紅藍(lán)組合光源對(duì)花生幼苗根系生長(zhǎng)的影響

陳　玲，張曉軍，王月福，趙長(zhǎng)星，王銘倫

(青島農(nóng)業(yè)大學(xué)/山東省旱作農(nóng)業(yè)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266109)

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紅藍(lán)組合光源對(duì)花生幼苗根系生長(zhǎng)的影響

陳玲，張曉軍，王月福，趙長(zhǎng)星，王銘倫*

(青島農(nóng)業(yè)大學(xué)/山東省旱作農(nóng)業(yè)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266109)

摘要：光照培養(yǎng)條件下，以青花7號(hào)花生品種為材料，以單色LED燈作光源，系統(tǒng)研究了紅(R)藍(lán)(B)組合光源對(duì)花生幼苗根系生長(zhǎng)及根系活力的影響。結(jié)果表明：組合光75%R+25%B和50%R+50%B處理較自然光明顯促進(jìn)花生幼苗根系生長(zhǎng)，主根長(zhǎng)度、側(cè)根長(zhǎng)度、根系總長(zhǎng)度、平均直徑、總表面積和總體積均顯著增加，25%R+75%B抑制根系生長(zhǎng)；紅光促進(jìn)根系生長(zhǎng)，藍(lán)光抑制根系生長(zhǎng)。50%R+50%B和25%R+75%B處理可明顯提高花生幼苗根系活力，75%R+25%B根系活力減弱；藍(lán)光提高根系活力，紅光減弱根系活力。紅藍(lán)光組合(50%R+50%B)所產(chǎn)生的互補(bǔ)效應(yīng)可同時(shí)促進(jìn)花生幼苗根系生長(zhǎng)和提高根系活力，使花生幼苗根系總吸收面積和活躍吸收面積增加，有利于花生根系建成和吸收功能增強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：花生；光質(zhì)；幼苗；根系生長(zhǎng)；根系活力

根系在植物生長(zhǎng)過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用，其發(fā)育良好與否直接影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育。光不僅作為一種能源控制光合作用，還作為觸發(fā)信號(hào)影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育[1-2]。植物根系雖不接受光的直接照射，但會(huì)通過(guò)植物的內(nèi)光環(huán)境以及光受體的調(diào)節(jié)，將光信號(hào)由植物地上部向根系傳送，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)植株體生長(zhǎng)發(fā)育的調(diào)控[3]。植物進(jìn)行光合作用的有效輻射波長(zhǎng)范圍為400～700nm，在450nm(藍(lán)光)和660nm(紅光)處有兩個(gè)吸收峰，光波傳遞與轉(zhuǎn)化利用率最高，有利于植物進(jìn)行下一步的能量傳遞與轉(zhuǎn)化[4-5]。單色光和不同比例紅藍(lán)組合光對(duì)植物根系生長(zhǎng)的影響已有研究，紅光有利于葡萄苗[6]、紅花山楂試管苗[7]、枸杞試管苗[8]和冬青苗[9]生根；以紅光為主的組合光可促進(jìn)蝴蝶蘭[10]和白掌組培苗[11]根系生長(zhǎng)。藍(lán)光有利于提高花生[12]、煙草[13]、菊花[14]和番茄[15]幼苗的根系活力。以藍(lán)光為主的組合光可提高鐵皮石斛的根系活力[16]。而不同紅藍(lán)光組合對(duì)花生幼苗根系生長(zhǎng)及其生理活性的影響未見(jiàn)研究報(bào)道。本研究旨在探明不同比例紅藍(lán)光對(duì)花生幼苗根系生長(zhǎng)和根系活力的影響，以期為深入研究相關(guān)機(jī)理的供光環(huán)境提供依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

試驗(yàn)在青島農(nóng)業(yè)大學(xué)旱作實(shí)驗(yàn)室光照培養(yǎng)室進(jìn)行，光源為揚(yáng)州晨明智能化光電技術(shù)研究所提供的LED冷光源單色植物生長(zhǎng)燈。燈管規(guī)格為120cm×2.6cm，每個(gè)光照培養(yǎng)室容積為長(zhǎng)×寬×高=130cm×50cm×40cm，頂部設(shè)有一個(gè)光源區(qū)(16只燈管)，光照強(qiáng)度均為144μmol·m-2·s-1。供試花生品種為青花7號(hào)。

1.2設(shè)計(jì)與方法

試驗(yàn)設(shè)100%R(紅光，658nm)、75%R+25%B(藍(lán)光，460nm)、50%R+50%B、25%R+75%B、100%B和CK(自然光，390～780nm)6個(gè)處理。每個(gè)光照培養(yǎng)室為 1 個(gè)處理，重復(fù) 3 次。選取飽滿且大小一致的花生種子，用25℃清水浸泡4 h，在25℃ 條件下保濕催芽，選取胚根長(zhǎng)1 mm的萌發(fā)種子，種植于邊長(zhǎng)為12cm方口塑料花盆中，每盆播種2粒，播深為4cm，每室36盆。培養(yǎng)基質(zhì)為草炭土、蛭石。營(yíng)養(yǎng)液為Hoagland營(yíng)養(yǎng)液。光照時(shí)間為12 h/d(7：00～19：00)，溫度為 25℃/17℃(晝/夜)，濕度為(75% ±5%)。每隔5d澆一次營(yíng)養(yǎng)液。每隔2d澆一次水、調(diào)換一次花盆位置，以確保受光均勻。出苗時(shí)(第一片真葉展開)開始取樣，每5d取樣1次，每次取有代表性植株10株，共取7次。

1.3測(cè)定項(xiàng)目與方法

將花生幼苗根系洗凈并吸干表面水分，用直尺測(cè)量主根長(zhǎng)、一級(jí)側(cè)根長(zhǎng)，用Epson perfection V700 Photo根系掃描儀測(cè)定根系總長(zhǎng)度、平均直徑、總表面積和總體積；稱取根尖部分(0.5 cm) 0.5 g，用TTC 法測(cè)定根系活力。

1.4數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)、圖表處理在Excel 2003下進(jìn)行，統(tǒng)計(jì)及差異顯著性分析采用DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

2結(jié)果與分析

2.1紅藍(lán)組合光源對(duì)花生幼苗根系生長(zhǎng)的影響

2.1.1主根長(zhǎng)花生出苗后，主根不斷伸長(zhǎng)。不同處理不影響花生主根伸長(zhǎng)的變化趨勢(shì)，但明顯影響主根生長(zhǎng)速度，并隨植株生長(zhǎng)，差異逐漸增大。圖1-A所示，以紅光為主的紅藍(lán)組合光明顯促進(jìn)主根伸長(zhǎng)，而以藍(lán)光為主的紅藍(lán)組合光抑制主根伸長(zhǎng)，紅光較藍(lán)光促進(jìn)主根生長(zhǎng)，7次取樣測(cè)定結(jié)果一致。出苗后25d調(diào)查，與CK相比，以紅光為主的75%R+25%B、50%R+50%B和100%R處理的主根長(zhǎng)度分別為42.0cm、36.4cm和33.4cm，較CK的31.1cm分別增加35.2%、16.9%和7.5%，差異達(dá)到顯著水平；以藍(lán)光為主的25%R+75%B和100%B處理的主根長(zhǎng)度分別為30.6cm和26.8cm，較CK分別減少1.7%和13.9%。

2.1.2一級(jí)側(cè)根長(zhǎng)在花生苗期，不同處理對(duì)花生一級(jí)側(cè)根生長(zhǎng)的影響與主根相似。以紅光為主的紅藍(lán)組合光明顯促進(jìn)一級(jí)側(cè)根伸長(zhǎng)，而以藍(lán)光為主的紅藍(lán)組合光抑制一級(jí)側(cè)根伸長(zhǎng)，紅光較藍(lán)光促進(jìn)一級(jí)側(cè)根伸長(zhǎng)，7次取樣測(cè)定結(jié)果一致。出苗后30d調(diào)查，75%R+25%B、50%R+50%B和100%R處理的一級(jí)側(cè)根長(zhǎng)分別為38.5cm、33.0cm和28.9cm，較CK的27.1cm分別增加41.9%、21.6%和6.5%，達(dá)到顯著水平；以藍(lán)光為主的25%R+75%B和100%B處理的一級(jí)側(cè)根長(zhǎng)為26.8cm 和24.5cm，較CK分別減少1.0%和9.5%(圖1-B)。

2.1.3根系總長(zhǎng)度由于不同處理明顯影響主根和側(cè)根生長(zhǎng)，以致根系總長(zhǎng)度存在明顯差異。圖1-C所示，以紅光為主的紅藍(lán)組合光增加根系總長(zhǎng)度，而以藍(lán)光為主的紅藍(lán)組合光減少根系總長(zhǎng)度，紅光較藍(lán)光增加根系總長(zhǎng)度。出苗后30d調(diào)查，75%R+25%B和50%R+50%B處理根系總長(zhǎng)度較CK分別增加29.6%和11.6%，25%R+75%B處理的減少2.5%；100%R處理根系總長(zhǎng)度較100%B處理的增加11.9%。

圖1　紅藍(lán)組合光源對(duì)花生幼苗根系生長(zhǎng)的影響Fig.1　The influence of red and blue combination light on peanut seedling root growth

2.1.4根系平均直徑以紅光為主的紅藍(lán)組合光不僅促進(jìn)根系伸長(zhǎng)，而且促進(jìn)根系增粗，而以藍(lán)光為主的紅藍(lán)組合光不利于根系增粗。出苗后30d調(diào)查，75%R+25%B、50%R+50%B和100%R處理幼苗根系平均直徑分別為0.70mm、0.65mm和0.59mm，較CK的0.57mm分別增加22.7%、 14.5%和3.5%，25%R+75%B和100%B處理的減少4.3%和6.0%(圖1-D)。

2.1.5根系總表面積圖1-E所示，在整個(gè)花生苗期，根系總表面積不斷擴(kuò)大，各處理表現(xiàn)一致，但不同處理根系表面積擴(kuò)大程度不同。以紅光為主的紅藍(lán)組合光促進(jìn)根系總表面積擴(kuò)大，以藍(lán)光為主的紅藍(lán)組合光減弱根系總表面積擴(kuò)大。出苗后30d，75%R+25%B、50%R+50%B和100%R處理根系總表面積分別為254cm2、231cm2和200cm2，較CK的197cm2分別增加28.9%、17.4%和1.7%，25%R+75%B 和100%B處理的減少3.7%和13.5%。

2.1.6根系總體積由于不同處理明顯影響根系長(zhǎng)度和直徑，因而根系總體積差異明顯。不同處理根系總體積的變化與根系長(zhǎng)度和直徑的變化趨勢(shì)一致。以紅光為主的紅藍(lán)組合光根系總體積顯著高于CK，以藍(lán)光為主的紅藍(lán)組合光根系總體積低于CK，紅光根系總體積高于藍(lán)光(圖1-F)。

2.2紅藍(lán)組合光源對(duì)花生幼苗根系活力的影響

根系活力反映了根系的吸收與合成能力，對(duì)維持花生生長(zhǎng)發(fā)育具有重要作用。圖2所示，藍(lán)光可增強(qiáng)根系活力，紅光減弱根系活力。在組合光質(zhì)中，以藍(lán)光為主的處理可明顯增強(qiáng)根系活力，而以紅光為主的處理明顯減弱根系活力。出苗后25d調(diào)查，25%R+75%B和50%R+50%B處理的根系活力較CK分別顯著增加29.9%和40.2%，75%R+25%B處理的較CK減少14.3%，差異達(dá)到顯著水平；100%B處理的根系活力較100%R的顯著增加40.6%。

圖 2　紅藍(lán)組合光源對(duì)花生幼苗根系活力的影響Fig.2　The influence of red and blue combination light on peanut seedling root activity

3討論與結(jié)論

在植物生長(zhǎng)過(guò)程中，根系起固定植株、吸收水分和礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)及合成生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)的作用，是植株重要的營(yíng)養(yǎng)器官[18]。光作為重要的環(huán)境因子之一影響植物生長(zhǎng)發(fā)育和生理代謝。光雖不直接影響根系的生長(zhǎng)，但通過(guò)影響作物光合產(chǎn)物的合成與轉(zhuǎn)運(yùn)，從而影響根系形態(tài)建成和功能發(fā)揮[12,19]。另外，光信號(hào)可通過(guò)植物的內(nèi)光環(huán)境由植物地上部向根系傳送，進(jìn)而調(diào)控根系的生長(zhǎng)[3]。本研究結(jié)果表明，與自然光相比，紅光及以紅光為主的紅藍(lán)組合光明顯促進(jìn)花生根系生長(zhǎng)，使根系總長(zhǎng)度、表面積、體積等均明顯增加，擴(kuò)大了根系的吸收面積，必將有利于提高根系的吸收能力。這與戴艷嬌等在蝴蝶蘭組培苗上的研究結(jié)果一致[10]。而林葉春等在立體浮盤培育煙苗的研究表明，藍(lán)光條件下煙苗根系長(zhǎng)度、表面積、平均直徑和體積均顯著高于其他光質(zhì)[13]。這可能與不同植物對(duì)光質(zhì)的反應(yīng)存在差異有關(guān)。

不同紅藍(lán)組合光明顯影響花生幼苗根系活力。在花生苗期，藍(lán)光處理可增強(qiáng)幼苗根系活力，紅光減弱根系活力。在組合光質(zhì)中，以藍(lán)光為主的紅藍(lán)組合光可明顯增強(qiáng)根系活力，且作用效果優(yōu)于單純藍(lán)光。這與尚文倩等在鐵皮石斛試管苗上的研究結(jié)果一致[16]，表明藍(lán)光及藍(lán)光為主的紅藍(lán)組合光有利于提高根系的生理活性，增強(qiáng)根系吸收水分和礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的能力。

紅光通過(guò)加強(qiáng)根系細(xì)胞的分裂活動(dòng)和分化來(lái)促進(jìn)根系的生長(zhǎng)，藍(lán)光有利于提高根系的生理活性。紅藍(lán)等量組合光使根系生長(zhǎng)及根系活力均優(yōu)于單一光質(zhì)和其他比例組合光，產(chǎn)生明顯互補(bǔ)效應(yīng)，使植物中對(duì)光信號(hào)接收、識(shí)別、傳導(dǎo)以及反應(yīng)[20-21]的各種信號(hào)受體產(chǎn)生最佳協(xié)同作用。根系的生長(zhǎng)既包括形態(tài)結(jié)構(gòu)的建成又包括內(nèi)部生理生化過(guò)程的不斷變化，不僅受直接響應(yīng)光信號(hào)的地上部生長(zhǎng)狀況的影響，而且也受間接響應(yīng)光信號(hào)的根系本身的影響。光質(zhì)對(duì)植物根系生長(zhǎng)與根系活力影響機(jī)理尚需深入研究。

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Different Combination of Red and Blue Light on the Growth and Vitality of Peanut Seedling Root System

CHEN Ling, ZHANG Xiao-jun, WANG Yue-fu, ZHAO Chang-xing, WANG Ming-lun*

(ShandongProvincialKeyLaboratoryofDrylandFarmingTechnology,QingdaoAgriculturalUniversity,Qingdao266109,China)

Abstract:Under the condition of culture room, using peanut variety Qinghua7 as plant materials and single-color LED lamp as light source, the effect of combined light source of red (R) and blue (B) on the influence of peanut seedling root growth and vitality were systematically studied. The results showed that compared with natural light, 75%R+25%B and 50%R+50%B treatments promoted the root system development of peanut seedling. Main root length, primary lateral root length, total root length, root average diameter, total surface area and root volume were significantly increased. 25%R+75%B treatment inhibited the root growth. Pure red light promoted the development of peanut seedling root system and pure blue light inhibited the root growth. 50%R+50%B and 25%R+75%B treatments improved root vitality significantly, 75%R+25%B treatment inhibited root vitality. Pure blue light promoted the root vitality and pure red light inhibited root vitality. 50%R+50%B had complementary effect on improving peanut seedling root growth and root activity at the same time, increased the peanut seedling root total absorption area and active absorption area, and it was helpful on constructing the peanut roots system and improving the function of peanut roots absorption of moisture and mineral nutrients.

Key words:peanut; light quality; seedling; root growth; root activity

中圖分類號(hào)：S565.201; Q947.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

作者簡(jiǎn)介：陳玲(1990-)，女，山東淄博人，青島農(nóng)業(yè)大學(xué)在讀研究生，主要從事花生栽培生理研究。*通訊作者：王銘倫(1958-)，男，教授，主要從事花生栽培理論與技術(shù)研究。E-mail: mlwang@qau.edu.cn

基金項(xiàng)目：國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2014BAD11B04)；國(guó)家花生產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)(CARS-14-東北區(qū)栽培)；山東省高校優(yōu)秀科研創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)建設(shè)項(xiàng)目(6212n2)；山東省花生產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)項(xiàng)目(SDAIT-05-022-05)

收稿日期：2016-01-05

DOI：10.14001/j.issn.1002-4093.2016.01.003