不同紅藍(lán)光配比對(duì)茶樹(shù)生長(zhǎng)及生物化學(xué)成分的影響

王加真 金星 馮梅 萬(wàn)雪 陳瑩瑩

摘要：為研究紅藍(lán)光配比對(duì)茶葉品質(zhì)成分的影響，以黔湄601茶樹(shù)苗為試驗(yàn)材料，對(duì)不同紅藍(lán)光配比下茶葉干鮮質(zhì)量與葉綠素、類胡蘿卜素、花黃素、茶多酚、游離氨基酸及咖啡堿含量進(jìn)行測(cè)定。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：100%的紅光有利于茶樹(shù)芽葉質(zhì)量、茶多酚含量的增加，100%的藍(lán)光有利于光合色素的積累;與紅藍(lán)單一光質(zhì)相比，復(fù)配光質(zhì)紅光 ∶ 藍(lán)光=1 ∶ 3 處理顯著提高了茶樹(shù)芽葉游離氨基酸、花黃素含量，降低了酚氨比;與紅光 ∶ 藍(lán)光=1 ∶ 1相比，復(fù)配光質(zhì)紅光 ∶ 藍(lán)光=1 ∶ 3處理顯著提高了茶樹(shù)芽游離氨基酸、芽葉花黃素含量，降低了葉酚氨比。說(shuō)明藍(lán)光比例增加有利于茶樹(shù)芽葉的品質(zhì)形成，紅藍(lán)光質(zhì)比為1 ∶ 3最有利于茶葉功能成分的積累，是茶葉設(shè)施栽培的理想光源。

關(guān)鍵詞：茶樹(shù);發(fā)光二極管（LED）燈;紅藍(lán)光;色素;生化成分;酚氨比

中圖分類號(hào)： S571.101? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A? 文章編號(hào)：1002-1302（2019）10-0159-03

茶樹(shù)[Camellia sinensis（L.） O. Kuntze]是世界上最重要的經(jīng)濟(jì)作物之一，其葉片富含茶多酚、生物堿、多糖和茶氨酸等次生代謝產(chǎn)物，經(jīng)過(guò)加工的茶作為非酒精飲料，因口感豐富、有益健康而得以在全球范圍內(nèi)消費(fèi)[1-3]。光是植物的能量來(lái)源，是植物葉片生長(zhǎng)的最重要的環(huán)境因素之一[4-5]。不同光質(zhì)或波長(zhǎng)的光對(duì)植物具有不同的生物學(xué)效應(yīng)，對(duì)植物的化學(xué)成分組成會(huì)產(chǎn)生不同的影響[6-7]。與其他光質(zhì)相比，紅光與藍(lán)光作為植物葉片光合色素吸收最多的光質(zhì)，對(duì)茶樹(shù)光合作用的影響更為明顯。茶樹(shù)葉綠素吸收最多的為紅橙光和藍(lán)紫光，紅光可以促進(jìn)糖類物質(zhì)的積累，藍(lán)光有利于氨基酸、蛋白質(zhì)、維生素的積累，還可以提高葉綠素a和類胡蘿卜素含量。近年來(lái)，發(fā)光二極管（LED）作為一種高效、節(jié)能、環(huán)保的新型照明光源，其應(yīng)用越來(lái)越廣泛[8]，采用LED光源能準(zhǔn)確提供茶樹(shù)光合吸收峰值區(qū)波長(zhǎng)組合光質(zhì)，是茶樹(shù)在設(shè)施環(huán)境下通過(guò)光環(huán)境調(diào)控實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)的途徑。因此，研究紅藍(lán)光質(zhì)對(duì)茶葉功能成分形成的影響及調(diào)控措施是光生物學(xué)在茶樹(shù)栽培領(lǐng)域的探索，對(duì)設(shè)施茶樹(shù)優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)紅藍(lán)光質(zhì)的研究大多針對(duì)花卉組培[9-11]、設(shè)施蔬菜[12-13]、果樹(shù)[14]，對(duì)茶葉品質(zhì)影響研究的報(bào)道甚少，有關(guān)LED紅藍(lán)光質(zhì)配比對(duì)茶樹(shù)芽葉的生長(zhǎng)和生化成分的影響及調(diào)控機(jī)制尚不清楚。本研究擬以茶樹(shù)幼苗為試材，進(jìn)行不同LED紅藍(lán)光質(zhì)處理，通過(guò)對(duì)茶樹(shù)芽葉的生長(zhǎng)、光合色素、功能成分含量的分析，探索不同光質(zhì)在茶芽葉色素和功能物質(zhì)累積調(diào)控中的作用。

1 材料與方法

1.1 材料與處理

試驗(yàn)于2018年10—11月在遵義師范學(xué)院光生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。以一年生茶樹(shù)苗（Camellia sinensis L.）為試驗(yàn)材料，品種為黔湄601。待茶苗1芽1葉初展時(shí)，分別置于高精度光質(zhì)可調(diào)LED人工氣候箱（購(gòu)于安徽昂科豐公司）100%藍(lán)色LED光、75%藍(lán)色+25%紅色LED光、50%藍(lán)色+50%紅色LED光、100%紅色LED光4個(gè)處理下培養(yǎng)15 d，每個(gè)處理重復(fù)3次，每個(gè)重復(fù)5盆。藍(lán)光LED光源主波長(zhǎng)位于450 nm處，紅光LED光源主波長(zhǎng)位于645 nm處，各光處理光照度均設(shè)定為100 μmol/（m2·s），光—暗周期為12 h—12 h，溫度為（20±0.5） ℃，濕度為80%～85%，每隔5 d澆灌相同量的自來(lái)水。

1.2 測(cè)定指標(biāo)與方法

用直尺測(cè)定芽長(zhǎng)、葉長(zhǎng)、葉寬;芽葉鮮質(zhì)量采用萬(wàn)分之一天平稱質(zhì)量，芽葉蒸青后置于80 ℃烘箱中24 h后稱質(zhì)量、磨碎后供品質(zhì)分析。茶葉品質(zhì)檢測(cè)分析項(xiàng)目包括氨基酸、茶多酚、咖啡堿、葉綠素、類胡蘿卜素、花黃素。主要檢測(cè)方法：氨基酸含量的測(cè)定采用茚三酮顯色法，參照GB/T 8314—2002《茶 游離氨基酸總量測(cè)定》;茶多酚含量的測(cè)定采用酒石酸鐵比色法，參照GB/T 8313—2008《茶葉中茶多酚和兒茶素類含量的檢測(cè)方法》;咖啡堿含量的測(cè)定采用紫外分光光度法，參照GB/T 8312—2013《茶 咖啡堿測(cè)定》;葉綠素和類胡蘿卜素含量的測(cè)定采用丙酮乙醇浸提比色法;花黃素含量的測(cè)定采用三氯化鋁比色法。酚氨比=茶多酚含量/氨基酸含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

用SPSS 16.0軟件，采用單因素方差分析（oneway-ANOVA）和多重比較（LSD）法，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)（α=0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同光質(zhì)對(duì)茶樹(shù)1芽1葉生長(zhǎng)的影響

茶樹(shù)芽葉生長(zhǎng)量的大小能在一定程度上代表同化產(chǎn)物的累積量。由表1可知，不同光質(zhì)處理下茶樹(shù)新生芽葉的長(zhǎng)度并無(wú)顯著差異。與50%藍(lán)光+50%紅光處理相比，100%紅光處理顯著增加了新生葉寬度，增加幅度為17.14%，與其他2種處理無(wú)顯著差異。與100%藍(lán)色、75%藍(lán)色+25%紅光、50%藍(lán)色+50%紅色3種處理相比，100%紅光處理，明顯增加了芽、葉、1芽1葉干鮮質(zhì)量。就1芽1葉干鮮比而言，100%藍(lán)光處理為0.311，100%紅光處理為0.278，2種處理間有顯著差異。

2.2 不同光質(zhì)對(duì)茶樹(shù)葉片光合色素的影響

光合色素能夠吸收、傳遞和轉(zhuǎn)換光能，是植物進(jìn)行光合作用的物質(zhì)基礎(chǔ)，其含量與組成直接影響葉片的光合速率，進(jìn)而影響植株的生長(zhǎng)。葉綠素含量體現(xiàn)了植物對(duì)光能的利用和調(diào)節(jié)能力，是評(píng)價(jià)植物生長(zhǎng)發(fā)育情況的一項(xiàng)基礎(chǔ)指標(biāo)。類胡蘿卜素在植物葉綠體光合作用中也起著重要作用，是光合作用中光傳導(dǎo)途徑和光反應(yīng)中心的重要結(jié)構(gòu)成分，可以幫助葉綠體吸收光能，并保護(hù)其在高溫、強(qiáng)光下免受破壞[15]。光質(zhì)不僅影響茶樹(shù)芽葉的光形態(tài)建成，同時(shí)也調(diào)控光合色素的合成，是因?yàn)椴煌夂仙匚盏墓庾V不同[16]。表2結(jié)果表明，當(dāng)試驗(yàn)設(shè)定的光量子通量密度（PPFD）為100 μmol/（m2·s）時(shí)，葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素、類胡蘿卜素含量隨著紅藍(lán)光比值的增高而趨于降低，即在此PPFD下，450 nm處的藍(lán)光對(duì)茶葉色素形成的促進(jìn)作用要優(yōu)于645 nm處的紅光。75%藍(lán)光+25%紅光處理（紅藍(lán)光比值3 ∶ 1）的葉綠素和類胡蘿卜素含量略高于50%藍(lán)光+50%紅光處理（紅藍(lán)光比值為 1 ∶ 1），但未達(dá)到顯著差異。不同光質(zhì)處理下茶樹(shù)葉片葉綠素a/b值無(wú)顯著差異。茶樹(shù)葉片色素的形成和分解為動(dòng)態(tài)的平衡過(guò)程，在100 μmol/（m2·s）光照度下，相對(duì)較強(qiáng)的 645 nm 紅光可能加速了色素的分解或者降低了色素的合成速度。

2.3 不同光質(zhì)對(duì)茶樹(shù)1芽1葉生物化學(xué)成分含量的影響

氨基酸、茶多酚、咖啡堿含量及酚氨比大小是衡量茶葉品質(zhì)的重要指標(biāo)。茶多酚能夠影響茶葉的色澤、苦味和澀味，而氨基酸能影響茶葉的鮮爽味。酚氨比反映了茶葉兩大主要品質(zhì)成分的配比情況，可以判斷茶葉鮮葉質(zhì)量，通常只有在多酚類、氨基酸含量高且比值低時(shí)，綠茶的味感才能保持濃而鮮爽。由表3可知，100%紅光處理均顯著增加了芽、葉的多酚含量、酚氨比;與100%紅光和100%藍(lán)光處理相比，75%藍(lán)光+25%紅光處理顯著增加了芽、葉氨基酸含量與花黃素含量，顯著降低了酚氨比值;75%藍(lán)光+25%紅光處理下芽、葉的游離氨基酸含量均最高，分別為1.535%和1.364%，100%紅光處理下芽、葉的游離氨基酸含量均最低，分別為1.089%和1.145%;芽咖啡堿的含量隨著紅藍(lán)光比值的增高而趨于增加，100%紅光處理下最高，為5.42%，與其他3種處理相比有顯著差異，葉咖啡堿的含量與紅藍(lán)光比值的變化無(wú)明顯規(guī)律。50%藍(lán)光+50%紅光處理（紅藍(lán)光比為1 ∶ 1）與75%藍(lán)光+25%紅光處理（紅藍(lán)光比為1 ∶ 3）相比，對(duì)芽和葉的花黃素含量的影響都有顯著差異，藍(lán)光促進(jìn)芽和葉中花黃素積累;對(duì)芽的游離氨基酸含量的影響有顯著差異，藍(lán)光促進(jìn)芽游離氨基酸形成，但對(duì)葉的游離氨基酸含量的影響無(wú)顯著差異;對(duì)葉的酚氨比有顯著差異，藍(lán)光降低了酚氨比，但對(duì)芽的酚氨比無(wú)顯著差異;對(duì)芽和葉的多酚、咖啡堿含量都無(wú)顯著差異。

3 討論與結(jié)論

有研究表明，紅光有利于提高植物葉片葉綠素的含量，而藍(lán)光處理下葉片葉綠素含量較低[17-18]，藍(lán)光處理能提高葉綠素a/b值，紅光降低葉綠素a/b值[19-21]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，藍(lán)光處理下茶樹(shù)葉片葉綠素含量高于紅光處理，葉綠素a/b值無(wú)顯著差異，表現(xiàn)出植物對(duì)紅藍(lán)光質(zhì)反應(yīng)的復(fù)雜性，不同植物在適應(yīng)長(zhǎng)期的生態(tài)環(huán)境中有不同的生理特性，茶樹(shù)在漫反射、散射光環(huán)境下，藍(lán)紫光比例增多，茶葉品質(zhì)較好。

紅藍(lán)光質(zhì)既會(huì)影響植物的形態(tài)建成，同時(shí)也調(diào)控作物的品質(zhì)。眾多研究結(jié)果表明，紅光促進(jìn)植物干物質(zhì)的積累，能提高作物產(chǎn)量;藍(lán)光有抑制莖的伸長(zhǎng)、提高作物品質(zhì)的作用[22]。本研究結(jié)果也證實(shí)了類似的結(jié)果，在單一645 nm波段的紅光下芽葉生物量增多，多酚含量增加，但游離氨基酸和花黃素含量卻相對(duì)降低，茶芽葉品質(zhì)有所降低;與單一紅光相比，在單一450 nm波段的藍(lán)光下芽葉生物量顯著降低，同時(shí)葉綠素和類胡蘿卜素含量增高，表明藍(lán)光具有矮化植株和提高茶葉品質(zhì)的作用，這個(gè)結(jié)果與孫君等關(guān)于茶樹(shù)在藍(lán)光下氨基酸總量和葉綠素含量較高，在紅光下有利于茶多酚形成的結(jié)果[23]一致。

然而，單獨(dú)使用紅光或者藍(lán)光并不能很好地滿足植物正常的生長(zhǎng)發(fā)育[24]。有報(bào)道表明，紅藍(lán)LED光配比更利于作物的生長(zhǎng)與品質(zhì)[25]，本研究中，在50%藍(lán)光+50%紅光處理（紅藍(lán)光比為1 ∶ 1）與75%藍(lán)光+25%紅光處理（紅藍(lán)光比為1 ∶ 3）下，茶樹(shù)芽葉的部分生長(zhǎng)指標(biāo)并沒(méi)有紅光下的高，如芽葉鮮質(zhì)量和葉面積等，但游離氨基酸和花黃素含量整體提高，表明復(fù)合光有效地綜合了紅光和藍(lán)光的優(yōu)點(diǎn)，既促進(jìn)生長(zhǎng)又提高了品質(zhì)，更適合在茶葉生產(chǎn)中應(yīng)用。在75%藍(lán)光+25%紅光處理（紅藍(lán)光比為1 ∶ 3）下，酚氨比的降幅較大，因此，可以考慮將此配比作為茶葉設(shè)施栽培的理想光源，以提高茶葉的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。

綜上所述，對(duì)于茶樹(shù)芽葉的生長(zhǎng)和品質(zhì)而言，單一紅光、藍(lán)光與紅藍(lán)復(fù)合光相比，75%藍(lán)光+25%紅光處理（紅藍(lán)光比為1 ∶ 3）優(yōu)于單一光源處理及50%藍(lán)光+50%紅光處理。但由于本試驗(yàn)只測(cè)定了茶多酚、游離氨基酸的總含量，對(duì)于兒茶素的5種組分及游離氨基酸的具體組分等指標(biāo)并未涉及，此外，在同一光配比下的不同光周期、光照度等對(duì)茶樹(shù)芽葉品質(zhì)也具有不同影響，這些都有待進(jìn)一步研究。

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