不同光質對韭菜營養品質的影響

陳 嫻，劉世琦，孟凡魯，張 濤，孫 齊，陳祥偉

(山東農業大學園藝科學與工程學院，作物生物學國家重點實驗室，農業部園藝作物生物學重點開放實驗室，泰安 271018)

韭菜(Allium tuberosum Rottl.ex Spr.)為百合科蔥屬多年生草本宿根植物，主要以葉片、假莖供食［1］。韭菜富含豐富的Vc，蛋白質，碳水化合物及纖維素等營養物質，同時具有多方面的保健功能，深受消費者的喜愛。隨著人民生活水平的不斷提高，市場對韭菜的需求量也日益增大，且對其品質及安全性提出更高要求。因此，采取相應措施提高韭菜的產量和品質是非常必要的。植物的生長發育被許多環境因子所刺激，其中包括光、溫度和地球的引力。在這些刺激中，光具有特殊重要的地位。植物對光能的要求，除了光強和光周期外，光質也是一個十分重要的因素。光質是植物生長發育重要的環境因子，對植物的形態建成、生理代謝、生長發育及植物的品質有廣泛的調節作用。對植物而言，光生物學主要關心的是波長200 nm～800 nm的輻射波，其中可見光是一種具有特殊波長(λ)特性的、可傳播的、互不相關的電磁輻射波的可見部分。可見光光譜在380 nm～760 nm之間，這種波長被植物機體分子吸收后，能夠引起化學變化［2－3］。不同波長的光通過與其相關的受體作用而引發植物的生理生化變化，對植物的生長發育、形態建成、生理代謝及品質等都有廣泛的調節作用。本研究旨在通過光質調控技術，探討不同光質對韭菜生理特性及品質的影響，為解決目前韭菜生產中存在的問題提供新的方法和思路，并為轉光膜在生產上的應用提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料及處理條件

供試韭菜品種:寬葉品種"791"雪韭和窄葉品種紫根韭菜

處理條件:人造光源為紅(630～680 nm;吸收峰為660 nm;圖中用T1表示)、藍(450～500 nm;吸收峰為470 nm;以T2表示)、紅:藍=3:1(燈的數量比，以T3表示)、紅:藍=7:1(燈的數量比，以T4表示)色的發光二極管(LED)，由淄博曙光科技公司提供。距離光源50 cm處的光強為200 μmol/(m2·s1)。光照培養架為鋼架結構，光源設于頂部，高度可調。每個光質設3個重復，各光質隨機排列。

圖1 不同光質圖譜Fig.1 Spectrogram figures of different light qualities

1.2 試驗方法

試驗在山東農業大學蔬菜園藝試驗站進行。將兩個韭菜品種于2010年4月中旬直播于日光溫室，播種量為2.75 kg/(667 m2)，田間常規管理。2011年3月中旬將溫室培養的兩個品種的韭菜剪根(留3 cm)去稍(留8 cm)［4］，移栽到裝有基質的育苗盤(53 cm×25.5 cm×6 cm)中，每盤栽5行，每行10叢，每叢5株。移栽30 d割去第一刀韭菜后將育苗盤轉移到光質培養室，置于不同波長的光照下培養。每個處理12盤，每個品種6盤，采用完全隨機排列，重復3次。控制白天溫度20～22℃，夜間8～10℃，每天光照12 h，生長過程精細管理。

照光30 d后測定品質指標，隨機取樣，3次重復。把韭菜可食部分洗凈，吸干水分，剪碎混勻為試驗樣品。Vc采用紫外快速測定法［5］測定，可溶性蛋白采用考馬斯亮藍法［6］測定，可溶性糖采用蒽酮比色法［6］測定，粗纖維采用酸堿洗滌法［7］，類黃酮含量采用 HCl－甲醇法［7］。

1.3 數據分析

應用DPS(V3.01)軟件進行數據分析，采用多重比較Tukey法進行方差顯著性檢驗，并在圖中標注標準差。

2 結果與分析

2.1 不同光質對韭菜Vc含量的影響

圖2 不同光質對韭菜Vc含量的影響Fig.2 Effects of different light qualities on Vitamin c content

Vc是韭菜營養品質的重要指標。由圖2可以看出，不同光質處理兩個韭菜品種的Vc含量變化趨勢一致，都是藍光處理下Vc含量顯著高于其他三個處理，其次是紅藍混合光，紅光處理含量最低。兩種不同比例的紅藍混合光處理的VC含量以紅:藍(3:1)較高，但差異不顯著。

2.2 不同光質對韭菜可溶性蛋白含量的影響

圖3 不同光質對韭菜可溶性蛋白含量的影響Fig.3 Effects of different light qualities on soluble protein content

不同光質對韭菜可溶性蛋白含量影響顯著，由圖3可以看出不同光質處理對不同韭菜品種可溶性蛋白含量的影響存在一定的差異。“791”雪韭可溶性蛋白含量以紅:藍(3:1)最高，藍光處理次之，紅光處理最低。紫根韭菜可溶性蛋白含量以紅:藍(7:1)為最高，藍光處理次之，紅光處理最低。

2.3 不同光質對韭菜可溶性糖含量的影響

圖4 不同光質對韭菜可溶性糖含量的影響Fig.4 Effects of different light qualities on soluble sugar content

圖4 表明，不同光質處理對韭菜可溶性糖含量影響顯著，且兩個韭菜品種變化趨勢一致。4個處理可溶性糖含量大小依次為紅光＞紅:藍(7:1)＞紅:藍(3:1)＞藍光，"791"雪韭紅光處理比其他三個處理分別高出10.07%、11.12%、99.71%;紫根韭菜紅光處理比其他三個處理分別高出 23.29%、38.85%、132.48%。本研究結果表明，紅光有利于碳水化合物的形成與積累，可以顯著提高韭菜可溶性糖含量。

2.4 不同光質對韭菜粗纖維含量的影響

圖5 不同光質對韭菜粗纖維含量的影響Fig.5 Effects of different light qualities on crude fibre content

圖5 表明，不同光質處理對兩個韭菜品種粗纖維含量影響一致，均以紅光處理最高，紅藍混合光次之，藍光處理最低。紫根韭菜四個處理差異顯著，“791”雪韭紅光處理與不同比例紅藍混合光處理粗纖維含量差異不顯著，兩個品種藍光處理均顯著低于其他三個處理。

2.5 不同光質對韭菜類黃酮含量的影響

圖6表明，不同光質處理下兩個韭菜品種類黃酮含量變化一致，依次為紅:藍(7:1)＞紅:藍(3:1)＞紅光＞藍光，差異顯著。紅:藍(7:1)處理下"791"雪韭類黃酮含量比紅、藍單色光處理分別高出32.05%、42.19%;紫根韭菜紅:藍(7:1)比紅、藍單色光處理分別高出22.66%、76.71%。

圖6 不同光質對韭菜類黃酮含量的影響Fig.6 Effects of different light qualities on flavonoids content

3 討論

Vc是一種很強的抗氧化劑，能夠清除活性氧自由基對膜與酶分子結構的損害從而具有抗衰老的保護功能［8］。光質對Vc的影響與其合成分解酶活性有關。有研究認為紅光膜能夠提高光溫效應，可提高果實Vc含量［9］。而本試驗結果表明，藍光處理下韭菜Vc含量顯著高于其他三個處理，紅光含量最低，這與蒲高斌［10］，陳強［11］等研究結果一致。這體現了不同作物對光質的反應存在差異性。從試驗結果還可以看出，Vc含量與紅藍光比例呈現負相關，紅藍光比例越大Vc含量越低。研究表明，紅光降低半乳糖酸內酯脫氫酶(GLDH)活性，藍光可以提高其活性，提示不同光質可能通過調節不同光受體間的平衡影響果實Vc合成酶的活性而影響Vc代謝。

蛋白質分子在生物物質中占有特殊的地位。蛋白質是生命的物質基礎，是構成多種重要生理活性物質的成分，參與調節生理功能并為人體提供能量。Kowallik［12］研究表明，藍光可顯著促進線粒體的暗呼吸，為氨基酸合成提供了碳架。Campbell W H［13］和Ninnemann H［14］研究表明藍光對NR有激活作用，從而為蛋白質的合成提供了較多的可同化態的氮源。本試驗結果表明，紅藍混合光與藍光對韭菜蛋白質合成與積累有利，而紅光不利于蛋白質的合成，這與前人研究結果相吻合。"791"雪韭可溶性蛋白含量為紅:藍(3:1)處理最高，而紫根韭菜為紅:藍(7:1)處理最高，表明蛋白質合成與紅藍混合光的比例相關，且不同品種韭菜對光質的反應存在一定差異性。紅藍混合光下可溶性蛋白含量大于藍光處理，這可能是由于單色光之間具有互補和加性效應。

可溶性糖是植物光合作用的產物，是組織中重要的能量貯藏物質，也是呼吸作用的主要底物，光質對光合碳代謝有重要的調節作用。本世紀中葉以來的大量研究證實，光質對光合碳代謝有重要的調節作用，紅光有利于碳水化合物的形成與積累。本試驗結果表明，紅光處理韭菜可溶性糖含量顯著高于其他處理，藍光最低，這與林小平［15］，陳強［11］等研究結果一致。光質影響可溶性糖含量的原因可能是不同光質影響作物對碳水化合物的吸收從而改變了可溶性糖的含量，其具體原因和機理有待于進一步探究。

粗纖維素主要成分為纖維素、殘存少量的半纖維素和木質素，是結構性碳水化合物，它可以促進腸胃蠕動，助消化。粗纖維經分解后可以轉化為其他營養物質，但是粗纖維含量過高，韭菜的口感就會變差。本試驗表明紅光處理有利于提高粗纖維含量，而藍光不利，這與前人研究結果一致。結果還表明粗纖維含量與紅藍光比例成正相關，紅藍光比例越大，含量越高。光質對粗纖維含量的影響可能是多方面的。蒲高斌等［16］、齊連東［17］等研究表明紅光有利于碳水化合物的形成與積累，藍光恰好相反。而纖維素是由碳水化合物衍生的，所以紅光也有利于纖維素的形成，藍光恰好相反。唐仕榮等［18］研究表明，藍光可提高纖維素酶活性，紅光可降低纖維素酶活性，說明光質也可以通過調節纖維素酶活性來改變纖維素的含量。

類黃酮屬于植物合成的酚類物質，具有一定的活血化瘀、降血糖血脂、抗癌、增強耐缺氧能力和提高免疫功能的作用。本試驗結果表明，紅藍混合光有利于類黃酮的合成與積累，而紅藍單色光則不利，紅藍混合光比例越大類黃酮含量越高。這與齊連東［17］等的研究結果存在一定的差異，說明不同光質對不同作物類黃酮含量的影響具有差異性。不同光質可能通過影響類黃酮合成途徑中的相關酶－－苯丙氨酸解氨酶(PAL)和查爾酮合成酶(CHS)的活性從而改變類黃酮的含量。

本研究表明，不同光質生態環境條件下生長的韭菜營養品質存在顯著差異。紅光處理具有較高的可溶性糖和粗纖維含量，藍光處理Vc含量較高，紅藍混合光可顯著提高可溶性蛋白及類黃酮含量，且紅藍混合光比例不同對韭菜營養品質的影響也不同。綜合評價各項指標，紅:藍(7:1)處理下韭菜的營養品質最好，藍光最差。該試驗結果為韭菜的優質高產提供了相應的理論依據。

［1］劉世琦.蔬菜栽培學簡明教程［M］.北京:化學工業出版社，2007，1:162

［2］李承志，廉世勛，張華京，等.光合仿生農膜的栽培試驗［J］.湖南農業科學，2001，5:22－23

［3］張華集，徐愛國，孔曉玲，等.光轉換聚乙烯薄膜的農田應用研究［J］.塑料科技，2002，4:43－47

［4］佟成富，鞏佩芬.韭菜定植時剪根剪葉對緩苗的影響［J］.中國蔬菜，1995(1):21－23

［5］趙世杰，史國安，董新純.植物生理學實驗指導［M］.北京:中國農業科學技術出版社，2002:41－71

［6］寧正祥.食品成分分析手冊［M］.北京:中國輕工業出版社，1998:313－314

［7］曹建康，姜微波，趙玉梅.果蔬采后生理生化實驗指導［M］.北京:中國輕工業出版社，2007:34－9

［8］Halliwell B.Ascorbic acid in the illuminated chloroppast［C］.In:seib pa.Tolbert B M ends.Ascorbic acid:Chemistry.Metabolism and used advance in Chemistry，1982，No.(200):263－274

［9］傅明華，汪羞德，顧仲蘭.多功能轉光塑料薄膜應用效應研究［J］.農業工程學報，2000，16(6):81－85

［10］蒲高斌，劉世琦，杜洪濤，等.光質對番茄果實轉色期品質變化的影響［J］.中國農學通報，2005，21:176－178

［11］陳 強，劉世琦，張自坤，等.不同LED光源對番茄果實專色期品質的影響［J］.農業工程學報，2009，25:156－161

［12］KowallikW.Blue light effects on respiration Annu Rev［J］.Plant Physiol，1982，33:51－72

［13］Campbell W H.Nitrate reductase biochemistry comes of age［J］.Plant Physiol，1996，111:355－361

［14］Ninnemann H.Some aspects of blue light research during last decade［J］.Photochem Photobiol，1995，61:22－31

［15］林小蘋，賴鐘熊.光質對植物離體培養的影響［J］.亞熱帶農業研究，2008，2:73－80

［16］蒲高斌，劉世琦，劉 磊，等.不同光質對番茄幼苗生長和生理特性的影響［J］.園藝學報，1005，32(3):420－425

［17］齊連東，劉世琦，許 莉，等.光質對菠菜草酸、單寧及硝酸鹽積累效應的影響［J］.農業工程學報，2007，23:201－205

［18］唐仕榮，高兆建.LED對纖維素酶產生菌生長的影響［J］.徐州工程學院學報，2005，20:22－24