LED光质对台湾金线莲生长及品质的影响

梁浩虹，牟英辉，方临志，黄启良，温志鹏，卢文艺，李 蕊，马稚昱※

（1.华南农业大学农学院，广州 510642；2.仲恺农业工程学院机电学院，广州 510225）

0 引言

台湾金线莲（Anoectochilus formosanus Hayata）为兰科开唇兰属多年生草本植物，是我国传统的珍稀药材。金线莲富含多糖、黄酮类化合物、生物碱和有机酸等成分，具有增强免疫功能和预防治疗肺病、糖尿病、心血管疾病、癌症等功效[1,2]。金线莲主要来源于野生和人工栽培，自然繁育率低[3]，对光照、温度等条件要求严格。由于生长环境受到破坏和过度采挖，野生资源逐渐减少，而市场上对金线莲的食用和药用需求仍不断增加，因此，人工栽培金线莲有助于保护金线莲野生资源。

目前，已有较多的科研人员对金线莲有效成分[4-6]、组织培养条件[7,8]、人工栽培模式[9,10]等进行大量研究，且随着人工植物光源的开发利用，关于光质对金线莲生长和品质的影响的研究也逐渐增多。光质是影响金线莲生长的一个重要因素，在其生长发育、产量和品质方面具有一定的调控作用。Ye S L等[11]研究了4种经不同颜色薄膜过滤的光对福建金线莲生长及活性物质含量的影响，发现红光处理8个月后的植株显示出最大的株高和酚类物质含量，而蓝光处理的植株鲜重、叶面积、多糖和黄酮含量明显提高。

发光二极管（Light emitting diode，LED）光源由于具备高光效、可精确调控、环保等优点，被广泛应用于植物工厂生产的光环境调控[12]，并应用于探讨光质对石斛[13]、枳壳[14]、丹参[15]等药用植物的生长发育的影响。Wang等[16]曾利用LED光源在夜间补充蓝光以研究金线莲植株生物量和次生代谢物含量的变化，发现单色蓝光处理有利于增加总黄酮、总多酚的积累。李杰等[17]利用LED研究不同光质配比对金线莲组培苗增殖及生长的影响，发现R8B2（红光︰蓝光=8︰2）和红光为金线莲组培苗增殖阶段的最适LED光质。然而，目前仍缺乏不同光质配比与金线莲栽培阶段生长和有效成分含量关系的研究。因此，本文在植物工厂中利用LED光源探索多种光质对台湾金线莲栽培阶段的生长和品质的影响,为金线莲的人工光照栽培提供参考。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

试验在广东省仲恺农业工程学院的精准农业智能装备科技创新团队的人工气候室进行，环境温度设定为白天24℃、晚上20℃，空气湿度保持在60%。试验所用材料为广州市森群鸿农业发展有限公司提供的已培养120 d的台湾金线莲（Anoectochilus formosanus Hayta）瓶装组培苗，提前炼苗1周，将其小心取出并清洗干净，选用长势一致的苗于2018年4月22日将其移植到塑料托盘（规格：50 cm×30 cm×5 cm）中，每个托盘种植30株，培养基质为椰糠、蛭石和珍珠岩按1︰1︰1混合，表面覆盖碎树皮，采用底盘水槽渗透方式灌溉。

1.2 试验设计

将上述植物材料分别置于不同光质配比的LED灯（自制多光谱组合LED植物光源）下方，以白光（CK）为对照，进行4种不同的光质处理：红光（R，658 nm），蓝光（B，446 nm），红蓝光1︰1（R1B1），红蓝光1︰2（R1B2），光谱特性如图1所示。光照周期为 12 h，光强为 40 µmol/m2·s。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 生长指标

采收不同光质处理60 d的金线莲植株，从每个处理中随机挑选5株金线莲, 使用直尺和游标卡尺分别测量株高、茎粗；使用扫描仪（HP Laser Jet M1005 MFP）和Photoshop CS6软件获取金线莲植株自顶向下第二片完全展开叶的叶片图像，使用Image-Pro Plus 7.0分析图像获取叶面积；去根后进行称量，获得单株地上部鲜质量；放入烘箱内烘干，经105℃杀青5 min，65℃烘干至恒量，获得单株地上部干质量并计算出含水率（含水率=（鲜重-干重）/鲜重×100%）。

图1 各处理LED光源及其光质比例Fig.1 The relative spectrum with the different treatment of LED illuminant

1.3.2 品质指标

参照黄瑞平[18]的方法，将烘干后的样品采用苯酚硫酸法测定可溶性糖含量，分光光度法测定总黄酮含量，并分别计算单株金线莲的可溶性糖积累量和总黄酮积累量（物质积累量=物质含量×单株干重）。

1.4 数据处理

使用Excel2016进行数据分析，使用Origin 7.5软件制图，采用SPSS Statistics 20软件对数据进行方差分析，采用LSD法进行差异显著性检验，显著水平为0.05（P＜0.05）。

2 结果与分析

2.1 LED光质对金线莲株高的影响

由图2可知，不同光质处理40 d的金线莲植株在株高方面差异显著（P＜0.05）。B（蓝光）、R1B1（红蓝光1︰1）、R1B2（红蓝光1︰2）处理的株高分别比CK（白光对照）显著降低13.31%、14.64%、16.99%（P＜0.05），说明B、R1B1、R1B2处理对金线莲株高增长有抑制作用。R（红光）处理下金线莲有最大株高，达12.96±0.63 cm，比CK增加8.45%，但无显著差异（P＞0.05）。

图2 LED光质对金线莲株高的影响Fig.2 Effect of LED light quality on plant height of A. formosanus.

2.2 LED光质对金线莲茎生长的影响

在茎生长方面，不同光质处理下金线莲茎直径差异显著，如图3所示。R、R1B1处理下的茎直径与CK相比显著降低，说明R、R1B1处理能抑制金线莲茎直径的增长。B、R1B2处理下的茎直径相比CK降低，但差异不显著。

图3 LED光质对金线莲茎生长的影响Fig.3 Effect of LED light quality on stem growth of A. formosanus.

2.3 LED光质对金线莲叶面积的影响

在叶片生长方面，不同光质处理下金线莲叶的面积有显著差异，如图4所示。B、R1B1处理的叶面积分别比CK显著降低53.90%、34.75%，且B与R1B2处理相比也有显著差异，说明单一蓝光处理不利于金线莲叶面积的增长。R处理下出现最大叶面积，为7.97±0.30 cm2，比CK增加9.03%，但无显著差异。

图4 LED光质对金线莲叶面积的影响Fig.4 Effect of LED light quality on leaf area of A. formosanus.

2.4 LED光质对金线莲生物量的影响

由表2可知，不同光质处理下金线莲的干重差异不显著。在鲜重方面，不同光质处理下植株的鲜重有显著差异，R、B、R1B1、R1B2处理的鲜重均低于对照组，其中R1B1、R1B2两种复色光处理的鲜重均低于R、B两种单色光处理。在含水率方面，R1B2处理的植株显著低于其他处理和对照，R、B、R1B1处理与对照之间无显著差异。

表2 LED光质对金线莲生物量的影响Tab.2 Effect of LED light quality on biomass of A.formosanus.

2.5 光质对金线莲可溶性糖积累量的影响

图5 LED光质对金线莲可溶性糖积累量的影响Fig.5 Effect of LED light quality on soluble sugar accumulation of A. formosanus.

由图5可知，不同光质处理下金线莲可溶性糖积累量差异不显著，含量在（39.08±7.64～49.74±7.45）mg之间，其中R处理下可溶性糖含量最高，比对照高5.18%，但无显著差异。

2.6 LED光质对金线莲总黄酮积累量的影响

在总黄酮积累量方面，不同光质处理下金线莲总黄酮积累量有显著差异，如图6所示。R1B1、R1B2处理的总黄酮积累量显著低于R、B两种单色光处理和对照。B处理下总黄酮积累量最高，为1.18±0.11 mg，比对照高4.42%，但无显著差异。

图6 LED光质对金线莲总黄酮积累量的影响Fig.6 Effect of LED light quality on total flavonoid accumulation of A. formosanus.

3 讨论与总结

本文在红光、蓝光、红蓝光1︰1、红蓝光1︰2、白光这5种LED光质下栽培金线莲60 d，结果表明，经不同光质处理的金线莲植株在生长和品质方面有显著差异。红光和蓝光在控制植物形态中发挥关键作用，本实验中，红光处理下有最大株高，比对照增高 8.45%（p＞0.05），这与 Ye S Y[11]等在福建金线莲的研究中发现红光促进株高增长的结果相似。而蓝光处理显著降低株高的增长，与梁宗锁[19]在丹参中的研究结果一致，可能与蓝光降低植物内源激素水平从而抑制植株生长有关[20]。而红蓝光1︰1、红蓝光1︰2两种复色光处理下株高也显著降低，试验结果与王智杰在福建金线莲120 d组培苗中[21]的研究结果相似，与刘敏玲在福建金线莲栽培苗（从组培苗起栽培90 d）中[22]的研究结果不同，可能由于光质在金线莲植株不同生长发育阶段所起的作用不同。在Ye S L[11]的研究结果中，红光处理下茎直径显著小于对照，蓝光处理下茎直径显著大于对照。本实验中，红光显著抑制茎直径的增长，而蓝光处理下茎直径与对照无显著差异，可能因为使用的金线莲植株品种不同或者蓝光光谱特性不同。试验中红光处理下有最大叶面积，比对照增长9.03%（p＞0.05），蓝光处理则显著降低了叶面积的增长，这与Ye S L[11]等研究结果相反，可能由于所选用的叶片部位不同。叶面积与干物质积累量有一定相关关系[23]，然而本试验中蓝光处理下叶面积显著降低，而地上部干重与其他处理和对照均无显著差异，可能由于金线莲本身生长缓慢，需延长试验时间。不同光质对植株的生物量造成不同的影响。Wang W等[16]在研究中发现蓝色滤膜处理下的福建金线莲可以获得最大的鲜重，而本实验中蓝光处理下的鲜重与对照差异不显著，可能与光谱特性不同有关，试验中蓝光的峰值为469 nm，本试验中蓝光的峰值为446 nm。对铁皮石斛[24]、福建金线莲[22]等的许多研究表明，蓝红光按照一定比例组合能有效地促进植物的鲜重增长，而本试验中红蓝光1︰1、红蓝光1︰2两种复色光处理均显著降低台湾金线莲上部的鲜重，这种差异可能由植物种类不同或者光质配比不同而造成，需在接下来的研究中增加更多种不同的光质配比，尤其是增加红光的比例。

光质是影响植物糖代谢的重要因素。Ye S L[11]等发现蓝光对福建金线莲中的多糖积累具有最强的刺激作用；Wang W[16]等报道补充黄光显著增加了福建金线莲的可溶性糖含量；黄瑞平[18]等研究表明福建金线莲的多糖含量随着栽培月龄的增加而降低。光质对金线莲可溶性糖含量的影响因植株品种和植株所处生长发育阶段而异。本实验中红光处理下可溶性糖积累量有最大值，比对照增加5.18%（p＞0.05），与林小萍[25]等在铁皮石斛研究中的发现相似，可能由于红光促进此生长阶段的金线莲植株的光合作用，从而提高可溶性糖的积累。但各光质处理之间的可溶性糖积累量差异不显著，与王智杰[21]的试验结果一致，需延长处理时间进一步探索。

光通过调控黄酮合成的酶基因的表达从而影响植物体内黄酮类化合物合成，如苯丙氨酸解氨酶(PAL)、查尔酮合成酶(CHS)、查尔酮异构酶(CHI)等[26]。在Ye S L[11]等对福建金线莲的光质试验中，发现蓝光处理下的黄酮类化合物含量显著高于其他处理。吕镇诚[27]等研究表明445 nm和465 nm的蓝光处理能够显著提高台湾金线莲黄酮累积量。本实验中，蓝光处理下总黄酮积累量最高，比对照增加4.42%（p＞0.05）。王智杰[21]发现在复色光照射福建金线莲组培苗的试验中，红蓝光3︰1利于黄酮的积累，但远小于蓝光的积累量。而本试验发现红蓝光1︰1、红蓝光1︰2两种复色光处理下总黄酮积累量比对照显著降低，可能由于红蓝光配比不同，本实验没有设置高比例红光的复色光处理。

金线莲是具有很高食用和药用价值的珍稀中草药，在植物工厂中栽培并设置最适光质配比以促进生长和提高有效成分含量具有广阔的应用前景。本研究发现不同LED光质配比能显著影响台湾金线莲的株高、茎直径、叶面积、生物量等生长指标和可溶性糖、总黄酮积累量等品质指标。总体而言，栽培60 d的台湾金线莲在红光处理下茎直径显著降低，但有最大的株高和可溶性糖积累量；在蓝光处理下叶面积显著降低，但有最高的总黄酮积累量；白光处理下的总体长势比红光、蓝光、红蓝光1︰1、红蓝光1︰2处理的长势更佳，是台湾金线莲在此栽培阶段的最适光质，与Yorio[28]在菠菜、小萝卜和莴苣中的研究相同。由于金线莲植株生长缓慢，试验还需增加更多光质配比和延长处理时间，以寻找促进台湾金线莲生长和品质形成的最佳光质配比。本试验结果可为尚在进行的LED光质对金线莲不同栽培阶段的生长和品质影响试验提供前期的数据以及理论参考。