光質對臭參幼苗生長及光合特性的影響

李 紅, 聞高娜, 楊永紅, 普岳紅, 楊 志

(1.云南農業(yè)大學/農業(yè)生物多樣性與病蟲害控制教育部重點實驗室，昆明 650201；2.云南農業(yè)大學食品科技學院/云南省畜產品加工工程技術研究中心，昆明 650201；3.昆明有志農業(yè)科技服務有限公司，云南 尋甸 650000)

【研究意義】臭參，又名臭黨參、云南參，臭藥，系桔梗科(Campanulaceae)黨參屬(CodonopsisWall.)植物[1]。臭參是云南特有的一種民間植物藥，具有補中益氣，通經活絡的功效；在藏族、彝族、白族等多個民族藥方中均有記載，主治脾胃虛弱，跌打損傷，風濕麻木等病癥[2-3]。臭參含有苯丙素類、炔類、萜類、生物堿類、黃酮類、揮發(fā)性類和多糖類等化合物以及多種營養(yǎng)成分和人體所需微量元素，臭參還同黨參一樣，含有黨參炔苷、多糖等活性成分[4-5]。臭參不僅受云南本地人的喜愛，在廣東、上海等地的銷量也越來越高，甚至出口國外。臭參的需求量越來越大，栽培面積逐漸擴大，臭參同其他根莖類藥材一樣，先種子育苗再移栽種植，幼苗的好壞直接影響臭參的種植質量及產量，培育優(yōu)質、健壯的臭參種苗非常重要?！厩叭搜芯窟M展】光是影響植物生長發(fā)育的重要環(huán)境因子，不僅是植物中能量的主要來源，也是調節(jié)植物生長發(fā)育的重要環(huán)境信號，植物從種子萌發(fā)、生長、發(fā)育到成熟的各個階段都離不開光的作用。光質是植物所受光照的光譜組成，各個光譜波段的光對植物的影響各不相同，植物可以通過體內多樣的光敏受體來感應不同波長范圍的光，進而調節(jié)植物自身的生長發(fā)育、光合作用、生理代謝等[6-7]。研究表明，藍紅復合光處理下紅秋葵幼苗生長顯著，其光合色素含量也明顯增高[8]；珙桐幼苗在紅光處理下的株高最低，但光合色素含量最高。綠光使其幼苗葉寬及葉面積明顯減小，但光合色素含量顯著增加。藍光處理下珙桐幼苗生長較高但光合色素含量和PSⅡ量子產量最低[9]；提高紅藍光組合中的藍光占比能夠促進白及組培苗的生長和生物量的積累，增加25%的綠光可顯著提高白及葉片的葉綠素含量和凈光合速率；黃色農膜、橙色農膜處理下三七種苗株高、莖徑、葉面積等形態(tài)生長最好，綠膜下其形態(tài)發(fā)育明顯減慢，但葉綠素含量最高[10]。【本研究切入點】有關光質影響植物生長代謝的大量試驗研究表明，光質對植株生長發(fā)育影響顯著，植物能夠通過感知光質來調整自身的生理機能，但光質影響臭參以及黨參生長的研究還未見報道。【擬解決的關鍵問題】 試驗以彩色塑料薄膜調控光質，以白膜為對照，通過研究黃膜、綠膜、紅膜、藍膜和黑膜對臭參幼苗生長指標、光合色素含量、光合參數以及葉綠素熒光參數的影響，以期探明臭參幼苗生長的最適光環(huán)境，為光控技術在培育臭參健壯幼苗的應用方面提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

纏繞黨參[Codonopsispilosula(Franch.) Nannf. var.volubilis(Nannf.)]種子，采自云南省尋甸縣昆明有志農業(yè)科技服務有限公司；彩色農膜(寬1200 mm，厚0.01 mm)，購于蘭州金土地塑料制品有限公司。

1.2 試驗儀器

GFS-300便攜式光合—熒光測量儀：澤泉科技股份有限公司；Ultrospec 2100Pro紫外分光光度計：美國GE公司。

1.3 試驗設計

在云南農業(yè)大學農業(yè)生物多樣性與病蟲害控制教育部重點實驗室試驗地進行。 試驗設6個處理，分別用白色(CK)、黃色、綠色、紅色、藍色、黑色6種顏色農用薄膜拱棚覆蓋于各苗床上以提供不同的光質條件，3次重復。選擇飽滿健康種子催芽后均勻的撒播于苗床上，每種農膜棚除草施肥、病蟲害防治和水分管理等措施保持一致。種子出苗1個月后進行指標測定。

1.4 測定項目與方法

1.4.1 形態(tài)指標測定 種子出苗1個月后，各處理隨機選取臭參幼苗5株，每隔7 d測量1次幼苗的株高；出苗2個月后，各處理隨機選取臭參幼苗5株，每隔15 d測量1次測量幼苗根長、根直徑。

1.4.2 光合色素測定 采用95%乙醇提取法提取葉綠素，使用分光光度計測定提取液吸光度，根據公式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計算葉綠素 a、葉綠素 b 和類胡蘿卜素的濃度，求得各色素濃度后，按公式計算葉綠體色素含量。

葉綠體色素含量(mg/g)= (C×V×n)/(W× 1000)

式中，C代表葉綠體色素濃度(mg/mL)；V代表提取液體積(mL)；W代表組織鮮重(g)；n代表稀釋倍數。

1.4.3 光合參數和葉綠素熒光參數測定 選擇晴天上午的9:00—11:30時用便攜式光合—熒光測量儀測定光合參數，各處理隨機選取3株，選取完全展開的第5片功能葉進行測定，測定凈光合速率(Pn)、細胞間二氧化碳濃度(Ci)、氣孔導度(Gs)以及蒸騰速率(Tr)；采用熒光附件(LED-Arry/PAM-Module3055-FL)測定熒光參數，測定葉片與光合一致，測定前先用暗適應葉夾(3010-DLC)對所選定的葉片進行暗適應處理，暗適應30 min后測定初始熒光產量(Fo)，可變熒光(Fv)最大熒光產量(Fm，PSII的最大光能轉化效率(Fv/Fm)，PSII潛在光化學活性(Fv/Fo)，PSII的實際量子產額[Y(Ⅱ)]，非光化學淬滅系數(NPQ)，光化學淬滅系數(qP)，光合電子傳遞速率(ETR)等參數。

1.5 數據處理

數據用軟件Excel 2010和 SPSS 26進行數據統(tǒng)計分析。根據 SPSS軟件中單因素方差分析(ANOVA)及 LSD 法進行各處理間的差異顯著性檢查。

2 結果與分析

2.1 光質對臭參幼苗株高的影響

由圖1可知，隨著臭參幼苗的生長，不同農膜處理對幼苗株高的影響差異顯著。在6月29日、7月6日這2個時段，臭參幼苗的株高在白膜(CK)、黃膜、綠膜、紅膜和黑膜處理下差異不顯著，而在藍膜處理下植株最低，顯著低于白膜(CK)處理；7月13日這個時段，各膜處理下株高差異逐漸顯著，黃膜、綠膜和紅膜處理間差異不顯著，而三者均顯著高于白膜(CK)，黑膜和白膜(CK)差異不顯著，藍膜處理植株最低，顯著低于白膜(CK)；7月20日、7月27日這2個時段，臭參幼苗的株高黃膜、綠膜和紅膜均高于白膜(CK)，其中黃膜與白膜(CK)差異顯著，綠膜和紅膜與白膜(CK)差異不顯著。藍膜處理下幼苗植株最低，顯著低于白膜(CK)；最后一次7月27日測定株高時，黃膜處理下幼苗植株最高，與其他處理差異顯著，其他處理與白膜(CK)差異均不顯著。黃膜和藍膜對臭參幼苗株高影響最顯著，黃膜有利于臭參幼苗的生長，藍膜則對臭參幼苗植株生長有抑制作用。

圖1 不同光質對幼苗株高動態(tài)的影響

2.2 光質對臭參幼苗根生長的影響

由圖2可知，不同農膜處理對臭參幼苗根生長的影響不同。8月28日、9月14日、9月29日、10月15日這4個時段，臭參幼苗的根長和根直徑黃膜、綠膜、紅膜和藍膜處理與白膜(CK)差異不顯著，黑膜處理的根生長最慢。11月2日，臭參幼苗的根長綠膜、紅膜和黑膜處理與白膜(CK)差異不顯著，黃膜和藍膜處理顯著短于白膜(CK)，其中藍膜處理最短。11月17日，臭參幼苗的根長綠膜處理最長，與白膜(CK)差異顯著，黃膜、紅膜與白膜(CK)差異不顯著，黑膜和藍膜顯著短于白膜(CK)，其中藍膜最短。12月1日，臭參幼苗的根長各處理均顯著短于白膜(CK)，紅膜處理的根長于其他處理，藍膜處理的根最短；在11月2日、11月17日這2個時段，臭參幼苗的根直徑在藍膜處理下最長，但與白膜(CK)差異不顯著，其他處理均顯著短于白膜(CK)，黃膜和黑膜處理的根直徑較短。12月1日，臭參幼苗的根直徑各處理均短于白膜(CK)，紅膜處理長于其他處理，黑膜處理的根直徑最短；總體來看，白膜(CK)處理的根長和直徑均保持持續(xù)增長，可見白膜(CK)處理有利于臭參幼苗根的生長。藍膜處理的根直徑達到了最長，但在生長后期根長一直顯著短于其他處理，說明藍膜處理有利于臭參幼苗根的增粗，但會抑制根增長。

圖2 不同光質對幼苗根生長動態(tài)的影響

2.3 光質對臭參幼苗光合色素的影響

由圖3可以看出，紅膜處理的臭參幼苗葉片的葉綠素a、葉綠素b、總葉綠素和類胡羅卜素含量最高，其次是黃膜，紅膜和黃膜葉綠素a、葉綠素b和總葉綠素含量與白膜(CK)差異顯著，類胡羅卜素含量與白膜(CK)差異不顯著。藍膜處理下各含量與白膜(CK)差異均不顯著。綠膜和黑膜處理下各含量均較低，綠膜處理的葉綠素a、葉綠素b和總葉綠素含量最低，顯著低于白膜(CK)，黑膜處理下類胡羅卜素含量最低，與白膜(CK)差異顯著。試驗結果顯示，紅膜、黃膜和綠膜對臭參幼苗葉片的色素含量影響較大，紅膜和黃膜有利于臭參幼苗光合色素含量的積累，而綠膜則抑制葉綠素含量積累。

圖3 不同光質對色素含量的影響

2.4 光質對臭參幼苗葉片光合參數的影響

由圖4可以看出，在紅膜處理下，臭參幼苗的凈光合速率(Pn)最高，其次是黃膜，紅膜、黃膜與白膜(CK)和其他處理差異顯著，綠膜和黑膜Pn也高于白膜(CK)，黑膜與白膜(CK)差異顯著，綠膜與白膜(CK)差異不顯著，藍膜處理下Pn最低，但與白膜(CK)差異不顯著；胞間二氧化碳濃度(Ci) 各處理間差異不顯著而均顯著低于白膜(CK)；氣孔導度(Gs)和蒸騰速率(Tr)各處理均高于白膜(CK)，與白膜(CK)差異顯著，其中紅膜處理下Gs和Tr最高，綠膜處理最低。由此可以看出，黃膜和紅膜能提高臭參幼苗的光合能力，有利于幼苗有機物的積累。

圖4 不同光質對光合參數的影響

2.5 光質對臭參幼苗葉片葉綠素熒光參數的影響

由表1可以看出，Fv/Fm在黃膜、綠膜、藍膜和黑膜處理下與白膜(CK)差異不顯著，紅膜處理的Fv/Fm最低，與白膜(CK)差異顯著；黃膜處理的Fv/Fo最高，與白膜(CK)差異顯著，其他各處理均與白膜(CK)差異不顯著，其中紅膜處理Fv/Fo最低。紅膜處理的Fv/Fm、Fv/Fo最低表明紅膜對臭參幼苗產生了光脅迫，降低了幼苗的潛在光化學活性；Y(Ⅱ)在黃膜處理下最高，與白膜(CK)和其他處理間差異顯著，綠膜、紅膜和藍膜處理的Y(Ⅱ)與白膜(CK)差異不顯著，黑膜的Y(Ⅱ)最低，與白膜(CK)差異顯著；qP在白膜(CK)、黃膜、綠膜、紅膜、藍膜處理間差異不顯著，黑膜下qP最低與白膜(CK)差異顯著；NPQ在綠膜處理下最高，其次是藍膜，綠膜和藍膜與白膜(CK)差異顯著，其他處理與白膜(CK)差異不顯著；黃膜處理下ETR最高，與白膜(CK)和其他處理差異極顯著，綠膜、紅膜和藍膜處理與白膜(CK)差異不顯著，黑膜處理的ETR顯著低于白膜(CK)。黃膜的Fv/Fo、Y(Ⅱ)和ETR最高，表明黃膜能夠提高臭參幼苗的光能轉化效率。黑膜下臭參幼苗的qP、Y(Ⅱ)和ETR均最低，說明黑膜會抑制臭參幼苗進行光合作用。

表1 不同處理對葉綠素熒光參數的影響

3 討 論

光質作為影響植物生長發(fā)育的光環(huán)境因子之一，對植物形態(tài)建成和生長發(fā)育有著重要的影響，當光質發(fā)生變化時植物能通過光受體感受光質的變化，這些光受體通過激發(fā)信號傳遞途徑來改變植株發(fā)育的形態(tài)建成[11]。通過試驗以白膜為對照分析了黃膜、綠膜、紅膜、藍膜和黑膜對臭參幼苗生長的影響，結果顯示黃膜能較快的促進臭參幼苗株高增長，紅膜和綠膜也有一定的促進作用，而藍膜和黑膜處理的臭參幼苗植株一直較矮，特別是在藍膜處理下，幼苗生長緩慢，羅美佳、張瑞華、陳茵等[10,12-13]研究也有相同結果。藍膜處理對幼苗株高生長產生抑制作用，這可能是藍光提高了IAA氧化酶活性從而降低了 IAA含量，進而影響臭參幼苗株高的增長[14]。白膜處理的臭參幼苗的根最長、根直徑最大，可能是全波段的光最利于臭參幼苗根的生長，在藍膜處理下幼苗的根直徑達到最大而根卻最短，可能是藍膜抑制了根長度的增加從而促進根直徑的生長。

光是影響葉綠素形成的主要因素，可見各種波長的光都能促進葉綠素形成。研究結果顯示，臭參幼苗葉綠素含量在紅膜處理下最高，說明紅膜有利于臭參幼苗葉片葉綠素含量的積累，韓敏琪等[15]對三葉崖爬藤光合特性研究也有相同結果。在綠膜處理下臭參幼苗的葉綠素含量最低，這可能是葉綠素吸收光譜的最強吸收區(qū)是在640～660 nm的紅光和430～450 nm的藍紫光2個部分，而綠膜透過的光譜中這兩個吸收區(qū)的光含量較低。植物在黑暗中生長都不能合成葉綠素，所以臭參在黑膜處理下葉綠素含量顯著低于白膜。也有研究表明，綠膜能顯著促進三七幼苗葉綠素相對含量的積累，紅藍復合光及藍光處理顯著提高了黃秋葵幼苗葉片光合色素的含量[10,16]，這表明可見光中各波段的光對促進葉綠素形成的影響效果不同。

光合色素是綠色植物光合作用的基礎，對光能的吸收和利用起著重要作用，特別是葉綠素，其含量的高低直接影響葉片的光合效率[17]。臭參幼苗在紅膜和黃膜處理下凈光合速率較高，這與紅膜和黃膜處理的幼苗葉綠素含量高相關，綠膜下葉綠素含量較低，凈光合速率也低于其他處理，說明臭參幼苗的光合原初反應能力受葉綠素含量影響。凈光合速率也受氣孔和非氣孔因素影響，若凈光合速率下降，胞間二氧化碳濃度下降，氣孔導度升高，凈光合速率降低則是由氣孔因素導致的，若胞間二氧化碳升高，氣孔導度降低，則是非氣孔因素導致凈光合速率降低， 試驗中顯示白膜處理的臭參幼苗胞間二氧化碳濃度最高，氣孔導度和蒸騰速率最低，說明白膜下凈光合速率較低是由非氣孔因素導致。

不同光質處理對臭參幼苗葉片葉綠素熒光參數有不同的影響。Fv/Fm表示PSII的最大光能轉化效率，除受脅迫作用一般比較恒定[18]，Fv/Fo表示PSII潛在光化學活性[19]，紅膜處理下臭參幼苗的Fv/Fm最低，其他處理對Fv/Fm影響不顯著，紅膜處理下臭參的Fv/Fo下降顯著，這是可能是紅膜處理對臭參幼苗葉片產生了一定的脅迫作用，對臭參幼苗產生了光抑制，影響PSII潛在光化學活性。黃膜處理下臭參幼苗的Fv/Fo、PSII的實際量子產量Y(Ⅱ)[20]和電子傳遞速率(ETR)[21]均較高，說明黃膜能提高臭參幼苗的潛在光化學活性，促進其實際光合能力，加快電子傳遞速率，許莉等[22]研究光質對葉用萵苣光合作用及葉綠素熒光的影響也有相同結果。NPQ表示由熱耗散引起的熒光猝滅稱之為非光化學猝滅[23]，綠膜處理下臭參幼苗的NPQ增高顯著，而Y(Ⅱ)和ETR均較低，這可能是綠膜下臭參幼苗將光能以熱能的形式耗散。qP反映光合活性的高低[24]，藍膜和黑膜處理下qP較低，說明藍膜和黑膜抑制臭參幼苗的光合活性，特別是黑膜處理，臭參幼苗的電子傳遞速率和量子產量極顯著地低于白膜，說明臭參同其他植物一樣，不適合長時間在黑暗條件下生長。

4 結 論

不同光質對臭參幼苗生長和光合特性影響不同，黃色農膜提供的光質能促進臭參幼苗株高生長，促進葉片葉綠素含量的積累，能提高幼苗的凈光合速率和光能利用率；白膜最利于臭參幼苗根的生長，但對幼苗的光合作用促進效果低于黃膜和紅膜；紅膜對根增長的促進作用高于黃膜、綠膜、藍膜和黑膜。總體看來，黃膜處理提供的光質最利于臭參幼苗的生長和光合作用的進行，在臭參苗期可以采用黃色農膜覆蓋來調控光質促進臭參幼苗的生長。