不同光質對石蒜鱗莖生理特性影響的研究

郭文華，鄧 波，楊海梅，周 堅*

(1.南京林業(yè)大學，江蘇南京 210037；2.張家港市駿馬農林科技有限公司，江蘇張家港 215617)

?

不同光質對石蒜鱗莖生理特性影響的研究

郭文華1，鄧 波2，楊海梅1，周 堅1*

(1.南京林業(yè)大學，江蘇南京 210037；2.張家港市駿馬農林科技有限公司，江蘇張家港 215617)

[目的]為了解LED光質對石蒜主要生理指標的影響。[方法]以3組不同大小的石蒜鱗莖為材料，研究了在5種LED光源光照條件下可溶性蛋白含量、可溶性糖含量和淀粉含量的變化。[結果]藍光、紅+藍混合光有利于提高鱗莖的可溶性蛋白含量，紅光有利于提高可溶性糖含量；與紅+藍混合光相比，紅光和藍光都有利于鱗莖中的淀粉合成。鱗莖各種生理指標增量的熱圖分析說明可溶性糖和淀粉的增加量分為一組，彼此之間聯(lián)動性較好。[結論]根據石蒜生長發(fā)育需要，可以利用不同光質促進石蒜鱗莖的生長與發(fā)育。

石蒜; 生理指標; 光質; LED光源

光質對植物的生長發(fā)育有重要影響[1-2]。早期光質研究主要是利用多功能轉光塑料薄膜進行[3]，而目前主要是利用LED光源[4-6]作為人工光源或補光光源開展。使用LED作為光源，能夠調控植物的生長發(fā)育和形態(tài)建成，提高品質，而且能在設施農業(yè)領域大大減少能耗[7]。對于LED光質影響植物生長發(fā)育和產量品質的研究已成為光質生物學的重要方向[8]。已有研究表明，LED燈能發(fā)出十分接近植物光合作用的效率曲線和形態(tài)建成的光譜范圍。藍光光照有利于植物可溶性蛋白含量的增加，而紅光光照則利于可溶性糖含量的增加[4-5，7]。但是，對石蒜(lycorisradiate)方面的研究尚沒有報道。筆者主要探討不同光質對石蒜鱗莖生理特性的影響，以期為進一步研究提供參考資料。

1 材料與方法

1.1 供試材料與處理供試石蒜鱗莖挖自江蘇東海石湖林場的石蒜試驗地。挖取時間為7月中旬(石蒜休眠期)。將挖取的石蒜鱗莖按球直徑(d)分為大球組(2.5 cm

表1 試驗設計方案

當石蒜葉片長度平均達到約10 cm時，開始對其進行不同光質組合處理。按表1設計方案，開啟各種不同光質LED燈。用于光質處理的LED植物生長燈購于深圳市韋信力光電有限公司，功率為18 W。每個處理時間均為60 d，每天光照時間為12 h。

1.2 取樣及測定方法

1.2.1取樣。在不同光質處理的第0、20、40和60天，對15組試驗植株進行取樣。在每組中各選取3株生長健壯且生長勢一致的石蒜作為樣品株，取其鱗莖中部的小塊鱗葉為樣品，測定各項生理指標。

1.2.2生理特性測定方法。可溶性糖含量采用蒽酮比色法[9]測定，測定樣品為干樣粉末，每份取0.05 g，共3份；可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍比色法測定[10]，測定樣品取自新鮮的中部鱗莖，每份0.5 g，共3份；以提取可溶性糖后殘渣為樣品[10]，在620 nm波長下測定吸光度，根據標準曲線查得葡萄糖含量，計算淀粉含量。

1.3 數據統(tǒng)計分析試驗結果取3次重復，取平均值。采用 R軟件進行數據處理和分析[11]。為了比較不同光質光照處理效果，考慮到石蒜鱗莖本身可溶性糖、可溶性蛋白和淀粉等生理指標初始量的差異，采用生理特性指標的增量值進行指標比較和熱圖分析。

指標增量值=指標最大值-指標初始值

2 結果與分析

2.1 不同光質下石蒜可溶性蛋白含量的變化從圖1可以看出，石蒜鱗莖內可溶性蛋白含量的大體變化趨勢都是升高-降低，總體呈現前20 d含量上升的過程，40 d后都出現明顯下降的過程。在上升過程中，鱗莖內可溶性蛋白含量由上升轉為下降的“拐點”則因光質處理和球莖大小有所不同。大球組僅紅光+藍光(5∶5)光質處理是在第20天可溶性蛋白含量達到最高點(圖1E)，其他4種光質處理則都在40 d達到含量最高點(圖1A～D)；中球組分別有白光、紅光和紅光+藍光(5∶5)等3種光質處理是在第20天達到最高點(圖1A，B和E)，其他則在第40天達到最高值(圖1C和D)；在小球組中，所有光質處理都是在第40天達到含量的最高值(圖1A～E)，然后下降。比較不同光質處理的效果(圖1F)，同一種光質光照處理對不同大小鱗莖的效果不一樣。所有含藍光成分的各光質處理對石蒜鱗莖中可溶性蛋白含量提升明顯，但在白光和紅光光質處理中，可溶性蛋白含量都相對較低(圖1F)。因此，石蒜球中可溶性蛋白含量不僅與光源的光質有關，而且與石蒜球大小有關。

2.2 不同光質下石蒜可溶性糖含量的變化從圖2可以看出，石蒜鱗莖內可溶性糖含量的大體變化趨勢都在第40天時達到了最高點(圖2)。共有2種變化類型，即“下降-上升-下降”(類型I)和“上升-上升-下降”(類型II)。大球組中除2種紅+藍混合光光質處理(圖2D和E)表現為“上升-上升-下降”，即除類型II外，其余3種光質處理均為類型I(“下降-上升-下降”)；在中球組中，F3(藍光)和F4(紅+藍8∶2)2種光質處理為類型II(圖2C和D)，其余3種光質處理為類型I；在小球組中，僅一種F5光質處理(紅+藍(5∶5)下為類型I(圖2E)，其他4種光質處理都是類型II。因此，鱗莖內可溶性糖含量變動的“拐點”也因光質處理和球莖大小有所不同。比較不同光質(圖2F)，可見在多數情況下，紅光都有利于可溶性糖含量的形成。

2.3 不同光質下石蒜淀粉含量的變化從圖3可以看出，除了藍光光質處理為“升-降-降”(圖3C)外，在大球組鱗莖內其余4種光質處理中淀粉含量基本都是“升-升-降”模式；在中球組中，多數也是出現“升-升-降”模式(圖3A、C和E)，但是，在紅光處理和紅+藍8∶2等2種光質處理中出現“升-降-降”模式(圖3B和D)；在小球組中，所有光質處理都是“升-降-降”類型。因此，石蒜鱗莖內淀粉含量也因光質處理的不同和鱗莖的大小呈現不同變化模式；但是，在大、中兩組鱗莖中，淀粉含量的變化模式以“升-升-降”模式為主，出現下降“拐點”的時間比小球組晚。通過不同光質處理的對比(圖3F)，發(fā)現白光、紅光和藍光都有利于淀粉含量的提高，而在2種混合型光質處理下淀粉含量都相對較低。

2.4 不同光質對石蒜生理特性的影響通過對石蒜鱗莖內3種生理指標增量的熱點圖分析，可以看出在大球組中，白光和藍光2種光質光照比較一致，其余比較一致(圖4左)；在中組中，則是藍光、白光和紅光等3種光質處理效果比較一致(圖4中)；而在小球組中，除紅光外，其余4種光質處理的效果比較一致(圖4右)?？傮w上，就石蒜鱗莖內生理特性而言，混合光源(紅+藍光)組合的光質處理相對比較一致，而純藍光與純白光處理的效果比較接近；純紅光則在不同球組中表現不一致。同時，從石蒜生理指標的關聯(lián)方面(圖4)可以看出，無論石蒜鱗莖的大小，可溶性糖與淀粉的聯(lián)動性比較強，但這種聯(lián)動與不同光質處理沒有表現出較有規(guī)律的變化。

3 討論

光質對植物生理物質的累積有著調節(jié)作用。在藍光下生長的植物蛋白質含量較高，而在紅光下生長則有利于可溶性糖含量的提高[12]。研究表明，在3種球莖大、中、小不同的石蒜中，藍光和紅藍混合光兩種光質處理有利于鱗莖可溶性蛋白含量的增加，而在紅光光質處理能提高其可溶性糖的合成。這與目前多數研究結論[13-17]相同。但是，在不同大小鱗莖中，增加強度卻不完全一致。

研究還表明，可溶性糖與淀粉變化比較緊密，而與可溶

性蛋白含量的變化不密切。這與已報道的糖分與淀粉關系和淀粉粒與可溶性蛋白含量之間關系的研究結[18-19]論基本一致。這說明在石蒜發(fā)葉和葉成熟期間，石蒜鱗莖的淀粉積累也需要較多的可溶性糖類物質。

在不同光質處理過程中，石蒜地下鱗莖各類生理物質都呈先升高后降低的變化趨勢。這類變化與地上葉的發(fā)育階段有關。石蒜葉從露土到完成伸長生長約需要40～50 d。當葉片處于伸長生長期時，地下鱗莖各類物質含量不斷提升。這表明鱗莖也處于其生理活動旺盛期，有大量的蛋白質合成、糖代謝和淀粉合成活動；到發(fā)葉40 d 左右，地上部分葉片的伸長生長基本結束，地下鱗莖的代謝強度達到最大；但是，在發(fā)葉60 d 時，鱗莖中各類含量開始略有降低。由此推測，在發(fā)葉60 d后，即當葉成熟時，鱗莖中部生理活動的下降一方面標志著其旺盛的營養(yǎng)生長(如葉片)趨于結束，也標志著其內部儲備的營養(yǎng)物質出現轉向，開始為鱗莖內部發(fā)育的葉原基發(fā)育提供養(yǎng)分，但這種轉變是否存在還需要通過進一步研究來驗證。

[1] PARVIN R，MUSHTAQ M M H，KIM M J，et al.Light emitting diode(LED)as a source of monochromatic light：a novel lighting approach for behaviour，physiology and welfare of poultry[J].Worlds Poultry Science Journal，2014，70(3)：543-555.

[2] MACEDO A F，LEAL-COSTA M V，TAVARES E S，et al.The effect of light quality on leaf production and development of in vitro-cultured plants ofAlternantherabrasilianaKuntze[J].Environmental and Experimental Botany，2011，70(1)：43-50.

[3] 傅明華，汪羞德，顧仲蘭，等.多功能轉光塑料薄膜應用效應研究[J].農業(yè)工程學報，2000(6)：81-84.

[4] 王丹，楊愛寬，李光宏，等.LED光質對碧玉蘭×獨占春組培苗生理生化影響[J].北方園藝，2014(16)：61-66.

[5] 李雯琳，許青，王凱.不同光質對中華蘆薈生理生化物質的影響[J].現代園藝，2013(19)：6-8.

[6] 陳嫻.不同LED光源對韭菜生理特性及品質的影響[D].泰安：山東農業(yè)大學，2012.

[7] 范國成，王偉新，林雄杰，等.LED在我國農業(yè)相關領域的研究與應用[J].福建農業(yè)科技，2013(1/2)：106-107.

[8] 劉文科，楊其長.LED植物光質生物學與植物工廠發(fā)展[J].科技導報，2014(10)：25-28.

[9] 宋松泉，程紅焱.種子生物學研究指南[M].北京：科學出版社，2005.

[10] 崔喜艷.基礎生物化學實驗方法和技術[M].北京：中國林業(yè)出版社，2008.

[11] 唐大為，張國斌，張帆，等.LED光源不同光質對黃瓜幼苗生長及生理生化特性的影響[J].甘肅農業(yè)大學學報，2011(1)：44-48.

[12] 王美英.不同LED光質對山豆根幼苗生長及藥用活性成分含量的影響[D].南寧：廣西大學，2013：65.

[13] 唐大為，張國斌，張帆，等.LED光源不同光質對黃瓜幼苗生長及生理生化特性的影響[J].甘肅農業(yè)大學學報，2011(1)：44-48.

[14] 陳嫻.不同LED光源對韭菜生理特性及品質的影響[D].泰安：山東農業(yè)大學，2012：57.

[15] 陳文昊，徐志剛，劉曉英，等.LED光源對不同品種生菜生長和品質的影響[J].西北植物學報，2011(7)：1434-1440.

[16] 張立偉，劉世琦，張自坤，等.不同光質下香椿苗的生長動態(tài)[J].西北農業(yè)學報，2010(6)：115-119.

[17] SHIN K S，MURTHY H N，HEO J W，et al.Induction of betalain pigmentation in hairy roots of red beet under different radiation sources[J].Biologia Plantarum，2003，47(1)：149-152.

[18] 石鎮(zhèn)源，唐敏，楊紅飛，等.LED不同光質對虎雪蘭組培苗生理生化特性影響的研究[J].云南農業(yè)大學學報：自然科學版，2012(6)：863-869.

[19]楊曉建，劉世琦，張自坤，等.不同LED光源對青蒜苗生長及葉綠素熒光特性的影響[J].中國蔬菜，2011(6)：62-67.

Effects of Light Qualities on Physiological Characteristics in Bulb ofLycorisradiate

Guo Wen-hua1, DENG Bo2,Yang Hai-mei1, Zhou Jian1*

(1.Nanjing Forest University, Nanjing, Jiangsu 210037; 2.Jiangsu Junma Agriculuture Technology Co. Ltd, Zhangjiagang, Jiangsu 215617)

[Objective] The research aimed to study the changes of the physiological indicators ofLycorisradiateunder the LED light environment. [Method] Taken three groups of different sizes ofLycorisradiatabulb as materials, the effects on the content of soluble protein, soluble sugar and starch were studied with the different light qualities generated by light emitting diodes (LED). [Result] Both of blue light and the mixture of blue+red light increased the soluble protein content, and the red light promoted the accumulation of soluble sugar content in the bulb. Compared with two kinds of light source mixed with red+blue light, both of the red light and blue light were conducive toLycorisradiatacorm starch synthesis. The increment of various physiological indexes in the bulb by the heat map analysis illustrated that the increase index of soluble sugar and starch were divided into a group and had a good correlation between each other. [Conclusion] The growth and the development ofLycorisradiatabulb could be promoted using different light quality according to the growth ofLycorisradiata.

Lycorisradiate; Physiological characteristics; Light qualities; Light emitting diodes (LED)

國家林業(yè)局公益性行業(yè)科研專項項目(201004056)；江蘇省高校優(yōu)勢學科建設工程項目(PAPD)。

郭文華(1986- )，女，山東寧陽人，碩士研究生，研究方向：石蒜生長與發(fā)育。*通訊作者，教授，從事植物生長發(fā)育及栽培等方面的研究。

2015-02-12

S 123

A

0517-6611(2015)10-013-03