光質(zhì)對商茄1號碳氮代謝及根系活力的影響

陳昆　趙躍鋒　張清華　韓玉　韓燦功

摘要[目的] 研究光質(zhì)對商茄1號碳氮代謝及根系活力的影響。[方法]采用LED光源，以“商茄1號”為試材，研究了紅光、藍(lán)光、紅藍(lán)（3∶1）、紅藍(lán)（5∶1）和白光（對照）對茄子碳氮代謝及根系活力的影響。[結(jié)果]紅藍(lán)光（5∶1）處理下葉片蔗糖、總糖、淀粉含量和根系活力最高，藍(lán)光處理下總糖和淀粉含量最低，而全氮、游離氨基酸、可溶性蛋白和CAT活性在藍(lán)光下含量最高；紅光下全氮含量最低。[結(jié)論] 該研究為光質(zhì)環(huán)境調(diào)控下商茄1號優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)和其他茄子品種光質(zhì)調(diào)控提供理論和數(shù)據(jù)參考。

關(guān)鍵詞商茄1號；光質(zhì)；碳氮代謝；根系活力；抗氧化酶

中圖分類號S123文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2017）33-0037-02

Effects of Light Qualities on Carbon and Nitrogen Assimilation and Root Activity of Shangqie 1

CHEN Kun， ZHAO Yuefeng， ZHANG Qinghua et al

（Shangqiu Academy of Agriculture and Forestry Sciences， Shangqiu， Henan 476000）

Abstract[Objective] To research the effects of light qualities on carbon and nitrogen assimilation and root activity of Shangqie 1. [Method] Using LED light source as the test material， effects of red light， blue light， red blue， red blue（3∶1）， red blue （5∶1） and white light （CK） on the carbon and nitrogen metabolism and root activity of Shangqie 1 were studied. [Result] Under the treatment of red and blue light （5∶1） leaves， leaves had the highest sucrose， total sugar， starch content and root activity. Total sugar and starch content was the lowest under blue light treatment；the total nitrogen， free amino acid， soluble protein and the activity of CAT under blue light treatment were the highest；total nitrogen content was the lowest under red light treatment.

Key wordsShangqie 1；Light quality；Carbon nitrogen assimilation；Root activity；Antioxidant enzyme

光是植物生長發(fā)育、形態(tài)建成及生理代謝的重要環(huán)境因子[1]，并以光信號的形式調(diào)節(jié)植物生長的各個階段。300～700 nm波段的光影響葉片的形成，紅光明顯促進(jìn)番茄幼苗葉面積增大[2]，有利于葉片葉綠素含量的提高[3]；藍(lán)紫光降低植物體內(nèi)生長素含量[4]和草莓根長及生根數(shù)量[5]；紅光照射會延遲開花期，但可改善花的觀賞品質(zhì)，藍(lán)光照射提早開花[6]，紅藍(lán)組合光對甜椒果實(shí)轉(zhuǎn)色后期類胡蘿卜素含量有明顯地促進(jìn)作用[7]；長波段光對黃酮和內(nèi)酯類物質(zhì)積累有抑制，短波反之[8]。目前，關(guān)于光質(zhì)對茄子的影響研究較少，主要集中在溫度、重金屬、生長調(diào)節(jié)劑、土壤調(diào)理劑、鈍化劑、施肥量等方面，而有關(guān)光質(zhì)對茄子碳氮代謝、根系活力等方面的研究國內(nèi)尚鮮見報道。

LED（light emitting diode）光源，具有體積小、重量輕、壽命長、光譜性能好、冷光源、光能利用率高、光質(zhì)單一等眾多優(yōu)點(diǎn)，適于可控環(huán)境中的植物培養(yǎng)和栽培，如植物組織培養(yǎng)和設(shè)施栽培等。該試驗(yàn)通過LED光源，設(shè)置不同光質(zhì)處理，探究其對商茄1號碳氮代謝和根系活力的影響，以期為光質(zhì)環(huán)境調(diào)控下商茄1號優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)和其他茄子品種光質(zhì)調(diào)控提供理論和數(shù)據(jù)參考。

1材料與方法

1.1材料

以“商茄1號”為試材，試驗(yàn)設(shè)5個LED光源處理，分別為紅光（655.7 nm， R）、藍(lán)光（456.2 nm， B）、紅藍(lán)光（3∶1，R3B1）、紅藍(lán)光（5∶1，R5B1）和白光（對照，W ）。LED照明設(shè)備采用頂部設(shè)計，高度可調(diào)，在茄子生長期內(nèi)使LED光源與茄子之間始終保持約30 cm距離，光強(qiáng)300 μmol/（m2·s）。

1.2方法

試驗(yàn)于2016年5月3日進(jìn)行。將浸種催芽后的茄子種子均勻撒播于長90 cm 、寬45 cm 、高25 cm的塑料盆中，盆中裝殺菌消毒過的基質(zhì)，厚20 cm，播種后在種子上撒一層厚0.5～1.0 cm的基質(zhì)，播種30盆。種子出苗5 d后，選取長勢一致的茄子18盆，每3盆1個處理。智能溫室白天溫度控制在25～28 ℃，夜間13～17 ℃，每天光照12 h，空氣濕度80%～90%。根據(jù)盆內(nèi)基質(zhì)干濕度澆灌Hoagland營養(yǎng)液，每次每盆澆灌2.0 L。光照處理20 d后，進(jìn)行根系活力、碳氮代謝等方面的測定。

1.3測定項(xiàng)目

根系活力測定采用TTC法[9]。糖和淀粉的測定分別采用於新建等[10]的方法和高氯酸法[11]。葉片全氮含量、NO-3-N含量、可溶性蛋白含量、游離氨基酸含量測定分別采用凱氏定氮法[12]、水楊酸—硫酸法[13]、考馬斯亮藍(lán)法[13]和顯色法[13]。

1.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

采用Excel 2007軟件處理數(shù)據(jù)和繪圖，采用SAS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

2結(jié)果與分析

2.1光質(zhì)對茄子氮代謝的影響

從表1可以看出，不同光質(zhì)對茄子葉片糖及淀粉含量影響顯著。紅藍(lán)光（5：1）處理下葉片蔗糖、總糖和淀粉含量最高，較白光分別增加3.47%、13.61%和33.49%，藍(lán)光處理下總糖和淀粉含量最低；果糖在白光下含量最高，紅光、藍(lán)光、紅藍(lán)光（3∶1）和紅藍(lán)光（5∶1）處理下含量最低。

2.2光質(zhì)對茄子氮同化的影響

由表2可知，不同光質(zhì)對茄子葉片硝態(tài)氮、全氮、游離氨基酸和可溶性蛋白含量影響不同。紅藍(lán)光（3∶1）和紅藍(lán)光（5∶1）處理下硝態(tài)氮含量均高于白光處理，而紅光和藍(lán)光處理低于白光處理，說明復(fù)合光質(zhì)對葉片硝態(tài)氮含量的影響不僅是簡單的光質(zhì)疊加，而應(yīng)該具有其他形式的互作效應(yīng)。藍(lán)光、紅藍(lán)光（3∶1）、紅藍(lán)光（5∶1）和紅光處理下游離氨基酸和可溶性蛋白含量均高于白光，且以藍(lán)光處理下最高，較白光分別提高24.89%和4662%，說明藍(lán)光利于游離氨基酸和可溶性蛋白的積累；全氮在藍(lán)光處理下最高，紅光處理下最低。

2.3光質(zhì)對茄子根系活力的影響

由圖1可知，不同光質(zhì)處理對茄子根系活力的影響差異顯著。茄子根系活力紅藍(lán)光（5∶1）處理下含量最高，較白光提高31.85%，其次是紅光，較白光提高19.30%，紅藍(lán)光（5∶1）處理再次之，藍(lán)光處理最低，且顯著低于白光，說明紅藍(lán)組合光較紅光或藍(lán)光單一光質(zhì)更有利于茄子根系活力的提高。

3結(jié)論與討論

碳代謝包括無機(jī)碳轉(zhuǎn)化為有機(jī)碳、碳水化合物運(yùn)輸與轉(zhuǎn)化和淀粉積累等。光質(zhì)能以光信號的形式調(diào)節(jié)植物體內(nèi)的碳代謝水平。Kasperbauer [14]研究表明光質(zhì)可誘導(dǎo)光敏色素，調(diào)控蔗糖代謝酶。研究報道顯示白光+綠光、白光+藍(lán)光能提高蔗糖合成酶活性，促進(jìn)黃瓜葉片蔗糖積累[15]，紅光和紅藍(lán)組合光能顯著提高番茄幼苗可溶性糖、淀粉含量[16]，增加紅光比例有利于碳代謝的增強(qiáng)，紅藍(lán)光能夠增加植物淀粉含量[17]。該試驗(yàn)中，紅藍(lán)光（5∶1）處理茄子葉片蔗糖、總糖和淀粉含量最高，與張歡等[18]研究類似；藍(lán)光處理總糖和淀粉含量最低，可能是因?yàn)樗{(lán)光能夠破壞葉綠體光合片層結(jié)構(gòu)，降低光合效率，使植物碳同化受到影響，降低糖含量[18]；果糖在白光下含量最高，紅光、藍(lán)光、紅藍(lán)光（3∶1）和紅藍(lán)光（5∶1）處理含量最低，這可能是因?yàn)榘坠馓岣吡饲炎尤~片中SS和SPS活性，這2種酶能夠促進(jìn)葉片果糖含量的增加。

氮代謝是植物化學(xué)循環(huán)的重要組成部分，氮素的同化主要通過硝酸鹽還原為銨后，再參與氨基酸的合成與轉(zhuǎn)化。郭銀生[19]指出，藍(lán)光可以促進(jìn)植物氮代謝，提高葉片氨基酸、蛋白質(zhì)和總氮含量。崔慧茹等[7]指出，藍(lán)光顯著提高彩色甜椒游離氨基酸含量，但紅光下含量降低。該研究結(jié)果表明，藍(lán)光、紅藍(lán)光（3∶1）、紅藍(lán)光（5∶1）和紅光處理下茄子葉片游離氨基酸和可溶性蛋白含量均高于白光，這可能是藍(lán)光下線粒體的暗呼吸被促進(jìn)，而線粒體的暗呼吸能夠?yàn)榘被岬暮铣商峁┨技?，促進(jìn)蛋白質(zhì)合成[20]。有研究得出藍(lán)光可提高煙葉NR活性[21]，也有研究認(rèn)為藍(lán)光能降低生菜硝態(tài)氮含量[22]。該研究顯示，紅藍(lán)光（3∶1）和紅藍(lán)光（5∶1）能顯著提高茄子葉片硝態(tài)氮含量，說明復(fù)合光質(zhì)對葉片硝態(tài)氮含量的影響不僅是簡單的光質(zhì)疊加，而應(yīng)具有其他形式的互作效應(yīng)。

根系是活躍的吸收器官和合成器官，如養(yǎng)分、水分的吸收，細(xì)胞分裂素、氨基酸、維生素等物質(zhì)的合成都離不開根[23]，而光信號能夠影響植物根系的生長發(fā)育[24]。魏星等[25]研究認(rèn)為，紅光促進(jìn)菊花組培苗根系伸長，但降低根系活力。杜洪濤[26]指出彩色甜椒幼苗根系活力在黃光和白光下最高。蒲高斌等[27]試驗(yàn)得出，藍(lán)光提高了番茄根系活力和根系吸收面積。該試驗(yàn)結(jié)果表明，茄子根系活力在紅藍(lán)光（5∶1）處理下最高，較白光提高31.85%，其次是紅光，而藍(lán)光處理下最低。光質(zhì)在不同作物上表現(xiàn)的根系活力差異體現(xiàn)了光質(zhì)調(diào)控的復(fù)雜性。

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