不同LED光質對黃瓜葉片葉綠素熒光、光合參數及SPAD值的影響

姜曉君 蔣英

摘? ? 要：以黃瓜品種‘魯春32為試材，利用發光二極管（Light Emitting Diode，LED）光源，設置紅光、藍光、紅藍（4∶1）、紅藍（1∶1）4個處理，以白光作為對照，研究不同光質照射對黃瓜幼苗葉片葉綠素熒光、光合參數和SPAD（Soil and Plant Analyzer Development，土壤作物分析儀器開發）值的影響。結果表明：PSⅡ最大光化學效率（Fv/Fo）、PSⅡ最大光化學量子產量（Fv/Fm）、光合作用反應中心Ⅱ（ФPSⅡ）和光化學淬滅（qP）在紅藍組合光下均高于紅、藍單質光，且均以4R1B處理下值最大。凈光合速率以R4B1處理值最大，氣孔導度以藍光下值最大，胞間CO2濃度總體上表現出與光合速率負相關關系，在4R1B處理下值最低。SPAD值在藍光處理下值最大，較對照增加22.19%，紅藍組合光次之，紅光處理下值最小，較對照降低9.11%。總體上，4R1B處理下黃瓜電子傳遞效率最高、光合能力最強，最有利于光合產物的積累，有利于培育壯苗。

關鍵詞：黃瓜;葉綠素熒光;光合參數;SPAD;光質

中圖分類號： S642.2? ? ? ?文獻標識碼： A? ? ? ?DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2019.09.002

Abstract：? The chlorophyll fluorescence， photosynthetic parameters and SPAD （Soil and Plant Analyzer Development， Development of Soil Crop Analytical Instruments） of cucumber seedling leaves irradiated by different light qualities were studied by using light emitting diode （LED） light source and four treatments of red， blue， red and blue （4∶1） and red and blue （1∶1），white light as control materials.? The results showed that the maximum photochemistry efficiency （Fv/Fo）， maximum photochemistry quantum yield （Fv/Fm）， photosynthetic reaction center II （PS II） and photochemistry quenching （qP） of PS II were higher than those of red and blue light under the combination of red and blue light， and the values were the highest under the treatment of red and blue （4∶1）. The net photosynthetic rate was the highest under red and blue （4∶1）， stomatal conductance was the highest under blue light， and intercellular CO2 concentration was negatively correlated with photosynthetic rate on the whole， and the lowest under 4R1B. SPAD value was the highest under blue light treatment， increased by 22.19% compared with the control， followed by red and blue combined light， and the lowest under red light treatment， decreased by 9.11% compared with the control. In general， red and blue （4∶1） treatment had the highest electron transfer efficiency and the strongest photosynthetic capacity， which was most conducive to the accumulation of photosynthates and the cultivation of strong seedlings.

Key words： cucumber; chlorophyll fluorescence; photosynthetic parameters; SPAD; light quality

光強對植物生物量積累有重要影響，尤其是在生產上保護地重視光強對作物生長的影響，而忽視了光質對植物生長、分化和品質等方面的影響。研究表明，葉片生長和光合器官的形成受光質調節，如紅藍組合光下萵苣葉面積最大[1];種子萌發因光質不同而存在差異，如紅光促進種子萌發，遠紅光抑制其萌發;光質可通過調節植物體內的激素含量來影響植物的形態建成，植物光合機構同樣受光質的調控，如紅光能提高草莓葉片葉綠素含量[2]。此外，不同光質還可影響光系統II（PS II）、光系統I（PS I）之間電子傳遞速率[3]和作物品質等。

壯苗是作物獲得優質高產的基礎，秧苗素質的高低對作物總體產量的影響在30%～50%[4]。黃瓜反季節栽培正直冬季，此時育苗如遇陰雨雪天氣，極易出現莖細長的弱苗。若使用生長調節劑進行調控則存在一定的副作用，若采用晝夜溫差法又需要較大的能耗，而采用光形態調控法即簡便易行又經濟環保，在設施蔬菜育苗環境有著重要的現實意義。為此，本試驗借助發光二極管（Light Emitting Diode， LED）光源，研究不同光質對黃瓜光合色素合成及光合能力的影響，探究有利于培育壯苗黃瓜的最佳光質配比，為進一步探索光質對黃瓜葉片光合機構建成的影響機制提供數據支撐。

1 材料和方法

1.1 供試材料與試驗設計

供試品種為‘魯春32。 試驗設4個光質處理：紅光（630 nm， R）、藍光（460 nm， B）、紅藍光（4∶1， 4R1B）、紅藍光（1∶1， 1R1B），以白光作為對照，記為CK。每個處理20株黃瓜幼苗，3次重復。將黃瓜種子播種在營養缽中，每缽一粒。當黃瓜苗2葉1心時，進行光照處理。光照培養架采用頂部LED光源照明，黃瓜幼苗和LED光源保持50 cm距離，光強290 μmol·m-2·s-1，光周期12 h·d-1，晝夜溫度分別為25～28 ℃和14～16 ℃，空氣濕度70%～75%。光照培養20 d后，選取完全伸展的倒3葉片進行葉綠素熒光、光合參數和SPAD （Soil and Plant Analyzer Development，土壤作物分析儀器開發）值測定。

1.2 測定項目與方法

2018年5月20日9：00—10：30，使用FMS-2型葉綠素熒光儀測定黃瓜葉片PSⅡ最大光化學效率（Fv/Fo）、PSⅡ最大光化學量子產量（Fv/Fm）、光合作用反應中心Ⅱ（ФPSⅡ）和光化學淬滅（qP），每個重復隨機選取3株進行測定。隨后用CI-RAS-3光合儀對同一葉片測定光合速率、蒸騰速率、氣孔導度、胞間CO2濃度，測定光強300 μmol·m-2·s-1，氣溫25～28 ℃，CO2濃度400 μmol·mol-1。再用SPAD-502型葉綠素計測定葉片SPAD值。

試驗采用Excel 2007軟件進行數據處理和作圖，使用DPS7.02軟件采用Tukey法進行多重比較分析。

2 結果與分析

2.1 不同光質對黃瓜光合特性的影響

由表1可知， Fv/Fo 、Fv/Fm、ФPSⅡ和qP均以紅藍組合光4R1B處理下值最大，顯著高于其他處理（P<0.05），紅藍組合光1R1B次之，R第三、CK第四、B處理值最低，說明在4R1B處理下ΦPSⅡ反應中心開放程度較大，光合電子傳遞效率較高。其中，紅藍組合光4R1B的熒光參數值顯著高于R、B單色光（P<0.05），這說明光質對葉片光合參數值的影響不僅僅是光質的疊加效應，還應有光質間的互作效應。

2.2 不同光質對黃瓜葉片光合速率的影響

由表2可知，4R1B處理下凈光合速率最大，1R1B次之，二者與單色光R、B處理和CK間差異均達到極顯著水平（P<0.01），較對照分別提高62.84%和49.78%，說明兩種波長的復合光質較單色光更有利于葉片凈光合速率的提高。蒸騰速率表現出與凈光合速率一致的變化規律，且在4R1B處理下值最大，與其他處理差異顯著（P<0.05）。氣孔導度以B處理下值最大且與其他處理差異顯著（P<0.05），說明藍光促進氣孔導度的增大。胞間CO2濃度總體上表現出與光合速率負相關，在4R1B處理下值最低，與對照差異極顯著（P<0.01）。

2.3 不同光質對葉片SPAD值的影響

由圖1可以看出，葉片SPAD值在B處理下值最大，較對照增加22.19%且差異極顯著（P<0.01）;R處理下值最小，較對照降低9.11%且差異極顯著（P<0.01），說明藍光照射有利于細胞葉綠素含量的增加，而紅光不利于葉綠素含量的增加。2個組合光處理間差異不顯著，但均高于對照，且與對照差異極顯著（P<0.01）。

3 討 論

葉綠素熒光可以在不對葉片造成損傷的前提下靈敏、快速的分析外界環境因子對植物光合作用產量的各種影響。張曦文等[5]研究指出，苗期玉米葉片在紅藍組合光下ΦPSII值較藍光、紅光等單色光大。Ramalho等[6]研究認為，不同光質處理對咖啡葉片的Fv/Fm影響顯著。本試驗結果表明，Fv/Fo、Fv/Fm、ΦPSⅡ和qP在4R1B處理下值最大，說明該處理下黃瓜葉片PSⅡ的潛在活性和原初光能轉化效率較高，光合電子傳遞速率較快， PSⅡ反應中心開放程度較高。另外，Fv/Fo、Fv/Fm、ΦPSⅡ和qP在單色光處理下值均低于紅藍復合光質，這與楊玉凱等[7]在茄子上的研究結果類似。

光作為植物生長的能量來源，可以通過光質和光強對植物的光合特性、基因表達和次生代謝等進行調控。有研究報道，紅光處理下青蒜苗凈光合速率最大[8]，紅藍組合光下韭菜凈光合速率最大[9]。本試驗條件下，4R1B處理下凈光合速率最大，可見不同植物對光質的響應機理存在差異。另外，兩種紅藍組合光4R1B和1R1B處理下的凈光合速率均高于R、B單色光，試驗結果遵從了愛默生效應，這可能與PSⅠ和PSⅡ兩個光系統之間的協調運轉有關，也可能與綠色植物的細胞結構受光質調控有關[10]。藍光照射下，氣孔導度較紅光、紅藍組合光等光質大，這可能是因為藍光能夠活化質膜上H-ATP酶泵，促進細胞對鉀離子的吸收，細胞滲透勢的降低促進細胞吸水膨脹，保衛細胞吸水后氣孔張開，氣孔導度增大[11]。

葉綠體是綠色植物進行光合作用的物質基礎，但不同類型的葉綠體蛋白的形成受光質調控。余讓才和潘瑞熾[12]研究得出，藍光使水稻葉片葉綠素含量降低，紅光反之。王鐵生等[13]研究認為，藍光下人參葉片葉綠素含量最高，紅光和白光次之。而本試驗結果表明，黃瓜幼苗在藍光照射下，SPAD值最大，即葉綠素含量最高，可見，光質對葉綠素含量的影響因植物不同而存在差異。另外，藍光照射下葉綠素含量最高，而光合速率卻不是最高，這說明光合速率高低與葉綠素含量高低并不存在正相關關系，這是因為光合速率的高低除受葉綠素影響外，還受肥料、溫度、水分等多種因素的綜合影響[14]。

參考文獻：

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