光質(zhì)對松樹生長及生理特性的影響

崔洪平

(1.重慶市萬州區(qū)恒合土家族鄉(xiāng)農(nóng)業(yè)服務(wù)中心,重慶 404026；2.重慶市萬州區(qū)恒合土家族鄉(xiāng)人民政府,重慶 404026)

1 引言

樟子松(Pinussylvestrisvar.mongolica)是松科松屬常綠喬木。具有較強的適應(yīng)性，是一種喜光、深根性強、耐寒性強的陽性樹種。長期以來，樟子松在生態(tài)、經(jīng)濟、木材加工等方面發(fā)揮重要的作用[1]。

光照是植物生長不可或缺的條件，不僅是植物物質(zhì)轉(zhuǎn)換的能量來源，還是植物生長過程中重要的調(diào)節(jié)信號[2]，影響植物各個生長環(huán)節(jié)，調(diào)節(jié)植物生長發(fā)育、光合作用以及生理代謝[3]。光質(zhì)是植物所受光照的光譜組成，植物通過光敏受體來感應(yīng)不同波長的光，因此植物對不同光譜波段的響應(yīng)不同[4]。研究表明，藍光可以促進幼苗莖粗和生物量增加，紅光容易引起幼苗徒長、比葉面積增大，調(diào)節(jié)紅藍光比例能夠改善植物生長狀況，促進植物物質(zhì)代謝和養(yǎng)分轉(zhuǎn)化[5]。馬肖靜等[6]研究表明，不同比例的紅藍光組合對番茄幼苗葉片中保護酶活性、可溶性蛋白、可溶性糖均有顯著增強作用，綜合比較，紅光∶藍光=5∶1對番茄幼苗生長最為有利。胡舉偉等[7]研究表明，紅光可促進桑樹幼苗的莖伸長和葉片展開，碳氮代謝能力降低，藍光抑制莖伸長和葉片展開，但是增加了光和速率和葉綠素含量。在紅光基礎(chǔ)上補充藍光對保持桑樹幼苗葉片光系統(tǒng)Ⅱ光化學(xué)活性效果較好。馬建研究表明[8]，峰值為436 nm的藍光對比傳統(tǒng)的全光譜熒光燈，能顯著提高生菜地上部鮮重9.9%，凈光合速率顯著提高9.6%，蒸騰速率顯著提高9.2%，葉綠素a和b總量提高8.9%，同時有利于類胡蘿卜素的積累。有關(guān)光質(zhì)影響植物生長代謝的大量試驗研究表明，但光質(zhì)影響樟子松生長的研究還未見報道，本試驗通過研究紅藍LED燈光參數(shù)配比對樟子松植株生長、光和參數(shù)以及生理指標的影響，探明樟子松幼苗生長的最適光環(huán)境，為光控技術(shù)在樟子松幼苗培育的應(yīng)用方面提供理論依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 材料與培養(yǎng)環(huán)境

試驗于2020年5月份進行，供試材料為1年生樟子松幼苗，選擇長勢一致、無病蟲害的植株，將幼苗移栽到直徑8 cm、高12 cm的裝有草炭土和蛭石的混合培養(yǎng)基質(zhì)培養(yǎng)盆中，每盆定植1株。放置在人工氣候室中，培養(yǎng)箱環(huán)境條件控制為：光周期14 h /10 h，白天溫度28±2 ℃，夜間溫度23±2 ℃，相對濕度60%～64%。

2.2 試驗設(shè)計

幼苗培養(yǎng)1個月后，挑選健壯、長勢一致的幼苗進行處理。以白光處理為對照，采用可調(diào)節(jié)LED燈進行光源設(shè)置，光質(zhì)處理分別為：單紅光(R)、單藍光(B)，紅/藍=8∶2(8R2B)、紅/藍=7∶3(7R3B)、紅/藍=5∶5(5R5B)、紅/藍=3∶7(3R7B)，使用OHSP-350P光譜照度計手持儀調(diào)整光通量子密度。每處理各15盆植株，3次重復(fù)。幼苗在不同光質(zhì)處理下培養(yǎng)30 d后進行各指標測定。

2.3 測定指標和方法

2.3.1 生長指標的測定

培養(yǎng)結(jié)束后，將每個處理選擇的五株幼苗，用水沖洗干凈，將幼苗分為葉、莖、根三部分。然后將幼苗針葉、莖、根裝入信封內(nèi)，在105 ℃下殺青30 min，于70 ℃供箱中烘干至恒重稱重。

2.3.2 光合色素的測定

參考李合生的方法，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(jù)公式計算葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素的濃度，并按公式計算葉綠體色素含量。

2.3.3 氣體交換參數(shù)用的測定

采用LI-6400 便攜式光合系統(tǒng)(美國，Li-Cor公司)，選取長勢一致的當(dāng)年生針葉，每次測定重復(fù)4次。測定光合速率(Pn)，蒸騰速率(Tr)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間 CO2濃度(Ci)。

2.4 數(shù)據(jù)分析

試驗中數(shù)據(jù)的整理采用Excel完成，并且運用SPSS 24.0軟件對數(shù)據(jù)進行方差分析和多重比較分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 光質(zhì)對樟子松生物量的影響

由表1可知，不同光質(zhì)對樟子松生物量有顯著的影響，其中葉片物質(zhì)量隨藍光比例的增加呈先升高后降低的趨勢，單紅光處理和CK差異不顯著，單藍光處理顯著低于CK，在紅光和藍光比例為7∶3時，葉片物生物量最大。莖干生物量早單紅光和單藍光處下均顯著低于CK，紅光和藍光比例為7∶3和5∶5時，生物量顯著高于CK，紅光和藍光比例為7∶3處理的莖干生物量最大。根系生物量單紅光處理顯著高于CK，單藍光處理顯著低于CK，隨藍光比例的增加呈先增加后降低的趨勢，在紅光和藍光比例為7∶3處理的根系生物量最大。

表1 不同光質(zhì)下樟子松生物量 g

2.2 光質(zhì)對樟子松光合色素的影響

由表2可知，光質(zhì)顯著影響樟子松葉綠素含量，其中葉綠素a含量單紅光處理顯著低于CK，單藍光處理顯著高于CK，隨著藍光比例的增加，葉綠素a含量呈先升高后降低的趨勢，在紅光和藍光比例為7∶3處理時達到最大值。葉綠素b含量單紅光處理和CK差異不顯著，單藍光處理顯著高于CK，在紅光和藍光比例為8∶2處理時達到最大值。葉綠素a+b含量變化趨勢和葉綠素a相似，在紅光和藍光比例為7∶3處理時達到最大值。類胡蘿卜素單紅光和單藍光處理均和CK沒有顯著差異，隨著藍光比例的增加，呈先升高后降低的趨勢，在紅光和藍光比例為7∶3處理時達到最大值。

表2 不同光質(zhì)下樟子松光合色素 mg/g

3.3 光質(zhì)對樟子松光合參數(shù)的影響

由表3可知，不同光質(zhì)顯著影響樟子松光合參數(shù)，凈光合速率在單紅光處理和CK沒有顯著差異，單藍光處理顯著高于CK，隨著藍光比例的增加，呈先升高后降低的趨勢，在紅光和藍光比例為7∶3處理時達到最大值，其他處理和CK沒有顯著差異。氣孔導(dǎo)度在單紅光和單藍光處理時均顯著低于CK，隨著藍光比例的增加，呈先升高后降低的趨勢，在紅光和藍光比例為7∶3處理時達到最大值，紅光比例為5∶5和3∶7時均顯著低于CK。胞間二氧化碳濃度在單紅光和單藍光處理時均顯著低于CK，紅光和藍光比例為8∶2和7∶3處理時顯著高于CK。蒸騰速率在單紅光處理和CK沒有顯著差異，單藍光處理顯著高于CK，隨著藍光比例的增加，呈先升高后降低的趨勢，在紅光和藍光比例為8∶2處理時達到最大值，除單紅光處理外，其他處理均顯著高于CK。

表3 不同光質(zhì)下樟子松光合參數(shù)

4 討論

光質(zhì)作為影響植物生長發(fā)育的光環(huán)境因子之一[9]，對植物形態(tài)建成和生長發(fā)育有著重要的影響，當(dāng)光質(zhì)發(fā)生變化時植物能通過光受體感受光質(zhì)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[10]，進而調(diào)節(jié)植物自身的生長發(fā)育、光合作用、生理代謝[11]，研究表明，藍光對幼苗株高生長產(chǎn)生抑制作用[12]，本研究表明，紅光處理下葉片和根系的生物量高于對照，但藍光處理下生物量顯著低于對照，可能是藍光提高了IAA氧化酶活性從而降低了IAA含量，進而影響樟子松幼苗生長。當(dāng)紅光和藍光比例為7∶3處理的生物量最大，可能是在藍光和紅光協(xié)同作用下促進植株生長和物質(zhì)積累。

光合色素是綠色植物光合作用的基礎(chǔ)，對光能的吸收和利用起著重要作用，特別是對葉綠素的影響，其含量的高低直接影響葉片的光合效率[13]。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[14]。光合色素含量則在一定程度上決定光合速率[15]。本研究結(jié)果表明，光質(zhì)顯著影響樟子松光合色素含量，其中在紅光和藍光比例為7∶3時，葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素含量最高，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，凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間二氧化碳濃度和蒸騰速率隨藍光比例的增加，呈先升高后降低的趨勢，在紅光和藍光比例為7∶3處理時達到最大值。綜合比較，在紅光和藍光比例為7∶3處理的生物量最大，葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素含量最高，光合速率達到最大值。因此，紅藍7∶3時植株生長健壯，樟子松植株的干物質(zhì)積累量大，光合效率較高，可以作為人工栽培光源的有效參數(shù)。