LED红蓝光补光促进多肉植物马库斯叶片转色

杨 澜， 张朝君， 杜致辉， 王维泽， 唐玲涵， 陈之林

(1.贵州省农业科学院园艺研究所，贵州贵阳 550006； 2.贵州省农科院山茂园艺工程技术有限公司，贵州贵阳 550006)

光照是影响植物生长最重要的因素之一，主要通过光质和光照度影响生长发育。其中，光照度是影响植物光合作用最为重要的因子。LED光源因具有光质可调、发光效率高、发热低的优点，被广泛应用于设施园艺中。采用LED光照处理可以改变多种植物叶片中色素的种类、含量以及分布，从而改变园艺植物颜色。高等植物叶片中的色素主要归结为以下三大类：叶绿素类、类胡萝卜素类和类黄酮类，类黄酮类主要以花青素苷元类为主。贵州省农业科学院园艺研究所花卉研究室前期的试验发现，多肉植物的叶片中主要含有类黄酮类和叶绿素2类色素。花青素类是类黄酮类中对植物花和叶片的彩色产生影响的主要色素，在色谱图上表型为由橙红色到蓝紫色。飞燕草素、矢车菊素、天竺葵素、矮牵牛素、芍药花素和锦葵素是高等植物中的主要花青素。其中，前3种花青素在自然界中的含量最为丰富，飞燕草素表型为蓝色，矢车菊素表型为红色或粉红色，天竺蔡素表型为洋红色。

近年来，围绕LED应用主要集中在红光、蓝光和红蓝光组合对植物生长发育、光合特性、碳氮积累等方面的影响，红光和蓝光是植物光合作用和光形态建成的主要光质。研究表明，高比率的红蓝光组合能有效提高果实中总花青素的含量，有利于改善品质。另外，对于提高蔬菜的光合特性、生物量以及改善品质方面也有重要贡献。

多肉植物生长过程中需要充足的光照，才能植株饱满，叶色鲜艳亮丽。而一些寡日照地区生长的多肉植物，商品株出现了转色周期长、商品性较低等问题。在实际生产中发现，使用一定比例的LED红蓝光组合能有效促进多肉植物叶片转色，然而，对于转色原因研究鲜有报道。本试验通过对多肉植物马库斯(Markus)进行 LED 红蓝光组合补光处理以及补光后白光光照处理，以白光照射为对照处理。采用分光色差计(NF555)测定叶片的颜色参数，利用花青素液质联用技术(HPLC-MS/MS)测定叶片中花青素组成及含量，并通过相关性分析探讨多肉植物马库斯叶片中花青素组成及含量与叶色表型的关系，了解 LED 红蓝光组合促进多肉植物叶片转色的原因，本研究对 LED 光照调控多肉植物颜色转变提供了数据支撑。

1 材料与方法

1.1 试验及取材

2019年6月18日选用健康无病虫害的马库斯4个月扦插苗(整株为绿色)为试验材料，放置于贵州省园艺研究所人工气候室内栽培。采用不同的LED光照处理后，选择每个处理15株材料的第3层完整叶片作为分析材料，测定叶色表型参数后用液氮速冻，置于-80 ℃超低温冰箱保存，用于色素及花青素种类和含量的测定。

1.2 试验方法

1.2.1 LED光照处理马库斯 基于实验室前期的研究数据，选择红蓝光为 4 ∶1 的LED光照组合，以此为基础，分别设置4种光照处理：处理1(Trt1)，低光照度600 lx 条件下光照 20 d；处理2(Trt2)，低光照度600 lx 条件下光照 30 d；处理3(Trt3)，高光照度 2 000 lx 条件下光照 20 d；处理4(Trt4)，高光照度 2 000 lx 条件下光照 30 d；处理5(Trt5)，将 Trt1～Trt4中的最优光照处理材料放置于白光下30 d，观察叶片颜色是否褪去。白光照射的扦插苗为对照(CK)，光照度为2 000 lx，光照时间30 d。所有处理光照时长为10 h/d，其余时间为黑暗培养；温度 22 ℃，湿度75%，浇水频率为每7 d浇水1次。每组处理10株，生物学重复3次。

1.2.2 测定叶片色度值 叶片色度的测定使用国际照明委员会(CIE)、、表色系统。采用NF555分光色差计对准叶片测定叶片的亮度、色相值与色相值，计算彩度值。值从0升至100时，表示明度由暗到明；值由负到正，表示绿色变淡，红色变深。值由负到正，表示蓝色变淡，黄色变深；彩度值代表颜色的鲜艳程度，值越大颜色越深。选择每个处理15株材料的第3层完整叶片作为分析材料，选取叶片上表皮靠近叶尖1/3处测定叶色表型参数值。读取、、，并根据=(+)计算彩度，每个样品重复测定3次，求取平均值。

1.2.3 测定叶片总花青素和总叶绿素含量 取出-80 ℃保存的叶片，倒入液氮磨碎后加入5 mL体积分数为0.1%的盐酸甲醇提取液，锡箔纸包裹后在 4 ℃ 冰箱中浸置24 h，定容至10 mL棕色容量瓶中。以0.1%盐酸甲醇溶液为对照，通过紫外-可见分光光度计测定波长525 nm处样品的吸光度，生物学重复3次。以矢车菊素3-芸香糖苷作为标准品，绘制标准曲线。通过线性回归方程计算样品中相对于标准品的总花青素苷元含量，单位mg/g(鲜质量)，重复测定3次，求取平均值。

总叶绿素的提取，同样地取出0.5 g左右的冷冻叶片放入研钵中，加入5 mL 80%丙酮和少量的石英砂进行研磨，匀浆后过滤至10 mL棕色容量瓶中定容，80%丙酮清洗研钵及残渣，80%丙酮作为对照，紫外-可见分光光度计分别测定样品在波长645、663 nm处的吸光度。生物学重复3次，根据公式计算总叶绿素浓度和总叶绿素含量。重复测定3次，求取平均值。

总叶绿素浓度(mg/L)=20.2+8.02；

总叶绿素含量(TCh，mg/g)=(色素浓度×提取液体积)/样品鲜质量。

1.2.4 测定叶片中花青素种类和含量 以白光CK、最佳红蓝光组合处理Trt4、红蓝光组合转白光处理Trt5 为材料，测定叶片中花青素种类和含量，生物学重复3次。以乙醇/盐酸提取-浓盐酸水解方法提取样品中花青素，并以安捷伦 1290 高效液相色谱仪串联 Qtrap6500 质谱仪检测。以甲醇(0.1%甲酸)为溶剂配制梯度为 0.5、1、2、5、10、20、 100 μg/mL 的矢车菊素(CC)、飞燕草素(DC)、天竺葵素(PelC)、芍药花素(PeoC)标准溶液。

1.2.5 数据整理和分析 采用Excel 整理数据，计算“平均值±标准差”。用SPSS 20 软件进行数据的差异显著性分析、多元线性相关性分析以及逐步回归分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理后植株叶色表型变化

用色差计测定不同处理下多肉植物马库斯叶片的、、值，计算值。从表1可以看出，不同光照处理间植株叶片亮度值没有显著变化，、、值差异极显著。图1显示，值正向附近是红色区域，逆时针旋转经过橙色到达值正向，其附近为黄色，值负向附近是绿色区域。图1和图2显示，CK 叶片值分布在负向，叶片表型为绿色；经过红蓝光组合Trt1～Trt5 处理的叶片值为正值，叶片颜色向红色方向移动。其中，Trt4 光照处理叶片红色表现也最明显(图2)。

从表1可以看出，Trt1～Trt5处理的值显著高于 CK，Trt4 处理的叶片值最大(9.10)，其次是Trt5、Trt3、Trt2、Trt1，CK叶片值最小(-8.09)。Trt1～Trt5处理的黄蓝参数值显著低于 CK；其中，Trt4 处理值最低(12.38)，CK叶片的值最高(20.98)。CK叶片的彩度值(22.50)最高，其次是Trt2、Trt1、Trt4、Trt3处理，Trt5处理的值最低(14.50)。

表1 不同处理间叶片颜色参数的差异性

2.2 不同处理间叶片总花青素含量和总叶绿素含量差异

从表2可以看出，6 种光照处理的总花青素含量(TAC)和总叶绿素含量 (TCh) 差异极显著。Trt1～Trt5 处理的叶片 TAC 均明显高于 CK，TCh 明显低于 CK。其中，Trt4 处理叶片 TAC 含量最高(0.057 mg/g)，TCh 含量最低(0.034 mg/g)，TAC/TCh最高(1.676)；CK的叶片 TAC/TCh最低(0.419)。说明Trt4 处理对多肉植物马库斯叶片转色效果最明显，为最佳光照处理组合 。Trt5 处理的叶片 TAC含量和 TAC/TCh略有下降，但明显高于其他处理。

表2 不同光照处理下叶片总花青素含量和叶绿素含量的差异性

2.3 不同处理间叶片中的花青素苷元定量分析

以矢车菊素、飞燕草素、天竺葵素、芍药花素为标准品，以白光CK、最佳红蓝光组合处理Trt4、红蓝光组合转白光处理Trt5 为材料，采用 HPLC-MS/MS 检测多肉植物马库斯叶片中主要花青素种类和含量。从表3可以看出，3种处理的植株叶片中均检测出矢车菊素、飞燕草素、天竺葵素、芍药花素 4种花青素；其中，飞燕草素含量最高，其次是芍药花素、天竺葵素、矢车菊素；Trt4 红蓝光组合光照处理后叶片花青素积累最多，Trt5次之，CK最少。

表3 多肉植物马库斯叶片中主要花青素 HPLC-MS 分析

从表4可以看出，总花青素含量与色相表现为极显著正相关关系，与、呈现极显著负相关关系，即随着总花青素含量的增加，值增大，表现为多肉植物马库斯叶片的颜色向红色方向移动，总叶绿素含量与、呈现极显著负相关关系，与值呈现极显著正相关关系。叶片总叶绿素含量的减少，使得叶片的颜色参数、值增大，值减小，叶片颜色表现为亮度增大，红色表型加深，黄色色调减弱。仅芍药花素含量与亮度值显著相关；矢车菊素含量与色相值极显著负相关，与色相值极显著正相关；天竺葵素含量、芍药花素含量与值显著正相关，与值显著负相关；飞燕草素含量与叶色表型之间无显著相关性。

表4 叶片颜色与色素含量间的偏相关系数

以描述叶色变量的()、()值作为因变量，以主要色素成分矢车菊素()、飞燕草素()、天竺葵素()、芍药花素()的含量为自变量，通过逐步回归的方法建立花青素含量与叶色之间的回归方程：

=-064+043+023-7710，=095；

=036-021-012+5707，=0.96。

回归方程系数的绝对值可直接判断不同种类的花青素对花色的贡献量。由方程可知，矢车菊素、天竺葵素、芍药花素对多肉植物马库斯叶色表型均有贡献，但性质不同。其中，天竺葵素、芍药花素的积累可显著增加叶片红色表型。

3 讨论与结论

花色或叶色组织中色素的组成、理化性质、液泡内pH值以及花瓣表皮细胞形状与组织结构等多种因素有关，但其中最重要的影响因素是色素组成。光质配比、光照度和光照时间3因素是影响植物叶片或花瓣中色素的重要因素。红蓝光组合补光通过提高植物中总花青素含量可以在一定程度上改善花卉品质，在东方百合、芍药、白芨、菊花、蝴蝶兰和文心兰上都有应用。光照度影响叶片中花色素苷的含量。具体的实际应用中发现，紫叶矮樱等彩叶植物叶色在阳光充足时变得更深、更鲜亮。在本试验中，4 ∶1红蓝光组合光照处理相对于CK白光处理，能有效提高叶片中总花青素含量及其与总叶绿素含量之间的比率，促使多肉植物马库斯叶片颜色向红色方向移动(表2、图1)。光质配比、光照度和光照时间3因素之间还存在一定的交互效应。4 ∶1红蓝光组合条件下，高水平的光照度处理更有利于总花青素的积累(Trt4>Trt3>Trt2>Trt1)，其总花青素含量与总叶绿素含量的比值也更高(Trt4>Trt3>Trt2>Trt1)(表2)。其中，Trt4处理叶片的色相值(9.10)最大，总花青素含量(0.057 mg/g)最高。这与李尊洋等研究的光照度对红宝石多肉叶片呈色影响结果相同。另外，相同的光质配比和光照度下，光照时间越长，叶片中积累的花青素就越多，总花青素与总叶绿素含量比值也越大(Trt4>Trt3>Trt2>Trt1)。这与刘璐等对多肉植物红色浆果呈色的研究结果类似。

经红蓝光组合(Trt4)光照处理后的植株，叶片颜色从绿色变为橙红色，再将其放置于白光下处理30 d(Trt5)，发现叶片颜色表现为橙黄色，总花青素含量与总叶绿素含量比值仍保持在较高水平(表2)。说明试验中的红蓝光组合处理对于多肉植物马库斯叶片转为彩色后有一定的稳定性。在实际生产中，还可以再设置更多水平处理，摸索更节能的光照转色方案。

花青素苷是使花朵呈色的重要色素之一，被子植物中约有 80%科的花朵颜色由花青素苷决定。为进一步探究多肉植物马库斯叶片中花青素种类以及叶片颜色变化过程中不同花青素对叶色表型(、、)的贡献，本试验采用液质联用技术(HPLC-MS/MS)测定样品组花青素种类和含量，并通过相关性分析找到不同花青素与叶色表型数据之间的关系。在 CK、Trt4 和 Trt5 的材料中均检测到4种花青素，即矢车菊素、飞燕草素、天竺葵素和芍药花素。其中，飞燕草素在叶片中含量最高，其次是芍药花素、天竺葵素、矢车菊素；Trt4 红蓝光组合处理后叶片花青素积累最多，Trt5次之，CK最少。对叶色参数、、值与4种花青素含量进行多元相关性分析，结果显示，仅芍药花素含量与叶片亮度值显著相关；矢车菊素含量与色相值极显著负相关，与色相值极显著正相关；天竺葵素含量和芍药花素含量与值显著正相关，与值显著负相关；飞燕草素含量与叶色表型之间无显著相关性。由逐步回归方程系数可知，矢车菊素、天竺葵素、芍药花素对多肉植物叶色表型均有贡献。其中，天竺葵素、芍药花素含量的积累可显著增加叶片红色表型。

综上所述，人工调控光照条件可以改变多肉植物叶片内色素比例，进而影响叶片颜色表型。LED光照参数中的光质、光照度是影响多肉植物马库斯叶片呈色的显著因素。本试验通过对光照条件的人工调控，使得多肉植物叶片颜色转为彩色，并在一定时间内具有稳定性。补光调节技术不仅缩短了多肉植物马库斯叶片转色时间，还为实现产业化生产高质量的多肉成品苗提供了技术参考。