光质对红秋葵幼苗生长和生理特征影响

范 萌， 张利婷， 杨 圆， 马倩楠， 张 涛， 李慧敏

(安徽科技学院，安徽 凤阳 233100)

红秋葵(Hibiscuscoccineus(Medicus) Walt)是黄秋葵中的一个果实外皮红色的品种,为锦葵科秋葵属一年生草本植物,属短日照植物,对光照条件尤为敏感,而对土壤适应性较广,其原产非洲地区,在我国各地均有栽培,以采食嫩果为主,叶、芽、花可食用也可药用[1],如其中富含的黄酮可以有效清除氧自由基,并且具有调节内分泌、抗衰老等功效[2]。黄酮类化合物是植物中一类重要的次生代谢产物,还是植物体内的抗氧化剂[3]、酶抑制剂、植物生长调节剂和植物抗毒素。

光作为植物生长发育过程中的重要环境因子[4],除了为光合反应提供能量外,还作为一种信号因子在植物的形态建成、生长发育和次生产物代谢方面起到重要的调节作用[5-6]。目前,在这些方面已有较多的研究,如植物光质对植物的生长发育[7-9]、生理生化特性[10-12]和品质等均有调控作用[13-15],其中红光可能有利于植物的光合产物代谢[16],蓝光可能有利于光合色素的积累和气孔的发育等[17-18];但是一定比例的蓝红复合光有利于幼苗的生长发育和光合作用[19]。其中很多研究也发现了不同的作物对光的反应还表现出了一定的差异性[13]。

目前,设施育苗中应用光环境调控技术是一项节能环保的新方法,在工厂化育苗中具有重要意义和广泛前景,为了筛选适合红秋葵育苗的首选光源。本研究拟开展光谱处理红秋葵幼苗,采用不同的稀土植物光源的蓝光(B)、蓝红复合光(BR1∶1、BR3∶7)和红光(R),以荧光灯(FL)为对照,研究红秋葵幼苗在不同光质下的生长发育和生理特征的变化,以及光谱调控幼苗中类黄酮合成的生理机制,为探索开发新型人工光源照射处理作为工厂化育苗的光源提供依据,也为利用转基因技术提高植物中黄酮类物质的含量奠定了基础。

1 材料与方法

1.1 供试材料

挑选大小一致、饱满的红秋葵‘艳娇1号’种子播到草炭+珍珠岩(2v∶1v)的营养钵中,再把营养钵放在光照培养箱中培养7～10 d,待子叶展平后,将幼苗移出培养箱放到不同光质下培养。

1.2 实验方法

采用单因素随机区组设计,如表1所示,根据保持光强相同的原则,将幼苗随机放置在荧光灯(CK)、蓝光(B)、蓝红复合光(BR1∶1和BR3∶7)、红光(R)下进行照射,光强分别设置为100 μmol/m2·s,光周期为12 h/d,温度为24～26 ℃,时间为30 d。试验重复3次,每个处理60株,每次300 株。

表1 不同光谱分布的主要技术参数

1.3 测定项目与分析方法

1.3.1 生长指标测定 每组光质处理下选取3株幼苗,用直尺测量株高、最大根长,用游标卡尺测量茎粗(茎粗测定部位为下胚轴),用电子天平测定鲜样重量,并在烘干后测定干样重量。

1.3.2 生理指标测定 每组光质处理下选择3株幼苗,进行生理指标的分析。其中,采用氯化三苯基四氮锉(TTC)还原法测定根系活力;使用提取法进行测定叶绿素含量采用考马斯亮蓝染色法测定可溶性蛋白;采用分光光度法测定类黄酮含量[20-21]。

1.4 数据整理与分析

采用SPSS 16.0进行显著性差异检测(Duncan法,P<0.05)进行单因素方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同光质对红秋葵幼苗生长的影响

与对照组CK相比(表2),蓝光(B)、红光(R)、蓝红复合光(BR3∶7和BR1∶1)处理秋葵幼苗的鲜样质量、干样质量、根长、茎粗和株高等生长指标均有不同程度的增加。以BR3∶7和BR1∶1处理下较高。BR3∶7处理下的秋葵幼苗鲜样质量、干样质量和茎粗均最高,其增幅分别为72.85%、71.19%、27.89%,且均达显著水平(P<0.05),其次为BR1∶1处理,然后为B处理与R处理;根长和株高均以BR1∶1处理下为最高,显著高于CK处理44.34%、22.57%,根长其次为R处理,然后为BR3∶7处理和B处理;株高其次为BR3∶7处理。可见,与对照相比,BR3∶7、BR1∶1、R处理均能不同程度促进秋葵幼苗的生长,其中以BR3∶7和BR1∶1处理较为突出。

表2 不同光质对红秋葵生长的影响

注:FL:荧光灯;B:蓝光;R:红光;BR3∶7、BR1∶1:蓝红复合光;同列的不同字母表示处理间(n=3)在P<0.05水平存在显著性差异。

2.2 不同光质对红秋葵幼苗叶片根系活力的影响

在BR3∶7处理和BR1∶1处理下幼苗的根系活力都显著高于对照CK(图1),BR1∶1处理幼苗根系活力最大,其次为BR3∶7处理,分别显著高于CK处理95%、78%;然后为B处理,R处理下的秋葵幼苗根系活力最小。可见,BR3∶7处理和BR1∶1处理均显著提高了秋葵幼苗的根系活力,并以BR1∶1处理下效果最佳。

图1 不同光质下秋葵幼苗根系活力的变化

2.3 不同光质对红秋葵幼苗叶片光合色素含量的影响

红秋葵叶片中叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量和类胡萝卜素在各光质处理间含量趋势基本一致(图2),即BR1∶1处理下均最大,显著高于CK处理67.44%、117.68%、67.69%、36.84%,其次是B处理和R处理,二者无显著性差异,然后为BR3∶7处理,R处理下最小;由此得出,BR1∶1处理显著提高了红秋葵幼苗叶片光合色素的含量。

图2 不同光质下秋葵幼苗光合色素含量的变化

2.4 不同光质对红秋葵幼苗叶片类黄酮含量的影响

秋葵幼苗叶片中类黄酮的含量在BR3∶7处理下最大(图3),显著高于CK处理13.52%,其次是BR1∶1处理,高于CK处理7.86%,但与CK处理无显著性差异,然后为B处理,R处理下为最小。由此得出,用BR3∶7和BR1∶1处理秋葵幼苗叶片可提高叶片中类黄酮的含量,尤其以BR3∶7表现更为突出。

图3 不同光质下秋葵幼苗叶片类黄酮含量的变化

3 结论与讨论

光在植物的生长发育过程中扮演着重要角色,一定比例的蓝红复合光有利于幼苗的生长发育和光合作用。其中很多研究也发现了不同的作物对光的反应还表现出了一定的差异性[13]。有研究发现在复合光下油菜幼苗根的生长和茎粗等明显优于单色光[8],崔瑾等[11]发现在蓝红复合光处理后的黄瓜、辣椒和番茄幼苗的鲜样质量和干样质量明显高与对照。王婷等[12]发现不结球白菜在蓝黄红复合光下更有利于干物质的积累。李慧敏等[8-9]得出,黄秋葵的鲜、干样质量等指标在蓝红复合光下明显升高。本研究发现,与对照相比,BR3∶7、BR1∶1、R处理均能不同程度促进秋葵幼苗的生长,其中以BR3∶7和BR1∶1处理较为突出,根系活力也较高,结果表明,适宜比例的蓝红复合光有利于红秋葵幼苗的生长。由此可见,复合光质能促进植物的生长发育[20-21]。

有研究表明,在红蓝混合光的处理下番茄植株叶绿素含量显著提高[19]。林魁等[14]也发现蓝红复合光更有利于瓠瓜幼苗叶片光合色素的积累。陈鹏涛等[15]发现不同光质处理下对不同品种的紫叶生菜的叶绿素含量具有显著影响,其中蓝红复合光显著优于单色光。李慧敏等[8-9]发现,红蓝混合光处理能显著提高了黄秋葵幼苗叶片光合色素的含量。本研究发现,红秋葵幼苗在BR1∶1处理下的光合色素均最大,显著高于其他处理,其中R处理下最小。由此得出,BR1∶1处理显著提高了红秋葵幼苗叶片光合色素的含量。本文的结果与陈鹏涛等人[8-9,14-15,19]的研究结果类似。因此,本研究认为BR1∶1有利于红秋葵幼苗叶片光合色素的积累。

类黄酮以结合态(黄酮苷)或自由态(黄酮苷元)形式存在于水果、蔬菜、豆类和茶叶等许多植物中[22],对植物的生长发育有着重要的调节作用。王绍清[13]研究发现光质能够促进黄酮类物质的合成;陈娴[16]发现红蓝组合光处理下韭菜类黄酮含量显著高于其他单色光处理。本试验结果表明,用BR3∶7和BR1∶1处理秋葵幼苗叶片可提高叶片中类黄酮的含量,尤其以BR3∶7表现更为突出。

红秋葵幼苗经不同光质照射后,发现BR3∶7和BR1∶1复合光处理能有效促使幼苗生长健壮,并且显著提高了秋葵幼苗鲜样质量、干样质量、光合色素和类黄酮含量等指标。因此,在红秋葵育苗或栽培时,可以采用BR3∶7和BR1∶1作为其人工光源。