LED光質(zhì)對(duì)走馬胎生長(zhǎng)和生理及活性成分含量的影響

李 坤，毛 純，劉 軍，吳芳蘭，楊 梅*

(1 廣西大學(xué) 林學(xué)院，南寧 530004； 2 廣西國(guó)有七坡林場(chǎng)，南寧 530225)

光是植物進(jìn)行光合作用的直接能量來(lái)源，是調(diào)節(jié)生命活動(dòng)的基礎(chǔ)，不同波長(zhǎng)的光通過(guò)與相關(guān)受體發(fā)生作用而引起植物的生理生化變化，對(duì)植物的生長(zhǎng)[1]、代謝[2]、光形態(tài)建成[3]等方面產(chǎn)生巨大影響。由于溫室效應(yīng)、洪水以及霧霾等極端天氣的影響，室內(nèi)補(bǔ)光試驗(yàn)及其推廣應(yīng)用逐漸成為研究熱點(diǎn)，LED 作為高性?xún)r(jià)比且安全環(huán)保的半導(dǎo)體材料，具有光源可控、壽命長(zhǎng)、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，為解決這一難題提供重要保障[4]。次生代謝物是植物在長(zhǎng)期演化過(guò)程中與環(huán)境相互作用的結(jié)果，適合的處理?xiàng)l件能夠誘導(dǎo)植物次生代謝過(guò)程，提高活性成分含量，通過(guò)改變光質(zhì)環(huán)境來(lái)調(diào)控植物次生代謝物的合成逐漸成為一種有效且安全的手段[5-6]，如藍(lán)光促進(jìn)靈芝[7]菌絲體內(nèi)總?cè)频姆e累，提高滇重樓[8]的總皂苷含量，綠光則起抑制作用；紅光顯著降低黃芪[9]中黃酮和甲苷含量及單株產(chǎn)量；在竹葉蘭[10]中，紅光∶藍(lán)光(R∶B)為1∶3處理的花色苷、總酚和類(lèi)黃酮含量均為最高。由此可見(jiàn)，不同植物對(duì)光質(zhì)的響應(yīng)不同，其次生代謝物的合成途徑和機(jī)制也有所變化，研究這種響應(yīng)及其變化規(guī)律可為生產(chǎn)實(shí)踐提供科學(xué)依據(jù)。

走馬胎(Ardisiagigantifolia)，又叫走馬風(fēng)、馬胎等，主要分布于中國(guó)廣西、廣東、貴州和四川等地，屬于紫金牛科(Myrsinaceae)紫金牛屬植物，其味苦、偏辛，具有祛風(fēng)除濕、化瘀消腫的作用，可用于治療跌打損傷、風(fēng)濕病和小兒麻痹等疾病，兩廣民間甚至流傳著“兩腳邁不開(kāi)，不離走馬胎”的俗語(yǔ)，其主要活性物質(zhì)皂苷更是具有抗癌功效[11]。走馬胎是林下經(jīng)濟(jì)栽培模式的藥用植物之一，其偏陰，多生于潮濕低溫的地方，研究發(fā)現(xiàn)光照強(qiáng)度是走馬胎生長(zhǎng)發(fā)育的主要控制因子之一，20.2%的透光度(光照強(qiáng)度為82.26 μmol·m-2·s-1)能顯著提高走馬胎的生物量和光合作用[12]，而30%～40%的透光度更有利于走馬胎莖葉皂苷的積累[13]。近年來(lái)，走馬胎的藥用價(jià)值倍受關(guān)注，遭到過(guò)度開(kāi)采，從桂北的貓兒山到桂西南的靖西、那坡等地，天然生長(zhǎng)的走馬胎種群數(shù)量急劇下降[14]，野生資源遭到毀滅性破壞，幾乎瀕臨枯竭，對(duì)走馬胎的保護(hù)及人工培育技術(shù)研究迫在眉睫。目前，科研工作者對(duì)走馬胎的研究主要集中在抗癌機(jī)理[15-16]、離體培養(yǎng)與快繁技術(shù)[17]等方面，本研究利用不同光質(zhì)及其配比模擬實(shí)驗(yàn)，探索不同光質(zhì)對(duì)走馬胎苗木品質(zhì)及皂苷產(chǎn)量的影響規(guī)律，為提升走馬胎的人工繁殖技術(shù)以及提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于廣西大學(xué)林學(xué)院試驗(yàn)基地苗圃大棚內(nèi)(22°48′N(xiāo)，108°22′E)，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，光照充足，降水豐沛，年均氣溫20.9～21.9 ℃，年均降雨量1 013～1 505 mm，且降雨多集中在5～9 月。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為1年生走馬胎幼苗(苗高8.38±0.57 cm，地徑4.14±0.15 mm)，育苗杯規(guī)格為9 cm(下底直徑)×14.5 cm(上底直徑)×13 cm(高)，育苗基質(zhì)為黃心土∶泥炭土∶椰糠=5∶3∶2，基質(zhì)pH為6.27，有機(jī)質(zhì)含量27.12 g/kg，全氮、全磷、全鉀含量分別為2.02 g/kg、0.73 g/kg、8.84 g/kg。走馬胎幼苗來(lái)源于廣西玉林市南藥康園苗圃基地(22°66′N(xiāo)，110°24′E)，生長(zhǎng)一致，無(wú)病蟲(chóng)害。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)采用完全隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，每個(gè)處理3次重復(fù)，每重復(fù)10株走馬胎幼苗；試驗(yàn)共設(shè)置8種光質(zhì)處理(表1)，分別為紅光(R)、藍(lán)光(B)、R∶B=2∶1(R2B1)、R∶B=4∶1(R4B1)、R∶B=6∶1(R6B1)、R∶B=8∶1(R8B1)、紫光(P)和綠光(G)，并以自然光為對(duì)照(CK)。每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)在距離地面0.9 m高處裝設(shè)2盞LED植物生長(zhǎng)燈(型號(hào)：T52835，生產(chǎn)單位：深圳偉信力光電有限公司)，燈的尺寸為1 200 mm×24 mm，燈珠按照不同顏色配比均勻交叉排布。試驗(yàn)時(shí)間從2019年4月至2019年12月。試驗(yàn)管理措施：光周期12 h，處理時(shí)間段為8:00～20:00；水分每日自動(dòng)噴灌2次，分別為9:00和18:00；每月每株幼苗施用等量氮∶磷∶鉀=15∶15∶15的復(fù)合肥。在試驗(yàn)過(guò)程中，試驗(yàn)材料及裝置均用黑色遮陰網(wǎng)遮蓋，防止外界自然光以及各光質(zhì)之間的干擾。試驗(yàn)所用LED燈的具體參數(shù)如表1所示，光照強(qiáng)度使用Apogee Instruments公司(美國(guó))生產(chǎn)的MQ-500手持式光量子測(cè)量?jī)x測(cè)定。2019年12月結(jié)束試驗(yàn)，測(cè)定植株的生長(zhǎng)和生理指標(biāo)。

1.4 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.4.1 生長(zhǎng)指標(biāo)苗高為植株地上部基部到頂芽的距離，使用卷尺測(cè)量；地徑為植株地上部基部直徑，使用游標(biāo)卡尺測(cè)量；用電子天平稱(chēng)量植物整株鮮重后，將鮮樣放入80 ℃恒溫烘箱烘干至恒重后稱(chēng)量干重。

1.4.2 葉綠素?zé)晒鈪?shù)每個(gè)重復(fù)選取3株長(zhǎng)勢(shì)一致、生長(zhǎng)健壯的走馬胎幼苗，于上午9:00～11:00選擇幼苗第二輪葉片，使用德國(guó)Walz公司PAM 2 000系列葉綠素?zé)晒鈨x測(cè)定其葉綠素?zé)晒鈪?shù)。在測(cè)定葉綠素?zé)晒鈪?shù)時(shí)，先將植物暗處理30 min，用弱光(0.05 μmol·m-2·s-1)測(cè)定初始熒光Fo，隨后用6 000 μmol·m-2·s-1的脈沖光測(cè)定最大熒光Fm，并計(jì)算其PSⅡ最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)值；隨后開(kāi)啟光化光，待熒光值穩(wěn)定3～5 min后，即可測(cè)定其實(shí)際光化學(xué)效率Y(Ⅱ)、光化學(xué)淬滅系數(shù)qP和非光化學(xué)淬滅系數(shù)NPQ。

表1 光質(zhì)處理及參數(shù)

1.4.3 生理指標(biāo)取1.4.2中相同幼苗頂芽下第二輪葉片測(cè)定葉綠素含量及抗逆生理生化指標(biāo)，葉綠素含量采用丙酮-乙醇混合液提取法測(cè)定[18]，丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸比色法測(cè)定[18]，過(guò)氧化物酶(POD)活性采用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定[18]，超氧化物歧化酶(SOD)活性采用NBT光還原法測(cè)定[19]，游離脯氨酸含量采用茚三酮顯色法測(cè)定[18]。

1.4.4 皂苷含量及單株產(chǎn)量(1)精準(zhǔn)稱(chēng)取齊墩果酸2 mg，加甲醇溶解并定容于10 mL容量瓶，搖勻，得濃度為200.0 μg/mL的齊墩果酸對(duì)照品溶液。(2)精準(zhǔn)吸取齊墩果酸對(duì)照品溶液0、0.1、0.2、0.3、0.35、0.4、0.45和0.5 mL，置10 mL具塞試管中，70 ℃水浴揮干溶劑；依次加入新配制的5%香草醛-冰醋酸溶液0.2 mL，高氯酸0.8 mL，混勻，密塞；于60 ℃水浴加熱15 min，取出，冰水浴2 min，加入冰醋酸5 mL，混勻，靜置1 h，測(cè)定其在540 nm時(shí)的吸光度，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)。(3)精準(zhǔn)稱(chēng)取走馬胎整株混合樣品1 g，加70%乙醇按料液比1∶20于室溫下超聲提取1 h，用70%乙醇補(bǔ)足減失的重量，過(guò)濾，濾液轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶，70%乙醇定容、搖勻；精密吸取溶液0.2 mL，按(2)中步驟進(jìn)行測(cè)定，對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)計(jì)算皂苷含量。(4)單株皂苷產(chǎn)量(mg/plant)=皂苷含量(mg/g)×單株干重(g/plant)。

1.5 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)整理用Excel 2010軟件，T檢驗(yàn)、單因素方差分析(One-Way ANOVA)和多重比較(Duncan)(α=0.05)SPSS 24.0軟件，用主成分分析方法對(duì)各處理進(jìn)行綜合排名，用Origin 2021b軟件完成制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同光質(zhì)對(duì)走馬胎幼苗生長(zhǎng)的影響

走馬胎幼苗苗高、地徑、鮮重、干重及高徑比在不同光質(zhì)處理間均存在顯著差異(表2)。走馬胎苗高在R、R2B1和R4B1處理下顯著高于CK，在R8B1和P處理下顯著低于CK，在其余處理下與CK無(wú)顯著差異；苗高以R處理最大(23.38 cm)，顯著高于除R2B1處理以外的其他處理，較CK顯著增長(zhǎng)了18.5%。地徑在R2B1、R4B1和R6B1處理下顯著高于CK，在R、P、G處理下均顯著低于CK，其余處理下與CK無(wú)顯著差異；其中R2B1處理最大，且與其余處理均差異顯著，較CK顯著提高了11.9%。走馬胎鮮重僅在R2B1處理下顯著高于CK，并達(dá)到最大值，且與除R和R4B1以外的處理差異顯著，較CK顯著提高了8.8%；在R8B1、P、G處理下均顯著低于CK，其余處理下與CK無(wú)顯著差異。走馬胎干重在B、R2B1、R4B1和R6B1處理下均顯著高于CK，在其余處理下均與CK無(wú)顯著差異，其中以R2B1處理最大，且與其余處理均差異顯著，較CK顯著提高了14.4%。走馬胎高徑比僅在R處理下顯著高于CK，增幅達(dá)到24.8%，在其余處理下均與CK無(wú)顯著差異。可見(jiàn)，紫光和綠光不利于走馬胎的生長(zhǎng)及生物量的積累，紅藍(lán)復(fù)合光更有利于走馬胎各器官均衡生長(zhǎng)，其中又以R2B1處理較佳。

2.2 不同光質(zhì)對(duì)走馬胎幼苗葉片光合色素含量的影響

如表3所示，走馬胎幼苗葉片葉綠素a含量在P、G處理下顯著低于CK，在其余處理下與CK均無(wú)顯著差異，并以R2B1處理最高，是CK的1.1倍；葉綠素b含量?jī)H在B處理下顯著高于CK，增幅達(dá)到29.1%，在R、P、G處理下均顯著低于CK，在其余處理下與CK無(wú)顯著差異；葉綠素a+b含量在B和R2B1處理下顯著高于CK，增幅分別達(dá)到13.9%和9.1%，在R4B1處理下與CK相近，在其余處理下顯著低于CK；葉綠素a、葉綠素b及葉綠素a+b含量均在G處理下最低，分別是CK的75.2%、67.4%和73.1%。類(lèi)胡蘿卜素含量在R和R2B1處理下顯著高于CK，增幅分別達(dá)到27.0%和13.5%，在B、R4B1、R6B1處理下均顯著低于CK，在其余處理下與CK無(wú)顯著差異。葉綠素a/b值在各處理下均與對(duì)照無(wú)顯著差異?？梢?jiàn)，藍(lán)光能顯著提高走馬胎幼苗葉片葉綠素含量，特別是葉綠素b含量，且有隨著紅藍(lán)復(fù)合光中藍(lán)光比例的降低而降低的趨勢(shì)，而綠光和紫光均能顯著降低葉綠素含量。

表2 不同光質(zhì)下走馬胎幼苗生長(zhǎng)狀況

表3 不同光質(zhì)下走馬胎幼苗葉片光合色素含量的變化

2.3 不同光質(zhì)對(duì)走馬胎幼苗葉片抗逆生理指標(biāo)的影響

走馬胎幼苗葉片MDA含量在R2B1和R4B1處理下顯著低于CK，并以R4B1最低(1.63 μmol/g)，而在G、P單色光處理下顯著大于CK，在其他處理下與CK均無(wú)顯著差異(圖1，Ⅰ)，說(shuō)明紫色和綠色單色光處理顯著提高了走馬胎葉片的MDA含量，其生長(zhǎng)受到了嚴(yán)重過(guò)氧化傷害。走馬胎幼苗葉片的游離脯氨酸含量以G處理最高(140.35 μg/g)，是CK的1.22倍，且與其他處理均差異顯著；而在R2B1和R6B1處理下顯著低于CK，并以R6B1處理最低(87.73 μg/g)，僅為CK的76.5%；其余處理與對(duì)照均無(wú)顯著差異(圖1，Ⅱ)。走馬胎幼苗葉片SOD活性變化范圍是104.28～185.39 U/g，在B、R2B1、R4B1和R6B1處理下顯著高于CK，在R、P、G處理下顯著低于對(duì)照，并且以B處理最高，是CK的1.21倍，G處理最低，最高與最低處理相差81.11 U/g(圖1，Ⅲ)；走馬胎幼苗葉片POD活性變化范圍為370.74～562.44 U/g，在B、R2B1處理下顯著高于對(duì)照，在R、R4B1、P、G處理下顯著低于對(duì)照，并以R2B1處理最高，較CK顯著提高了19.6%，且顯著高于其他處理，而G處理最低，最高與最低處理相差191.70 U/g(圖1，Ⅳ)；G處理幼苗葉片的SOD和POD活性均顯著低于CK及紅藍(lán)復(fù)合光處理。

2.4 不同光質(zhì)對(duì)走馬胎幼苗葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

如表4所示，走馬胎幼苗葉片最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)在單色光R、P、G處理下均顯著低于對(duì)照，降幅在6.7%～8.8%之間，在其余處理下均與對(duì)照無(wú)顯著差異，并以R2B1處理最高，G處理最低；葉片實(shí)際光化學(xué)效率Y(Ⅱ)在R2B1和R4B1處理下顯著高于對(duì)照，增幅分別為 13.3%和12.7%，在R、R8B1、P、G處理下均顯著低于對(duì)照，降幅在12.7%～26.9%之間，并以P處理最低；葉片非光化學(xué)淬滅系數(shù)(NPQ)在R8B1和G處理下顯著高于對(duì)照，增幅分別為12.9%和10.1%，而在R2B1和R4B1處理下顯著低于對(duì)照，降幅分別為 7.7%和10.2%，在其余處理下與對(duì)照無(wú)顯著差異；葉片光化學(xué)淬滅系數(shù)(qP)在B、R2B1和R4B1處理下顯著高于對(duì)照，增幅在13.4%～16.2%之間，在R、R8B1、P、G處理下均顯著低于對(duì)照，降幅在19.5%～35.3%之間，并以B處理最大，G處理最低。在單色光處理下，除NPQ外，P處理和G處理之間各參數(shù)差異不顯著，但均顯著低于CK和B處理；在紅藍(lán)復(fù)合光處理下，隨著藍(lán)光比例的降低，F(xiàn)v/Fm、Y(Ⅱ)和qP表現(xiàn)出逐漸降低的趨勢(shì)，而NPQ則有逐漸上升趨勢(shì)。

2.5 不同光質(zhì)對(duì)走馬胎皂苷含量及產(chǎn)量的影響

走馬胎皂苷含量在B、R2B1和R4B1處理下顯著高于對(duì)照，在R、R8B1、G處理后顯著低于對(duì)照，其余處理與對(duì)照無(wú)顯著差異；B和R2B1處理皂苷含量(分別為34.53 和34.19 mg/g)顯著高于其他處理，而兩者間無(wú)顯著差異；而R和R8B1處理的含量?jī)H為B處理的57.0%～59.8%，為R2B1處理的57.5%～60.4%(圖2，Ⅰ)。走馬胎單株皂苷產(chǎn)量(圖2，Ⅱ)在不同光質(zhì)處理下存在顯著差異，與皂苷含量的表現(xiàn)相似，單株皂苷產(chǎn)量在B、R2B1和R4B1處理下顯著高于對(duì)照，在R6B1處理下與對(duì)照相近，在其余處理下顯著低于對(duì)照；R2B1處理的單株皂苷產(chǎn)量最高(276.68 mg)，較CK顯著增長(zhǎng)了48.9%，藍(lán)光B處理次之，較CK顯著增長(zhǎng)了41.4%?？梢?jiàn)，走馬胎皂苷含量和單株產(chǎn)量在單色紅光、紫光、綠光處理下明顯降低；藍(lán)光有利于皂苷的積累，在紅藍(lán)復(fù)合光處理下，隨著藍(lán)光比例的減少而呈逐漸降低的趨勢(shì)。

2.6 不同光質(zhì)對(duì)走馬胎幼苗影響的主成分分析

對(duì)不同光質(zhì)處理下各指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，基于特征值大于 1，共提取了3個(gè)主成分，結(jié)果(表5)顯示，其方差貢獻(xiàn)率分別為61.554%、14.218%和6.568%，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)82.340%，表明這3個(gè)成分可解釋不同光質(zhì)處理下走馬胎生長(zhǎng)及生理指標(biāo)82.340%的變異度。其中，第一主成分包括qP、Y(Ⅱ)、葉綠素含量、Fv/Fm、皂苷含量以及單株皂苷產(chǎn)量等，主要反映走馬胎光合生理功能；第二主成分包括苗高和高徑比等，主要反映走馬胎營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)情況；第三主成分主要包括MDA和游離脯氨酸，主要反映走馬胎抗氧化系統(tǒng)強(qiáng)弱。同時(shí)，由表6可知，不同光質(zhì)處理對(duì)走馬胎生長(zhǎng)、生理及葉綠素?zé)晒獾挠绊懢C合得分排名以R2B1處理最高(1.33)，B(0.74)和R4B1(0.64)處理次之，CK居中(0.11)，而以G處理(-1.03)最低。

表4 不同光質(zhì)下走馬胎葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)

表5 不同處理下各項(xiàng)指標(biāo)的主成分分析

表6 不同光質(zhì)處理的主成分綜合得分

3 討 論

3.1 走馬胎生長(zhǎng)指標(biāo)對(duì)不同光質(zhì)的響應(yīng)特征

光質(zhì)是影響植物生長(zhǎng)發(fā)育的重要因子，植物通過(guò)光受體感受和傳遞光環(huán)境的信號(hào)變化，并調(diào)控相關(guān)基因在細(xì)胞和分子水平上的表達(dá)，從而影響生長(zhǎng)和代謝的各個(gè)環(huán)節(jié)[20-21]。目前，已知的光受體主要包括光敏色素、隱花色素、向光色素和UV-B受體[22]，其中光敏色素主要感受紅光和遠(yuǎn)紅光并參與調(diào)控幼苗生長(zhǎng)、光合系統(tǒng)的建立、避蔭作用以及逆境生理反應(yīng)等過(guò)程[23-24]；隱花色素和向光色素主要感受藍(lán)紫光并調(diào)控莖稈生長(zhǎng)、葉綠體發(fā)育以及激素的合成和運(yùn)輸?shù)确矫鎇25-26]。在本研究中，紅光處理下走馬胎幼苗的苗高最高，但地徑和生物量積累較低，可能是紅光導(dǎo)致走馬胎徒長(zhǎng)，高徑比顯著增大，不利于水分和物質(zhì)運(yùn)輸；在紅藍(lán)復(fù)合光處理下，隨著藍(lán)光比例的增大，走馬胎幼苗地徑、鮮重和干重均呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢(shì)，且顯著大于單色紅光和藍(lán)光。由此可見(jiàn)，紅光比例過(guò)高對(duì)走馬胎的生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制作用，而在紅光中補(bǔ)充適量藍(lán)光則具有顯著的促進(jìn)效果，在觀(guān)光木中也存在生長(zhǎng)隨藍(lán)光比例增大而加快的現(xiàn)象，這可能與藍(lán)光受體蛋白調(diào)控作用有關(guān)[27]，也與植物本身特性和起源等因素密不可分[28]。

3.2 走馬胎葉綠素含量和熒光參數(shù)對(duì)不同光質(zhì)的響應(yīng)特征

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)，光受體可以感應(yīng)不同光質(zhì)產(chǎn)生的光信號(hào)，并通過(guò)下游的光信號(hào)調(diào)節(jié)因子HY5調(diào)控葉綠素和類(lèi)胡蘿卜素的合成，從而影響植物的光合作用過(guò)程[29-30]。藍(lán)光是植物調(diào)節(jié)葉綠素合成的關(guān)鍵所在，在葉綠素的生物合成過(guò)程中，其關(guān)鍵酶谷氨酸-1-半醛轉(zhuǎn)氨酶的編碼基因僅由藍(lán)光調(diào)節(jié)，而紅光會(huì)減少葉綠素生物合成的前體物質(zhì)[31-32]。類(lèi)胡蘿卜素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，也是植物體內(nèi)的非酶類(lèi)抗氧化劑，參與植物非光化學(xué)淬滅過(guò)程，保護(hù)其在高溫、強(qiáng)光下免受破壞[33-34]。本研究發(fā)現(xiàn)，走馬胎葉片中葉綠素及類(lèi)胡蘿卜素含量在藍(lán)光及含藍(lán)光比例較高的R2B1處理下顯著提高，而在紅光、紫光和綠光處理下含量較低，可見(jiàn)，藍(lán)光有利于保護(hù)走馬胎光合器官的功能穩(wěn)定性，而其余單色光卻不利于光保護(hù)機(jī)制的形成。同樣，葉綠素?zé)晒鈪?shù)也可用于研究環(huán)境變化對(duì)光系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響，過(guò)量的光吸收對(duì)植物葉綠體存在潛在傷害，降低光合速率，發(fā)生光抑制現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為光合結(jié)構(gòu)的破壞和熱耗散的增加，從而導(dǎo)致熒光產(chǎn)額與電子傳遞活性的大幅度下降，并在此過(guò)程中生成如活性氧等中間產(chǎn)物，對(duì)植物細(xì)胞膜系統(tǒng)造成嚴(yán)重傷害[35]。在本研究中，藍(lán)光顯著提高走馬胎幼苗的Fv/Fm、Y(Ⅱ)和qP值，表明藍(lán)光有利于提高走馬胎幼苗PSⅡ反應(yīng)中心的電子傳遞效率，減少熱消耗，提高光能利用率；在紅藍(lán)復(fù)合光處理中，隨著紅光比例的增大，葉片F(xiàn)v/Fm和Y(Ⅱ)值逐漸減小，NPQ值逐漸增加，表明增加紅光比例導(dǎo)致光能利用率逐漸降低，光能多以熱能的形式耗散，但相比之下，綠光、紅光和紫光的光抑制和膜系統(tǒng)破壞程度更嚴(yán)重。

3.3 走馬胎抗逆生理指標(biāo)對(duì)不同光質(zhì)的響應(yīng)特征

在植物光合作用、呼吸作用、電子傳遞等生命活動(dòng)過(guò)程中，常伴隨著活性氧(ROS)的生成與清除。當(dāng)植物遭受環(huán)境脅迫時(shí)，ROS大量產(chǎn)生，MDA含量上升，細(xì)胞膜透性增大，加速植物衰老甚至死亡[36]。但是，植物在長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中，同樣演變出一套有效的ROS清除體系，該體系中的酶促系統(tǒng)主要以SOD作為第一道防線(xiàn)，將ROS快速歧化為H2O2，再通過(guò)POD等酶的作用分解成水，從而有效保護(hù)細(xì)胞和機(jī)體[37]。此外，游離脯氨酸作為植物體內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，可以調(diào)節(jié)細(xì)胞液的濃度來(lái)維持滲透壓和細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，同樣可以防止ROS對(duì)膜脂和蛋白質(zhì)的過(guò)氧化作用[38]。本研究中，在紫光和綠光誘導(dǎo)下，走馬胎幼苗葉片MDA含量顯著上升，加重葉片膜脂過(guò)氧化程度，而SOD、POD活性的顯著降低更加快活性氧的積累，導(dǎo)致葉綠素降解，降低光合作用、呼吸作用和其他代謝過(guò)程，這解釋了為什么在紫光和綠光處理下走馬胎生長(zhǎng)指標(biāo)均較差。相反，在藍(lán)光比例較大的紅藍(lán)復(fù)合光處理下，激活了植物體內(nèi)的酶促抗氧化系統(tǒng)，走馬胎幼苗葉片SOD和POD活性顯著上升，MDA含量顯著降低，膜質(zhì)和蛋白質(zhì)受到的傷害減小。值得注意的是，在光化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生活性氧族分子，若無(wú)法及時(shí)平衡植物體內(nèi)活性氧含量，會(huì)嚴(yán)重影響電子傳遞速率以及光能利用率[39]，這也可能是本研究中R2B1處理下電子傳遞速率顯著上升的原因。

3.4 走馬胎皂苷含量及其產(chǎn)量對(duì)不同光質(zhì)處理的響應(yīng)特征

皂苷是走馬胎重要的次生代謝物，不僅參與植物的通訊、防御和感覺(jué)調(diào)控[40]，而且對(duì)癌細(xì)胞具有較強(qiáng)的抑制作用[41]。適宜光質(zhì)處理不僅提高幼苗營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)能力，還促進(jìn)其次生代謝物的積累[28, 42]。本研究中，走馬胎皂苷含量以藍(lán)光處理最高，R2B1處理次之，兩者均顯著高于對(duì)照，但R和R8B1處理則顯著降低；走馬胎單株皂苷產(chǎn)量以R2B1處理最高，藍(lán)光次之，分別較CK顯著提高了48.9%和41.4%，而紅光和R8B1處理的產(chǎn)量均較低，這表明藍(lán)光對(duì)走馬胎皂苷合成具有顯著促進(jìn)作用，而紅光存在不同程度的抑制作用。已有研究發(fā)現(xiàn)，皂苷含量與植物活性氧自由基的清除具有顯著的相關(guān)性，七葉一枝花皂苷含量與其CAT活性呈顯著正相關(guān)，而與SOD活性、POD活性和MDA含量間存在極顯著的負(fù)相關(guān)[43]；三七總皂苷可抑制ROS和MDA的產(chǎn)生，并顯著提高SOD、CAT活性[44]。本研究中R2B1處理顯著提高走馬胎皂苷含量，其SOD和POD活性同樣最高，在一定程度上抑制了ROS和MDA的生成，更有利于走馬胎健康穩(wěn)定的發(fā)育。

綜上所述，不同 LED 光質(zhì)對(duì)走馬胎幼苗的生長(zhǎng)和有效成分的積累產(chǎn)生顯著影響。單色紅光和過(guò)高的紅光比例會(huì)對(duì)走馬胎生長(zhǎng)造成一定的脅迫作用，導(dǎo)致MDA含量增加，抗氧化酶活性降低，不利于走馬胎的生長(zhǎng)發(fā)育；在紅光基礎(chǔ)上增加適當(dāng)比例藍(lán)光更有利于走馬胎光合色素的合成、抗氧化系統(tǒng)的協(xié)調(diào)以及葉綠素?zé)晒鈪?shù)的穩(wěn)定，從而促進(jìn)走馬胎健康穩(wěn)定的生長(zhǎng)，提高活性成分含量。綜合所有形態(tài)指標(biāo)和生理指標(biāo)測(cè)定結(jié)果，R2B1、B和R4B13個(gè)處理均顯著優(yōu)于CK，其中R2B1處理最有利于走馬胎生長(zhǎng)及活性成分積累，有效改善植株生長(zhǎng)狀況，提高走馬胎苗木品質(zhì)和藥材產(chǎn)量。