光質對紅秋葵幼苗生長和生理特征影響

范 萌， 張利婷， 楊 圓， 馬倩楠， 張 濤， 李慧敏

(安徽科技學院，安徽 鳳陽 233100)

紅秋葵(Hibiscuscoccineus(Medicus) Walt)是黃秋葵中的一個果實外皮紅色的品種,為錦葵科秋葵屬一年生草本植物,屬短日照植物,對光照條件尤為敏感,而對土壤適應性較廣,其原產非洲地區,在我國各地均有栽培,以采食嫩果為主,葉、芽、花可食用也可藥用[1],如其中富含的黃酮可以有效清除氧自由基,并且具有調節內分泌、抗衰老等功效[2]。黃酮類化合物是植物中一類重要的次生代謝產物,還是植物體內的抗氧化劑[3]、酶抑制劑、植物生長調節劑和植物抗毒素。

光作為植物生長發育過程中的重要環境因子[4],除了為光合反應提供能量外,還作為一種信號因子在植物的形態建成、生長發育和次生產物代謝方面起到重要的調節作用[5-6]。目前,在這些方面已有較多的研究,如植物光質對植物的生長發育[7-9]、生理生化特性[10-12]和品質等均有調控作用[13-15],其中紅光可能有利于植物的光合產物代謝[16],藍光可能有利于光合色素的積累和氣孔的發育等[17-18];但是一定比例的藍紅復合光有利于幼苗的生長發育和光合作用[19]。其中很多研究也發現了不同的作物對光的反應還表現出了一定的差異性[13]。

目前,設施育苗中應用光環境調控技術是一項節能環保的新方法,在工廠化育苗中具有重要意義和廣泛前景,為了篩選適合紅秋葵育苗的首選光源。本研究擬開展光譜處理紅秋葵幼苗,采用不同的稀土植物光源的藍光(B)、藍紅復合光(BR1∶1、BR3∶7)和紅光(R),以熒光燈(FL)為對照,研究紅秋葵幼苗在不同光質下的生長發育和生理特征的變化,以及光譜調控幼苗中類黃酮合成的生理機制,為探索開發新型人工光源照射處理作為工廠化育苗的光源提供依據,也為利用轉基因技術提高植物中黃酮類物質的含量奠定了基礎。

1 材料與方法

1.1 供試材料

挑選大小一致、飽滿的紅秋葵‘艷嬌1號’種子播到草炭+珍珠巖(2v∶1v)的營養缽中,再把營養缽放在光照培養箱中培養7～10 d,待子葉展平后,將幼苗移出培養箱放到不同光質下培養。

1.2 實驗方法

采用單因素隨機區組設計,如表1所示,根據保持光強相同的原則,將幼苗隨機放置在熒光燈(CK)、藍光(B)、藍紅復合光(BR1∶1和BR3∶7)、紅光(R)下進行照射,光強分別設置為100 μmol/m2·s,光周期為12 h/d,溫度為24～26 ℃,時間為30 d。試驗重復3次,每個處理60株,每次300 株。

表1 不同光譜分布的主要技術參數

1.3 測定項目與分析方法

1.3.1 生長指標測定 每組光質處理下選取3株幼苗,用直尺測量株高、最大根長,用游標卡尺測量莖粗(莖粗測定部位為下胚軸),用電子天平測定鮮樣重量,并在烘干后測定干樣重量。

1.3.2 生理指標測定 每組光質處理下選擇3株幼苗,進行生理指標的分析。其中,采用氯化三苯基四氮銼(TTC)還原法測定根系活力;使用提取法進行測定葉綠素含量采用考馬斯亮藍染色法測定可溶性蛋白;采用分光光度法測定類黃酮含量[20-21]。

1.4 數據整理與分析

采用SPSS 16.0進行顯著性差異檢測(Duncan法,P<0.05)進行單因素方差分析。

2 結果與分析

2.1 不同光質對紅秋葵幼苗生長的影響

與對照組CK相比(表2),藍光(B)、紅光(R)、藍紅復合光(BR3∶7和BR1∶1)處理秋葵幼苗的鮮樣質量、干樣質量、根長、莖粗和株高等生長指標均有不同程度的增加。以BR3∶7和BR1∶1處理下較高。BR3∶7處理下的秋葵幼苗鮮樣質量、干樣質量和莖粗均最高,其增幅分別為72.85%、71.19%、27.89%,且均達顯著水平(P<0.05),其次為BR1∶1處理,然后為B處理與R處理;根長和株高均以BR1∶1處理下為最高,顯著高于CK處理44.34%、22.57%,根長其次為R處理,然后為BR3∶7處理和B處理;株高其次為BR3∶7處理。可見,與對照相比,BR3∶7、BR1∶1、R處理均能不同程度促進秋葵幼苗的生長,其中以BR3∶7和BR1∶1處理較為突出。

表2 不同光質對紅秋葵生長的影響

注:FL:熒光燈;B:藍光;R:紅光;BR3∶7、BR1∶1:藍紅復合光;同列的不同字母表示處理間(n=3)在P<0.05水平存在顯著性差異。

2.2 不同光質對紅秋葵幼苗葉片根系活力的影響

在BR3∶7處理和BR1∶1處理下幼苗的根系活力都顯著高于對照CK(圖1),BR1∶1處理幼苗根系活力最大,其次為BR3∶7處理,分別顯著高于CK處理95%、78%;然后為B處理,R處理下的秋葵幼苗根系活力最小。可見,BR3∶7處理和BR1∶1處理均顯著提高了秋葵幼苗的根系活力,并以BR1∶1處理下效果最佳。

圖1 不同光質下秋葵幼苗根系活力的變化

2.3 不同光質對紅秋葵幼苗葉片光合色素含量的影響

紅秋葵葉片中葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總量和類胡蘿卜素在各光質處理間含量趨勢基本一致(圖2),即BR1∶1處理下均最大,顯著高于CK處理67.44%、117.68%、67.69%、36.84%,其次是B處理和R處理,二者無顯著性差異,然后為BR3∶7處理,R處理下最小;由此得出,BR1∶1處理顯著提高了紅秋葵幼苗葉片光合色素的含量。

圖2 不同光質下秋葵幼苗光合色素含量的變化

2.4 不同光質對紅秋葵幼苗葉片類黃酮含量的影響

秋葵幼苗葉片中類黃酮的含量在BR3∶7處理下最大(圖3),顯著高于CK處理13.52%,其次是BR1∶1處理,高于CK處理7.86%,但與CK處理無顯著性差異,然后為B處理,R處理下為最小。由此得出,用BR3∶7和BR1∶1處理秋葵幼苗葉片可提高葉片中類黃酮的含量,尤其以BR3∶7表現更為突出。

圖3 不同光質下秋葵幼苗葉片類黃酮含量的變化

3 結論與討論

光在植物的生長發育過程中扮演著重要角色,一定比例的藍紅復合光有利于幼苗的生長發育和光合作用。其中很多研究也發現了不同的作物對光的反應還表現出了一定的差異性[13]。有研究發現在復合光下油菜幼苗根的生長和莖粗等明顯優于單色光[8],崔瑾等[11]發現在藍紅復合光處理后的黃瓜、辣椒和番茄幼苗的鮮樣質量和干樣質量明顯高與對照。王婷等[12]發現不結球白菜在藍黃紅復合光下更有利于干物質的積累。李慧敏等[8-9]得出,黃秋葵的鮮、干樣質量等指標在藍紅復合光下明顯升高。本研究發現,與對照相比,BR3∶7、BR1∶1、R處理均能不同程度促進秋葵幼苗的生長,其中以BR3∶7和BR1∶1處理較為突出,根系活力也較高,結果表明,適宜比例的藍紅復合光有利于紅秋葵幼苗的生長。由此可見,復合光質能促進植物的生長發育[20-21]。

有研究表明,在紅藍混合光的處理下番茄植株葉綠素含量顯著提高[19]。林魁等[14]也發現藍紅復合光更有利于瓠瓜幼苗葉片光合色素的積累。陳鵬濤等[15]發現不同光質處理下對不同品種的紫葉生菜的葉綠素含量具有顯著影響,其中藍紅復合光顯著優于單色光。李慧敏等[8-9]發現,紅藍混合光處理能顯著提高了黃秋葵幼苗葉片光合色素的含量。本研究發現,紅秋葵幼苗在BR1∶1處理下的光合色素均最大,顯著高于其他處理,其中R處理下最小。由此得出,BR1∶1處理顯著提高了紅秋葵幼苗葉片光合色素的含量。本文的結果與陳鵬濤等人[8-9,14-15,19]的研究結果類似。因此,本研究認為BR1∶1有利于紅秋葵幼苗葉片光合色素的積累。

類黃酮以結合態(黃酮苷)或自由態(黃酮苷元)形式存在于水果、蔬菜、豆類和茶葉等許多植物中[22],對植物的生長發育有著重要的調節作用。王紹清[13]研究發現光質能夠促進黃酮類物質的合成;陳嫻[16]發現紅藍組合光處理下韭菜類黃酮含量顯著高于其他單色光處理。本試驗結果表明,用BR3∶7和BR1∶1處理秋葵幼苗葉片可提高葉片中類黃酮的含量,尤其以BR3∶7表現更為突出。

紅秋葵幼苗經不同光質照射后,發現BR3∶7和BR1∶1復合光處理能有效促使幼苗生長健壯,并且顯著提高了秋葵幼苗鮮樣質量、干樣質量、光合色素和類黃酮含量等指標。因此,在紅秋葵育苗或栽培時,可以采用BR3∶7和BR1∶1作為其人工光源。