不同光源对4种蔬菜幼苗叶绿素荧光及生理指标的影响

李 符，史艳艳，米国全*，牛莉莉，唐艳领，孙天梅，王晋华*，李志刚，王文博

（1.邓州市农业技术推广中心，河南 邓州 474150；2．河南省农业科学院园艺研究所，河南 郑州 450002；3.邓州市构林镇农业服务中心，河南 邓州 474150）

河南省作为蔬菜生产大省，每年蔬菜播种面积达180万hm2[1]，其中设施蔬菜面积接近40万hm2[2]，由此带动蔬菜育苗产业蓬勃发展。河南省作为全国设施蔬菜重点区域，冬季日照百分率只有45%～60%[3]，低温寡照是冬春季节温室大棚蔬菜育苗经常遇到的问题，已成为蔬菜幼苗生长的重要制约因素。光合作用是对低温弱光反应最敏感的生理过程之一。植物光能利用的量子效率是光合作用研究的基础，而叶绿素在植物对光能利用的过程中起着关键作用[4]。本研究通过比较不同光源下番茄、茄子、辣椒、黄瓜幼苗叶片的叶绿素荧光参数和生理指标的差异，评价不同种类蔬菜幼苗对不同光源的响应能力，以期为不同种类蔬菜育苗期间的补光条件提供参考，进而为冬春季蔬菜工厂化育苗生产提供指导。

1 材料和方法

1.1 供试材料

1.1.1 基质及苗盆

试验所用的育苗基质为W32优质混合型泥炭，由山东省寿光市天丰园艺材料厂生产。育苗盆规格为5 cm×5 cm，从郑州双桥花卉市场购买。

1.1.2 肥料

整个生育期浇灌花无缺全水溶性肥料（20-10-20＋TE无脲态氮配方，高氮高钾型），上海永通化工有限公司生产。

1.1.3 供试蔬菜品种及来源

供试蔬菜有4种类型，具体品种及其来源见表1。

1.1.4 光照设备

红蓝光源为SK-1339型LED补光灯，由东莞生物光环境科技有限公司生产；白光、红光、黄光源均为欧普28W灯管。

1.2 试验设计

试验于2018年3—4月份在河南省农业科学院园艺研究所植物生理生化实验室人工气候室中进行。光源有白光（W）、红光（R）、黄光（Y）和LED红蓝组合光。光源处理设为7个，各处理均使用8根灯管，灯管组合排列顺序如表2，光通量（PPFD）均在距离灯管16 cm处测量。

4种蔬菜均于2018年3月20日播种，播后分别置于7个光源处理条件下，光周期为白天12 h，夜晚12 h，直至4月28日试验结束。每处理10株，3次重复。分别取4种蔬菜幼苗叶片进行指标测定，各处理随机取5株。黄瓜取样与测定日期为4月15日，番茄为4月17日，茄子和辣椒均为4月28日。苗期管理方法：幼苗子叶展平后开始浇600倍全水溶性肥，1周2次，其余浇清水保持其湿度。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 叶片光合色素含量的测定

用打孔器打6片直径1 cm的叶圆片，放入试管中，加入10 mL 95%乙醇，避光放置至叶片组织变白。将色素提取液稀释3倍后倒入比色皿内，在波长665、649、470 nm下测定吸光度。通过下列公式计算各种色素含量：Ca＝13.95A665－6.88A649；Cb＝24.96A649－7.32A665；Cx·c＝（1 000 A470－2.05Ca－114.8Cb）/245。据此即可得到叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素的浓度（Ca、Cb、Cx·c，mg/L），前二者之和为总叶绿素的浓度。最后根据下式可进一步求出植物组织中叶绿体色素的含量（μg/cm2）：叶绿体色素含量＝（色素的浓度×提取液体积×稀释倍数×103）/叶片面积[5]。叶片面积采用硫酸纸称重法测定，首先将叶片轮廓画在硫酸纸上，剪下后称质量，通过硫酸纸单位面积质量换算出叶片实际叶面积。

表1 供试蔬菜品种及来源

表2 不同光源（组合）处理设计

1.3.2 叶绿素荧光参数测定

使用FMS-1荧光仪（英国Hansatech公司）分别于试验结束时测定叶片叶绿素荧光参数，包括初始荧光产量（Fo）、最大荧光产量（Fm）、稳态荧光产量（Fs）、光适应下最大荧光产量（Fm′）、光适应下最小荧光产量（Fo′）。计算光系统Ⅱ（PSⅡ）最大光化学效率（Fv/Fm）：Fv/Fm＝（Fm－Fo）/Fm，实际光化学效率（ΦPSⅡ）：ΦPSⅡ＝（Fm′－Fs）/Fm′[4]。

1.3.3 可溶性总糖含量的测定

称取0.2 g叶片，剪碎混匀，放入刻度试管中，加入6 mL蒸馏水，塑料盖封口，于沸水中提取30 min（提取2次）后，将提取液过滤入25 mL容量瓶中，反复漂洗试管及残渣，定容至25 mL。用移液管吸取提取液（黄瓜和番茄为0.5 mL，茄子和辣椒为1 mL）于20 mL具塞刻度试管中，补充蒸馏水至2 mL，加入0.5 mL蒽酮试剂。再缓慢加入5 mL浓H2SO4，盖上试管塞后，轻轻摇匀，再置沸水浴中5 min。冷却至室温后，在波长620 nm下比色，记录吸光度。由标准线性方程y＝0.005 82x－0.006 4（R2＝0.999 5）求出可溶性总糖含量，按下式计算测试样品的可溶性总糖含量。可溶性糖含量＝[（从回归方程求得的糖量/吸取样品液的体积×提取液量×稀释倍数）/（样品鲜质量×106）]×100%[5]。

1.3.4 可溶性蛋白含量测定

取鲜样0.4 g，用5 mL蒸馏水研磨成匀浆后，3 000 r/min离心10 min，上清液备用。吸取一定提取液（黄瓜和番茄为0.1 mL，茄子和辣椒为0.05 mL），补充蒸馏水至1 mL，加入5 mL考马斯亮蓝试剂，摇匀，放置2 min待反应完成，在595 nm下测定吸光度。标准曲线为：y＝0.005 99x＋0.011 38（R2＝0.995 25）。可溶性蛋白含量（mg/g）＝（C×VT）/（VS×WF×1 000），C：查标准曲线值，μg；VT：提取液总体积，mL；WF：样品鲜质量，g；VS：测定时加样量，mL[5]。

1.4 数据处理与分析

采用Excel 2003软件处理数据，采用SPSS软件进行统计分析，并运用LSD检验法进行显著性差异（P＜0.05）检验。表中数据为平均值±标准差。

2 结果与分析

2.1 不同光源对不同蔬菜幼苗叶片色素含量的影响

2.1.1 不同光源对茄子幼苗叶片色素含量的影响

从表2可以看出，在茄子幼苗叶片叶绿素a、叶绿素b含量中，以处理4的含量最高，处理7含量最低，各处理间差异均不显著。在叶绿素（a＋b）含量中，以处理4含量最高，处理2—6与对照均无显著差异，处理7含量最低，比对照减少27.1%，显著低于对照。在类胡萝卜素含量中，以处理4含量最高，处理4、处理5与对照无显著差异，处理2、处理6、处理3、处理7分别比对照降低11.3%、11.3%、13.0%和29.6%，均存在显著差异。

2.1.2 不同光源对辣椒幼苗叶片色素含量的影响

从表2可以看出，在辣椒幼苗叶片叶绿素a含量中，以处理6含量最高，处理2—6与对照均无显著差异，处理7含量最低，比对照减少24.7%，显著低于对照。在叶绿素b含量中，以处理3含量最高，处理7含量最低，处理2—7与对照均无显著差异。在叶绿素（a＋b）含量中，以处理6含量最高，其次是处理3，处理2—6与对照均无显著差异，处理7含量最低，比对照减少31.3%，显著低于对照。在类胡萝卜素含量中，以处理5和处理6含量最高，处理4含量最低，各处理间均无显著差异。

2.1.3 不同光源对番茄幼苗叶片色素含量的影响

从表2可以看出，在番茄幼苗叶片叶绿素a含量中，以处理2含量最高，处理7含量最低，处理2—7与对照均无显著差异。在叶绿素b含量中，处理2—7均高于对照，以处理3含量最高；处理3—7分别比对照显著增加46.9%、40.6%、39.1%、42.2%、34.4%。在叶绿素（a＋b）含量中，以处理3含量最高，处理7含量最低，各处理差异不显著。在类胡萝卜素含量中，以处理2含量最高，处理7含量最低，二者差异显著，但处理2—7均与对照无显著差异。

表2 不同光源对蔬菜幼苗叶片色素含量的影响 μg/cm2

2.1.4 不同光源对黄瓜幼苗叶片色素含量的影响

从表2可以看出，在黄瓜幼苗叶片叶绿素a含量中，处理2—7均显著低于对照，分别比对照下降14.6%、16.0%、21.4%、14.6%、18.7%和31.1%，以处理7含量最低。在叶绿素b含量中，以处理2含量最高，处理2—6与对照差异均不显著，处理7含量最低，比对照减少了27.6%，显著低于对照。在叶绿素（a＋b）含量中，处理2—7均低于对照，处理7含量最低，处理3—7分别比对照减少了15.6%、20.8%、14.2%、17%和30.2%，与对照差异均达显著水平。在类胡萝卜素含量中，处理2—7同样均低于对照，其中处理4、处理7分别比对照减少17.2%和29.7%，显著低于对照。

2.2 不同光源对蔬菜幼苗叶绿素荧光指标的影响

不同光源处理下4种蔬菜幼苗叶绿素荧光指标变化见表3。从表3可以看出，在茄子幼苗中，处理7叶片Fv/Fm最大，比对照增加了1.8%，显著大于对照，处理2—6则与对照均无显著差异；处理7叶片ΦPSII也最大，显著大于处理3和处理6，但处理2—7与对照差异均不显著。

在辣椒幼苗中，处理6的Fv/Fm最大，其次是处理7，各处理间差异均不显著；处理6的ΦPSII最大，比对照增加36.2%，其次是处理5，比对照增加了23.4%，二者显著大于对照和处理2（表3）。

在番茄幼苗中，虽然处理7叶片Fv/Fm稍大于对照，但各处理间差异均不显著；处理7叶片ΦPSII最大，比对照显著增加34%，处理2—6均小于对照，但与对照差异不显著（表3）。

在黄瓜幼苗中，处理2—7叶片的Fv/Fm均大于对照，其中以处理6最大，比对照增加1.7%，其次是处理3，比对照增加1.3%，二者与对照差异均达显著水平；处理6叶片ΦPSII最大，比对照增加56.3%，其次为处理3、处理4，分别比对照增加28.8%和26.4%，三者与对照差异均达显著水平（表3）。

2.3 不同光源对蔬菜幼苗可溶性蛋白和可溶性糖含量的影响

不同光源处理下4种蔬菜幼苗可溶性蛋白和可溶性糖含量变化见表4。从表4可以看出，在茄子幼苗中，处理2—7可溶性蛋白含量均低于对照，但未达显著差异水平；处理7的可溶性糖含量与对照相同，其余处理均低于对照，同样均未达显著差异水平。

在辣椒幼苗中，处理5可溶性蛋白含量最高，但与对照差异不显著；处理2、处理7则显著低于对照；可溶性糖含量方面，以处理7含量最高，比对照增加184.8%，其次为处理6、处理5、处理4、处理2，分别比对照增加57.6%、55.4%、42.4%和38.0%，均显著高于对照，处理3则低于对照，但与对照差异不显著（表4）。

在番茄幼苗中，处理6的可溶性蛋白含量最少，比对照减少47.5%，与对照差异显著，其余处理均与对照无显著差异；可溶性糖含量方面，以处理7含量最高，比对照增加93.2%，其次是处理2，比对照增加68.9%，以处理6含量最低，比对照减少41.9%，三者与对照、处理3、处理4、处理5差异均达显著水平（表4）。

表3 不同光源对蔬菜幼苗叶绿素荧光指标的影响

在黄瓜幼苗中，处理2—7可溶性蛋白含量依次升高，分别比对照增加62.1%、66.8%、84.2%、91.7%、107.6%和117.5%，且均显著高于对照；可溶性糖含量方面，处理7含量最大，比对照增加34.8%，二者达到了显著差异水平，其余处理与对照差异均不显著（表4）。

3 结论与讨论

光合色素能够吸收、传递和转换光能，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[6-7]。类胡萝卜素是叶绿体光合天线的辅助色素，能以非辐射的方式耗散光系统II的过剩能量以保护叶绿素免受破坏[7]。不同光源对茄子幼苗光合色素含量有不同的影响。在红蓝光源（处理7）下，茄子幼苗叶片的叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素含量及类胡萝卜素含量都最低，2W4R2Y（处理4）光源下，其含量都最高，说明在2W4R2Y光源下，能够增加茄子叶片叶绿素和类胡萝卜素含量。对于辣椒来说，红蓝光源下，幼苗叶片的叶绿素含量都最低，类胡萝卜素含量也较低，3W3R2Y（处理6）光源下，总叶绿素含量最大，类胡萝卜素含量也较高，表明3W3R2Y光源能提高叶片光合色素含量。对于番茄来说，红蓝光源下，幼苗叶片总叶绿素含量和类胡萝卜素含量都最低，8Y（处理2）光源下总叶绿素含量最高，8R（处理3）光源下类胡萝卜素含量最高。对于黄瓜幼苗来说，对照8W光源下，总叶绿素和类胡萝卜素含量都最高，而红蓝光源两者含量都最低。红蓝光源下，叶片中色素含量较低，可能与在此光源下幼苗叶片较大且叶片较薄有关，有利于接受更多的光线。

叶绿素荧光参数可以反映光系统对光能的吸收、传递、耗散、分配能力，光源对蔬菜幼苗叶片叶绿素荧光参数影响显著[8]。最大光化学效率Fv/Fm是衡量光抑制程度的重要指标，可用作表征光系统II原初光能转换效率的高低[9]。对于茄子幼苗来说，红蓝光源下Fv/Fm和ΦPSII都最大，说明茄子幼苗在红蓝光源下所受的光抑制最小，光系统II反应中心的开放程度最大，且光系统II吸收并能运用于光合作用的光能较多，而8Y光源下，Fv/Fm和ΦPSII都较小，所受的光抑制最大。对于辣椒幼苗来说，在3W3R2Y光源下，Fv/Fm和ΦPSII都最大。对于番茄幼苗来说，红蓝光源下，Fv/Fm和ΦPSII都最大，说明在此处理条件下光抑制最小，用于光合作用的光能较多，而8Y光源下，两者都较小。对于黄瓜幼苗来说，3W3R2Y光源下，Fv/Fm和ΦPSII都最大。

可溶性蛋白是植株体内重要的渗透调节物质，可反映植物对非生物胁迫的耐受力，可溶性蛋白含量越高，说明植物对胁迫更加敏感或受胁迫的程度越大[10]。对于茄子幼苗来说，在红蓝光源下，叶片中可溶性蛋白含量最小，说明受非生物胁迫最低，而在8W光源下，其含量最高，所受胁迫最大。对于辣椒幼苗来说，红蓝光源和8R光源下，叶片中可溶性蛋白含量都相对较低，而4W2R2Y光源下，其含量最高，所受胁迫最大。对于番茄幼苗来说，3W3R2Y光源下，叶片中可溶性蛋白含量最小，而8R光源下，其含量最大。对于黄瓜幼苗来说，8W光源下，叶片中可溶性蛋白含量最小，而红蓝光源下，其含量最大。

表4 不同光源对蔬菜幼苗可溶性蛋白和可溶性糖含量的影响

可溶性糖是植物光合作用的直接产物，也是植物体内多糖、蛋白质、脂肪等大分子化合物的物质基础，在植物碳代谢中发挥着非常重要的作用[11-12]。红蓝光源下，茄子、辣椒、番茄和黄瓜幼苗叶片中可溶性糖含量都较高，说明红蓝光源有利于碳水化合物的形成，是光合能力高的表现。

综上所述，红蓝光源下，茄子、辣椒、番茄和黄瓜叶片中单位面积总叶绿素含量及类胡萝卜素含量都较低，分别在2W4R2Y、3W3R2Y、8Y或8R、8W光源下，色素含量最高。茄子和番茄幼苗在红蓝光源下，Fv/Fm和ΦPSII都最大；而辣椒和黄瓜幼苗在3W3R2Y光源下，Fv/Fm和ΦPSII都最大。茄子和辣椒幼苗在红蓝光源下，可溶性蛋白含量较小，所受非生物胁迫最小，而番茄和黄瓜分别在3W3R2Y和8W光源下，叶片中可溶性蛋白含量最小。在红蓝光源下，4种蔬菜幼苗的可溶性糖含量都最大。

不同蔬菜幼苗在不同光源下，各种生理指标呈现不同的变化。红蓝光源对植物的碳水化合物及形态建成有很大作用，但叶片单位面积色素含量却较低，表明红蓝光源对幼苗生长发育也有其局限性。不同光源对植物生长都有其优势，建议在配置光源组合时，能兼顾各种光源，更有利于蔬菜幼苗生长发育，对冬季蔬菜育苗补光及壮苗形成都会产生积极的影响。植物生长所需的补光光源问题是不断研究和不断发展的问题，还需要进一步研究与探索。