不同光质对西瓜幼苗光合特性、生理品质及保护酶系统的影响

张清华，陈 昆，赵跃锋

（商丘市农林科学院，河南商丘476000）

光是植物生长发育的重要环境因子，植物可通过各种光受体去感知环境中光质、光强等光信号的变化。在380～760 nm范围内的波长被植物机体分子吸收后可产生一系列的化学反应[1]，进而调节植株的形态建成、生长发育及生理代谢等。目前，有关光质在茄子、生菜、番茄、莴苣、青蒜苗等蔬菜上已有众多研究，而在西瓜上的研究较少，仅曹丹丹等[2]报道了4种不同光照对西瓜苗形态指标的影响。当前，国内对西瓜的研究主要集中在施肥方式、轮作模式、逆境胁迫、病害机理研究等方面，而有关光质在西瓜幼苗保护酶、光合参数和生理品质等方面的研究报道较少。LED作为新的照明光源，具有光谱性能好、光质单一等优点，在蔬菜育苗工厂和科研试验场所应用广泛。

本试验借助LED光源，设置白光（W）、红光（R）、蓝光（B）、红蓝光（R3B2）、红蓝光（R7B3）5个光源水平，研究不同光质照射对西瓜幼苗光合参数、生理品质及保护酶系统的影响，以期为光质环境调控下西瓜品质的提高及光质对植物生长的调控机理提供数据支撑。

1 材料和方法

1.1 试验材料

以西瓜品种8424种子为试验材料。

1.2 试验设计

试验于2018年4月10日在商丘市农林科学院刘口西瓜试验基地进行。试验设5个LED光源水平，以白光为对照；655.7 nm的红光、456.2 nm的蓝光、3∶2的红蓝光、7∶3红蓝光作处理，分别记作R，B，R3B2和R7B3。处理期间使LED光源与西瓜幼苗始终保持约45 cm的距离，光强320 μmol/（m2·s）。

西瓜种子浸种催芽播种于长60 cm、宽40 cm、高20 cm的塑料盆中，盆内装入厚约15 cm的无病菌基质，每盆播种6穴，每穴播种2粒，在种子上覆盖1～1.5 cm的基质并轻轻镇压，每水平设置3次重复，共播种15盆。种子出苗第4天剔苗，每穴留1棵苗子，出苗第5天开始对西瓜苗进行光照处理，每水平光源下放置3盆，白天温度控制在27～30℃，夜间15～18℃，每天光照10 h，空气湿度80%～90%，光照处理时间为15 d。光照处理结束后，测定幼苗叶片SPAD值、光合特性及品质。

1.3 测定指标及方法

5月5日，分别用SPAD-502叶绿素仪和LI-6400便携式光合仪测定西瓜幼苗第2张叶片的SPAD值和光合速率，每水平选有代表性植株测定3次，结果取平均值。硝酸盐、可溶性糖、可溶性蛋白和维生素C含量的测定分别采用浓硫酸-水杨酸比色法、蒽酮比色法、考马斯亮蓝G-250法和2，6-二氯靛酚比色法[3]。抗坏血酸过氧化物酶（APX）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）的活性测定参照赵世杰[4]的方法进行。

1.4 数据分析

采用Excel 2007软件进行数据处理和作图，用DPS 7.02软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同光质对西瓜幼苗叶片光合特性的影响

由表1可知，在红光、红蓝光（3∶2）和红蓝光（7∶3）处理下西瓜幼苗叶片光合速率均高于白光对照，较对照分别提高38.82%，15.55%和21.23%，蓝光处理下最低，较对照降低41.66%，各处理与对照均达到显著差异（P＜0.05）。蒸腾速率与气孔导度的变化规律与光合速率一致，从大到小顺序均为R＞R7B3＞R3B2＞CK＞B。胞间CO2浓度与光合速率表现出负相关关系。

表1 不同光质对西瓜幼苗叶片光合特性的影响

2.2 不同光质对西瓜生理品质的影响

由表2可知，不同光质处理对西瓜幼苗生理品质的影响存在明显差异。硝酸盐含量以B处理最高、R处理最低，分别较CK提高12.77%和-36.88%，这表明蓝光对硝酸盐积累有促进作用，红光对硝酸盐的积累有抑制作用，或者是红光通过某种机理加速了硝酸盐在体内的分解。各处理下西瓜幼苗可溶性糖含量、可溶性蛋白质含量和维生素C含量均高于CK，但可溶性糖和维生素C含量以R处理最高，较CK分别提高14.54%和92.00%，可溶性蛋白含量以B处理最高，较CK提高49.52%，差异极显著（P＜0.01）。另外，还可以看出，西瓜幼苗维生素C含量与硝酸盐具有负相关关系。

表2 不同光质对西瓜幼苗生理品质的影响

2.3 不同光质对西瓜幼苗保护酶系统的影响

由表3可知，不同光质对西瓜幼苗保护酶活性的影响存在差异。西瓜幼苗叶片APX活性以R处理活性最高，B处理次之且均高于CK，而R7B3和R3B2均低于CK且以R3B2处理最低，各处理间差异极显著（P＜0.01）；POD活性在R7B3处理下最高，B处理下最低，较CK分别增加24.93%和-28.83%，均与CK间达到极显著差异水平（P＜0.01）；除R3B2处理外，其他3个处理的叶片SOD活性均高于CK，且以R处理最高；CAT以B处理最高，R处理最低，表明蓝光有利于西瓜幼苗叶片ACT酶活性的提高。

表3 不同光质对西瓜幼苗保护酶系统的影响

3 讨论

植物光合、蒸腾、基因表达及次生代谢等受光信号的调节，而光信号受光质和光强的调控。杨晓健等[5]研究认为，在红光处理下青蒜苗光合速率最大；张瑞华等[6]研究指出，绿光处理下生姜光合速率最高；谢景等[7]研究得出，蓝光照射有利于黄瓜幼苗净光合速率的提高。本试验结果表明，在红光处理下西瓜幼苗叶片光合速率最大，这表明不同植物的光合速率对光质的响应机理存在差异。红光能显著提高西瓜幼苗叶片的光合速率，可能是因为光合细胞结构受光质的影响[8]。

硝酸盐是评价蔬菜品质优劣的重要指标之一，蔬菜中硝酸盐含量高低对人类健康影响较大[9]。本试验结果表明，西瓜幼苗叶片硝酸盐含量以红光下最低，蓝光下最高，这与蓝光能促进硝态氮（NO3--N）的同化有关。西瓜幼苗维生素C含量与硝酸盐含量呈现负相关关系。在红蓝光（R7B3）处理下，西瓜幼苗叶片可溶性糖含量高于单一红光或蓝光处理，这可能是因为复合光质能通过作用光敏素来提升蔗糖代谢酶活性进而增加了光合产物的积累量，或者是不同光质影响植株对碳水化合物的吸收[10]。通常认为，蓝光下生长的植物蛋白质含量较高[11]，本研究表明，西瓜幼苗叶片可溶性蛋白质含量在蓝光下最高，与前人研究结论一致，这可能与蓝光能够调节植物体内某些特定基因的表达有关[12]。

植物在有氧代谢或遭受逆境胁迫时，会产生大量的超氧阴离子，如果不能被及时清除在体内积累致使细胞膜损坏、蛋白质变性等，严重影响植株生长发育[13]。POD，SOD，CAT三者协同作用，能有效清除植物体内的自由基和过氧化物[14]。有研究表明，植物体内抗氧化酶活性的增加和抗氧化代谢水平的提高能显著提高保护酶对活性氧的清除水平[15]，确保植株体内活性氧的动态平衡。本试验结果表明，西瓜幼苗叶片APX和SOD活性在红光下最高，而蒲高斌等[16]研究认为，蓝光对番茄SOD活性的提高有促进作用，与本试验结果不一致，陈祥伟[17]在乌塌菜上的研究结果与本试验结论类似，这表明保护酶因植物不同而对光质的响应并不一致。CAT在蓝光下最高，这可能是因为CAT酶在mRNA水平上的表达受蓝光调控，基因表达的上调提高了西瓜幼苗叶片CAT酶活性。