不同紅藍光配比對茶樹生長及生物化學成分的影響

王加真 金星 馮梅 萬雪 陳瑩瑩

摘要：為研究紅藍光配比對茶葉品質成分的影響，以黔湄601茶樹苗為試驗材料，對不同紅藍光配比下茶葉干鮮質量與葉綠素、類胡蘿卜素、花黃素、茶多酚、游離氨基酸及咖啡堿含量進行測定。結果發現：100%的紅光有利于茶樹芽葉質量、茶多酚含量的增加，100%的藍光有利于光合色素的積累;與紅藍單一光質相比，復配光質紅光 ∶ 藍光=1 ∶ 3 處理顯著提高了茶樹芽葉游離氨基酸、花黃素含量，降低了酚氨比;與紅光 ∶ 藍光=1 ∶ 1相比，復配光質紅光 ∶ 藍光=1 ∶ 3處理顯著提高了茶樹芽游離氨基酸、芽葉花黃素含量，降低了葉酚氨比。說明藍光比例增加有利于茶樹芽葉的品質形成，紅藍光質比為1 ∶ 3最有利于茶葉功能成分的積累，是茶葉設施栽培的理想光源。

關鍵詞：茶樹;發光二極管（LED）燈;紅藍光;色素;生化成分;酚氨比

中圖分類號： S571.101? 文獻標志碼： A? 文章編號：1002-1302（2019）10-0159-03

茶樹[Camellia sinensis（L.） O. Kuntze]是世界上最重要的經濟作物之一，其葉片富含茶多酚、生物堿、多糖和茶氨酸等次生代謝產物，經過加工的茶作為非酒精飲料，因口感豐富、有益健康而得以在全球范圍內消費[1-3]。光是植物的能量來源，是植物葉片生長的最重要的環境因素之一[4-5]。不同光質或波長的光對植物具有不同的生物學效應，對植物的化學成分組成會產生不同的影響[6-7]。與其他光質相比，紅光與藍光作為植物葉片光合色素吸收最多的光質，對茶樹光合作用的影響更為明顯。茶樹葉綠素吸收最多的為紅橙光和藍紫光，紅光可以促進糖類物質的積累，藍光有利于氨基酸、蛋白質、維生素的積累，還可以提高葉綠素a和類胡蘿卜素含量。近年來，發光二極管（LED）作為一種高效、節能、環保的新型照明光源，其應用越來越廣泛[8]，采用LED光源能準確提供茶樹光合吸收峰值區波長組合光質，是茶樹在設施環境下通過光環境調控實現高產的途徑。因此，研究紅藍光質對茶葉功能成分形成的影響及調控措施是光生物學在茶樹栽培領域的探索，對設施茶樹優質高效生產具有重要的理論和現實意義。

目前國內外對紅藍光質的研究大多針對花卉組培[9-11]、設施蔬菜[12-13]、果樹[14]，對茶葉品質影響研究的報道甚少，有關LED紅藍光質配比對茶樹芽葉的生長和生化成分的影響及調控機制尚不清楚。本研究擬以茶樹幼苗為試材，進行不同LED紅藍光質處理，通過對茶樹芽葉的生長、光合色素、功能成分含量的分析，探索不同光質在茶芽葉色素和功能物質累積調控中的作用。

1 材料與方法

1.1 材料與處理

試驗于2018年10—11月在遵義師范學院光生物學實驗室進行。以一年生茶樹苗（Camellia sinensis L.）為試驗材料，品種為黔湄601。待茶苗1芽1葉初展時，分別置于高精度光質可調LED人工氣候箱（購于安徽昂科豐公司）100%藍色LED光、75%藍色+25%紅色LED光、50%藍色+50%紅色LED光、100%紅色LED光4個處理下培養15 d，每個處理重復3次，每個重復5盆。藍光LED光源主波長位于450 nm處，紅光LED光源主波長位于645 nm處，各光處理光照度均設定為100 μmol/（m2·s），光—暗周期為12 h—12 h，溫度為（20±0.5） ℃，濕度為80%～85%，每隔5 d澆灌相同量的自來水。

1.2 測定指標與方法

用直尺測定芽長、葉長、葉寬;芽葉鮮質量采用萬分之一天平稱質量，芽葉蒸青后置于80 ℃烘箱中24 h后稱質量、磨碎后供品質分析。茶葉品質檢測分析項目包括氨基酸、茶多酚、咖啡堿、葉綠素、類胡蘿卜素、花黃素。主要檢測方法：氨基酸含量的測定采用茚三酮顯色法，參照GB/T 8314—2002《茶 游離氨基酸總量測定》;茶多酚含量的測定采用酒石酸鐵比色法，參照GB/T 8313—2008《茶葉中茶多酚和兒茶素類含量的檢測方法》;咖啡堿含量的測定采用紫外分光光度法，參照GB/T 8312—2013《茶 咖啡堿測定》;葉綠素和類胡蘿卜素含量的測定采用丙酮乙醇浸提比色法;花黃素含量的測定采用三氯化鋁比色法。酚氨比=茶多酚含量/氨基酸含量。

1.3 數據處理與分析

用SPSS 16.0軟件，采用單因素方差分析（oneway-ANOVA）和多重比較（LSD）法，對試驗數據進行差異顯著性檢驗（α=0.05）。

2 結果與分析

2.1 不同光質對茶樹1芽1葉生長的影響

茶樹芽葉生長量的大小能在一定程度上代表同化產物的累積量。由表1可知，不同光質處理下茶樹新生芽葉的長度并無顯著差異。與50%藍光+50%紅光處理相比，100%紅光處理顯著增加了新生葉寬度，增加幅度為17.14%，與其他2種處理無顯著差異。與100%藍色、75%藍色+25%紅光、50%藍色+50%紅色3種處理相比，100%紅光處理，明顯增加了芽、葉、1芽1葉干鮮質量。就1芽1葉干鮮比而言，100%藍光處理為0.311，100%紅光處理為0.278，2種處理間有顯著差異。

2.2 不同光質對茶樹葉片光合色素的影響

光合色素能夠吸收、傳遞和轉換光能，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，進而影響植株的生長。葉綠素含量體現了植物對光能的利用和調節能力，是評價植物生長發育情況的一項基礎指標。類胡蘿卜素在植物葉綠體光合作用中也起著重要作用，是光合作用中光傳導途徑和光反應中心的重要結構成分，可以幫助葉綠體吸收光能，并保護其在高溫、強光下免受破壞[15]。光質不僅影響茶樹芽葉的光形態建成，同時也調控光合色素的合成，是因為不同光合色素吸收的光譜不同[16]。表2結果表明，當試驗設定的光量子通量密度（PPFD）為100 μmol/（m2·s）時，葉綠素a、葉綠素b、總葉綠素、類胡蘿卜素含量隨著紅藍光比值的增高而趨于降低，即在此PPFD下，450 nm處的藍光對茶葉色素形成的促進作用要優于645 nm處的紅光。75%藍光+25%紅光處理（紅藍光比值3 ∶ 1）的葉綠素和類胡蘿卜素含量略高于50%藍光+50%紅光處理（紅藍光比值為 1 ∶ 1），但未達到顯著差異。不同光質處理下茶樹葉片葉綠素a/b值無顯著差異。茶樹葉片色素的形成和分解為動態的平衡過程，在100 μmol/（m2·s）光照度下，相對較強的 645 nm 紅光可能加速了色素的分解或者降低了色素的合成速度。

2.3 不同光質對茶樹1芽1葉生物化學成分含量的影響

氨基酸、茶多酚、咖啡堿含量及酚氨比大小是衡量茶葉品質的重要指標。茶多酚能夠影響茶葉的色澤、苦味和澀味，而氨基酸能影響茶葉的鮮爽味。酚氨比反映了茶葉兩大主要品質成分的配比情況，可以判斷茶葉鮮葉質量，通常只有在多酚類、氨基酸含量高且比值低時，綠茶的味感才能保持濃而鮮爽。由表3可知，100%紅光處理均顯著增加了芽、葉的多酚含量、酚氨比;與100%紅光和100%藍光處理相比，75%藍光+25%紅光處理顯著增加了芽、葉氨基酸含量與花黃素含量，顯著降低了酚氨比值;75%藍光+25%紅光處理下芽、葉的游離氨基酸含量均最高，分別為1.535%和1.364%，100%紅光處理下芽、葉的游離氨基酸含量均最低，分別為1.089%和1.145%;芽咖啡堿的含量隨著紅藍光比值的增高而趨于增加，100%紅光處理下最高，為5.42%，與其他3種處理相比有顯著差異，葉咖啡堿的含量與紅藍光比值的變化無明顯規律。50%藍光+50%紅光處理（紅藍光比為1 ∶ 1）與75%藍光+25%紅光處理（紅藍光比為1 ∶ 3）相比，對芽和葉的花黃素含量的影響都有顯著差異，藍光促進芽和葉中花黃素積累;對芽的游離氨基酸含量的影響有顯著差異，藍光促進芽游離氨基酸形成，但對葉的游離氨基酸含量的影響無顯著差異;對葉的酚氨比有顯著差異，藍光降低了酚氨比，但對芽的酚氨比無顯著差異;對芽和葉的多酚、咖啡堿含量都無顯著差異。

3 討論與結論

有研究表明，紅光有利于提高植物葉片葉綠素的含量，而藍光處理下葉片葉綠素含量較低[17-18]，藍光處理能提高葉綠素a/b值，紅光降低葉綠素a/b值[19-21]。本試驗結果表明，藍光處理下茶樹葉片葉綠素含量高于紅光處理，葉綠素a/b值無顯著差異，表現出植物對紅藍光質反應的復雜性，不同植物在適應長期的生態環境中有不同的生理特性，茶樹在漫反射、散射光環境下，藍紫光比例增多，茶葉品質較好。

紅藍光質既會影響植物的形態建成，同時也調控作物的品質。眾多研究結果表明，紅光促進植物干物質的積累，能提高作物產量;藍光有抑制莖的伸長、提高作物品質的作用[22]。本研究結果也證實了類似的結果，在單一645 nm波段的紅光下芽葉生物量增多，多酚含量增加，但游離氨基酸和花黃素含量卻相對降低，茶芽葉品質有所降低;與單一紅光相比，在單一450 nm波段的藍光下芽葉生物量顯著降低，同時葉綠素和類胡蘿卜素含量增高，表明藍光具有矮化植株和提高茶葉品質的作用，這個結果與孫君等關于茶樹在藍光下氨基酸總量和葉綠素含量較高，在紅光下有利于茶多酚形成的結果[23]一致。

然而，單獨使用紅光或者藍光并不能很好地滿足植物正常的生長發育[24]。有報道表明，紅藍LED光配比更利于作物的生長與品質[25]，本研究中，在50%藍光+50%紅光處理（紅藍光比為1 ∶ 1）與75%藍光+25%紅光處理（紅藍光比為1 ∶ 3）下，茶樹芽葉的部分生長指標并沒有紅光下的高，如芽葉鮮質量和葉面積等，但游離氨基酸和花黃素含量整體提高，表明復合光有效地綜合了紅光和藍光的優點，既促進生長又提高了品質，更適合在茶葉生產中應用。在75%藍光+25%紅光處理（紅藍光比為1 ∶ 3）下，酚氨比的降幅較大，因此，可以考慮將此配比作為茶葉設施栽培的理想光源，以提高茶葉的營養品質。

綜上所述，對于茶樹芽葉的生長和品質而言，單一紅光、藍光與紅藍復合光相比，75%藍光+25%紅光處理（紅藍光比為1 ∶ 3）優于單一光源處理及50%藍光+50%紅光處理。但由于本試驗只測定了茶多酚、游離氨基酸的總含量，對于兒茶素的5種組分及游離氨基酸的具體組分等指標并未涉及，此外，在同一光配比下的不同光周期、光照度等對茶樹芽葉品質也具有不同影響，這些都有待進一步研究。

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