光质对商茄1号碳氮代谢及根系活力的影响

陈昆　赵跃锋　张清华　韩玉　韩灿功

摘要[目的] 研究光质对商茄1号碳氮代谢及根系活力的影响。[方法]采用LED光源，以“商茄1号”为试材，研究了红光、蓝光、红蓝（3∶1）、红蓝（5∶1）和白光（对照）对茄子碳氮代谢及根系活力的影响。[结果]红蓝光（5∶1）处理下叶片蔗糖、总糖、淀粉含量和根系活力最高，蓝光处理下总糖和淀粉含量最低，而全氮、游离氨基酸、可溶性蛋白和CAT活性在蓝光下含量最高；红光下全氮含量最低。[结论] 该研究为光质环境调控下商茄1号优质高产和其他茄子品种光質调控提供理论和数据参考。

关键词商茄1号；光质；碳氮代谢；根系活力；抗氧化酶

中图分类号S123文献标识码A文章编号0517-6611（2017）33-0037-02

Effects of Light Qualities on Carbon and Nitrogen Assimilation and Root Activity of Shangqie 1

CHEN Kun， ZHAO Yuefeng， ZHANG Qinghua et al

（Shangqiu Academy of Agriculture and Forestry Sciences， Shangqiu， Henan 476000）

Abstract[Objective] To research the effects of light qualities on carbon and nitrogen assimilation and root activity of Shangqie 1. [Method] Using LED light source as the test material， effects of red light， blue light， red blue， red blue（3∶1）， red blue （5∶1） and white light （CK） on the carbon and nitrogen metabolism and root activity of Shangqie 1 were studied. [Result] Under the treatment of red and blue light （5∶1） leaves， leaves had the highest sucrose， total sugar， starch content and root activity. Total sugar and starch content was the lowest under blue light treatment；the total nitrogen， free amino acid， soluble protein and the activity of CAT under blue light treatment were the highest；total nitrogen content was the lowest under red light treatment.

Key wordsShangqie 1；Light quality；Carbon nitrogen assimilation；Root activity；Antioxidant enzyme

光是植物生长发育、形态建成及生理代谢的重要环境因子[1]，并以光信号的形式调节植物生长的各个阶段。300～700 nm波段的光影响叶片的形成，红光明显促进番茄幼苗叶面积增大[2]，有利于叶片叶绿素含量的提高[3]；蓝紫光降低植物体内生长素含量[4]和草莓根长及生根数量[5]；红光照射会延迟开花期，但可改善花的观赏品质，蓝光照射提早开花[6]，红蓝组合光对甜椒果实转色后期类胡萝卜素含量有明显地促进作用[7]；长波段光对黄酮和内酯类物质积累有抑制，短波反之[8]。目前，关于光质对茄子的影响研究较少，主要集中在温度、重金属、生长调节剂、土壤调理剂、钝化剂、施肥量等方面，而有关光质对茄子碳氮代谢、根系活力等方面的研究国内尚鲜见报道。

LED（light emitting diode）光源，具有体积小、重量轻、寿命长、光谱性能好、冷光源、光能利用率高、光质单一等众多优点，适于可控环境中的植物培养和栽培，如植物组织培养和设施栽培等。该试验通过LED光源，设置不同光质处理，探究其对商茄1号碳氮代谢和根系活力的影响，以期为光质环境调控下商茄1号优质高产和其他茄子品种光质调控提供理论和数据参考。

1材料与方法

1.1材料

以“商茄1号”为试材，试验设5个LED光源处理，分别为红光（655.7 nm， R）、蓝光（456.2 nm， B）、红蓝光（3∶1，R3B1）、红蓝光（5∶1，R5B1）和白光（对照，W ）。LED照明设备采用顶部设计，高度可调，在茄子生长期内使LED光源与茄子之间始终保持约30 cm距离，光强300 μmol/（m2·s）。

1.2方法

试验于2016年5月3日进行。将浸种催芽后的茄子种子均匀撒播于长90 cm 、宽45 cm 、高25 cm的塑料盆中，盆中装杀菌消毒过的基质，厚20 cm，播种后在种子上撒一层厚0.5～1.0 cm的基质，播种30盆。种子出苗5 d后，选取长势一致的茄子18盆，每3盆1个处理。智能温室白天温度控制在25～28 ℃，夜间13～17 ℃，每天光照12 h，空气湿度80%～90%。根据盆内基质干湿度浇灌Hoagland营养液，每次每盆浇灌2.0 L。光照处理20 d后，进行根系活力、碳氮代谢等方面的测定。

1.3测定项目

根系活力测定采用TTC法[9]。糖和淀粉的测定分别采用於新建等[10]的方法和高氯酸法[11]。叶片全氮含量、NO-3-N含量、可溶性蛋白含量、游离氨基酸含量测定分别采用凯氏定氮法[12]、水杨酸—硫酸法[13]、考马斯亮蓝法[13]和显色法[13]。

1.4数据统计分析

采用Excel 2007软件处理数据和绘图，采用SAS软件进行数据统计分析。

2结果与分析

2.1光质对茄子氮代谢的影响

从表1可以看出，不同光质对茄子叶片糖及淀粉含量影响显著。红蓝光（5：1）处理下叶片蔗糖、总糖和淀粉含量最高，较白光分别增加3.47%、13.61%和33.49%，蓝光处理下总糖和淀粉含量最低；果糖在白光下含量最高，红光、蓝光、紅蓝光（3∶1）和红蓝光（5∶1）处理下含量最低。

2.2光质对茄子氮同化的影响

由表2可知，不同光质对茄子叶片硝态氮、全氮、游离氨基酸和可溶性蛋白含量影响不同。红蓝光（3∶1）和红蓝光（5∶1）处理下硝态氮含量均高于白光处理，而红光和蓝光处理低于白光处理，说明复合光质对叶片硝态氮含量的影响不仅是简单的光质叠加，而应该具有其他形式的互作效应。蓝光、红蓝光（3∶1）、红蓝光（5∶1）和红光处理下游离氨基酸和可溶性蛋白含量均高于白光，且以蓝光处理下最高，较白光分别提高24.89%和4662%，说明蓝光利于游离氨基酸和可溶性蛋白的积累；全氮在蓝光处理下最高，红光处理下最低。

2.3光质对茄子根系活力的影响

由图1可知，不同光质处理对茄子根系活力的影响差异显著。茄子根系活力红蓝光（5∶1）处理下含量最高，较白光提高31.85%，其次是红光，较白光提高19.30%，红蓝光（5∶1）处理再次之，蓝光处理最低，且显著低于白光，说明红蓝组合光较红光或蓝光单一光质更有利于茄子根系活力的提高。

3结论与讨论

碳代谢包括无机碳转化为有机碳、碳水化合物运输与转化和淀粉积累等。光质能以光信号的形式调节植物体内的碳代谢水平。Kasperbauer [14]研究表明光质可诱导光敏色素，调控蔗糖代谢酶。研究报道显示白光+绿光、白光+蓝光能提高蔗糖合成酶活性，促进黄瓜叶片蔗糖积累[15]，红光和红蓝组合光能显著提高番茄幼苗可溶性糖、淀粉含量[16]，增加红光比例有利于碳代谢的增强，红蓝光能够增加植物淀粉含量[17]。该试验中，红蓝光（5∶1）处理茄子叶片蔗糖、总糖和淀粉含量最高，与张欢等[18]研究类似；蓝光处理总糖和淀粉含量最低，可能是因为蓝光能够破坏叶绿体光合片层结构，降低光合效率，使植物碳同化受到影响，降低糖含量[18]；果糖在白光下含量最高，红光、蓝光、红蓝光（3∶1）和红蓝光（5∶1）处理含量最低，这可能是因为白光提高了茄子叶片中SS和SPS活性，这2种酶能够促进叶片果糖含量的增加。

氮代谢是植物化学循环的重要组成部分，氮素的同化主要通过硝酸盐还原为铵后，再参与氨基酸的合成与转化。郭银生[19]指出，蓝光可以促进植物氮代谢，提高叶片氨基酸、蛋白质和总氮含量。崔慧茹等[7]指出，蓝光显著提高彩色甜椒游离氨基酸含量，但红光下含量降低。该研究结果表明，蓝光、红蓝光（3∶1）、红蓝光（5∶1）和红光处理下茄子叶片游离氨基酸和可溶性蛋白含量均高于白光，这可能是蓝光下线粒体的暗呼吸被促进，而线粒体的暗呼吸能够为氨基酸的合成提供碳架，促进蛋白质合成[20]。有研究得出蓝光可提高烟叶NR活性[21]，也有研究认为蓝光能降低生菜硝态氮含量[22]。该研究显示，红蓝光（3∶1）和红蓝光（5∶1）能显著提高茄子叶片硝态氮含量，说明复合光质对叶片硝态氮含量的影响不仅是简单的光质叠加，而应具有其他形式的互作效应。

根系是活跃的吸收器官和合成器官，如养分、水分的吸收，细胞分裂素、氨基酸、维生素等物质的合成都离不开根[23]，而光信号能够影响植物根系的生长发育[24]。魏星等[25]研究认为，红光促进菊花组培苗根系伸长，但降低根系活力。杜洪涛[26]指出彩色甜椒幼苗根系活力在黄光和白光下最高。蒲高斌等[27]试验得出，蓝光提高了番茄根系活力和根系吸收面积。该试验结果表明，茄子根系活力在红蓝光（5∶1）处理下最高，较白光提高31.85%，其次是红光，而蓝光处理下最低。光质在不同作物上表现的根系活力差异体现了光质调控的复杂性。

参考文献

[1] CHORY J，WU D Y.Weaving the complex web of signal transduction[J].Plant physiology，2001，125（1）：77-80.

[2] 倪纪恒，陈学好，陈春宏，等.补充不同光质对温室黄瓜生长发育、光合和前期产量的影响[J].中国农业科学，2009，42（7）：2615-2623.

[3] 田发明.光环境对甜椒生长产量及生理代谢的影响[D].泰安：山东农业大学，2013.

[4] BELLAMINE J，PENEL C，GREPPIN H.Proton pump and IAA sensitivity changes in spinach leaves during the flowing induction[J].Plant Physiol Biochem，1993，31（2）：197-203.

[5] NHUT D T，TAKAMURA T，WATANABE H，et al.Responses of strawberry plantlets cultured in vitro under superbright red and blue lightemitting diodes（LEDs）[J].Plant Cell，Tiss and Organ Culture，2003，73（1）：43-52.

[6] 江明艳，潘远智.不同光质对盆栽一品红光合特性及生长的影响[J].园艺学报，2006，33（2）：338-343.

[7] 崔慧茹，刘世琦，张自坤，等.不同光质下彩色甜椒果实色素含量的变化[J].西北农业学报，2009，18（2）：178-183.

[8] 谢宝东，王华田.光质和光照时间对银杏叶片黄酮、内酯含量的影响[J].南京林业大学学报（自然科学版），2006，30（2）：51-54.

[9] 赵世杰，苍晶.植物生理学实验指导[M].北京：中国农业科学技术出版社，2002.

[10] 放新建.蔗糖合成酶、蔗糖磷酸合成酶活性的测定[M]//上海植物生理学会.植物生理学实验手册.上海：上海科学技术出版社，1985.

[11] 张治安，张美善，蔚荣海.植物生理学实验指导[M].长春：吉林大学出版社，2006.

[12] 鲍士旦.土壤农化分析[M].北京：中国农业出版社，2000.

[13] 李合生，孙群，赵世杰，等.植物生理生化实验原理和技术[M].北京：高等教育出版社，2000.

[14] KASPERBAUER M J.Strawberry yield over red versus black plastic mulch[J].Crop science，2000，40（1）：171-174.

[15] 刘张垒.光质对黄瓜生长、生理特性、产量及品质的影响[D].泰安：山东农业大学，2014.

[16] 张欢，徐志刚，崔瑾，等.光质对番茄和莴苣幼苗生长及叶绿体超微结构的影响[J].应用生态学报，2010，21（4）：959-965.

[17] 张明方，李志凌.高等植物中与蔗糖代谢相关的酶[J].植物生理学通讯，2002，38（3）：289-295.

[18] 戴紹军，王洋，阎秀峰，等.滤光膜对喜树幼苗叶片生长和喜树碱含量的影响[J].生态学报，2004，24（5）：869-875.

[19] 郭银生.光环境调控对水稻幼苗和黑豆芽苗菜生长发育的影响[D].南京：南京农业大学，2011.

[20] KOWALLIK W.Blue light effects on respiration[J].Annual review of plant physiology，1982，33：51-57.

[21] 史宏志，韩锦峰，官春云，等.红光和蓝光对烟叶生长、碳氮代谢和品质的影响[J].作物学报，1999，25（2）：215-220.

[22] 陈文昊，徐志刚，刘晓英，等.LED光源对不同品种生菜生长和品质的影响[J].西北植物学报，2011，31（7）：1434-1440.

[23] 李德全，高辉远，孟庆伟.植物生理学[M].北京：中国农业科学技术出版社，2004.

[24] SUN Q，YODA K，SUZUKI H.Internal axial light conduction in the stems and roots of herbaceous plants[J].Journal of expermental botany，2005，56（409）：191-203.

[25] 魏星，顾清，戴艳娇，等.不同光质对菊花组培苗生长的影响[J].中国农学通报，2008，24（12）：344-349.

[26] 杜洪涛.光质对彩色甜椒幼苗生长发育特性的影响[D].泰安：山东农业大学，2005.

[27] 蒲高斌，刘世琦，刘磊，等.不同光质对番茄幼苗生长和生理特性的影响[J].园艺学报，2005，32（3）：420-425.