不同光質對黃瓜幼苗生理生化特性的影響

劉福霞　劉乃森

摘要：為提高黃瓜（Cucumis sativus L，）育苗質量，研究了光質對黃瓜幼苗生理生化特性的影響。以津研4號黃瓜為試驗材料，以日光燈（白光）為對照，研究了LED紅光（R）、藍光（B）和紅藍復合光（RB，R：B=1：1）對黃瓜幼苗生理生化特性的影響。結果表明，紅藍復合光提高了黃瓜幼苗可溶性蛋白質的含量，紅光和藍光處理與對照差異不顯著：紅光提高了黃瓜幼苗可溶性糖含量，藍光和紅藍復合光處理的可溶性糖含量與對照差異不顯著：藍光顯著提高了黃瓜幼苗維生素c含量，而紅光和紅藍復合光降低了維生素c含量：紅藍復合光顯著提高了黃瓜幼苗超氧化物歧化酶（SOD）和過氧化物酶（POD）活性；紅光、藍光和紅藍復合光顯著降低了黃瓜幼苗過氧化氫酶（CAT）活性。

關鍵詞：光質；LED光源；黃瓜幼苗；生理生化特性

黃瓜，又稱胡瓜、青瓜，為葫蘆科黃瓜屬植物，在世界范圍內廣泛栽培，也是中國設施園藝的主栽蔬菜之一，在冬季人們的日常生活及農業增效、農民增收中占有重要地位。黃瓜主要采用育苗移栽，幼苗的健壯程度直接關系到移栽成活率、群體長勢，并最終影響到黃瓜的產量和品質。補光是設施栽培中常用的農藝措施之一，光除了作為能量影響光合作用外，光質還影響植物的生理特性、抗氧化酶活性，抗氧化酶活性可反映植物的抗性水平，因此通過光質調控可培育健壯幼苗。關于光質對植物生理特性以及抗氧化酶活性的影響，以往的研究因試驗材料不同往往得出不同甚至截然相反的結論。因此有必要研究光質對黃瓜幼苗生理生化特性的影響，以便為生產上培育健壯的黃瓜幼苗采取可利用的光質調控措施。植物光合作用主要利用可見光中的紅光和藍光，為了提高電能利用率，降低生產成本，溫室栽培中利用LED補光的波段主要為藍光和紅光。結合溫室補光，本研究將研究紅光、藍光以及紅藍復合光3種光質對黃瓜幼苗生理生化特性的影響。

1.材料與方法

1.1試驗材料

試驗材料為津嚴4號黃瓜種子。

1.2試驗設計

精選新鮮黃瓜種子，溫湯浸種（50～55℃，10min）后于清水中浸泡4 h，將種子用濕潤的紗布包裹，置于25℃恒溫箱中催芽，每8 h清洗一次種子，待90%種子露白后播種于育苗盤中，基質為珍珠巖和蛭石的混合物（混合比例1：1）。育苗盤分別置于熒光燈（CK，白光）、紅色LED光源（R）、藍色LED光源（B）和紅藍復合LED光源（RB，R：B=1：1）下培養25 d，通過調整光照距離使各試驗材料處的光通量密度均為50 μmol/（m²·s），紅色和藍色LED光源的峰值波長分別為660 nm和450 nm。每個光質處理設3次重復，每重復3盤，控制白天溫度25℃，夜間溫度20℃，光照12 h/d。生長過程精細管理。

1.3測定指標與方法

當黃瓜幼苗第1片真葉完全展開時，進行相關指標的測定。參照李合生的方法測定維生素c含量（2，6-二氯酚靛酚滴定法）、可溶性糖含量（蒽酮比色法）、蛋白質含量（考馬斯亮藍G-250法）、超氧化物歧化酶（SOD）活性（氮藍四唑光氧化還原法）、過氧化物酶（POD）活性（愈創木酚法）、過氧化氫酶（CAT）活性（紫外吸收法）。所有測定均隨機取樣，重復3次。

1.4數據處理

采用SPSS 16.0軟件進行數據統計，Duncan新復極差法進行顯著性分析（a=0.5）。

2.結果與分析

2.1不同光質對黃瓜幼苗可溶性蛋白質含量的影響

由圖1可知，紅色和藍色光質處理的黃瓜幼苗可溶性蛋白質含量均低于CK，但差異不顯著：紅藍復合光（RB）下的可溶性蛋白質含量顯著高于紅色和藍色光質處理。

2.2不同光質對黃瓜幼苗維生素C含量的影響

由圖2可知，藍光處理的黃瓜幼苗維生素c含量顯著高于其他處理，是CK的3倍左右：紅光和紅藍復合光處理下的維生素c含量則顯著低于CK。

2.3不同光質對黃瓜幼苗可溶性糖含量的影響

由圖3可知，紅光顯著提高了黃瓜幼苗可溶性糖含量，藍光和紅藍復合光與CK的可溶性糖含量相當。

2.4不同光質對黃瓜幼苗POD活性的影響

POD可清除活性氧，以減輕活性氧對細胞膜的傷害。由圖4可見，紅藍復合光處理的黃瓜幼苗POD活性最高，與其他處理差異顯著：紅光和藍光處理的POD活性則顯著低于CK。

2.5不同光質對黃瓜幼苗SOD活性的影響

SOD為植物體內的一種保護酶，逆境中維持較高的酶活性才能有效地清除活性氧，從而減少對膜結構和功能的破壞。由圖5可見，紅光、藍光以及紅藍復合光處理的黃瓜幼苗SOD活性均高于CK，但紅光和藍光處理與CK的差異不顯著，而紅藍復合光則顯著提高了SOD活性。

2.6不同光質對黃瓜幼苗CAT活性的影響

CAT普遍存在于植物的所有組織中，其活性與植物的代謝強度及抗寒、抗病能力有一定關系。由圖6可見，與CK相比，其他的光質處理均顯著降低了黃瓜幼苗的CAT活性，紅光處理的最低，藍光及紅藍復合光處理的相當。

3.小結與討論

可溶性蛋白質含量、可溶性糖含量和維生素c含量是衡量幼苗品質的重要指標。糖類是有機代謝的起點物質，是維持生命活動的主要能量來源，為光合作用的產物。本研究紅光提高了黃瓜幼苗中可溶性糖含量，這與在青蒜苗、番茄果實和縷絲花試管苗中研究的結果一致，可見紅光提高植物體內可溶性糖含量是普遍現象。紅光下植物體內可溶性糖含量的增加可能不完全是光合作用的結果，林小蘋等的研究發現不同光質下葉綠素含量與可溶性糖含量之間不呈正相關，也有可能是光合光敏色素介導的分配在紅光下改變了物質的分配所致。

蛋白質是組成有機體的重要成分，是生物體的主要物質基礎。已有研究發現藍光可提高植株內可溶性蛋白質含量。但本研究中紅藍復合光顯著提高了黃瓜幼苗可溶性蛋白質的含量，而紅光和藍光處理下的黃瓜幼苗可溶性蛋白質含量與白光（CK）處理的差異不顯著。紅藍復合光的可溶性蛋白質含量較藍光處理提高的原因可能與紅光提高了可溶性糖含量有關。Kowallik認為藍光可顯著促進植物線粒體的暗呼吸，呼吸過程中產生的有機酸可作為氨基酸的合成碳架，從而促進了蛋白質的合成。藍光可誘導抗氧化酶基因的表達并提高其活性，能夠緩解植物可溶性蛋白質的降解。硝酸還原酶（NR）可將硝酸鹽還原為亞硝酸鹽，在其他酶的作用下，亞硝酸鹽繼續被還原成NH4+，進而轉化為其他含氮化合物，是植物利用氮素的重要途徑。劉曉英等發現紅藍復合光處理下的葉用萵苣NR活性遠高于紅光、藍光和白光處理，因此NR活性的提高可能促進了蛋白質的合成。

維生素c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。本試驗結果表明，藍光可顯著提高黃瓜幼苗的維生素c含量，這與蒲高斌等、徐凱等、張立偉等的研究結果一致。植物可由D-葡萄糖合成vc，半乳糖酸內酯脫氫酶（GLDH）是這一合成途徑的關鍵酶。徐茂軍等的研究表明藍光可提高GLDH的活性，這表明藍光促進了植物維生素c的合成。本試驗紅藍復合光處理的黃瓜幼苗維生素c含量與紅光處理的數據較接近，且均顯著低于藍光和白光（CK）處理。徐茂軍等發現紅光可顯著降低發芽大豆的GLDH活性，可見紅光顯著抑制了維生素c的合成。結合本研究可發現紅光的抑制效應要大于藍光的促進作用。抗壞血酸氧化酶（AAO）和抗壞血酸過氧化物酶（AAP）是維生素c氧化過程的關鍵酶，這兩種酶對光敏感，關于光質對其的影響亟待深入研究。

SOD、POD和CAT為植物體內的保護性酶類，可清除活性氧，保護膜系統。紅光和藍光處理提高了SOD活性，但與白光（CK）處理的差異不顯著：紅藍復合光顯著提高了SOD活性，這與邢澤南等在油葵芽苗菜上的研究結果相似。本試驗發現紅光、藍光處理可顯著降低POD活性，這與杜洪濤等、李雯琳等的研究結果一致，但與梁宗鎖等、郝俊江等在丹參、靈芝上的研究結果相反，這種差異可能為試驗材料不同所致。盡管紅光、藍光可降低POD活性，但試驗中紅藍復合光處理下POD活性有較大幅度的增加，與對照差異達顯著水平，可見紅光和藍光對POD活性的影響有互補作用。已有研究證明POD具有生長素（IAA）氧化酶的功能，因此高的POD活性可抑制弱光下植物的徒長，這在生產上具有重要的應用價值。CAT催化分解植物體內的過氧化氫，光質對CAT活性較復雜，蒲高斌等的研究發現紅光、藍光對CAT活性影響不顯著，但郝俊江等_9的研究發現紅光、藍光可提高靈芝CAT活性，而李雯琳等發現紅光、藍光降低了葉用萵苣的CAT活性，這與本研究結果一致。