藍光對滇重樓生長及光合作用的影響

魏宏通

(永泰藤山省級自然保護區管理處，福建 福州 350700)

滇重樓[ParispolyphyllaSmith var.yunnanensis(Franch.) Hand. -Mazz]為百合科重樓屬多年生草本植物，生于海拔1 500～3 000 m的林下，主要分布在我國云南省騰沖市[1]。重樓是由滇重樓或七葉一枝花地下根莖干燥后制成，有止血、消腫止痛、抗細胞毒等功效，可用于治療外科炎癥、功能性子宮出血及腫瘤等疾病，是云南白藥、宮血寧、抗病毒顆粒和季德勝蛇藥片等產品的主要原料[2-3]。目前，野生重樓資源匱乏，且其種子自然繁育率低、萌發周期長、出苗率低，成苗后生長緩慢，成熟周期達10 a左右。因此，利用人工栽培實現重樓資源可持續發展具有重要意義。福建省永泰縣森林資源豐富，地形地勢與氣候獨特，野生藥用植物資源種類繁多，但滇重樓在該區的引種馴化仍處于起步階段。

光對植物的生長發育、形態建成及光合作用具有重要的調控作用[4]。隨著半導體光源技術的不斷發展，LED人工光源已實現對光質和光強的精準、智能調控。有關LED在植物栽培的應用主要以單色光質和組合光為主，王帥等[5]研究了單色紅光、藍光對葡萄葉片衰老和活性氧代謝的影響；劉慶等[6]探討不同LED組合光質對草莓生長的影響。目前，有關某一波長光質對植物生長的影響已見報道[7-8]，但缺少對同一光質不同波長的比較研究。已有研究表明，藍光(400～499 nm)可促進植物光合色素的合成與積累[9]，調控葉綠體發育[10-11]，有利于植物生長和生物量的累積[12]，但關于不同波長藍光對植物生長發育影響的對比鮮有報道。因此，本文探討了不同波長藍光對滇重樓生長狀況及光合作用的影響，篩選適宜滇重樓生長的最佳藍光波長，以期為LED人工光源在滇重樓的引種栽培及補光上的應用提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料及試驗設計

供試滇重樓種苗為云南騰沖種源。選用植株狀況較為一致、整株初始鮮質量為(6.5±0.1) g的3年生滇重樓種苗，定植于以草炭土、蛭石、珍珠巖(體積比為3∶1∶1)為基質的塑料花盆中(口徑12 cm)，常規水分管理。試驗光源由福州大江南儀器儀表有限公司提供，燈珠均勻分布，燈板功率17.8 W，燈板電流0.45 A。試驗于2018年10月1日在光照生長箱中進行，光強100 μmol·m2·s-1[7]，光周期10 h(8:00～18:00)，每個處理10株，3次重復。分別設置藍光波長為410、440、450、460、485 nm(A1～A5處理)。光照處理3個月后(2019年1月1日)測定滇重樓光合參數及葉綠素熒光參數。整株采收、洗凈、晾干表面水分后分別測定不同部位的鮮質量及葉片光合色素含量。

1.2 測定指標及方法

1.2.1 光合參數及葉綠素熒光參數 每個處理選取3片當年生、全展且無病蟲害的代表葉，3次重復。采用Li-6400便攜式光合儀于上午9:00～11:00測定光合參數，包括凈光合速率(photosynthesis rate,Pn)、胞間CO2濃度(intercellular CO2concentration,Ci)、氣孔導度(stomatal conductance,Gs)、蒸騰速率(transpiration rate,Tr)；采用Handy PEA葉綠素熒光儀測定葉綠素熒光參數，包括PSⅡ最大光化學效率(maximal photochemistry efficiency,Fv/Fm)、光化學量子產額[yield of PSⅡ, Y(Ⅱ)]、非光化學猝滅參數(non-photochemical quenching, NPQ)、光化學猝滅參數(photochemical quenching, qP)、表觀電子傳遞速率(electrontran sport rate, ETR)等。

1.2.2 鮮質量及光合色素含量 用電子天平(精確度為0.000 1 g)分別測定滇重樓全株及根、莖、葉鮮質量。每個處理選取當年生、全展且無病蟲害的代表葉10片，進行光合色素含量測定。采用丙酮、無水乙醇、蒸餾水混合液(體積比為4.5∶4.5∶1)進行提取[13]。

1.3 統計與分析

采用Excel 2016進行數據整理；采用SPSS 17.0進行顯著性分析；采用Duncan法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 藍光對滇重樓光合特性的影響

光合參數反映了植物的光合作用能力，其中Pn直接反映了植物光合能力的高低[14]。由表1可知，A2處理滇重樓Pn最高，為6.32 μmol·m2·s-1，A3處理次之，A1最低，僅4.65 μmol·m2·s-1；除A3處理外，A2處理Pn顯著高于其他處理。Ci受植物葉肉細胞光合活性的間接影響[15]。A1處理Ci最高，為322.64 μmol·mol-1，A5次之，兩者與其他處理間差異均達顯著水平。Gs反映了氣孔的開張程度，與Tr呈正相關關系[16]。不同處理間Gs依次為：A2>A3>A4>A5>A1，其中A2處理Gs顯著高于A1、A4、A5處理，但與A3處理差異不顯著。A2處理Tr值最高，與A1、A5處理存在顯著差異,與A3、A4處理差異不顯著。以上表明，A2處理滇重樓的光合能力較強。

1)A1～A5表示藍光波長分別為410、440、450、460、485 nm。同列數值后附不同小寫字母者表示差異達0.05顯著水平。

2.2 藍光對滇重樓葉綠素熒光參數的影響

葉綠素熒光參數反映了植物光合作用過程中光能吸收、光化學反應及激發能傳遞的變化[17]。其中，Fv/Fm反映了植物葉片的光化學效率；Y(Ⅱ)是判斷植物葉片光合作用時電子傳遞速率的重要指標；NPQ則體現了在非光化學過程中植物葉片的熱耗散能力；qP值反映了植物光合活性的高低；ETR值體現了電子傳遞效率的高低[18]。由表2可知，除NPQ外，A2處理滇重樓葉片光系統Ⅱ的Fv/Fm、Y(Ⅱ)、qP和ETR值均最高，且與A3處理差異均不顯著，表明A2和A3處理滇重樓葉片光合潛力相對較強。A1與A5處理葉綠素熒光參數值均較低，說明該處理下滇重樓葉片光合潛力較弱。

表2 不同波長藍光處理下滇重樓葉綠素熒光參數比較1)

1)A1～A5表示藍光波長分別為410、440、450、460、485 nm。同列數值后附不同小寫字母者表示差異達0.05顯著水平。

2.3 藍光對滇重樓生長的影響

由表3可知，A2處理滇重樓葉鮮質量最大，顯著高于A3和A4處理，但與A1、A5處理差異不顯著；A2、A3及A4處理滇重樓莖鮮質量和根鮮質量均無顯著差異，A5處理莖鮮質量和根鮮質量均最小；各處理全株平均鮮質量排序為：A2>A1>A3>A4>A5，其中A2處理全株平均鮮質量顯著大于其他處理，且全株鮮質量變化最大，比初始鮮質量增加3.90 g，增幅達60.00%。

2.4 藍光對滇重樓葉片光合色素含量的影響

植物葉片中部分葉綠素a將光能轉化為化學能，而部分則與葉綠素b參與光能的傳遞和吸收[19]。由表4可知，A2處理葉綠素a含量最高，為2.052 mg·g-1，顯著高于其他處理；A3處理葉綠素b含量最高，但與A1、A2和A4處理差異不顯著；A1處理類胡蘿卜素含量最高，與A2、A5處理差異不顯著；A2處理葉綠素(a+b)含量最高，A5處理最低；A2處理葉綠素a/b最高。總體來看，A2處理更有利于滇重樓葉片光合色素的累積。

表3 不同波長藍光處理下滇重樓生長情況比較1)

1)A1～A5表示藍光波長分別為410、440、450、460、485 nm。同列數值后附不同小寫字母者表示差異達0.05顯著水平。

表4 不同波長藍光處理下滇重樓光合色素含量比較1)

1)A1～A5表示藍光波長分別為410、440、450、460、485 nm。同列數值后附不同小寫字母者表示差異達0.05顯著水平。

3 討論與結論

已有研究表明，多數高等植物在橙紅光(600～700 nm)下光合速率最高，藍紫光(400～499 nm)次之[20-21]。本研究表明，A1和A5處理滇重樓葉片Pn較低，而A2、A3和A4處理則較高，這與潘瑞熾[22]研究結果相似，主要是因為藍光對植物葉片光合色素含量以及光合作用中有關蛋白的合成與積累均有促進作用[9,23]，而A1和A5處理波長接近藍光波段端點值，作用削弱。A2處理滇重樓Pn、Gs、Tr值均高于其他處理，而Ci濃度較低。Fv/Fm是判斷植物是否受到光抑制或環境脅迫的指標之一，多數高等植物在正常生理狀態下的Fv/Fm在0.80～0.85之間[18]，而本研究各處理下滇重樓Fv/Fm均小于0.8，表明單色藍光會影響滇重樓光合作用，使其受到一定程度的光脅迫干擾。A2處理NPQ值較低，反映了其光保護能力也偏弱。

本研究表明，A2處理滇重樓全株鮮質量增加比例最高，與其潛在光合能力較高有關，有利于促進滇重樓生長發育。趙占娟等[24]研究發現，葉綠素a藍光吸收峰(436 nm)高于葉綠素b；Rivkin et al[25]認為藍光更有利于葉綠素a的合成。本研究中A2處理滇重樓葉綠素a含量顯著高于其他處理，可能是因為440 nm波段與436 nm波段較為接近，而熊亞利等[26]認為450 nm藍光照射下水稻秧苗壯苗指數最大，與本研究結果存在一定差異，可能由于植物種類不同，且對于不同發育階段的植物而言，其所需的最佳藍光波段也不同。

綜上所述，A2處理(440 nm藍光處理)滇重樓葉片光合能力較強，有利于植株鮮質量的增加和光合色素含量的積累。因此，在進行滇重樓引種馴化期間，適當照射440 nm藍光進行補光、壯苗，可促進幼苗生長，縮短栽培周期。