单侧红光对大豆幼苗生长的影响

王阳昕 章有知

摘要：在光照培养室内种植大豆[Giycine max （Linn.） Merrill]幼苗，以单侧红光和单侧自然光作为光源，30 d后测定大豆幼苗的株高、鲜重和干重等生長指标和可溶性糖、叶绿素、蛋白质含量等生理指标。结果表明，单侧红光或单侧自然光处理下的幼苗都有明显的向光性生长现象；单侧红光处理大豆幼苗株高显著高于单侧自然光处理；幼苗鲜重和干重没有显著差异；所测定的3项生理指标在两组中都存在极显著差异，自然光中大豆幼苗的可溶性糖高于红光中大豆幼苗的可溶性糖含量，前者大约为后者的16倍；红光中大豆幼苗的蛋白质、叶绿素a、叶绿素b和叶绿素（a+b）含量均高于自然光中大豆幼苗的含量，前者分别是后者的1.50倍、1.14倍，1.19倍和1.16倍。

关键词：大豆[Giycine max （Linn.） Merrill]；光质；单侧红光；生理特性；生长特性

中图分类号：S565.1 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2018）08-0020-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.08.005

Influence of the Exposure of Unilateral Red Light on the Growth of Soybean Seedlings

WANG Yang-xin，ZHANG You-zhi

（College of Life Science， Changchun Normal University， Changchun 130032， China）

Abstract： Soybean seedlings were cultivated in the light culture room， using unilateral red light and unilateral sunlight as light source. After a period of 30 days， the ecological indexes， including seedling height， fresh weight and dry weight of seedling were measured， and several physiological indexes such as soluble sugar content， chlorophyll content and protein content were also determined. The results showed that all the seedlings had the phenomenon of phototropism under exposure of unilateral red light or unilateral sunlight. The seedling height in the treated group of unilateral red light was significantly higher than in the treated group of unilateral sunlight. However， fresh weight and dry weight had no significant differences between two groups. The three physiological indexes had extremely significant differences between two groups. Soluble sugar content in unilateral sunlight treatment was 16 times higher than in the unilateral red light treatment. Protein content， chlorophyll a content， chlorophyll b content and chlorophyll（a+b） content in the unilateral red light treatment was 1.5 times， 1.14 times， 1.19 times and 1.16 times higher than in the unilateral sunlight treatment， respectively.

Key words： soybean[Giycine max（Linn.） Merrill]； light quality； unilateral red light； physiological characteristic； growth characteristic

在植物的生长发育过程中，光是非常重要的因素。植物对光能的要求，除了光强和光周期外，光质也是一个十分重要的因素[1]。光质不仅作为一种能量来源参与植物的光合作用，还通过触发植物体内的不同光受体影响植物的生长、产量、品质、抗逆性和衰老等[2]。光质对植物的生长、形态建成、光合作用、物质代谢以及基因表达均有控制作用。

光质或光谱组成是指太阳辐射成分及其各波段所含能量，是光的重要属性，其特征光谱包括紫外光、可见光和红外光[3]。在生产中，不同光质的塑料薄膜被作为物理方式来调节植物生长。光通过塑料薄膜后使设施内的光强与光质发生改变，然而人们对光质在植物生长发育中产生的影响尚无明确认识。近年来，光质对植物光合作用的影响已经引起研究人员的广泛重视，并开展了多方面的研究，取得了大量的试验成果。

另外，植物在单侧光的照射下会发生向光性弯曲的现象。而向光素则介导植物的向光性、叶绿体运动和抑制黄化幼苗生长和叶的扩张。对其结构的分析表明，向光素C端有一个丝氨酸∕苏氨酸蛋白激酶区域，N端有两个约12 ku的FMN结合区域[4]。有研究者报道了豌豆黄化苗的上胚轴生长区有一种能够被光诱导而发生磷酸化作用的膜蛋白[5]。之后的研究表明，光引发的磷酸化作用与向光性有密切关系。

本研究以大豆幼苗为试验对象，初步研究了在单侧红光和单侧自然光照射下大豆幼苗的向光性生长中部分生长指标和生理指标受到的影响。

1 材料与方法

1.1 材料與试剂

本试验选用普通大豆[Giycine max （Linn.） Merrill]幼苗作为试验材料。

1.2 试验设计

挑选大小均一的大豆种子在实验室内以土培的方式种植，待其顶土刚要萌发时，分别置于单侧红光和单侧自然光的处理下，每3 d浇水1次，生长过程中白天温度在20～25 ℃，夜晚在12～16 ℃。从开始顶土到试验结束，生长时间为30 d。单侧光源的设置方法为：用不透光的纸板将植物四周非透光区全部封闭，只留下透光区。如图1所示。

1.3 方法

1.3.1 生长指标的测定 株高的测定部分为幼苗的地上部，鲜重的测定使用株高测定完毕的植物，用钝头镊子将其放入电子天平中进行称量，鲜重测定完毕后，将植株放入烘干箱中，105 ℃下烘干至两次测定的差值在0.03%以内，测定幼苗干重。

1.3.2 生理指标的测定 可溶性糖含量测定的具体方法为：①制作葡萄糖吸光度值标准曲线：精确配制100 μg/mL的葡萄糖标准溶液，取20 mL带塞试管，编号，按表1配制葡萄糖标准溶液。然后在每只试管中加入5 mL蒽酮试剂，混匀，盖上塞子，在沸水浴中煮沸10 min，取出，立即用水冷却至室温，在625 nm波长下，用0号管调零，分别测量各管的OD值。以3次测定的OD值平均值为纵坐标，葡萄糖含量为横坐标，绘制标准曲线，见图2。②植物叶片在110 ℃烘箱烘5 min，然后调至70 ℃过夜。干叶片磨碎后称取50 mg样品倒入10 mL刻度离心管内加入4 mL 80%乙醇，置于80 ℃水中不断搅拌40 min，离心，收集上清液，其残渣加2 mL 80%乙醇重复提取2次，合并上清液。在上清液加10 mg活性炭，80 ℃脱色30 min，80%乙醇定容至10 mL，过滤后所得滤液即为可溶性糖测定提取液。取该提取液1 mL，加入5 mL蒽酮试剂混匀，用葡萄糖标准曲线制作过程中同样的方法，在625 nm处测定溶液的OD值。由标准曲线查得提取液中的可溶性糖含量，然后根据每mL提取液含有5 mg干样品中的糖，再计算样品中的糖含量。

蛋白质含量的测定方法具体为：①绘制蛋白质吸光度值标准曲线：精确配制100 μg/mL的蛋白质标准溶液，取20 mL带塞试管，编号，按表2配制蛋白质标准溶液。取配制的蛋白质标准溶液2 mL，分别加入配制好的0.6 mg/mL的考马斯亮蓝G-250试剂2 mL，立即混匀，以去离子水2 mL加染料试剂2 mL作为对照，于分光光度计中波长620 nm处测定其OD值。根据测定结果，绘制出OD值-蛋白质质量标准曲线，见图3。②取0.5 g样品于研钵中捣碎，加10 mL 0.15 mol/L NaCl溶液进行蛋白质提取，最后定容至20 mL，用标准曲线制作中同样的方法，测定样品溶液的620 nm处OD值，然后根据回归线性方程计算蛋白质含量。

叶绿素含量的测定方法具体为：取剪去粗大叶脉，并剪成碎块的新鲜叶片0.5 g放入研钵中加纯丙酮5 mL，少许CaCO3和石英砂，研磨成匀浆，再加80%丙酮5 mL，将匀浆转入离心管，并用适量80%丙酮洗涤研钵，一并转入离心管，离心后弃沉淀，上清液用80%丙酮定容至20 mL。取上述色素提取液1 mL，加80%丙酮4 mL稀释后转入比色杯中，以80%的丙酮为对照，分别测定663 nm、645 nm处的OD值。叶绿素a（mg/L）=12.7 OD663-2.69 OD645；叶绿素b（mg/L）=22.9 OD645-4.68 OD663；叶绿素（a+b）（mg/L）=8.02 OD663+20.21 OD645。

1.3.3 数据分析 测定生长指标时，植物样本容量为15株；生理指标测定时，重复测量三次。使用SPSS19.0统计软件对数据进行分析，显著性检验采用独立样本t检验。

2 结果与分析

2.1 单侧红光对大豆幼苗株高的影响

单侧红光和单侧自然光作为光源培养30 d后，大豆幼苗的株高分析数据表明，单侧红光照射的大豆幼苗植株高于单侧自然光照射的植株。F值3.756，方差检验无显著性差异，平均值双尾显著性t检验的P值为0.029，说明两个处理之间在大豆幼苗株高上有显著性差异。

2.2 单侧红光对大豆幼苗鲜重的影响

试验测定的大豆幼苗鲜重的分析数据表明，单侧红光和单侧自然光照射的大豆幼苗植株鲜重相差不大。F值0.288，方差检验无显著性差异，双尾显著性t检验的P值为0.847，说明两个处理之间在大豆幼苗株高上没有显著性差异。

2.3 单侧红光对大豆幼苗干重的影响

试验测定的大豆幼苗干重的分析数据表明，单侧自然光照射的大豆幼苗植株的干重大于单侧红光的干重。F值0.208，方差检验无显著性差异，双尾显著性t检验的P值为0.054，说明两个处理之间在大豆幼苗株高上没有显著性差异。

2.4 单侧红光对大豆幼苗生理指标的影响

试验测定的可溶性糖含量、蛋白质含量和叶绿素含量的结果见图4。从图4可以看出，自然光中大豆幼苗的可溶性糖含量高于红光中大豆幼苗的可溶性糖含量，前者大约为后者的16倍。红光中大豆幼苗蛋白质含量、叶绿素a含量、叶绿素b含量和叶绿素（a+b）含量都高于自然光中大豆幼苗的含量，前者分别是后者的1.50倍、1.14倍，1.19倍和1.16倍。

经t检验，大豆幼苗可溶性糖含量在红光和自然光间存在极显著差异，双尾检验P值为0.000；大豆幼苗蛋白质含量在红光和自然光间存在极显著差异，双尾检验P值为0.000；大豆幼苗叶绿素a含量在红光和自然光间存在极显著差异，双尾检验P值为0.000；大豆幼苗叶绿素b含量在红光和自然光间存在极显著差异，双尾检验P值为0.002；大豆幼苗叶绿素（a+b）含量在红光和自然光间存在极显著差异，双尾检验P值为0.000。

3 讨论

3.1 光质对大豆幼苗生长指标的影响

不同波长的光可以通过影响植物体内的内源激素水平来实现对茎的生长调节。在分子水平上，红光促进细胞的伸长；总的来说，波长长的光（红光）促进茎的伸长，而波长短的光（蓝光）抑制茎的伸长[6]。研究表明，单侧红光处理的大豆幼苗株高是单侧自然光处理组株高的1.32倍，且两组处理在株高上具有极显著差异。说明在引起幼苗向光性生长的的同时，单侧红光仍然具有促进幼苗茎的伸长效应，这种伸长效应和光的方向性无关。

在鲜重和干重的结果上，两个处理并未表现出显著性差异的现象。鲜重的平均值统计数据非常接近，但是干重的统计数据却是自然光组已经表现出比红光组大的趋势。如果简单地把植物体内的物质分为水和有机物的话，那么在鲜重方面，红光组的含水量则较自然光组要大；而有机物方面则以自然光组中植物生长过程中积累的量为多，说明自然光的光合作用要强于红光。虽然并没有表现出显著差异，但这极可能是试验时间太短所致。

3.2 光质对大豆幼苗生理指标的影响

可溶性糖主要为葡萄糖、果糖和蔗糖，可溶性糖是合成淀粉的前体，所以可溶性糖的变化能大致反映植株的碳素营养代谢状况。在光质对高等植物的碳水化合物调节作用的研究中，有研究者认为红光下生长的作物通常碳水化合物含量较高[7，8]。在试验中，可溶性糖含量的测定结果是：自然光处理中的可溶性糖含量是红光处理中的16倍，似乎与以前的研究结果相反。但是分析原论文，一是将红光与蓝光进行比对，而非自然光[7]；二是测定的植物体部分不同，前人多测定的是果实中糖的含量[9]，而本研究的试验中则测定的是植株体内的糖含量。童哲等[10]认为是由于光合碳循环中的Rubisco大亚基的编码基因rbcL（在叶绿体中）和小亚基的编码基因rbcS（在核基因组）的转录可以被光敏色素协调地调节，从而引起了R/FR对碳水化合物合成的影响。

在蛋白质含量方面，红光处理组大豆幼苗的蛋白质含量较自然光处理中的蛋白质含量高而且具有极显著差异。一般而言，蓝光对含氮化合物，如氨基酸和蛋白质等的含量具有促进效应。原因可能是使蓝光处理下叶片中硝酸还原酶活性的增加和呼吸作用较强有密切的关联，前者为有机含氮化合物的合成提供了较多的可同化态的氮源，而且蓝光可明顯促进线粒体的暗呼吸，呼吸作用产生的有机酸为有机含氮化合物合成提供了充分的碳架[11，12]。在以白菜、黄瓜、西葫芦和豆角进行的补照白光和红光的试验中[13]，补照白光的白菜和西葫芦其蛋白质含量明显高于补照红光（P<0.01）的含量，而补照红光的豆角蛋白质含量则明显高于补照白光（P<0.01）的含量，这个试验结果和本研究相同。原因可能是本研究的试验中的大豆和该补照试验中的豆角都属于豆科，而且都具有与其他植物不一样的试验结果，说明豆科植物在不同光质下的生理代谢途径和影响可能与其他植物存在本质区别，值得进一步进行深入研究。

光合色素是植物进行光合作用的物质基础，其含量与组成直接影响叶片的光合速率。在风信子中，蓝光能促进愈伤组织中叶绿素的形成，而红光降低叶绿素总含量[14]。在高粱、黄瓜和欧白芥中，与纯红光相比，红光中分别混杂有蓝光、黄光和橙光，对这些植物的叶片叶绿素合成的促进都比较大；并认为，混合光的这种效应是由于纯红光或纯蓝光中混杂有其他波长的光线后，活化态的光敏色素含量发生变化，隐花色素的激活也不相同，从而引起各种不同的生物学效应[14]。试验表明，蓝光可以提高多种藻类植物的叶绿素a含量，因此蓝光培养的植株一般叶绿素a/b值较高，而红光培养的植株叶绿素a/b较低[14]。在本试验中，红光处理下大豆幼苗的叶绿素a含量、叶绿素b含量和叶绿素（a+b）含量都高于自然光处理，且具有显著性差异。与前述试验结果并不一致，可能是不同光质调节叶绿素含量会因植物种类、组织器官不同而不同。Saebo等[15]发现生长在蓝光下的桦树功能叶叶绿体面积都比白光和红光下大。红光处理下大豆幼苗的叶绿体较多、基粒较大、叶绿体面积较大可能是叶绿素含量高的原因。

4 小结

通过对大豆幼苗进行单侧红光和单侧自然光处理，测定了部分生长指标和生理指标，得到的结论为：单侧红光照射可以在引起幼苗向光性生长的同时，仍然具有促进幼苗茎的伸长效应，这种伸长效应和光的方向性无关；单侧红光和单侧自然光处理对幼苗鲜重和干重的影响上没有显著差异；在可溶性糖的含量上，以自然光处理组中大豆幼苗的含量要高于红光处理组。而在蛋白质含量和叶绿素含量中，红光处理组则高于自然光处理组。

参考文献：

[1] 马光恕，廉 华，闰明伟.不同覆盖材料对大棚内番茄生长发育的影响[J].吉林农业科学，2002，27（4）：41-43.

[2] NAOYA F，MITSUKO K Y，MASAMI U，et al. Effects of light quality，intensity and duration from different artificial light sources on the growth of petunia[J].Journal of the Japanese Society for Horticultural Science，2002，71（4）：509-516.

[3] 吴光林，张光伦，黄寿波，等.果树生态学[M].北京：中国农业出版社，1992.21-27.

[4] SWART T E，CORCHNOY S B，CHRISTIE J M，et al. The photocycle of a falvin-binding domain of the blue light photoreceptor phototropin[J].Journal Biology Chemistry，2001，276：36943-36500.

[5] SEAN G，TIMOTHY W. SHORT，PETER M R，et al.Light-mediated changes in two proteins found associated with Plasma membrane fractions from Pea stem sections[J].Proe Natl Aead Sci USA，1988，85：8003-8007.

[6] 廖祥儒，张 蕾，徐景智，等.光在植物生长发育中的作用[J].河北大學学报（自然科学版），2001，21（3）：341-347.

[7] KOWALLIK W. Blue light effects on respiration[J].Annu Rev Plant Physiol，1982，33：51-72.

[8] 储钟稀，童 哲.不同光质对黄瓜叶片光合特性的影响[J].植物学报，1999，41（8）：867-870.

[9] 王英利，王勋陵，岳 明.UV-B及红光对大棚番茄品质的影响[J].西北植物学报，2000，20（4）：590-595.

[10] 童 哲，赵玉锦，王 台，等.植物的光受体和光控发育研究[J].植物学报，2000，42（2）：111-115.

[11] 史宏志，韩锦峰，张国显，等.单色蓝光和红光对烟苗叶片生长和碳氮代谢的影响[J].河南农业大学学报，1998（3）：258-262.

[12] 史宏志，韩锦峰，管春云，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.

[13] 张 峰，廖祥儒.补充光照对植物幼苗的影响[J].安徽农业科学，2008，36（8）：3116-3117.

[14] 童 哲.光质纯度对幼苗光形态建成的影响[J].植物生理学通讯，1989（2）：28-31.

[15] SARBO A，KREKLING T，APPELREN M.Light quality af-fects photosynthesis and leaf Anatomy of birch plantlets in vitro[J].Plant Cell，Tissue and Organ Culture，1995，41：177-185.