新型UV-B 補光燈對茄子幼苗生長、抗性生理及抗病性的影響

李 玟 傅敏杰方 月 張 萼 祝 彪 朱志玉 吳建國* 朱祝軍 王云霞 朱月清 李 潔

（1 浙江農林大學農業與食品科學學院，浙江省農產品品質改良技術研究重點實驗室，浙江杭州 311300；2 杭州小太陽農業科技有限公司，浙江杭州 311300；3 杭州市臨安區農業農村局，浙江杭州 311300；4 浙江農林大學化學與材料工程學院，浙江杭州 311300）

茄子（L.）是茄科茄屬作物，果實含有豐富的營養成分。茄子種植周期短，經濟效益高，目前已成為我國溫室大棚主要種植的蔬菜作物之一。近年來，我國設施蔬菜產業發展迅速，蔬菜專業化育苗也愈顯重要，規模逐漸擴大（方偉 等，2017）。在育苗的關鍵時期，冬季或早春，由于日照時間短和陰雨天氣較多，設施內的光照強度和光照時間嚴重不足，易造成幼苗徒長，植株生長較弱，嚴重影響育苗質量（劉再亮 等，2004）。人工補光是改善冬季設施內光照條件最有效的辦法，目前已有番茄（文蓮蓮 等，2018）、黃瓜（李愚鶴 等，2005）、西瓜（黃蕓萍 等，2015）等蔬菜作物在育苗中開始應用補光技術，并取得了顯著效果。但大多采用的是市場上的普通補光燈、LED 燈和日光燈等，育苗質量仍然達不到在正季太陽光下的效果。

太陽光中蘊含著大量的紫外線，雖然紫外線是不可見光，但是具有重要的生物學作用。紫外線按照波長和生物學特性可劃分為3 類：UV-A（320～400 nm）、UV-B（280～320 nm）和UV-C（200～280 nm）。波長不同，其輻射生物學效應不同。大多數高等植物和真菌在受到小于280 nm的太陽紫外輻射（UV-C 輻射）時幾乎立即死亡；320～400 nm 的太陽紫外輻射（主要是UV-A 輻射）對植物基本無害，甚至對植物的生命活動起調節作用；UV-B 輻射對植物的作用介于UV-C 輻射和UV-A 輻射之間，具有消毒殺菌、誘發植物對病害產生耐性，激活植物免疫機能，改變植株生理活動，抑制植株徒長，增加葉片葉綠素含量等作用。大氣中的O能吸收全部的UV-C 輻射和90%的UV-B輻射，僅剩10%左右的UV-B 輻射能夠到達地面（Marion et al.，2012），會對植物的生理和生態作用產生重要影響（張靜 等，2009；Jenkins，2009；Heijde &Ulm，2012）。在目前的設施生產中，由于薄膜和玻璃等透光層能夠隔離60%～90%的UV-B輻射，使得在設施育苗過程中嚴重缺少UV-B 輻射對蔬菜苗期的生長調節作用（Paul &Gwynn-Jones，2003；Marion et al，2012）。目前，在我國溫室大棚生產中，安裝傳統補光燈、LED 補光燈或高壓鈉燈進行補光已較為常見，但是這些補光燈均無法補充UV-B 輻射，在傳統補光燈基礎上添加低劑量UV-B 輻射進行補光的試驗研究更是鮮少報道。因此，本試驗以茄子品種杭茄1 號作為試驗材料，采用普通LED 補光燈添加低劑量UV-B 輻射，模擬太陽光對植株進行補光，結合實際生產需求測定相應茄子幼苗的農藝性狀和酶活指標，并進行病原菌活性的室內測試和苗期抗病性鑒定，以探索UV-B 輻射對茄子幼苗生長的影響。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試茄子品種為杭州市蔬菜科學研究所選育的杭茄1 號，是浙江地區推廣面積較大的一代雜種。

供試菌株為灰霉病菌株（NL003，由浙江農林大學農學院植物保護實驗室提供）、早疫病菌株（ACCC36023，由中國農業微生物菌種保藏管理中心提供）、炭疽病菌株（ACCC36264，由中國農業微生物菌種保藏管理中心提供）。

補光設備由杭州小太陽農業科技有限公司生產。溫室大棚茄子苗期補光試驗采用紫外（UV-B）育苗補光燈（含低值UV-B 劑量，32 μW·cm，R/B=0.2）和普通育苗補光燈（無UV-B，R/B=0.2）兩種；茄子室內苗期抗病性鑒定補光試驗采用普通育苗補光燈（無UV-B，R/B=0.2）和紫外（UV-B）育苗補光燈（UV-B 劑量51 μW·cm，R/B=0.2）2 種，光照培養箱的箱內參數：光強3 364 lx，PPFD（光量子通量密度）45.75 μmol·m·s，紅光10.96 μmol·m·s，藍光12.53 μmol·m·s，綠光21.92 μmol·m·s。

1.2 試驗方法

1.2.1 茄子育苗及苗期補光 茄子育苗補光試驗在浙江農林大學官塘農場大棚中進行。2019 年4 月1日浸種消毒，4 月2 日將種子播于50 孔育苗盤中（草炭∶蛭石∶珍珠巖=2∶1∶1），待茄子幼苗長至一葉一心后進行補光處理（4 月20 日至5月12 日進行補光）。共設置3 個處理：普通補光、紫外（UV-B）補光和不補光（CK），每個處理3 盤，作為3 次重復。補光時間為早晨6：00—8：00，夜間17：00—20：00，每天5 h，陰雨天氣全天補光，整個苗期持續補光。各處理間使用黑色遮光布完全隔開，保證受光均勻。補光燈始終懸掛于幼苗頂端上方80 cm 處，隨著植株的生長調整燈管與幼苗頂端的距離，保持照射距離不變。

1.2.2 茄子苗期生理指標測定 播種后33、40 d（補光15、22 d），每處理隨機選取8 株形態長勢一致的幼苗，測定其株高、莖粗、葉面積、葉片葉綠素相對含量、地上部和地下部干質量，計算壯苗指數。采用YMJ-A 根系掃描儀測定幼苗自上而下第3 片真葉葉面積；采用手持SPAD-502 葉綠素測定儀測定第3 片真葉葉綠素含量（SPAD 值）。播種后33、40 d 傍晚17：30，每處理隨機選取8 株形態長勢一致的幼苗，由內往外選取第2、第3 片真葉測定酶活性：丙二醛（MDA）含量的測定采用硫代巴比妥酸法（Buege &Aust，1977）；過氧化氫含量的測定采用四氯化鈦法（劉俊 等，2020）；過氧化氫酶（CAT）活性的測定采用過氧化氫比色法，過氧化物酶（POD）活性的測定采用愈創木酚法，超氧化物歧化酶（SOD）活性的測定采用氮藍四唑法，抗壞血酸過氧化物酶（APX）活性的測定采用紫外分光光度法（鄒琦，2000）；總酚和類黃酮含量的測定參考曹健康等（2007）的方法。

1.2.3 茄子幼苗抗病性鑒定 孢子懸浮液的制備：分別從灰霉病、炭疽病和早疫病菌株菌落邊緣打取直徑8 mm 的菌餅，放入裝有PDA 液體培養基的三角瓶內，在28 ℃、200 r·min條件下搖培2～3 d，待生成一定孢子數量時，經3 層無菌濾紙過濾菌絲，收集孢子液，在顯微鏡下用血球計數板進行觀察和計數，確保最終接種濃度在1 × 10個·mL左右，置入4 ℃冰箱備用。

接種：參照NY/T 1857.1—2010《黃瓜主要病害抗病性鑒定技術規程 第1 部分：黃瓜抗霜霉病鑒定技術規程》，略有改動。茄子幼苗管理同茄子苗期補光試驗中紫外（UV-B）補光處理，待幼苗長至四葉一心時，換盆培養，依次用75%無水乙醇和無菌水對葉片進行清洗擦干，將孢子懸浮液用小型手持噴霧器均勻噴到茄子葉片上，直至有水滴流出。接種完的茄子幼苗用塑料膜包裹，避光保濕48 h 后放置在光照培養箱內進行正常栽培管理，每種真菌接種48 株幼苗，3 次重復。

補光：每種真菌接菌苗分別設置普通育苗補光和紫外育苗補光2 個處理，每個處理3 次重復，每重復48 株幼苗。補光燈懸掛于幼苗頂端上方30 cm 處，補光時間同1.2.1。待7 d 后茄子幼苗充分發病時進行植株病情調查，并計算病情指數（盧鑒植 等，1992；朱麗梅 等，2012，2015）。

1.3 數據分析

試驗數據的處理采用SPSS 20.0 軟件，采用多重比較（Tukey 法）進行方差顯著性檢驗（α=0.05）；采用Microsoft Excel 2003 軟件繪制圖表。

2 結果與分析

2.1 不同補光燈對茄子幼苗生長的影響

由表1 可知，在補光15 d 后，紫外（UV-B）補光處理的茄子幼苗生長勢最好，各生長指標與不補光對照間存在顯著差異；且株高、莖粗、葉片數和葉面積分別比普通補光處理高出6.72%、8.82%、6.77%和20.69%。在補光22 d 后，紫外補光處理的幼苗株高受到一定抑制，比普通補光處理降低7.90%，但莖較粗壯；在葉片數量和葉面積方面，紫外補光和普通補光處理均顯著高于對照；兩種補光處理的葉綠素含量差異不顯著，均顯著低于不補光的對照。表明在茄子苗期進行紫外（UV-B）補光可有效抑制植株徒長，使其矮壯、不易倒伏，并能有效提高茄子幼苗植株的莖粗、葉面積，但對葉片數的增加效果不明顯，對葉綠素的含量有降低作用。

表1 不同補光燈對茄子幼苗生長的影響

2.2 不同補光燈對茄子幼苗壯苗的影響

由表2 可知，紫外（UV-B）補光處理能顯著提高茄子幼苗地上部和地下部的干質量，在補光22 d 后，分別比普通補光處理高出26.38%和14.10%；同時，壯苗指數也顯著高于普通補光處理和不補光對照，但根冠比差異不顯著。由此可知，紫外補光處理可促進茄子幼苗的地上部、地下部干質量增加，壯苗指數最高，幼苗素質最好。

表2 不同補光燈對茄子幼苗壯苗的影響

2.3 不同補光燈對茄子幼苗葉片抗氧化酶活性的影響

不同補光處理的茄子幼苗葉片抗氧化酶活性均隨補光時間的延長呈下降趨勢。3 個處理中以紫外（UV-B）補光對CAT 活性的影響最大，補光22 d 后仍保持較高水平（圖1-A）。在補光22 d 后，紫外補光處理的茄子幼苗葉片POD 活性顯著高于普通補光處理和不補光對照（圖1-B）；紫外補光處理葉片APX 活性顯著高于對照，高出38.81%，但與普通補光處理差異不顯著（圖1-C）；普通補光和紫外補光處理均能提高葉片的SOD 活性（圖1-D）。表明添加低劑量UV-B 輻射能顯著提高茄子幼苗葉片中的POD、CAT、APX 及SOD 活性。

圖1 不同補光燈對茄子幼苗抗氧化酶活性的影響

2.4 不同補光燈對茄子幼苗葉片MDA 和H2O2 含量的影響

由圖2-A 可知，在補光15 d 后，紫外（UVB）補光處理的茄子幼苗葉片MDA 含量大幅下降，分別比普通補光處理和不補光對照減少17.35%和36.46%。在補光22 d 后，紫外補光處理的MDA 含量仍處于最低水平。由圖2-B可知，在補光15 d后，紫外補光和普通補光處理的茄子幼苗葉片HO含量較對照低，但到22 d 時，對照和普通補光處理植株的HO含量持續下降，而紫外補光處理植株的HO含量呈上升趨勢，從1.75 μmol·g增加到2.73 μmol·g。

圖2 不同補光燈對茄子幼苗葉片MDA、H2O2 含量的影響

2.5 不同補光燈對茄子幼苗葉片類黃酮和總酚含量的影響

由圖3 可知，紫外（UV-B）補光處理的茄子幼苗葉片總酚和類黃酮含量一直保持較高水平，紫外補光22 d 后葉片總酚含量比不補光對照和普通補光處理分別提高9.84%和6.25%。普通補光處理茄子幼苗葉片總酚和類黃酮含量均隨補光時間的延長明顯下降，而紫外補光處理的葉片總酚和類黃酮含量隨時間的延長下降最少。

圖3 不同補光燈對茄子幼苗葉片類黃酮和總酚含量的影響

2.6 不同補光處理對茄子幼苗抗病性的影響

如表3 所示，紫外（UV-B）補光處理對茄子灰霉病、炭疽病和早疫病病原菌發生起到顯著的抑制作用，茄子幼苗病情指數較普通補光處理極顯著降低，防治效果分別達到56.80%、60.34%和50.07%。

表3 不同補光處理對茄子幼苗抗病性的影響

3 討論

在幼苗生長期，對植株進行適量的紫外（UVB）補光會對幼苗的生理形態造成多方面的影響。Kataria 和Guruprasad（2012）觀測到，在UV-B 補光期間高粱株高顯著降低；Yan 等（2012）對持續暴露在UV-B 輻射20 d 后的擬南芥進行研究，發現植株生長速率減緩，株高受到強烈抑制。謝春梅等（2020）發現，增加UV-B 照射劑量后水稻的莖粗明顯增加，且兩者呈正相關變化。González等（2009）和Singh 等（2014）先后報道了藜麥和蕓豆在紫外UV-B 照射下，盡管葉面積有所減少，但葉片數量和分枝數卻比對照有所增加。鄭翔等（2018）用高于環境20%強度的UV-B 照射烏桕葉片后其葉綠素相對含量（SPAD 值）高出對照3.47%。這些結論皆與本試驗中低劑量UV-B 輻射處理能夠抑制茄子幼苗徒長、提高壯苗指數的結果較為相符。在大棚幼苗補光前期，普通補光和紫外補光處理都能顯著提升幼苗植株的株高，但隨著時間的推移，普通補光處理的幼苗株高增加最快，明顯高于不補光對照和紫外補光處理，而紫外補光處理下的幼苗株高增長速度呈先增后降趨勢，在補光后期顯著低于普通補光。大棚中普通補光在育苗后期容易徒長，而UV-B 育苗燈補光可以解決徒長問題，起到壯苗的效果。壯苗指數是衡量果蔬苗期素質的重要指標，能準確反映溫室大棚內各補光處理茄子幼苗素質的好壞程度。在茄子幼苗補光期間，紫外補光處理的植株地上部和地下部干質量積累都顯著高于普通補光處理和對照，從而大大提高了壯苗指數。本試驗結果表明，對溫室大棚茄子幼苗補充低劑量UV-B 輻射可有效抑制幼苗徒長，使莖粗壯，提高幼苗地上部和地下部干質量以及幼苗壯苗指數，有效增加植株葉片數量及葉面積大小。但在一定程度上降低了幼苗葉片的葉綠素含量，相關機理仍需進一步研究。

此外，不同補光處理對茄子幼苗的抗氧化酶活性均有一定影響。UV-B 補光處理的幼苗葉片APX、SOD、POD 和CAT 活性均高于不補光對照和普通補光處理，這與劉鵬等（2017）對黃瓜幼葉補充20 μW·cm低劑量UV-B 輻射，使得黃瓜葉片的抗壞血酸（AsA）含量和CAT、POD、SOD活性有效提高的結論相符。SOD、APX、CAT 和POD 等均屬于抗性酶范疇，其活性的升高與植株抵御病害能力呈正相關。隨著紫外補光時間的延長，茄子幼苗葉片的HO含量逐漸上升，又進一步促進了抗氧化酶活性的提高。MDA 作為細胞膜脂的過氧化產物，它的產生會加劇膜的損傷，因此MDA 含量是在植物衰老生理和抗性生理研究中常用指標之一。本試驗中，低劑量UV-B 輻射可促使MDA 含量顯著下降。綜上所述，在幼苗生長期進行低劑量UV-B 補光處理可以顯著提高茄子幼苗植株的抗氧化酶活性，從而提高茄子幼苗對外界不良環境的抗性。

茄子中含有豐富的酚類和類黃酮物質，它們具有良好的抗氧化、抗炎和抑菌等活性，這些酚類、黃酮類化合物是植物發揮抗氧化作用的一類重要支撐物質。總酚和類黃酮含量是體現植株抗氧化能力的重要指標，并且對抵抗病害入侵起到一定作用。據報道，處于UV-B 照射下的芽苗菜類黃酮含量較對照漲幅達7.35%（居鑫 等，2019）；紫花苜蓿幼苗在接受UV-B 照射6 h 后，總酚含量達到最大值10.384 mg·g（王靜 等，2016）；番茄幼苗經UV-B 處理7 d 后，葉片中類黃酮含量與其他處理差異顯著（胡志峰和郁繼華，2014）。這些結論與本試驗中紫外（UV-B）補光處理可以有效提高茄子幼苗葉片的總酚和類黃酮含量，提高茄子幼苗抗病性的結果一致。

眾所周知，UV-B 因具有良好的殺菌消毒性能而被作為一種較為完善的物理手段在各領域中廣泛應用，其作用機理是通過對微生物（細菌、病毒、芽孢等病原體）造成輻射損傷，導致微生物體內的核酸功能受到破壞后最終死亡。此外，UV-B 輻射（280～315 nm）能夠誘導植物產生相應的防御機制，同時通過植株體內的苯丙氨酸解氨酶（PAL）活性途徑刺激多酚化合物的積累，以此提高植株的抗逆性從而降低發病率（Chehab et al.，2012；Li et al.，2018）。Zhao 等（2019）研究得出UV-B 照射對抵御小麥條銹病夏孢子侵襲的效果良好，在一定程度上延緩了菌絲的生長，主要表現在發芽率、菌絲分枝數量、吸器母細胞和吸器數量以及菌絲長度的減少。李想等（2018）觀察到在UV-B 處理下的水稻稻瘟病病原菌的菌絲形態發生改變，并導致產孢量下降，暴露于UV-B 輻照下的水稻病情指數顯著低于自然光處理。這些結論均與本試驗的結果一致：在茄子苗期接種試驗中，相比普通補充處理，UV-B 補光處理在一定程度上抑制了灰霉菌、炭疽菌和早疫菌的發生，幼苗病葉率大大降低，病情指數均極顯著下降，達到了較為理想的防治效果。

4 結論

本試驗結果表明，在大棚中應用紫外（UV-B）補光燈，不僅能滿足植株對一般紅藍光的正常需求，還適當補充了UV-B 輻射，能夠有效促使茄子幼苗生長健壯，不易徒長，提高壯苗指數；促進植株葉片數積累和葉面積增加；提高植株抗氧化酶活性與總酚、類黃酮的含量；降低了幼苗灰霉菌、炭疽菌和早疫菌的發生率，增強植株的抗病能力，綜合防治效果好。綜上所述，新型紫外（UV-B）補光燈可作為一種有效的補光手段在設施蔬菜生產中推廣應用。

致謝：本試驗中灰霉菌菌種由張傳清教授提供，吳峰華高級實驗師在指標測定方面給予了幫助，在此一并致謝！