不同光質(zhì)照射對絲瓜形態(tài)指標(biāo)、光合特性及保護酶活性的影響

崔瑩瑩

（萊蕪職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東 濟南 271100）

光是高等植物唯一的能量來源，可通過光質(zhì)和光強兩種光信號的作用對植物生長發(fā)育進(jìn)行調(diào)控。光信號被植物體內(nèi)的光敏素、隱花色素和紫外光受體等不同的光受體感知，進(jìn)而對植物的生長發(fā)育、光合能力、抗逆脅迫和衰老等產(chǎn)生影響［1］。因此，通過改變光質(zhì)可對植物的形態(tài)指標(biāo)和生理指標(biāo)產(chǎn)生調(diào)控作用，這種調(diào)控技術(shù)在蔬菜工廠化育苗過程中有重要作用，可有效縮短育苗時間并有利于蔬菜作物優(yōu)質(zhì)壯苗的培育。

早春絲瓜價格較高，如果能提早培育出優(yōu)質(zhì)的絲瓜壯苗，就可以提早栽培保護地絲瓜并提早收獲，獲取較高的經(jīng)濟收入。但當(dāng)前有關(guān)光質(zhì)對絲瓜形態(tài)特征和生理特性等方面影響的研究報道較少。為此，本試驗以精量調(diào)制光源LED燈對絲瓜幼苗進(jìn)行不同光質(zhì)照射，設(shè)置紅光（R）、藍(lán)光（B）、兩種比例紅藍(lán)復(fù)合光（R5B3、R2B3）和對照白光（W）5種光源，研究不同LED光質(zhì)照射對絲瓜幼苗形態(tài)特征、光合特性及保護酶活性的影響，探究絲瓜幼苗生長所需最佳光源，為絲瓜的光環(huán)境調(diào)控機制提供數(shù)據(jù)參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試絲瓜品種為“綠鉆88”。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2020年2月25日在萊蕪職業(yè)技術(shù)學(xué)院試驗站進(jìn)行。試驗設(shè)置紅光（R）、藍(lán)光（B）、紅藍(lán)復(fù)合光（R5B3、R2B3）、白光（W，對照）5種光質(zhì)處理。各處理的光量子通量密度均為320 μmol·m-2·s-1，其中紅藍(lán)復(fù)合光 R5B3由光量子通量密度為200μmol·m-2·s-1的紅光＋光量子通量密度為120μmol·m-2·s-1的藍(lán)光組成，紅藍(lán)復(fù)合光R2B3由光量子通量密度為128 μmol·m-2·s-1的紅光＋光量子通量密度為192 μmol·m-2·s-1的藍(lán)光組成。所用光源均為LED光源，安裝于光照培養(yǎng)架頂部，其高度可根據(jù)試驗需要進(jìn)行調(diào)整，四周由遮光布包裹。試驗期間，使絲瓜幼苗高度與LED光源保持40～43 cm的距離。

將絲瓜種子播種于裝有無菌無蟲基質(zhì)的32孔穴盤內(nèi)，每穴播種1粒種子，共播種15盤，播后5～7 d即可出苗。出苗后將穴盤分別放置于不同LED光源下進(jìn)行光照處理，每個處理均設(shè)置3次重復(fù)，即3盤。光照培養(yǎng)箱白天溫度控制在25～28℃，夜間17～20℃，每天補光12 h，空氣濕度保持在65%～75%，光照處理28 d后進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)的測定。

1.3 測定指標(biāo)及方法

采用隨機抽樣的方法測定絲瓜幼苗株高、莖粗、總?cè)~面積，每次測定6株，取平均值，每處理進(jìn)行3次重復(fù)?？?cè)~面積采用葉面積儀C1-202測定。用MP200B電子天平稱量地上部和地下部鮮質(zhì)量，然后105℃烘2 min，80℃烘干至恒重，稱干質(zhì)量。壯苗指數(shù)＝（莖粗／株高＋地下部干質(zhì)量／地上部干質(zhì)量）／全株干質(zhì)量。

用美國產(chǎn)LI-6400便攜式光合儀測定絲瓜幼苗第3片葉的光合參數(shù)，每個重復(fù)選3株，每株測定一次，取3株的平均值為1次重復(fù)，每處理3次重復(fù)取平均值。

取絲瓜幼苗鮮葉，稱取一定質(zhì)量后用錫紙包裹，置于-70℃冰柜中保存，留待測定相關(guān)酶活性。參照王學(xué)奎［2］的方法對超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）和抗壞血酸過氧化物酶（APX）活性進(jìn)行測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2003對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，利用SAS軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同光質(zhì)照射對絲瓜幼苗形態(tài)指標(biāo)的影響

由表1可知，不同光質(zhì)照射對絲瓜幼苗形態(tài)指標(biāo)的影響差異顯著。株高、莖粗、總?cè)~面積和壯苗指數(shù)均在R5B3處理下最大，較對照分別提高8.31%、8.57%、30.54%和 21.43%，差異達(dá)極顯著水平（P＜0.01）；R2B3處理次之，其中株高和壯苗指數(shù)與對照差異不顯著（P＞0.05），莖粗和總?cè)~面積與對照差異達(dá)顯著水平（P＜0.05）。R處理下株高大于對照，而莖粗、總?cè)~面積、壯苗指數(shù)均低于對照，但差異均不顯著（P＞0.05）；B處理下莖粗大于對照，而株高、總?cè)~面積和壯苗指數(shù)均低于對照。可見，紅藍(lán)復(fù)合光質(zhì)對絲瓜幼苗形態(tài)指標(biāo)的影響大于紅、藍(lán)單質(zhì)光。

表1 不同光質(zhì)照射對絲瓜幼苗形態(tài)指標(biāo)的影響

2.2 不同光質(zhì)對絲瓜幼苗光合參數(shù)的影響

由表2可以得出，在復(fù)合光質(zhì)R5B3處理下，絲瓜幼苗葉片凈光合速率最高，較對照和R、B、R2B3處理分別提高 60.36%、18.54%、23.11%、7.37%，差異均達(dá)極顯著水平（P＜0.01）；其次為R2B3處理，極顯著高于R、B處理和對照；R、B處理間差異不顯著，但均極顯著高于對照。蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度也以R5B3處理最大，均極顯著高于其他處理；其次為R2B3處理；R、B處理的蒸騰速率與R2B3處理差異不顯著，極顯著高于對照W，但氣孔導(dǎo)度極顯著低于復(fù)合光質(zhì)處理，而與對照W差異不顯著（P＞0.05）。胞間CO2濃度以B處理最大，對照最小，R、B單光質(zhì)處理的胞間CO2濃度均極顯著高于復(fù)合光質(zhì)處理?？梢?，紅藍(lán)復(fù)合光質(zhì)更有利于絲瓜幼苗的光合作用，尤以R5B3處理最有利于絲瓜幼苗光合性能的提高。

表2 不同光質(zhì)照射對絲瓜幼苗光合參數(shù)的影響

2.3 不同光質(zhì)對絲瓜幼苗保護酶活性的影響

由表3可以看出，不同光質(zhì)處理對絲瓜幼苗葉片SOD、POD、CAT和APX活性的影響存在差異。R、B、R5B3和R2B3處理的SOD活性均與對照差異顯著（P＜0.05），其中，R處理顯著低于對照，其余三個處理均顯著高于對照，且以R2B3處理的SOD活性最大。除B處理外，R、R5B3和R2B3處理的POD活性均極顯著高于對照（P＜0.01），且以R5B3處理的最大，較對照提高41.78%。CAT活性在B處理下最大，R2B3、R5B3處理次之，R處理下最小，極顯著低于其他處理。APX活性在R5B3處理下最大，R2B3處理次之，B處理下最小，四種光質(zhì)處理間差異達(dá)極顯著水平；W處理的APX活性與R處理相當(dāng)。絲瓜幼苗葉片保護酶活性除CAT活性以B處理最大外，SOD、POD、APX活性均以復(fù)合光質(zhì)R5B3或R2B3處理下最大，可見，紅藍(lán)復(fù)合光質(zhì)更有利于絲瓜幼苗葉片保護酶活性的提高。

表3 不同光質(zhì)照射對絲瓜幼苗保護酶活性的影響

3 討論與結(jié)論

光是植物生長發(fā)育的重要環(huán)境因子，在影響植物生理代謝和生長發(fā)育的同時，還對植物的形態(tài)建成起著重要的調(diào)控作用［3］。陳祥偉等［4］研究指出，紅光促進(jìn)烏塌菜莖的加粗，而藍(lán)光對其起抑制作用。陳嫻等［5］研究認(rèn)為，不同比例紅藍(lán)混合光及單質(zhì)紅光均促進(jìn)韭菜莖粗和株高的增加，而藍(lán)光作用與之相反。Tadayoshi等［6］研究認(rèn)為，紅光促進(jìn)植株株高的增加，而藍(lán)光抑制生菜葉面積的增大。本試驗條件下，絲瓜幼苗株高、莖粗、總?cè)~面積、壯苗指數(shù)均在R5B3處理下最大，株高、總?cè)~面積、壯苗指數(shù)均在藍(lán)光下最低，與前人研究結(jié)果一致，這可能是因為紅光通過降低赤霉素的含量來促進(jìn)細(xì)胞的伸長，而藍(lán)光促進(jìn)了吲哚乙酸（IAA）氧化酶活性的提高，降低植株體內(nèi)IAA含量，致使植株的縱向伸長受到抑制［7］，表明R5B3的紅藍(lán)復(fù)合光質(zhì)更有利于培育絲瓜壯苗。有研究認(rèn)為，藍(lán)光促進(jìn)了葡萄莖的加粗［8］，與本試驗結(jié)果一致，但紅光處理的絲瓜幼苗莖粗最低，與前人［4，5］研究結(jié)果不同，說明不同植物對光的反應(yīng)存在差異。

凈光合速率的高低是表征植株葉片光合能力強弱的重要指標(biāo)，波長在400～700 nm范圍的光輻射對植物光合特性的影響最為顯著［9］。崔慧茹［10］研究認(rèn)為，彩椒葉片光合速率在紅光處理下最大，胞間CO2濃度以白光對照最大。謝景等［11］研究得出，黃瓜幼苗葉片凈光合速率在單質(zhì)藍(lán)光下最大，顯著高于其它處理。楊曉健等［12］研究指出，青蒜苗在單質(zhì)紅光下凈光合速率最大。而本研究結(jié)果表明，絲瓜幼苗葉片凈光合速率在復(fù)合光質(zhì)R5B3處理下最大，與前人［10-12］研究結(jié)果并不一致，說明不同植物葉片的凈光合速率對光質(zhì)的響應(yīng)機理并不完全相同，這可能是因為一方面紅藍(lán)組合光可以促進(jìn)葉片柵欄組織細(xì)胞與葉綠體結(jié)構(gòu)的發(fā)育，從而提高了葉綠體的光合能力［13］；另一方面可能是因為與葉綠素對光波吸收最強的兩個波段主要是640～660 nm的紅光區(qū)和430～450 nm的藍(lán)紫光區(qū)。B處理的波長能量最大，而其凈光合速率卻不是最大，這是因為光反應(yīng)效率高低與光能量的大小沒有直接關(guān)系，而是與光合器官接收的光量子數(shù)的多少具有相關(guān)性。復(fù)合光質(zhì)R5B3和R2B3處理下的絲瓜幼苗葉片凈光合速率均高于單質(zhì)光R、B處理，表明不同光質(zhì)對凈光合速率的影響應(yīng)存在一定的互作效應(yīng)，而不是簡單的疊加效應(yīng)。

植物在有氧代謝過程中產(chǎn)生的超氧陰離子會對植物的生長發(fā)育產(chǎn)生毒害作用，如造成細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的損傷、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變等［14］。SOD、POD、CAT、APX都是植株體內(nèi)參與活性氧清除的重要保護酶，其活性高低常用來表征植株的生理活性狀況［15］。王虹等［16］研究認(rèn)為，藍(lán)光誘導(dǎo)CAT、POD、APX等抗氧化酶活性的提高，而紅光對其有抑制作用。郝俊江等［17］研究指出，紅色光質(zhì)、藍(lán)色光質(zhì)均能提高CAT、POD活性，而綠色光質(zhì)及黃色光質(zhì)對抗氧化酶活性有抑制作用。本試驗結(jié)果表明，SOD在復(fù)合光質(zhì)R2B3處理下最大，在R處理下最?。籔OD活性在R5B3處理下最大，B處理下最小；CAT活性在B處理下最大，R處理下最??；APX在R5B3處理下最大，B處理下最小，與前人研究結(jié)果存在差異，這可能與供試材料及試驗波長區(qū)間不同有關(guān)。CAT在藍(lán)光下最高，這可能是因為藍(lán)光誘導(dǎo)了CAT在mRNA水平上表達(dá)［18］，從而使其在藍(lán)光處理下保持了較高水平。