單側紅光對大豆幼苗生長的影響

王陽昕 章有知

摘要：在光照培養室內種植大豆[Giycine max （Linn.） Merrill]幼苗，以單側紅光和單側自然光作為光源，30 d后測定大豆幼苗的株高、鮮重和干重等生長指標和可溶性糖、葉綠素、蛋白質含量等生理指標。結果表明，單側紅光或單側自然光處理下的幼苗都有明顯的向光性生長現象；單側紅光處理大豆幼苗株高顯著高于單側自然光處理；幼苗鮮重和干重沒有顯著差異；所測定的3項生理指標在兩組中都存在極顯著差異，自然光中大豆幼苗的可溶性糖高于紅光中大豆幼苗的可溶性糖含量，前者大約為后者的16倍；紅光中大豆幼苗的蛋白質、葉綠素a、葉綠素b和葉綠素（a+b）含量均高于自然光中大豆幼苗的含量，前者分別是后者的1.50倍、1.14倍，1.19倍和1.16倍。

關鍵詞：大豆[Giycine max （Linn.） Merrill]；光質；單側紅光；生理特性；生長特性

中圖分類號：S565.1 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2018）08-0020-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.08.005

Influence of the Exposure of Unilateral Red Light on the Growth of Soybean Seedlings

WANG Yang-xin，ZHANG You-zhi

（College of Life Science， Changchun Normal University， Changchun 130032， China）

Abstract： Soybean seedlings were cultivated in the light culture room， using unilateral red light and unilateral sunlight as light source. After a period of 30 days， the ecological indexes， including seedling height， fresh weight and dry weight of seedling were measured， and several physiological indexes such as soluble sugar content， chlorophyll content and protein content were also determined. The results showed that all the seedlings had the phenomenon of phototropism under exposure of unilateral red light or unilateral sunlight. The seedling height in the treated group of unilateral red light was significantly higher than in the treated group of unilateral sunlight. However， fresh weight and dry weight had no significant differences between two groups. The three physiological indexes had extremely significant differences between two groups. Soluble sugar content in unilateral sunlight treatment was 16 times higher than in the unilateral red light treatment. Protein content， chlorophyll a content， chlorophyll b content and chlorophyll（a+b） content in the unilateral red light treatment was 1.5 times， 1.14 times， 1.19 times and 1.16 times higher than in the unilateral sunlight treatment， respectively.

Key words： soybean[Giycine max（Linn.） Merrill]； light quality； unilateral red light； physiological characteristic； growth characteristic

在植物的生長發育過程中，光是非常重要的因素。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[1]。光質不僅作為一種能量來源參與植物的光合作用，還通過觸發植物體內的不同光受體影響植物的生長、產量、品質、抗逆性和衰老等[2]。光質對植物的生長、形態建成、光合作用、物質代謝以及基因表達均有控制作用。

光質或光譜組成是指太陽輻射成分及其各波段所含能量，是光的重要屬性，其特征光譜包括紫外光、可見光和紅外光[3]。在生產中，不同光質的塑料薄膜被作為物理方式來調節植物生長。光通過塑料薄膜后使設施內的光強與光質發生改變，然而人們對光質在植物生長發育中產生的影響尚無明確認識。近年來，光質對植物光合作用的影響已經引起研究人員的廣泛重視，并開展了多方面的研究，取得了大量的試驗成果。

另外，植物在單側光的照射下會發生向光性彎曲的現象。而向光素則介導植物的向光性、葉綠體運動和抑制黃化幼苗生長和葉的擴張。對其結構的分析表明，向光素C端有一個絲氨酸∕蘇氨酸蛋白激酶區域，N端有兩個約12 ku的FMN結合區域[4]。有研究者報道了豌豆黃化苗的上胚軸生長區有一種能夠被光誘導而發生磷酸化作用的膜蛋白[5]。之后的研究表明，光引發的磷酸化作用與向光性有密切關系。

本研究以大豆幼苗為試驗對象，初步研究了在單側紅光和單側自然光照射下大豆幼苗的向光性生長中部分生長指標和生理指標受到的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

本試驗選用普通大豆[Giycine max （Linn.） Merrill]幼苗作為試驗材料。

1.2 試驗設計

挑選大小均一的大豆種子在實驗室內以土培的方式種植，待其頂土剛要萌發時，分別置于單側紅光和單側自然光的處理下，每3 d澆水1次，生長過程中白天溫度在20～25 ℃，夜晚在12～16 ℃。從開始頂土到試驗結束，生長時間為30 d。單側光源的設置方法為：用不透光的紙板將植物四周非透光區全部封閉，只留下透光區。如圖1所示。

1.3 方法

1.3.1 生長指標的測定 株高的測定部分為幼苗的地上部，鮮重的測定使用株高測定完畢的植物，用鈍頭鑷子將其放入電子天平中進行稱量，鮮重測定完畢后，將植株放入烘干箱中，105 ℃下烘干至兩次測定的差值在0.03%以內，測定幼苗干重。

1.3.2 生理指標的測定 可溶性糖含量測定的具體方法為：①制作葡萄糖吸光度值標準曲線：精確配制100 μg/mL的葡萄糖標準溶液，取20 mL帶塞試管，編號，按表1配制葡萄糖標準溶液。然后在每只試管中加入5 mL蒽酮試劑，混勻，蓋上塞子，在沸水浴中煮沸10 min，取出，立即用水冷卻至室溫，在625 nm波長下，用0號管調零，分別測量各管的OD值。以3次測定的OD值平均值為縱坐標，葡萄糖含量為橫坐標，繪制標準曲線，見圖2。②植物葉片在110 ℃烘箱烘5 min，然后調至70 ℃過夜。干葉片磨碎后稱取50 mg樣品倒入10 mL刻度離心管內加入4 mL 80%乙醇，置于80 ℃水中不斷攪拌40 min，離心，收集上清液，其殘渣加2 mL 80%乙醇重復提取2次，合并上清液。在上清液加10 mg活性炭，80 ℃脫色30 min，80%乙醇定容至10 mL，過濾后所得濾液即為可溶性糖測定提取液。取該提取液1 mL，加入5 mL蒽酮試劑混勻，用葡萄糖標準曲線制作過程中同樣的方法，在625 nm處測定溶液的OD值。由標準曲線查得提取液中的可溶性糖含量，然后根據每mL提取液含有5 mg干樣品中的糖，再計算樣品中的糖含量。

蛋白質含量的測定方法具體為：①繪制蛋白質吸光度值標準曲線：精確配制100 μg/mL的蛋白質標準溶液，取20 mL帶塞試管，編號，按表2配制蛋白質標準溶液。取配制的蛋白質標準溶液2 mL，分別加入配制好的0.6 mg/mL的考馬斯亮藍G-250試劑2 mL，立即混勻，以去離子水2 mL加染料試劑2 mL作為對照，于分光光度計中波長620 nm處測定其OD值。根據測定結果，繪制出OD值-蛋白質質量標準曲線，見圖3。②取0.5 g樣品于研缽中搗碎，加10 mL 0.15 mol/L NaCl溶液進行蛋白質提取，最后定容至20 mL，用標準曲線制作中同樣的方法，測定樣品溶液的620 nm處OD值，然后根據回歸線性方程計算蛋白質含量。

葉綠素含量的測定方法具體為：取剪去粗大葉脈，并剪成碎塊的新鮮葉片0.5 g放入研缽中加純丙酮5 mL，少許CaCO3和石英砂，研磨成勻漿，再加80%丙酮5 mL，將勻漿轉入離心管，并用適量80%丙酮洗滌研缽，一并轉入離心管，離心后棄沉淀，上清液用80%丙酮定容至20 mL。取上述色素提取液1 mL，加80%丙酮4 mL稀釋后轉入比色杯中，以80%的丙酮為對照，分別測定663 nm、645 nm處的OD值。葉綠素a（mg/L）=12.7 OD663-2.69 OD645；葉綠素b（mg/L）=22.9 OD645-4.68 OD663；葉綠素（a+b）（mg/L）=8.02 OD663+20.21 OD645。

1.3.3 數據分析 測定生長指標時，植物樣本容量為15株；生理指標測定時，重復測量三次。使用SPSS19.0統計軟件對數據進行分析，顯著性檢驗采用獨立樣本t檢驗。

2 結果與分析

2.1 單側紅光對大豆幼苗株高的影響

單側紅光和單側自然光作為光源培養30 d后，大豆幼苗的株高分析數據表明，單側紅光照射的大豆幼苗植株高于單側自然光照射的植株。F值3.756，方差檢驗無顯著性差異，平均值雙尾顯著性t檢驗的P值為0.029，說明兩個處理之間在大豆幼苗株高上有顯著性差異。

2.2 單側紅光對大豆幼苗鮮重的影響

試驗測定的大豆幼苗鮮重的分析數據表明，單側紅光和單側自然光照射的大豆幼苗植株鮮重相差不大。F值0.288，方差檢驗無顯著性差異，雙尾顯著性t檢驗的P值為0.847，說明兩個處理之間在大豆幼苗株高上沒有顯著性差異。

2.3 單側紅光對大豆幼苗干重的影響

試驗測定的大豆幼苗干重的分析數據表明，單側自然光照射的大豆幼苗植株的干重大于單側紅光的干重。F值0.208，方差檢驗無顯著性差異，雙尾顯著性t檢驗的P值為0.054，說明兩個處理之間在大豆幼苗株高上沒有顯著性差異。

2.4 單側紅光對大豆幼苗生理指標的影響

試驗測定的可溶性糖含量、蛋白質含量和葉綠素含量的結果見圖4。從圖4可以看出，自然光中大豆幼苗的可溶性糖含量高于紅光中大豆幼苗的可溶性糖含量，前者大約為后者的16倍。紅光中大豆幼苗蛋白質含量、葉綠素a含量、葉綠素b含量和葉綠素（a+b）含量都高于自然光中大豆幼苗的含量，前者分別是后者的1.50倍、1.14倍，1.19倍和1.16倍。

經t檢驗，大豆幼苗可溶性糖含量在紅光和自然光間存在極顯著差異，雙尾檢驗P值為0.000；大豆幼苗蛋白質含量在紅光和自然光間存在極顯著差異，雙尾檢驗P值為0.000；大豆幼苗葉綠素a含量在紅光和自然光間存在極顯著差異，雙尾檢驗P值為0.000；大豆幼苗葉綠素b含量在紅光和自然光間存在極顯著差異，雙尾檢驗P值為0.002；大豆幼苗葉綠素（a+b）含量在紅光和自然光間存在極顯著差異，雙尾檢驗P值為0.000。

3 討論

3.1 光質對大豆幼苗生長指標的影響

不同波長的光可以通過影響植物體內的內源激素水平來實現對莖的生長調節。在分子水平上，紅光促進細胞的伸長；總的來說，波長長的光（紅光）促進莖的伸長，而波長短的光（藍光）抑制莖的伸長[6]。研究表明，單側紅光處理的大豆幼苗株高是單側自然光處理組株高的1.32倍，且兩組處理在株高上具有極顯著差異。說明在引起幼苗向光性生長的的同時，單側紅光仍然具有促進幼苗莖的伸長效應，這種伸長效應和光的方向性無關。

在鮮重和干重的結果上，兩個處理并未表現出顯著性差異的現象。鮮重的平均值統計數據非常接近，但是干重的統計數據卻是自然光組已經表現出比紅光組大的趨勢。如果簡單地把植物體內的物質分為水和有機物的話，那么在鮮重方面，紅光組的含水量則較自然光組要大；而有機物方面則以自然光組中植物生長過程中積累的量為多，說明自然光的光合作用要強于紅光。雖然并沒有表現出顯著差異，但這極可能是試驗時間太短所致。

3.2 光質對大豆幼苗生理指標的影響

可溶性糖主要為葡萄糖、果糖和蔗糖，可溶性糖是合成淀粉的前體，所以可溶性糖的變化能大致反映植株的碳素營養代謝狀況。在光質對高等植物的碳水化合物調節作用的研究中，有研究者認為紅光下生長的作物通常碳水化合物含量較高[7，8]。在試驗中，可溶性糖含量的測定結果是：自然光處理中的可溶性糖含量是紅光處理中的16倍，似乎與以前的研究結果相反。但是分析原論文，一是將紅光與藍光進行比對，而非自然光[7]；二是測定的植物體部分不同，前人多測定的是果實中糖的含量[9]，而本研究的試驗中則測定的是植株體內的糖含量。童哲等[10]認為是由于光合碳循環中的Rubisco大亞基的編碼基因rbcL（在葉綠體中）和小亞基的編碼基因rbcS（在核基因組）的轉錄可以被光敏色素協調地調節，從而引起了R/FR對碳水化合物合成的影響。

在蛋白質含量方面，紅光處理組大豆幼苗的蛋白質含量較自然光處理中的蛋白質含量高而且具有極顯著差異。一般而言，藍光對含氮化合物，如氨基酸和蛋白質等的含量具有促進效應。原因可能是使藍光處理下葉片中硝酸還原酶活性的增加和呼吸作用較強有密切的關聯，前者為有機含氮化合物的合成提供了較多的可同化態的氮源，而且藍光可明顯促進線粒體的暗呼吸，呼吸作用產生的有機酸為有機含氮化合物合成提供了充分的碳架[11，12]。在以白菜、黃瓜、西葫蘆和豆角進行的補照白光和紅光的試驗中[13]，補照白光的白菜和西葫蘆其蛋白質含量明顯高于補照紅光（P<0.01）的含量，而補照紅光的豆角蛋白質含量則明顯高于補照白光（P<0.01）的含量，這個試驗結果和本研究相同。原因可能是本研究的試驗中的大豆和該補照試驗中的豆角都屬于豆科，而且都具有與其他植物不一樣的試驗結果，說明豆科植物在不同光質下的生理代謝途徑和影響可能與其他植物存在本質區別，值得進一步進行深入研究。

光合色素是植物進行光合作用的物質基礎，其含量與組成直接影響葉片的光合速率。在風信子中，藍光能促進愈傷組織中葉綠素的形成，而紅光降低葉綠素總含量[14]。在高粱、黃瓜和歐白芥中，與純紅光相比，紅光中分別混雜有藍光、黃光和橙光，對這些植物的葉片葉綠素合成的促進都比較大；并認為，混合光的這種效應是由于純紅光或純藍光中混雜有其他波長的光線后，活化態的光敏色素含量發生變化，隱花色素的激活也不相同，從而引起各種不同的生物學效應[14]。試驗表明，藍光可以提高多種藻類植物的葉綠素a含量，因此藍光培養的植株一般葉綠素a/b值較高，而紅光培養的植株葉綠素a/b較低[14]。在本試驗中，紅光處理下大豆幼苗的葉綠素a含量、葉綠素b含量和葉綠素（a+b）含量都高于自然光處理，且具有顯著性差異。與前述試驗結果并不一致，可能是不同光質調節葉綠素含量會因植物種類、組織器官不同而不同。Saebo等[15]發現生長在藍光下的樺樹功能葉葉綠體面積都比白光和紅光下大。紅光處理下大豆幼苗的葉綠體較多、基粒較大、葉綠體面積較大可能是葉綠素含量高的原因。

4 小結

通過對大豆幼苗進行單側紅光和單側自然光處理，測定了部分生長指標和生理指標，得到的結論為：單側紅光照射可以在引起幼苗向光性生長的同時，仍然具有促進幼苗莖的伸長效應，這種伸長效應和光的方向性無關；單側紅光和單側自然光處理對幼苗鮮重和干重的影響上沒有顯著差異；在可溶性糖的含量上，以自然光處理組中大豆幼苗的含量要高于紅光處理組。而在蛋白質含量和葉綠素含量中，紅光處理組則高于自然光處理組。

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