光质对臭参幼苗生长及光合特性的影响

李 红, 闻高娜, 杨永红, 普岳红, 杨 志

(1.云南农业大学/农业生物多样性与病虫害控制教育部重点实验室，昆明 650201；2.云南农业大学食品科技学院/云南省畜产品加工工程技术研究中心，昆明 650201；3.昆明有志农业科技服务有限公司，云南 寻甸 650000)

【研究意义】臭参，又名臭党参、云南参，臭药，系桔梗科(Campanulaceae)党参属(CodonopsisWall.)植物[1]。臭参是云南特有的一种民间植物药，具有补中益气，通经活络的功效；在藏族、彝族、白族等多个民族药方中均有记载，主治脾胃虚弱，跌打损伤，风湿麻木等病症[2-3]。臭参含有苯丙素类、炔类、萜类、生物碱类、黄酮类、挥发性类和多糖类等化合物以及多种营养成分和人体所需微量元素，臭参还同党参一样，含有党参炔苷、多糖等活性成分[4-5]。臭参不仅受云南本地人的喜爱，在广东、上海等地的销量也越来越高，甚至出口国外。臭参的需求量越来越大，栽培面积逐渐扩大，臭参同其他根茎类药材一样，先种子育苗再移栽种植，幼苗的好坏直接影响臭参的种植质量及产量，培育优质、健壮的臭参种苗非常重要。【前人研究进展】光是影响植物生长发育的重要环境因子，不仅是植物中能量的主要来源，也是调节植物生长发育的重要环境信号，植物从种子萌发、生长、发育到成熟的各个阶段都离不开光的作用。光质是植物所受光照的光谱组成，各个光谱波段的光对植物的影响各不相同，植物可以通过体内多样的光敏受体来感应不同波长范围的光，进而调节植物自身的生长发育、光合作用、生理代谢等[6-7]。研究表明，蓝红复合光处理下红秋葵幼苗生长显著，其光合色素含量也明显增高[8]；珙桐幼苗在红光处理下的株高最低，但光合色素含量最高。绿光使其幼苗叶宽及叶面积明显减小，但光合色素含量显著增加。蓝光处理下珙桐幼苗生长较高但光合色素含量和PSⅡ量子产量最低[9]；提高红蓝光组合中的蓝光占比能够促进白及组培苗的生长和生物量的积累，增加25%的绿光可显著提高白及叶片的叶绿素含量和净光合速率；黄色农膜、橙色农膜处理下三七种苗株高、茎径、叶面积等形态生长最好，绿膜下其形态发育明显减慢，但叶绿素含量最高[10]。【本研究切入点】有关光质影响植物生长代谢的大量试验研究表明，光质对植株生长发育影响显著，植物能够通过感知光质来调整自身的生理机能，但光质影响臭参以及党参生长的研究还未见报道。【拟解决的关键问题】 试验以彩色塑料薄膜调控光质，以白膜为对照，通过研究黄膜、绿膜、红膜、蓝膜和黑膜对臭参幼苗生长指标、光合色素含量、光合参数以及叶绿素荧光参数的影响，以期探明臭参幼苗生长的最适光环境，为光控技术在培育臭参健壮幼苗的应用方面提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

缠绕党参[Codonopsispilosula(Franch.) Nannf. var.volubilis(Nannf.)]种子，采自云南省寻甸县昆明有志农业科技服务有限公司；彩色农膜(宽1200 mm，厚0.01 mm)，购于兰州金土地塑料制品有限公司。

1.2 试验仪器

GFS-300便携式光合—荧光测量仪：泽泉科技股份有限公司；Ultrospec 2100Pro紫外分光光度计：美国GE公司。

1.3 试验设计

在云南农业大学农业生物多样性与病虫害控制教育部重点实验室试验地进行。 试验设6个处理，分别用白色(CK)、黄色、绿色、红色、蓝色、黑色6种颜色农用薄膜拱棚覆盖于各苗床上以提供不同的光质条件，3次重复。选择饱满健康种子催芽后均匀的撒播于苗床上，每种农膜棚除草施肥、病虫害防治和水分管理等措施保持一致。种子出苗1个月后进行指标测定。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 形态指标测定 种子出苗1个月后，各处理随机选取臭参幼苗5株，每隔7 d测量1次幼苗的株高；出苗2个月后，各处理随机选取臭参幼苗5株，每隔15 d测量1次测量幼苗根长、根直径。

1.4.2 光合色素测定 采用95%乙醇提取法提取叶绿素，使用分光光度计测定提取液吸光度，根据公式Ca=13.95 ×A663- 6.8 ×A645、Cb=24.96 ×A649-7.32 ×A663、CX.C=(1000 ×A470-2.05 ×Ca-114.8 ×Cb)/248计算叶绿素 a、叶绿素 b 和类胡萝卜素的浓度，求得各色素浓度后，按公式计算叶绿体色素含量。

叶绿体色素含量(mg/g)= (C×V×n)/(W× 1000)

式中，C代表叶绿体色素浓度(mg/mL)；V代表提取液体积(mL)；W代表组织鲜重(g)；n代表稀释倍数。

1.4.3 光合参数和叶绿素荧光参数测定 选择晴天上午的9:00—11:30时用便携式光合—荧光测量仪测定光合参数，各处理随机选取3株，选取完全展开的第5片功能叶进行测定，测定净光合速率(Pn)、细胞间二氧化碳浓度(Ci)、气孔导度(Gs)以及蒸腾速率(Tr)；采用荧光附件(LED-Arry/PAM-Module3055-FL)测定荧光参数，测定叶片与光合一致，测定前先用暗适应叶夹(3010-DLC)对所选定的叶片进行暗适应处理，暗适应30 min后测定初始荧光产量(Fo)，可变荧光(Fv)最大荧光产量(Fm，PSII的最大光能转化效率(Fv/Fm)，PSII潜在光化学活性(Fv/Fo)，PSII的实际量子产额[Y(Ⅱ)]，非光化学淬灭系数(NPQ)，光化学淬灭系数(qP)，光合电子传递速率(ETR)等参数。

1.5 数据处理

数据用软件Excel 2010和 SPSS 26进行数据统计分析。根据 SPSS软件中单因素方差分析(ANOVA)及 LSD 法进行各处理间的差异显著性检查。

2 结果与分析

2.1 光质对臭参幼苗株高的影响

由图1可知，随着臭参幼苗的生长，不同农膜处理对幼苗株高的影响差异显著。在6月29日、7月6日这2个时段，臭参幼苗的株高在白膜(CK)、黄膜、绿膜、红膜和黑膜处理下差异不显著，而在蓝膜处理下植株最低，显著低于白膜(CK)处理；7月13日这个时段，各膜处理下株高差异逐渐显著，黄膜、绿膜和红膜处理间差异不显著，而三者均显著高于白膜(CK)，黑膜和白膜(CK)差异不显著，蓝膜处理植株最低，显著低于白膜(CK)；7月20日、7月27日这2个时段，臭参幼苗的株高黄膜、绿膜和红膜均高于白膜(CK)，其中黄膜与白膜(CK)差异显著，绿膜和红膜与白膜(CK)差异不显著。蓝膜处理下幼苗植株最低，显著低于白膜(CK)；最后一次7月27日测定株高时，黄膜处理下幼苗植株最高，与其他处理差异显著，其他处理与白膜(CK)差异均不显著。黄膜和蓝膜对臭参幼苗株高影响最显著，黄膜有利于臭参幼苗的生长，蓝膜则对臭参幼苗植株生长有抑制作用。

图1 不同光质对幼苗株高动态的影响

2.2 光质对臭参幼苗根生长的影响

由图2可知，不同农膜处理对臭参幼苗根生长的影响不同。8月28日、9月14日、9月29日、10月15日这4个时段，臭参幼苗的根长和根直径黄膜、绿膜、红膜和蓝膜处理与白膜(CK)差异不显著，黑膜处理的根生长最慢。11月2日，臭参幼苗的根长绿膜、红膜和黑膜处理与白膜(CK)差异不显著，黄膜和蓝膜处理显著短于白膜(CK)，其中蓝膜处理最短。11月17日，臭参幼苗的根长绿膜处理最长，与白膜(CK)差异显著，黄膜、红膜与白膜(CK)差异不显著，黑膜和蓝膜显著短于白膜(CK)，其中蓝膜最短。12月1日，臭参幼苗的根长各处理均显著短于白膜(CK)，红膜处理的根长于其他处理，蓝膜处理的根最短；在11月2日、11月17日这2个时段，臭参幼苗的根直径在蓝膜处理下最长，但与白膜(CK)差异不显著，其他处理均显著短于白膜(CK)，黄膜和黑膜处理的根直径较短。12月1日，臭参幼苗的根直径各处理均短于白膜(CK)，红膜处理长于其他处理，黑膜处理的根直径最短；总体来看，白膜(CK)处理的根长和直径均保持持续增长，可见白膜(CK)处理有利于臭参幼苗根的生长。蓝膜处理的根直径达到了最长，但在生长后期根长一直显著短于其他处理，说明蓝膜处理有利于臭参幼苗根的增粗，但会抑制根增长。

图2 不同光质对幼苗根生长动态的影响

2.3 光质对臭参幼苗光合色素的影响

由图3可以看出，红膜处理的臭参幼苗叶片的叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素和类胡罗卜素含量最高，其次是黄膜，红膜和黄膜叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量与白膜(CK)差异显著，类胡罗卜素含量与白膜(CK)差异不显著。蓝膜处理下各含量与白膜(CK)差异均不显著。绿膜和黑膜处理下各含量均较低，绿膜处理的叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量最低，显著低于白膜(CK)，黑膜处理下类胡罗卜素含量最低，与白膜(CK)差异显著。试验结果显示，红膜、黄膜和绿膜对臭参幼苗叶片的色素含量影响较大，红膜和黄膜有利于臭参幼苗光合色素含量的积累，而绿膜则抑制叶绿素含量积累。

图3 不同光质对色素含量的影响

2.4 光质对臭参幼苗叶片光合参数的影响

由图4可以看出，在红膜处理下，臭参幼苗的净光合速率(Pn)最高，其次是黄膜，红膜、黄膜与白膜(CK)和其他处理差异显著，绿膜和黑膜Pn也高于白膜(CK)，黑膜与白膜(CK)差异显著，绿膜与白膜(CK)差异不显著，蓝膜处理下Pn最低，但与白膜(CK)差异不显著；胞间二氧化碳浓度(Ci) 各处理间差异不显著而均显著低于白膜(CK)；气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)各处理均高于白膜(CK)，与白膜(CK)差异显著，其中红膜处理下Gs和Tr最高，绿膜处理最低。由此可以看出，黄膜和红膜能提高臭参幼苗的光合能力，有利于幼苗有机物的积累。

图4 不同光质对光合参数的影响

2.5 光质对臭参幼苗叶片叶绿素荧光参数的影响

由表1可以看出，Fv/Fm在黄膜、绿膜、蓝膜和黑膜处理下与白膜(CK)差异不显著，红膜处理的Fv/Fm最低，与白膜(CK)差异显著；黄膜处理的Fv/Fo最高，与白膜(CK)差异显著，其他各处理均与白膜(CK)差异不显著，其中红膜处理Fv/Fo最低。红膜处理的Fv/Fm、Fv/Fo最低表明红膜对臭参幼苗产生了光胁迫，降低了幼苗的潜在光化学活性；Y(Ⅱ)在黄膜处理下最高，与白膜(CK)和其他处理间差异显著，绿膜、红膜和蓝膜处理的Y(Ⅱ)与白膜(CK)差异不显著，黑膜的Y(Ⅱ)最低，与白膜(CK)差异显著；qP在白膜(CK)、黄膜、绿膜、红膜、蓝膜处理间差异不显著，黑膜下qP最低与白膜(CK)差异显著；NPQ在绿膜处理下最高，其次是蓝膜，绿膜和蓝膜与白膜(CK)差异显著，其他处理与白膜(CK)差异不显著；黄膜处理下ETR最高，与白膜(CK)和其他处理差异极显著，绿膜、红膜和蓝膜处理与白膜(CK)差异不显著，黑膜处理的ETR显著低于白膜(CK)。黄膜的Fv/Fo、Y(Ⅱ)和ETR最高，表明黄膜能够提高臭参幼苗的光能转化效率。黑膜下臭参幼苗的qP、Y(Ⅱ)和ETR均最低，说明黑膜会抑制臭参幼苗进行光合作用。

表1 不同处理对叶绿素荧光参数的影响

3 讨 论

光质作为影响植物生长发育的光环境因子之一，对植物形态建成和生长发育有着重要的影响，当光质发生变化时植物能通过光受体感受光质的变化，这些光受体通过激发信号传递途径来改变植株发育的形态建成[11]。通过试验以白膜为对照分析了黄膜、绿膜、红膜、蓝膜和黑膜对臭参幼苗生长的影响，结果显示黄膜能较快的促进臭参幼苗株高增长，红膜和绿膜也有一定的促进作用，而蓝膜和黑膜处理的臭参幼苗植株一直较矮，特别是在蓝膜处理下，幼苗生长缓慢，罗美佳、张瑞华、陈茵等[10,12-13]研究也有相同结果。蓝膜处理对幼苗株高生长产生抑制作用，这可能是蓝光提高了IAA氧化酶活性从而降低了 IAA含量，进而影响臭参幼苗株高的增长[14]。白膜处理的臭参幼苗的根最长、根直径最大，可能是全波段的光最利于臭参幼苗根的生长，在蓝膜处理下幼苗的根直径达到最大而根却最短，可能是蓝膜抑制了根长度的增加从而促进根直径的生长。

光是影响叶绿素形成的主要因素，可见各种波长的光都能促进叶绿素形成。研究结果显示，臭参幼苗叶绿素含量在红膜处理下最高，说明红膜有利于臭参幼苗叶片叶绿素含量的积累，韩敏琪等[15]对三叶崖爬藤光合特性研究也有相同结果。在绿膜处理下臭参幼苗的叶绿素含量最低，这可能是叶绿素吸收光谱的最强吸收区是在640～660 nm的红光和430～450 nm的蓝紫光2个部分，而绿膜透过的光谱中这两个吸收区的光含量较低。植物在黑暗中生长都不能合成叶绿素，所以臭参在黑膜处理下叶绿素含量显著低于白膜。也有研究表明，绿膜能显著促进三七幼苗叶绿素相对含量的积累，红蓝复合光及蓝光处理显著提高了黄秋葵幼苗叶片光合色素的含量[10,16]，这表明可见光中各波段的光对促进叶绿素形成的影响效果不同。

光合色素是绿色植物光合作用的基础，对光能的吸收和利用起着重要作用，特别是叶绿素，其含量的高低直接影响叶片的光合效率[17]。臭参幼苗在红膜和黄膜处理下净光合速率较高，这与红膜和黄膜处理的幼苗叶绿素含量高相关，绿膜下叶绿素含量较低，净光合速率也低于其他处理，说明臭参幼苗的光合原初反应能力受叶绿素含量影响。净光合速率也受气孔和非气孔因素影响，若净光合速率下降，胞间二氧化碳浓度下降，气孔导度升高，净光合速率降低则是由气孔因素导致的，若胞间二氧化碳升高，气孔导度降低，则是非气孔因素导致净光合速率降低， 试验中显示白膜处理的臭参幼苗胞间二氧化碳浓度最高，气孔导度和蒸腾速率最低，说明白膜下净光合速率较低是由非气孔因素导致。

不同光质处理对臭参幼苗叶片叶绿素荧光参数有不同的影响。Fv/Fm表示PSII的最大光能转化效率，除受胁迫作用一般比较恒定[18]，Fv/Fo表示PSII潜在光化学活性[19]，红膜处理下臭参幼苗的Fv/Fm最低，其他处理对Fv/Fm影响不显著，红膜处理下臭参的Fv/Fo下降显著，这是可能是红膜处理对臭参幼苗叶片产生了一定的胁迫作用，对臭参幼苗产生了光抑制，影响PSII潜在光化学活性。黄膜处理下臭参幼苗的Fv/Fo、PSII的实际量子产量Y(Ⅱ)[20]和电子传递速率(ETR)[21]均较高，说明黄膜能提高臭参幼苗的潜在光化学活性，促进其实际光合能力，加快电子传递速率，许莉等[22]研究光质对叶用莴苣光合作用及叶绿素荧光的影响也有相同结果。NPQ表示由热耗散引起的荧光猝灭称之为非光化学猝灭[23]，绿膜处理下臭参幼苗的NPQ增高显著，而Y(Ⅱ)和ETR均较低，这可能是绿膜下臭参幼苗将光能以热能的形式耗散。qP反映光合活性的高低[24]，蓝膜和黑膜处理下qP较低，说明蓝膜和黑膜抑制臭参幼苗的光合活性，特别是黑膜处理，臭参幼苗的电子传递速率和量子产量极显著地低于白膜，说明臭参同其他植物一样，不适合长时间在黑暗条件下生长。

4 结 论

不同光质对臭参幼苗生长和光合特性影响不同，黄色农膜提供的光质能促进臭参幼苗株高生长，促进叶片叶绿素含量的积累，能提高幼苗的净光合速率和光能利用率；白膜最利于臭参幼苗根的生长，但对幼苗的光合作用促进效果低于黄膜和红膜；红膜对根增长的促进作用高于黄膜、绿膜、蓝膜和黑膜。总体看来，黄膜处理提供的光质最利于臭参幼苗的生长和光合作用的进行，在臭参苗期可以采用黄色农膜覆盖来调控光质促进臭参幼苗的生长。