劉福霞　劉乃森

摘要：為提高黃瓜（Cucumis sativus L，）育苗質(zhì)量，研究了光質(zhì)對(duì)黃瓜幼苗生理生化特性的影響。以津研4號(hào)黃瓜為試驗(yàn)材料，以日光燈（白光）為對(duì)照，研究了LED紅光（R）、藍(lán)光（B）和紅藍(lán)復(fù)合光（RB，R：B=1：1）對(duì)黃瓜幼苗生理生化特性的影響。結(jié)果表明，紅藍(lán)復(fù)合光提高了黃瓜幼苗可溶性蛋白質(zhì)的含量，紅光和藍(lán)光處理與對(duì)照差異不顯著：紅光提高了黃瓜幼苗可溶性糖含量，藍(lán)光和紅藍(lán)復(fù)合光處理的可溶性糖含量與對(duì)照差異不顯著：藍(lán)光顯著提高了黃瓜幼苗維生素c含量，而紅光和紅藍(lán)復(fù)合光降低了維生素c含量：紅藍(lán)復(fù)合光顯著提高了黃瓜幼苗超氧化物歧化酶（SOD）和過(guò)氧化物酶（POD）活性；紅光、藍(lán)光和紅藍(lán)復(fù)合光顯著降低了黃瓜幼苗過(guò)氧化氫酶（CAT）活性。

關(guān)鍵詞：光質(zhì)；LED光源；黃瓜幼苗；生理生化特性

黃瓜，又稱(chēng)胡瓜、青瓜，為葫蘆科黃瓜屬植物，在世界范圍內(nèi)廣泛栽培，也是中國(guó)設(shè)施園藝的主栽蔬菜之一，在冬季人們的日常生活及農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)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(guān)系到移栽成活率、群體長(zhǎng)勢(shì)，并最終影響到黃瓜的產(chǎn)量和品質(zhì)。補(bǔ)光是設(shè)施栽培中常用的農(nóng)藝措施之一，光除了作為能量影響光合作用外，光質(zhì)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(guò)光質(zhì)調(diào)控可培育健壯幼苗。關(guān)于光質(zhì)對(duì)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(yàn)材料不同往往得出不同甚至截然相反的結(jié)論。因此有必要研究光質(zhì)對(duì)黃瓜幼苗生理生化特性的影響，以便為生產(chǎn)上培育健壯的黃瓜幼苗采取可利用的光質(zhì)調(diào)控措施。植物光合作用主要利用可見(jiàn)光中的紅光和藍(lán)光，為了提高電能利用率，降低生產(chǎn)成本，溫室栽培中利用LED補(bǔ)光的波段主要為藍(lán)光和紅光。結(jié)合溫室補(bǔ)光，本研究將研究紅光、藍(lán)光以及紅藍(lán)復(fù)合光3種光質(zhì)對(duì)黃瓜幼苗生理生化特性的影響。

1.材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為津嚴(yán)4號(hào)黃瓜種子。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

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(rùn)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(pán)中，基質(zhì)為珍珠巖和蛭石的混合物（混合比例1：1）。育苗盤(pán)分別置于熒光燈（CK，白光）、紅色LED光源（R）、藍(lán)色LED光源（B）和紅藍(lán)復(fù)合LED光源（RB，R：B=1：1）下培養(yǎng)25 d，通過(guò)調(diào)整光照距離使各試驗(yàn)材料處的光通量密度均為50 μmol/（m²·s），紅色和藍(lán)色LED光源的峰值波長(zhǎng)分別為660 nm和450 nm。每個(gè)光質(zhì)處理設(shè)3次重復(fù)，每重復(fù)3盤(pán)，控制白天溫度25℃，夜間溫度20℃，光照12 h/d。生長(zhǎng)過(guò)程精細(xì)管理。

1.3測(cè)定指標(biāo)與方法

當(dāng)黃瓜幼苗第1片真葉完全展開(kāi)時(shí)，進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)的測(cè)定。參照李合生的方法測(cè)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(zhì)含量（考馬斯亮藍(lán)G-250法）、超氧化物歧化酶（SOD）活性（氮藍(lán)四唑光氧化還原法）、過(guò)氧化物酶（POD）活性（愈創(chuàng)木酚法）、過(guò)氧化氫酶（CAT）活性（紫外吸收法）。所有測(cè)定均隨機(jī)取樣，重復(fù)3次。

1.4數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 16.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行顯著性分析（a=0.5）。

2.結(jié)果與分析

2.1不同光質(zhì)對(duì)黃瓜幼苗可溶性蛋白質(zhì)含量的影響

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

2.2不同光質(zhì)對(duì)黃瓜幼苗維生素C含量的影響

由圖2可知，藍(lán)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(lán)復(fù)合光處理下的維生素c含量則顯著低于CK。

2.3不同光質(zhì)對(duì)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(lán)光和紅藍(lán)復(fù)合光與CK的可溶性糖含量相當(dāng)。

2.4不同光質(zhì)對(duì)黃瓜幼苗POD活性的影響

POD可清除活性氧，以減輕活性氧對(duì)細(xì)胞膜的傷害。由圖4可見(jiàn)，紅藍(lán)復(fù)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(lán)光處理的POD活性則顯著低于CK。

2.5不同光質(zhì)對(duì)黃瓜幼苗SOD活性的影響

SOD為植物體內(nèi)的一種保護(hù)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(duì)膜結(jié)構(gòu)和功能的破壞。由圖5可見(jiàn)，紅光、藍(lán)光以及紅藍(lán)復(fù)合光處理的黃瓜幼苗SOD活性均高于CK，但紅光和藍(lán)光處理與CK的差異不顯著，而紅藍(lán)復(fù)合光則顯著提高了SOD活性。

2.6不同光質(zhì)對(duì)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(qiáng)度及抗寒、抗病能力有一定關(guān)系。由圖6可見(jiàn)，與CK相比，其他的光質(zhì)處理均顯著降低了黃瓜幼苗的CAT活性，紅光處理的最低，藍(lán)光及紅藍(lán)復(fù)合光處理的相當(dāng)。

3.小結(jié)與討論

可溶性蛋白質(zhì)含量、可溶性糖含量和維生素c含量是衡量幼苗品質(zhì)的重要指標(biāo)。糖類(lèi)是有機(jī)代謝的起點(diǎn)物質(zhì)，是維持生命活動(dòng)的主要能量來(lái)源，為光合作用的產(chǎn)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(shí)和縷絲花試管苗中研究的結(jié)果一致，可見(jiàn)紅光提高植物體內(nèi)可溶性糖含量是普遍現(xiàn)象。紅光下植物體內(nèi)可溶性糖含量的增加可能不完全是光合作用的結(jié)果，林小蘋(píng)等的研究發(fā)現(xiàn)不同光質(zhì)下葉綠素含量與可溶性糖含量之間不呈正相關(guān)，也有可能是光合光敏色素介導(dǎo)的分配在紅光下改變了物質(zhì)的分配所致。

蛋白質(zhì)是組成有機(jī)體的重要成分，是生物體的主要物質(zhì)基礎(chǔ)。已有研究發(fā)現(xiàn)藍(lán)光可提高植株內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)含量。但本研究中紅藍(lán)復(fù)合光顯著提高了黃瓜幼苗可溶性蛋白質(zhì)的含量，而紅光和藍(lán)光處理下的黃瓜幼苗可溶性蛋白質(zhì)含量與白光（CK）處理的差異不顯著。紅藍(lán)復(fù)合光的可溶性蛋白質(zhì)含量較藍(lán)光處理提高的原因可能與紅光提高了可溶性糖含量有關(guān)。Kowallik認(rèn)為藍(lán)光可顯著促進(jìn)植物線粒體的暗呼吸，呼吸過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)酸可作為氨基酸的合成碳架，從而促進(jìn)了蛋白質(zhì)的合成。藍(lán)光可誘導(dǎo)抗氧化酶基因的表達(dá)并提高其活性，能夠緩解植物可溶性蛋白質(zhì)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(xù)被還原成NH4+，進(jìn)而轉(zhuǎn)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(fā)現(xiàn)紅藍(lán)復(fù)合光處理下的葉用萵苣NR活性遠(yuǎn)高于紅光、藍(lán)光和白光處理，因此NR活性的提高可能促進(jìn)了蛋白質(zhì)的合成。

維生素c是一種很強(qiáng)的抗氧化劑，能夠清除活性氧自由基對(duì)膜與酶分子結(jié)構(gòu)的損害從而具有抗衰老的保護(hù)功能。本試驗(yàn)結(jié)果表明，藍(lán)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(jié)果一致。植物可由D-葡萄糖合成vc，半乳糖酸內(nèi)酯脫氫酶（GLDH）是這一合成途徑的關(guān)鍵酶。徐茂軍等的研究表明藍(lán)光可提高GLDH的活性，這表明藍(lán)光促進(jìn)了植物維生素c的合成。本試驗(yàn)紅藍(lán)復(fù)合光處理的黃瓜幼苗維生素c含量與紅光處理的數(shù)據(jù)較接近，且均顯著低于藍(lán)光和白光（CK）處理。徐茂軍等發(fā)現(xiàn)紅光可顯著降低發(fā)芽大豆的GLDH活性，可見(jiàn)紅光顯著抑制了維生素c的合成。結(jié)合本研究可發(fā)現(xiàn)紅光的抑制效應(yīng)要大于藍(lán)光的促進(jìn)作用?？箟难嵫趸福ˋAO）和抗壞血酸過(guò)氧化物酶（AAP）是維生素c氧化過(guò)程的關(guān)鍵酶，這兩種酶對(duì)光敏感，關(guān)于光質(zhì)對(duì)其的影響亟待深入研究。

SOD、POD和CAT為植物體內(nèi)的保護(hù)性酶類(lèi)，可清除活性氧，保護(hù)膜系統(tǒng)。紅光和藍(lán)光處理提高了SOD活性，但與白光（CK）處理的差異不顯著：紅藍(lán)復(fù)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(jié)果相似。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)紅光、藍(lán)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(jié)果一致，但與梁宗鎖等、郝俊江等在丹參、靈芝上的研究結(jié)果相反，這種差異可能為試驗(yàn)材料不同所致。盡管紅光、藍(lán)光可降低POD活性，但試驗(yàn)中紅藍(lán)復(fù)合光處理下POD活性有較大幅度的增加，與對(duì)照差異達(dá)顯著水平，可見(jiàn)紅光和藍(lán)光對(duì)POD活性的影響有互補(bǔ)作用。已有研究證明POD具有生長(zhǎng)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(zhǎng)，這在生產(chǎn)上具有重要的應(yīng)用價(jià)值。CAT催化分解植物體內(nèi)的過(guò)氧化氫，光質(zhì)對(duì)CAT活性較復(fù)雜，蒲高斌等的研究發(fā)現(xiàn)紅光、藍(lán)光對(duì)CAT活性影響不顯著，但郝俊江等_9的研究發(fā)現(xiàn)紅光、藍(lán)光可提高靈芝CAT活性，而李雯琳等發(fā)現(xiàn)紅光、藍(lán)光降低了葉用萵苣的CAT活性，這與本研究結(jié)果一致。