光时间同1.2.1。待7 d 后茄子幼苗充分发病时进行植株病情调查，并计算病情指数（卢鉴植 等，1992；朱丽梅 等，2012，2015）。

1.3 数据分析

试验数据的处理采用SPSS 20.0 软件，采用多重比较（Tukey 法）进行方差显著性检验（α=0.05）；采用Microsoft Excel 2003 软件绘制图表。

2 结果与分析

2.1 不同补光灯对茄子幼苗生长的影响

由表1 可知，在补光15 d 后，紫外（UV-B）补光处理的茄子幼苗生长势最好，各生长指标与不补光对照间存在显著差异；且株高、茎粗、叶片数和叶面积分别比普通补光处理高出6.72%、8.82%、6.77%和20.69%。在补光22 d 后，紫外补光处理的幼苗株高受到一定抑制，比普通补光处理降低7.90%，但茎较粗壮；在叶片数量和叶面积方面，紫外补光和普通补光处理均显著高于对照；两种补光处理的叶绿素含量差异不显著，均显著低于不补光的对照。表明在茄子苗期进行紫外（UV-B）补光可有效抑制植株徒长，使其矮壮、不易倒伏，并能有效提高茄子幼苗植株的茎粗、叶面积，但对叶片数的增加效果不明显，对叶绿素的含量有降低作用。

表1 不同补光灯对茄子幼苗生长的影响

2.2 不同补光灯对茄子幼苗壮苗的影响

由表2 可知，紫外（UV-B）补光处理能显著提高茄子幼苗地上部和地下部的干质量，在补光22 d 后，分别比普通补光处理高出26.38%和14.10%；同时，壮苗指数也显著高于普通补光处理和不补光对照，但根冠比差异不显著。由此可知，紫外补光处理可促进茄子幼苗的地上部、地下部干质量增加，壮苗指数最高，幼苗素质最好。

表2 不同补光灯对茄子幼苗壮苗的影响

2.3 不同补光灯对茄子幼苗叶片抗氧化酶活性的影响

不同补光处理的茄子幼苗叶片抗氧化酶活性均随补光时间的延长呈下降趋势。3 个处理中以紫外（UV-B）补光对CAT 活性的影响最大，补光22 d 后仍保持较高水平（图1-A）。在补光22 d 后，紫外补光处理的茄子幼苗叶片POD 活性显著高于普通补光处理和不补光对照（图1-B）；紫外补光处理叶片APX 活性显著高于对照，高出38.81%，但与普通补光处理差异不显著（图1-C）；普通补光和紫外补光处理均能提高叶片的SOD 活性（图1-D）。表明添加低剂量UV-B 辐射能显著提高茄子幼苗叶片中的POD、CAT、APX 及SOD 活性。

图1 不同补光灯对茄子幼苗抗氧化酶活性的影响

2.4 不同补光灯对茄子幼苗叶片MDA 和H2O2 含量的影响

由图2-A 可知，在补光15 d 后，紫外（UVB）补光处理的茄子幼苗叶片MDA 含量大幅下降，分别比普通补光处理和不补光对照减少17.35%和36.46%。在补光22 d 后，紫外补光处理的MDA 含量仍处于最低水平。由图2-B可知，在补光15 d后，紫外补光和普通补光处理的茄子幼苗叶片HO含量较对照低，但到22 d 时，对照和普通补光处理植株的HO含量持续下降，而紫外补光处理植株的HO含量呈上升趋势，从1.75 μmol·g增加到2.73 μmol·g。

图2 不同补光灯对茄子幼苗叶片MDA、H2O2 含量的影响

2.5 不同补光灯对茄子幼苗叶片类黄酮和总酚含量的影响

由图3 可知，紫外（UV-B）补光处理的茄子幼苗叶片总酚和类黄酮含量一直保持较高水平，紫外补光22 d 后叶片总酚含量比不补光对照和普通补光处理分别提高9.84%和6.25%。普通补光处理茄子幼苗叶片总酚和类黄酮含量均随补光时间的延长明显下降，而紫外补光处理的叶片总酚和类黄酮含量随时间的延长下降最少。

图3 不同补光灯对茄子幼苗叶片类黄酮和总酚含量的影响

2.6 不同补光处理对茄子幼苗抗病性的影响

如表3 所示，紫外（UV-B）补光处理对茄子灰霉病、炭疽病和早疫病病原菌发生起到显著的抑制作用，茄子幼苗病情指数较普通补光处理极显著降低，防治效果分别达到56.80%、60.34%和50.07%。

表3 不同补光处理对茄子幼苗抗病性的影响

3 讨论

在幼苗生长期，对植株进行适量的紫外（UVB）补光会对幼苗的生理形态造成多方面的影响。Kataria 和Guruprasad（2012）观测到，在UV-B 补光期间高粱株高显著降低；Yan 等（2012）对持续暴露在UV-B 辐射20 d 后的拟南芥进行研究，发现植株生长速率减缓，株高受到强烈抑制。谢春梅等（2020）发现，增加UV-B 照射剂量后水稻的茎粗明显增加，且两者呈正相关变化。González等（2009）和Singh 等（2014）先后报道了藜麦和芸豆在紫外UV-B 照射下，尽管叶面积有所减少，但叶片数量和分枝数却比对照有所增加。郑翔等（2018）用高于环境20%强度的UV-B 照射乌桕叶片后其叶绿素相对含量（SPAD 值）高出对照3.47%。这些结论皆与本试验中低剂量UV-B 辐射处理能够抑制茄子幼苗徒长、提高壮苗指数的结果较为相符。在大棚幼苗补光前期，普通补光和紫外补光处理都能显著提升幼苗植株的株高，但随着时间的推移，普通补光处理的幼苗株高增加最快，明显高于不补光对照和紫外补光处理，而紫外补光处理下的幼苗株高增长速度呈先增后降趋势，在补光后期显著低于普通补光。大棚中普通补光在育苗后期容易徒长，而UV-B 育苗灯补光可以解决徒长问题，起到壮苗的效果。壮苗指数是衡量果蔬苗期素质的重要指标，能准确反映温室大棚内各补光处理茄子幼苗素质的好坏程度。在茄子幼苗补光期间，紫外补光处理的植株地上部和地下部干质量积累都显著高于普通补光处理和对照，从而大大提高了壮苗指数。本试验结果表明，对温室大棚茄子幼苗补充低剂量UV-B 辐射可有效抑制幼苗徒长，使茎粗壮，提高幼苗地上部和地下部干质量以及幼苗壮苗指数，有效增加植株叶片数量及叶面积大小。但在一定程度上降低了幼苗叶片的叶绿素含量，相关机理仍需进一步研究。

此外，不同补光处理对茄子幼苗的抗氧化酶活性均有一定影响。UV-B 补光处理的幼苗叶片APX、SOD、POD 和CAT 活性均高于不补光对照和普通补光处理，这与刘鹏等（2017）对黄瓜幼叶补充20 μW·cm低剂量UV-B 辐射，使得黄瓜叶片的抗坏血酸（AsA）含量和CAT、POD、SOD活性有效提高的结论相符。SOD、APX、CAT 和POD 等均属于抗性酶范畴，其活性的升高与植株抵御病害能力呈正相关。随着紫外补光时间的延长，茄子幼苗叶片的HO含量逐渐上升，又进一步促进了抗氧化酶活性的提高。MDA 作为细胞膜脂的过氧化产物，它的产生会加剧膜的损伤，因此MDA 含量是在植物衰老生理和抗性生理研究中常用指标之一。本试验中，低剂量UV-B 辐射可促使MDA 含量显著下降。综上所述，在幼苗生长期进行低剂量UV-B 补光处理可以显著提高茄子幼苗植株的抗氧化酶活性，从而提高茄子幼苗对外界不良环境的抗性。

茄子中含有丰富的酚类和类黄酮物质，它们具有良好的抗氧化、抗炎和抑菌等活性，这些酚类、黄酮类化合物是植物发挥抗氧化作用的一类重要支撑物质。总酚和类黄酮含量是体现植株抗氧化能力的重要指标，并且对抵抗病害入侵起到一定作用。据报道，处于UV-B 照射下的芽苗菜类黄酮含量较对照涨幅达7.35%（居鑫 等，2019）；紫花苜蓿幼苗在接受UV-B 照射6 h 后，总酚含量达到最大值10.384 mg·g（王静 等，2016）；番茄幼苗经UV-B 处理7 d 后，叶片中类黄酮含量与其他处理差异显著（胡志峰和郁继华，2014）。这些结论与本试验中紫外（UV-B）补光处理可以有效提高茄子幼苗叶片的总酚和类黄酮含量，提高茄子幼苗抗病性的结果一致。

众所周知，UV-B 因具有良好的杀菌消毒性能而被作为一种较为完善的物理手段在各领域中广泛应用，其作用机理是通过对微生物（细菌、病毒、芽孢等病原体）造成辐射损伤，导致微生物体内的核酸功能受到破坏后最终死亡。此外，UV-B 辐射（280～315 nm）能够诱导植物产生相应的防御机制，同时通过植株体内的苯丙氨酸解氨酶（PAL）活性途径刺激多酚化合物的积累，以此提高植株的抗逆性从而降低发病率（Chehab et al.，2012；Li et al.，2018）。Zhao 等（2019）研究得出UV-B 照射对抵御小麦条锈病夏孢子侵袭的效果良好，在一定程度上延缓了菌丝的生长，主要表现在发芽率、菌丝分枝数量、吸器母细胞和吸器数量以及菌丝长度的减少。李想等（2018）观察到在UV-B 处理下的水稻稻瘟病病原菌的菌丝形态发生改变，并导致产孢量下降，暴露于UV-B 辐照下的水稻病情指数显著低于自然光处理。这些结论均与本试验的结果一致：在茄子苗期接种试验中，相比普通补充处理，UV-B 补光处理在一定程度上抑制了灰霉菌、炭疽菌和早疫菌的发生，幼苗病叶率大大降低，病情指数均极显著下降，达到了较为理想的防治效果。

4 结论

本试验结果表明，在大棚中应用紫外（UV-B）补光灯，不仅能满足植株对一般红蓝光的正常需求，还适当补充了UV-B 辐射，能够有效促使茄子幼苗生长健壮，不易徒长，提高壮苗指数；促进植株叶片数积累和叶面积增加；提高植株抗氧化酶活性与总酚、类黄酮的含量；降低了幼苗灰霉菌、炭疽菌和早疫菌的发生率，增强植株的抗病能力，综合防治效果好。综上所述，新型紫外（UV-B）补光灯可作为一种有效的补光手段在设施蔬菜生产中推广应用。

致谢：本试验中灰霉菌菌种由张传清教授提供，吴峰华高级实验师在指标测定方面给予了帮助，在此一并致谢！