不同光源對4種蔬菜幼苗葉綠素熒光及生理指標的影響

李 符，史艷艷，米國全*，牛莉莉，唐艷領，孫天梅，王晉華*，李志剛，王文博

（1.鄧州市農業技術推廣中心，河南 鄧州 474150；2．河南省農業科學院園藝研究所，河南 鄭州 450002；3.鄧州市構林鎮農業服務中心，河南 鄧州 474150）

河南省作為蔬菜生產大省，每年蔬菜播種面積達180萬hm2[1]，其中設施蔬菜面積接近40萬hm2[2]，由此帶動蔬菜育苗產業蓬勃發展。河南省作為全國設施蔬菜重點區域，冬季日照百分率只有45%～60%[3]，低溫寡照是冬春季節溫室大棚蔬菜育苗經常遇到的問題，已成為蔬菜幼苗生長的重要制約因素。光合作用是對低溫弱光反應最敏感的生理過程之一。植物光能利用的量子效率是光合作用研究的基礎，而葉綠素在植物對光能利用的過程中起著關鍵作用[4]。本研究通過比較不同光源下番茄、茄子、辣椒、黃瓜幼苗葉片的葉綠素熒光參數和生理指標的差異，評價不同種類蔬菜幼苗對不同光源的響應能力，以期為不同種類蔬菜育苗期間的補光條件提供參考，進而為冬春季蔬菜工廠化育苗生產提供指導。

1 材料和方法

1.1 供試材料

1.1.1 基質及苗盆

試驗所用的育苗基質為W32優質混合型泥炭，由山東省壽光市天豐園藝材料廠生產。育苗盆規格為5 cm×5 cm，從鄭州雙橋花卉市場購買。

1.1.2 肥料

整個生育期澆灌花無缺全水溶性肥料（20-10-20＋TE無脲態氮配方，高氮高鉀型），上海永通化工有限公司生產。

1.1.3 供試蔬菜品種及來源

供試蔬菜有4種類型，具體品種及其來源見表1。

1.1.4 光照設備

紅藍光源為SK-1339型LED補光燈，由東莞生物光環境科技有限公司生產；白光、紅光、黃光源均為歐普28W燈管。

1.2 試驗設計

試驗于2018年3—4月份在河南省農業科學院園藝研究所植物生理生化實驗室人工氣候室中進行。光源有白光（W）、紅光（R）、黃光（Y）和LED紅藍組合光。光源處理設為7個，各處理均使用8根燈管，燈管組合排列順序如表2，光通量（PPFD）均在距離燈管16 cm處測量。

4種蔬菜均于2018年3月20日播種，播后分別置于7個光源處理條件下，光周期為白天12 h，夜晚12 h，直至4月28日試驗結束。每處理10株，3次重復。分別取4種蔬菜幼苗葉片進行指標測定，各處理隨機取5株。黃瓜取樣與測定日期為4月15日，番茄為4月17日，茄子和辣椒均為4月28日。苗期管理方法：幼苗子葉展平后開始澆600倍全水溶性肥，1周2次，其余澆清水保持其濕度。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 葉片光合色素含量的測定

用打孔器打6片直徑1 cm的葉圓片，放入試管中，加入10 mL 95%乙醇，避光放置至葉片組織變白。將色素提取液稀釋3倍后倒入比色皿內，在波長665、649、470 nm下測定吸光度。通過下列公式計算各種色素含量：Ca＝13.95A665－6.88A649；Cb＝24.96A649－7.32A665；Cx·c＝（1 000 A470－2.05Ca－114.8Cb）/245。據此即可得到葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素的濃度（Ca、Cb、Cx·c，mg/L），前二者之和為總葉綠素的濃度。最后根據下式可進一步求出植物組織中葉綠體色素的含量（μg/cm2）：葉綠體色素含量＝（色素的濃度×提取液體積×稀釋倍數×103）/葉片面積[5]。葉片面積采用硫酸紙稱重法測定，首先將葉片輪廓畫在硫酸紙上，剪下后稱質量，通過硫酸紙單位面積質量換算出葉片實際葉面積。

表1 供試蔬菜品種及來源

表2 不同光源（組合）處理設計

1.3.2 葉綠素熒光參數測定

使用FMS-1熒光儀（英國Hansatech公司）分別于試驗結束時測定葉片葉綠素熒光參數，包括初始熒光產量（Fo）、最大熒光產量（Fm）、穩態熒光產量（Fs）、光適應下最大熒光產量（Fm′）、光適應下最小熒光產量（Fo′）。計算光系統Ⅱ（PSⅡ）最大光化學效率（Fv/Fm）：Fv/Fm＝（Fm－Fo）/Fm，實際光化學效率（ΦPSⅡ）：ΦPSⅡ＝（Fm′－Fs）/Fm′[4]。

1.3.3 可溶性總糖含量的測定

稱取0.2 g葉片，剪碎混勻，放入刻度試管中，加入6 mL蒸餾水，塑料蓋封口，于沸水中提取30 min（提取2次）后，將提取液過濾入25 mL容量瓶中，反復漂洗試管及殘渣，定容至25 mL。用移液管吸取提取液（黃瓜和番茄為0.5 mL，茄子和辣椒為1 mL）于20 mL具塞刻度試管中，補充蒸餾水至2 mL，加入0.5 mL蒽酮試劑。再緩慢加入5 mL濃H2SO4，蓋上試管塞后，輕輕搖勻，再置沸水浴中5 min。冷卻至室溫后，在波長620 nm下比色，記錄吸光度。由標準線性方程y＝0.005 82x－0.006 4（R2＝0.999 5）求出可溶性總糖含量，按下式計算測試樣品的可溶性總糖含量。可溶性糖含量＝[（從回歸方程求得的糖量/吸取樣品液的體積×提取液量×稀釋倍數）/（樣品鮮質量×106）]×100%[5]。

1.3.4 可溶性蛋白含量測定

取鮮樣0.4 g，用5 mL蒸餾水研磨成勻漿后，3 000 r/min離心10 min，上清液備用。吸取一定提取液（黃瓜和番茄為0.1 mL，茄子和辣椒為0.05 mL），補充蒸餾水至1 mL，加入5 mL考馬斯亮藍試劑，搖勻，放置2 min待反應完成，在595 nm下測定吸光度。標準曲線為：y＝0.005 99x＋0.011 38（R2＝0.995 25）。可溶性蛋白含量（mg/g）＝（C×VT）/（VS×WF×1 000），C：查標準曲線值，μg；VT：提取液總體積，mL；WF：樣品鮮質量，g；VS：測定時加樣量，mL[5]。

1.4 數據處理與分析

采用Excel 2003軟件處理數據，采用SPSS軟件進行統計分析，并運用LSD檢驗法進行顯著性差異（P＜0.05）檢驗。表中數據為平均值±標準差。

2 結果與分析

2.1 不同光源對不同蔬菜幼苗葉片色素含量的影響

2.1.1 不同光源對茄子幼苗葉片色素含量的影響

從表2可以看出，在茄子幼苗葉片葉綠素a、葉綠素b含量中，以處理4的含量最高，處理7含量最低，各處理間差異均不顯著。在葉綠素（a＋b）含量中，以處理4含量最高，處理2—6與對照均無顯著差異，處理7含量最低，比對照減少27.1%，顯著低于對照。在類胡蘿卜素含量中，以處理4含量最高，處理4、處理5與對照無顯著差異，處理2、處理6、處理3、處理7分別比對照降低11.3%、11.3%、13.0%和29.6%，均存在顯著差異。

2.1.2 不同光源對辣椒幼苗葉片色素含量的影響

從表2可以看出，在辣椒幼苗葉片葉綠素a含量中，以處理6含量最高，處理2—6與對照均無顯著差異，處理7含量最低，比對照減少24.7%，顯著低于對照。在葉綠素b含量中，以處理3含量最高，處理7含量最低，處理2—7與對照均無顯著差異。在葉綠素（a＋b）含量中，以處理6含量最高，其次是處理3，處理2—6與對照均無顯著差異，處理7含量最低，比對照減少31.3%，顯著低于對照。在類胡蘿卜素含量中，以處理5和處理6含量最高，處理4含量最低，各處理間均無顯著差異。

2.1.3 不同光源對番茄幼苗葉片色素含量的影響

從表2可以看出，在番茄幼苗葉片葉綠素a含量中，以處理2含量最高，處理7含量最低，處理2—7與對照均無顯著差異。在葉綠素b含量中，處理2—7均高于對照，以處理3含量最高；處理3—7分別比對照顯著增加46.9%、40.6%、39.1%、42.2%、34.4%。在葉綠素（a＋b）含量中，以處理3含量最高，處理7含量最低，各處理差異不顯著。在類胡蘿卜素含量中，以處理2含量最高，處理7含量最低，二者差異顯著，但處理2—7均與對照無顯著差異。

表2 不同光源對蔬菜幼苗葉片色素含量的影響 μg/cm2

2.1.4 不同光源對黃瓜幼苗葉片色素含量的影響

從表2可以看出，在黃瓜幼苗葉片葉綠素a含量中，處理2—7均顯著低于對照，分別比對照下降14.6%、16.0%、21.4%、14.6%、18.7%和31.1%，以處理7含量最低。在葉綠素b含量中，以處理2含量最高，處理2—6與對照差異均不顯著，處理7含量最低，比對照減少了27.6%，顯著低于對照。在葉綠素（a＋b）含量中，處理2—7均低于對照，處理7含量最低，處理3—7分別比對照減少了15.6%、20.8%、14.2%、17%和30.2%，與對照差異均達顯著水平。在類胡蘿卜素含量中，處理2—7同樣均低于對照，其中處理4、處理7分別比對照減少17.2%和29.7%，顯著低于對照。

2.2 不同光源對蔬菜幼苗葉綠素熒光指標的影響

不同光源處理下4種蔬菜幼苗葉綠素熒光指標變化見表3。從表3可以看出，在茄子幼苗中，處理7葉片Fv/Fm最大，比對照增加了1.8%，顯著大于對照，處理2—6則與對照均無顯著差異；處理7葉片ΦPSII也最大，顯著大于處理3和處理6，但處理2—7與對照差異均不顯著。

在辣椒幼苗中，處理6的Fv/Fm最大，其次是處理7，各處理間差異均不顯著；處理6的ΦPSII最大，比對照增加36.2%，其次是處理5，比對照增加了23.4%，二者顯著大于對照和處理2（表3）。

在番茄幼苗中，雖然處理7葉片Fv/Fm稍大于對照，但各處理間差異均不顯著；處理7葉片ΦPSII最大，比對照顯著增加34%，處理2—6均小于對照，但與對照差異不顯著（表3）。

在黃瓜幼苗中，處理2—7葉片的Fv/Fm均大于對照，其中以處理6最大，比對照增加1.7%，其次是處理3，比對照增加1.3%，二者與對照差異均達顯著水平；處理6葉片ΦPSII最大，比對照增加56.3%，其次為處理3、處理4，分別比對照增加28.8%和26.4%，三者與對照差異均達顯著水平（表3）。

2.3 不同光源對蔬菜幼苗可溶性蛋白和可溶性糖含量的影響

不同光源處理下4種蔬菜幼苗可溶性蛋白和可溶性糖含量變化見表4。從表4可以看出，在茄子幼苗中，處理2—7可溶性蛋白含量均低于對照，但未達顯著差異水平；處理7的可溶性糖含量與對照相同，其余處理均低于對照，同樣均未達顯著差異水平。

在辣椒幼苗中，處理5可溶性蛋白含量最高，但與對照差異不顯著；處理2、處理7則顯著低于對照；可溶性糖含量方面，以處理7含量最高，比對照增加184.8%，其次為處理6、處理5、處理4、處理2，分別比對照增加57.6%、55.4%、42.4%和38.0%，均顯著高于對照，處理3則低于對照，但與對照差異不顯著（表4）。

在番茄幼苗中，處理6的可溶性蛋白含量最少，比對照減少47.5%，與對照差異顯著，其余處理均與對照無顯著差異；可溶性糖含量方面，以處理7含量最高，比對照增加93.2%，其次是處理2，比對照增加68.9%，以處理6含量最低，比對照減少41.9%，三者與對照、處理3、處理4、處理5差異均達顯著水平（表4）。

表3 不同光源對蔬菜幼苗葉綠素熒光指標的影響

在黃瓜幼苗中，處理2—7可溶性蛋白含量依次升高，分別比對照增加62.1%、66.8%、84.2%、91.7%、107.6%和117.5%，且均顯著高于對照；可溶性糖含量方面，處理7含量最大，比對照增加34.8%，二者達到了顯著差異水平，其余處理與對照差異均不顯著（表4）。

3 結論與討論

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速率[6-7]。類胡蘿卜素是葉綠體光合天線的輔助色素，能以非輻射的方式耗散光系統II的過剩能量以保護葉綠素免受破壞[7]。不同光源對茄子幼苗光合色素含量有不同的影響。在紅藍光源（處理7）下，茄子幼苗葉片的葉綠素a、葉綠素b、總葉綠素含量及類胡蘿卜素含量都最低，2W4R2Y（處理4）光源下，其含量都最高，說明在2W4R2Y光源下，能夠增加茄子葉片葉綠素和類胡蘿卜素含量。對于辣椒來說，紅藍光源下，幼苗葉片的葉綠素含量都最低，類胡蘿卜素含量也較低，3W3R2Y（處理6）光源下，總葉綠素含量最大，類胡蘿卜素含量也較高，表明3W3R2Y光源能提高葉片光合色素含量。對于番茄來說，紅藍光源下，幼苗葉片總葉綠素含量和類胡蘿卜素含量都最低，8Y（處理2）光源下總葉綠素含量最高，8R（處理3）光源下類胡蘿卜素含量最高。對于黃瓜幼苗來說，對照8W光源下，總葉綠素和類胡蘿卜素含量都最高，而紅藍光源兩者含量都最低。紅藍光源下，葉片中色素含量較低，可能與在此光源下幼苗葉片較大且葉片較薄有關，有利于接受更多的光線。

葉綠素熒光參數可以反映光系統對光能的吸收、傳遞、耗散、分配能力，光源對蔬菜幼苗葉片葉綠素熒光參數影響顯著[8]。最大光化學效率Fv/Fm是衡量光抑制程度的重要指標，可用作表征光系統II原初光能轉換效率的高低[9]。對于茄子幼苗來說，紅藍光源下Fv/Fm和ΦPSII都最大，說明茄子幼苗在紅藍光源下所受的光抑制最小，光系統II反應中心的開放程度最大，且光系統II吸收并能運用于光合作用的光能較多，而8Y光源下，Fv/Fm和ΦPSII都較小，所受的光抑制最大。對于辣椒幼苗來說，在3W3R2Y光源下，Fv/Fm和ΦPSII都最大。對于番茄幼苗來說，紅藍光源下，Fv/Fm和ΦPSII都最大，說明在此處理條件下光抑制最小，用于光合作用的光能較多，而8Y光源下，兩者都較小。對于黃瓜幼苗來說，3W3R2Y光源下，Fv/Fm和ΦPSII都最大。

可溶性蛋白是植株體內重要的滲透調節物質，可反映植物對非生物脅迫的耐受力，可溶性蛋白含量越高，說明植物對脅迫更加敏感或受脅迫的程度越大[10]。對于茄子幼苗來說，在紅藍光源下，葉片中可溶性蛋白含量最小，說明受非生物脅迫最低，而在8W光源下，其含量最高，所受脅迫最大。對于辣椒幼苗來說，紅藍光源和8R光源下，葉片中可溶性蛋白含量都相對較低，而4W2R2Y光源下，其含量最高，所受脅迫最大。對于番茄幼苗來說，3W3R2Y光源下，葉片中可溶性蛋白含量最小，而8R光源下，其含量最大。對于黃瓜幼苗來說，8W光源下，葉片中可溶性蛋白含量最小，而紅藍光源下，其含量最大。

表4 不同光源對蔬菜幼苗可溶性蛋白和可溶性糖含量的影響

可溶性糖是植物光合作用的直接產物，也是植物體內多糖、蛋白質、脂肪等大分子化合物的物質基礎，在植物碳代謝中發揮著非常重要的作用[11-12]。紅藍光源下，茄子、辣椒、番茄和黃瓜幼苗葉片中可溶性糖含量都較高，說明紅藍光源有利于碳水化合物的形成，是光合能力高的表現。

綜上所述，紅藍光源下，茄子、辣椒、番茄和黃瓜葉片中單位面積總葉綠素含量及類胡蘿卜素含量都較低，分別在2W4R2Y、3W3R2Y、8Y或8R、8W光源下，色素含量最高。茄子和番茄幼苗在紅藍光源下，Fv/Fm和ΦPSII都最大；而辣椒和黃瓜幼苗在3W3R2Y光源下，Fv/Fm和ΦPSII都最大。茄子和辣椒幼苗在紅藍光源下，可溶性蛋白含量較小，所受非生物脅迫最小，而番茄和黃瓜分別在3W3R2Y和8W光源下，葉片中可溶性蛋白含量最小。在紅藍光源下，4種蔬菜幼苗的可溶性糖含量都最大。

不同蔬菜幼苗在不同光源下，各種生理指標呈現不同的變化。紅藍光源對植物的碳水化合物及形態建成有很大作用，但葉片單位面積色素含量卻較低，表明紅藍光源對幼苗生長發育也有其局限性。不同光源對植物生長都有其優勢，建議在配置光源組合時，能兼顧各種光源，更有利于蔬菜幼苗生長發育，對冬季蔬菜育苗補光及壯苗形成都會產生積極的影響。植物生長所需的補光光源問題是不斷研究和不斷發展的問題，還需要進一步研究與探索。