LED白橙光不同配比對滇重樓葉片光合特性和葉綠素熒光參數的影響

周文+梁社往+蔡虎銘+黃希+何忠俊

摘要：為探究LED白橙光不同配比對滇重樓葉片光合特性和熒光參數的影響，為闡明滇重樓光生物學特性及人工補光提供理論依據，以3年生滇重樓種苗為試驗材料，采用6 000 K白光（W）與波長620 nm的橙光（O）組成的組合光源，在總光強固定的情況下，設置6個光質配比處理，分別為W、W∶O/1∶2、W∶O/1∶4、W∶O/1∶6、W∶O/1∶8、O。結果表明：隨著橙光比例的增加，植株鮮重及凈光合速率表現為W∶O/1∶2>W∶O/1∶6>W∶O/1∶4>W∶O/1∶8>O，W處理與W∶O/1∶2處理值差異不顯著；葉綠素a、葉綠素b、Fv′/Fm′隨橙光比例的增加總體呈下降趨勢，類胡蘿卜素呈先升后降的趨勢，PSⅡ及qP值變化規律不明顯；O處理明顯降低植株色素積累及光合速率。綜合分析得知，處理W∶O/1∶2比例的橙光補光有利于滇重樓葉片色素積累及Fv′/Fm′、PSⅡ及qP值提高，有利于有機物的積累。

關鍵詞：滇重樓；LED；白橙光配比；光合特性；熒光參數

中圖分類號：S567.23+9文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2017）11-0052-04

Effects of Different Ratios of White and Orange

LED Light on Photosynthetic Characteristics and Chlorophyll

Fluorescence Parameters of Paris polyphylla var. yunannensis Leaves

Zhou Wen1， Liang Shewang2， Cai Huming1， Huang Xi1， He Zhongjun1

（1. College of Resource and Environment， Yunnan Agricultural University ， Kunming 650000， China；

2. College of Agronomy and Biotechnology， Yunnan Agricultural University， Kunming 650000， China）

AbstractTo provide a theoretical basis for photobiological characteristics of Paris polyphylla var. yunannensis and artificial lighting， the effects of different ratios of white and orange LED light on photosynthetic characteristics and chlorophyll fluorescence parameters of P. polyphylla leaves were studied with 3-year-old seedlings as materials. The combined light source consisted of white light of 6 000 K（W） and orange light with wavelength of 620 nm（O）. Under the same fixed light intensity， 6 treatments including W， W∶O of 1∶2， W∶O of 1∶4， W∶O of 1∶6， W∶O of 1∶8 and O were designed. The results showed that with the increase of the proportion of orange light， the fresh plant weight and net photosynthetic rate appeared as W∶O of 1∶2>W∶O of 1∶6> W∶O of 1∶4> W∶O of 1∶8>O， and the difference between W and W∶O of 1∶2 was not obvious； the contents of chlorophyll a and chlorophyll b and Fv′/Fm′ showed downward trends， and carotenoid content increased firstly and then decreased； the change regulation of PSⅡ and qP was not obvious. The dispose of orange light obviously decreased the accumulation of pigment and reduced the photosynthetic rate of plants. As a conclusion， the lighting treatment of W∶O of 1∶2 was beneficial to the accumulation of leaf pigment and organic matter， and the increase of Fv′/Fm′，PSⅡ and qP of P. polyphylla.

KeywordsParis polyphylla var. yunannensis； LED； Ratio of white and orange light； Photosynthetic characteristics； Fluorescence parameters

滇重樓為延齡草科重樓屬（Paris L.）的多年生草本陰生植物[1]，地下根狀莖生長周期長，從種子萌發到入藥需10年左右。其藥用價值較高，具有清熱解毒、消腫止血、鎮靜鎮痛、抗癌、祛痰抑菌等功效，是多種中成藥的主要成分[2，3]。現今對其的研究主要集中在種子育苗、病害防治、栽培管理及施肥等方向[4-7]，在其光生物學特性方面探究較少。endprint

光照是植物生長最重要的環境因素，適宜的光照環境是實現藥用植物優質高產的前提，研究光對藥用植物的影響意義重大[8]。光是植物生命活動的能量來源，植物的生長發育、開花結果都是通過光形態建成、光周期調節完成的[9-11]。發光二極管（light emitting diode，LED）光源為冷光源，可以近距離照射植物，光效高、能耗低、光質純凈度高達90%[12]，可根據不同的需求進行光質組合，在設施栽培中具有良好的應用前景。許多研究表明，植物的光合作用受光質影響顯著，通過改變光質來調控植物的生長發育已經成為一種常用的安全高效手段。現今光質對植物生長特性方面研究主要為紅光、藍光、紫光，已有研究表明，紅光有利于三七莖的縱向生長，綠光有利于三七莖的橫向生長，白光下三七葉片的光合作用最強[13]；LED紅藍光等比例時有利于鐵皮石斛試管苗的葉綠素合成、光合作用以及干物質累積[14]；LED紅藍組合光8R/2B處理可以明顯提高黃瓜的葉綠素、類胡籮卜素含量，且Fv/Fm、ФPSⅡ、qP均較高[15]。本試驗研究了LED單質光源不同光質配比對云南道地稀缺藥用植物滇重樓葉片光合生理的影響，為光調控提高養分利用率提供理論支撐。

1材料與方法

1.1試驗材料與處理

試驗光源由杭州漢徽光電科技有限公司提供，橙光（620 nm）和白光（6 000 K）燈珠按不同比例均勻交叉排布，波長波動范圍為±5 nm，燈板功率為17.8 W，燈板電流為0.45 A。試驗于2015年7月17日至10月17日在光調控箱內進行。選用生長一致、整株鮮重差異<0.1 g的3年生滇重樓種苗（由云南白藥集團中藥材優質種源繁育公司提供），種苗初始鮮重平均為（5.47±0.1） g，將滇重樓種苗定植于10 cm×10 cm塑料盒內，每盒裝土（腐殖土∶蛭石∶珍珠巖=3∶1∶1） 350 g。

本試驗選擇白光（W）、橙光（O）單質光以及由白光和橙光組成的組合光源，根據白橙光比例的不同設置6個LED光質處理區，分別為W、W∶O/1∶2、W∶O/1∶4、W∶O/1∶6、W∶O/1∶8、O，每個處理設置4次重復，各處理區光照度均為150 μmol·m-2·s-1，每天光照10 h（8∶00—18∶00），除光質外，其他試驗條件保持一致。試驗開始和結束時，清洗植株，晾去附著水分，稱鮮重。

1.2測定指標及方法

1.2.1葉綠素含量測定取代表性葉片，剪碎，稱取0.2 g，裝入具塞刻度試管中，加入乙醇-丙酮混合提取液（1∶1，V/V）10 mL，于35℃恒溫箱中黑暗條件下浸提，直到葉片完全變白為止，定容至25 mL，然后用分光光度計分別在663、645、470 nm測定吸光度值，每個處理測3組，每組3個重復。參照鄒琦[16]的方法計算葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素的含量。

1.2.2葉綠素熒光參數測定采用Li-6400便攜式光合儀測定凈光合速率（Pn）、氣孔導度（Gs）、蒸騰速率（Tr）、胞間CO2濃度（Ci）以及葉綠素熒光參數，并計算PSⅡ原初光能轉化效率（Fv/Fm）、PSⅡ光合電子傳遞量子效率（PSⅡ）、最大光化學轉化效率（Fv′/Fm′）、光化學猝滅系數qP，每個處理測3次，每次設置3個重復。

1.3數據分析方法

采用Microsoft Excel 2003軟件進行數據處理，SPSS 16.0軟件進行方差分析，Duncans法進行多重比較。

2結果與分析

2.1不同LED白橙光配比對滇重樓鮮重的影響

植物生物學產量是其利用光能固定無機物，合成有機物的直接表現。由表1 可知，在白橙組合光源處理下，滇重樓鮮重隨著橙光比例的增加總體呈下降趨勢，處理W∶O/1∶2鮮重最大，與單質白光光源處理差異不顯著；處理W∶O/1∶8鮮重最小，與單質橙光光源處理差異不顯著，說明橙光高比例補光不利于滇重樓鮮重的增加。

2.2不同LED白橙光配比對滇重樓葉片色素含量的影響

由表2可知，在組合光源處理下，總體來說，隨橙光比例增加，葉綠素a、b呈下降趨勢，類胡蘿卜素呈先升高后降低的趨勢，處理W∶O/1∶2、W∶O/1∶4的葉綠素a、b和類胡蘿卜素含量要顯著高于高比例橙光配比；在白光處理及組合光源處理下的葉綠素 a、b 和類胡蘿卜素都顯著高于單質橙光；組合光源葉綠素 a 含量都顯著低于白光處理，葉綠素 b 含量在W∶O/1∶2處理高于白光處理，類胡蘿卜素含量在W∶O/1∶4處理下高于白光處理，說明在白光處理中增加一定比例橙光有利于光合色素的積累。

2.3不同LED白橙光配比對滇重樓葉片光合特性的影響

從表 3 可以看出，就組合光源而言，凈光合速率（Pn）W∶O/1∶2處理最大，顯著高于其他處理，W∶O/1∶8處理最小，顯著低于其他處理；氣孔導度（Gs）、胞間 CO2 濃度（Ci）、蒸騰速率（Tr）在W∶O/1∶8處理下都顯著高于其他處理，且其他三個處理間差異不顯著。說明過高橙光比例導致葉片光合速率下降，氣孔導度變大，蒸騰速率隨之變大，胞間 CO2 濃度上升，降低了滇重樓葉片的光合作用。與單質白光比較，增加橙光比例降低了葉片的光合速率和氣孔導度，增加了胞間 CO2 濃度。

2.4不同LED白橙光配比對滇重樓葉片熒光特性的影響

由表4可知，就組合光源處理而言，PSⅡ和qP值隨橙光比例的增加表現出先升高后降低的趨勢，Fv/Fm 各處理間差異不顯著，Fv′/Fm′值隨橙光比例的增加呈顯著減小的趨勢，說明橙光降低了 PSⅡ的最大光化學轉化效率；PSⅡ和qP值在W∶O/1∶6處理最大，W∶O/1∶8處理最小。橙白組合光源下Fv/Fm值與單質橙光、白光沒有顯著差異，Fv′/Fm′、PSⅡ和qP均高于單質橙光處理，PSⅡ均小于白光處理，處理W∶O/1∶2 Fv′/Fm′值大于白光處理，處理W∶O/1∶6 qP值大于白光處理。endprint

3討論

光是植物進行光合作用的重要生態因子，光照條件的變化會導致植物發生一系列的變化。光合色素能夠吸收、傳遞和轉換光能，是植物進行光合作用的物質基礎，其含量與組成直接影響葉片的光合作用速率，在橙光620 nm波長處理下，植物葉綠素a和葉綠素b吸光值較小，類胡蘿卜素不吸收橙光[17]。本研究中，單質白光處理鮮重葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素、凈光合速率、Fv′/Fm′、PSⅡ及qP值均明顯大于單質橙光處理，符合植物光合色素吸收光譜變化規律[16]。橙白組合光處理隨橙光比例增加鮮重變化為W∶O/1∶2>W∶O/1∶6>W∶O/1∶4>W∶O/1∶8>O，凈光合速率變化規律與其一致，葉綠素a、葉綠素b及Fv′/Fm′值隨橙光比例增加總體呈下降趨勢；PSⅡ和qP值在W∶O/1∶6處理下明顯高于其他光質配比，在一定程度上提高了凈光合速率，有利于有機物的積累；總體上W∶O/1∶2處理優于W∶O/1∶6處理。

本試驗中，白光處理葉綠素a含量明顯大于其他處理，葉綠素b含量小于處理W∶O/1∶2，類胡蘿卜素含量小于處理W∶O/1∶4，說明增加一定量橙光補光有利于滇重樓葉片色素積累。陳根云等[18]研究表明，凈光合速率與胞間CO2濃度在不同條件下相關性不同。本研究中凈光合速率與葉片胞間CO2濃度成反比，與李雯琳[19]等研究LED光源不同光質對葉用萵苣幼苗影響結果一致；氣孔導度是描述氣孔開度的量，與蒸騰速率呈線性正相關[20]，本試驗結果符合該規律變化。

4結論

植物色素在橙光波長范圍內對光的利用率較低，單質橙光處理明顯不利于滇重樓植株生長；與單質白光處理相比，白橙組合光處理中，處理W∶O/1∶2的橙光補光有利于滇重樓植株葉片色素積累，提高Fv′/Fm′、PSⅡ及qP的值，有利于光合反應的進行從而增加有機物的積累。

參考文獻：

[1]李恒. 重樓屬植物[M]. 北京： 科學出版社， 1998：35.

[2]武珊珊， 高文遠， 段宏泉， 等. 重樓化學成分和藥理作用研究進展[J]. 中草藥， 2004， 35（3）：344-345.

[3]顏璐璐，張艷軍，高文遠，等.滇重樓皂苷對10種腫瘤細胞株的細胞毒譜及構效關系研究[J].中國中藥雜志，2008，33（16）：2057-2060.

[4]于素強， 武毅， 曲瑋， 等. 重樓屬植物的研究進展[J]. 海峽藥學， 2011， 23（5）：1-6.

[5]陳翠， 康平德， 楊麗云， 等. 云南重樓種苗繁育技術[J]. 中國現代中藥， 2010， 12（2）：23-28.

[6]何忠俊， 楊威， 韋建榮， 等. 氮素形態及其組合對滇重樓產量及有效成分的影響[J]. 云南農業大學學報， 2010， 25（1）：107-112.

[7]王印， 何忠俊， 段艷濤， 等. 滇重樓根莖有效成分與土壤鉀狀況的關系研究[J]. 西南農業學報， 2012，25（3）：950-953.

[8]潘瑞熾. 植物生理學（第四版）[M]. 北京：高等教育出版社， 2001：206-232.

[9]Poudel P R， Kataoka I， Mochioka R. Effect of red- and blue-light-emitting diodes on growth and morphogenesis of grapes [J]. Plant Cell Tiss.Orsan Cult.，2008，92（2）：147-153.

[10]Runkle E S， Heins R D. Stem extension and subsequent flowering of seedlings grown under a film creating a far-red deficient environment [J]. Scientia Horticulturae ， 2002，96（1）：257-265.

[11]鮑順淑， 聞婧， 楊雅婷， 等. LED在設施園藝中的應用系列（四） LED在藥用植物栽培上的應用[J]. 農業工程技術（溫室園藝）， 2009（8）：14-15.

[12]魏靈玲， 楊其長， 劉水麗. LED在植物工廠中的研究現狀與應用前景[J]. 中國農學通報， 2007， 23（11）：408-411.

[13]羅美佳， 夏鵬國， 齊志鴻. 光質對三七生長、光合特性及有效成分積累的影響[J]. 中國中藥雜志， 2014， 39（4）：610-613.

[14]尚文倩， 王政， 侯甲男， 等. 不同紅藍光質比LED光源對鐵皮石斛試管苗生長的影響[J]. 西北農林科技大學學報（自然科學版）， 2013， 41（5）：155-159.

[15]曹剛， 張國斌， 郁繼華， 等. 不同光質LED光源對黃瓜苗期生長及葉綠素熒光參數的影響[J]. 中國農業科學， 2013， 46（6）：1297-1304.

[16]鄒琦. 植物生理生化實驗指導[M]. 北京：中國農業出版社， 1995：36-38.

[17]周云龍. 植物生物學[M]. 北京：高等教育出版社， 1999：180-185.

[18]陳根云， 陳娟， 許大全. 關于凈光合速率和胞間CO2濃度關系的思考[J]. 植物生理學通訊， 2010，46（1）：64-66.

[19]李雯琳， 郁繼華， 張國斌， 等. LED光源不同光質對葉用萵苣幼苗葉片氣體參數和葉綠素熒光參數的影響[J]. 甘肅農業大學學報， 2010， 45（1）：47-51， 115.

[20]張國平， 周偉軍. 植物生理生態學[M]. 杭州：浙江大學出版社， 2005：28-30.山 東 農 業 科 學2017，49（11）：56～58Shandong Agricultural Sciences山 東 農 業 科 學第49卷第11期畢勝，等：乙烯利對桔梗生長發育、產量和品質影響的研究DOI：10.14083/j.issn.1001-4942.2017.11.010endprint