陳美香，武禮賓，曹　立，王智杰，彭東輝，劉銀春

(1.福建農(nóng)林大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，福建 福州　350002；2.福建農(nóng)林大學(xué)藝術(shù)園林學(xué)院，福建 福州　350002)

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光質(zhì)對(duì)金線蓮組培苗生長(zhǎng)和主要化學(xué)成分的影響

陳美香1，武禮賓1，曹立1，王智杰2，彭東輝2，劉銀春1

(1.福建農(nóng)林大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，福建 福州350002；2.福建農(nóng)林大學(xué)藝術(shù)園林學(xué)院，福建 福州350002)

研究光質(zhì)對(duì)金線蓮組培苗生長(zhǎng)和主要化學(xué)成分含量的影響。在濕度、溫度、CO2濃度和光合光量子通量密度(PPFD)都一致的條件下，以白光(熒光)為對(duì)照，測(cè)量7種單色光處理金線蓮組培苗生長(zhǎng)量和葉綠素、總黃酮、蛋白和糖的含量。結(jié)果表明：白光處理比單色光處理更有利于金線蓮組培苗鮮重、干重和葉綠素含量的積累，也更有利于莖粗的增長(zhǎng)。和白光相比較，波長(zhǎng)660nm紅光處理能促進(jìn)金線蓮組培苗株高增長(zhǎng)和蛋白的積累，但不利于葉綠素、總黃酮和糖含量的積累；波長(zhǎng)442nm藍(lán)光處理能促進(jìn)葉面積的增長(zhǎng)；波長(zhǎng)452nm藍(lán)光處理能促進(jìn)總黃酮的積累。藍(lán)光處理總黃酮含量均大于紅光處理。綠光處理有利于糖的積累。

金線蓮；特征光譜；生長(zhǎng)量；化學(xué)成分

引言

金線蓮(Anoectochilus roxburghii)為蘭科開(kāi)唇蘭屬多年生草本植物，是一種珍貴藥用植物，有“藥王”、“神草”之稱。我國(guó)主要分布于亞熱帶地區(qū)的臺(tái)灣、福建、浙江等地。野生金線蓮資源非常稀少，加上鳥(niǎo)獸喜食、人為采摘和生態(tài)資源破壞，現(xiàn)已瀕絕。目前，成熟的組培技術(shù)為金線蓮大量快速繁殖提供了保障。在金線蓮組培技術(shù)研究中，對(duì)培養(yǎng)基和外植體的研究占主要部分。比如，李艷冬等[1]研究發(fā)現(xiàn)，誘導(dǎo)芽培養(yǎng)基以MS+BA2.0 mg/L+NAA0.3 mg/L的處理效果最優(yōu)，芽叢生增殖培養(yǎng)基以Ms+BA1.5 mg/L+NAA0.5 mg/L的效果最優(yōu)；王雅英[2]等研究發(fā)現(xiàn)，不定芽為誘導(dǎo)愈傷組織最佳外植體。

光是植物生長(zhǎng)中最重要的環(huán)境因子之一。研究表明，光質(zhì)、光強(qiáng)、光照時(shí)間(或光周期)影響金線蓮的生長(zhǎng)和內(nèi)含物積累[3]。例如，肖開(kāi)前[4 ]等發(fā)現(xiàn)藍(lán)光有利于金線蓮總黃酮、槲皮素、異鼠李素等主要化學(xué)成分的積累。周錦業(yè)[ 5]等發(fā)現(xiàn)不同光質(zhì)影響金線蓮組培苗葉綠素含量及葉綠素?zé)晒鈪?shù)。目前，光質(zhì)對(duì)金線蓮生長(zhǎng)量和內(nèi)含物積累方面的研究仍然較少，而且研究的光質(zhì)比較單一，通常是白光和寬波段的紅、藍(lán)光。不少研究發(fā)現(xiàn)，綠光對(duì)植物生長(zhǎng)也有影響[6]。LED光源用于研究光質(zhì)對(duì)植物生長(zhǎng)的影響具有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)[7]。LED單色光源單色性好，半波寬度一般是15～35 nm，有利于更精細(xì)、更全面地研究光質(zhì)對(duì)植物生長(zhǎng)的影響。因此，本文以熒光為對(duì)照，設(shè)計(jì)7組單色LED光源對(duì)金線蓮組培苗進(jìn)行試驗(yàn)，目的是較精確地揭示光質(zhì)對(duì)金線蓮組培苗生長(zhǎng)量和主要化學(xué)成分含量的影響，為研究適合金線蓮生長(zhǎng)的最佳光譜即金線蓮特征光譜提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1　材料與方法

1.1材料

金線蓮組培苗來(lái)自福建金草集團(tuán)，為福建金線蓮圓葉品種。每瓶苗接種10個(gè)莖段。2014年9月28日接種完成，放暗室10天，然后移到光量子通量密度(PPFD)小于5μmol·m-2·s-1的白光下培養(yǎng)5天，于2014年10月13日放入8組光源下培養(yǎng)。光源參數(shù)具體見(jiàn)表1。

表1　金線蓮組培苗培養(yǎng)光源

1.2方法

1.2.1培養(yǎng)條件

試驗(yàn)在福建農(nóng)林大學(xué)光電子農(nóng)業(yè)工程與技術(shù)研究中心進(jìn)行。共8個(gè)光照處理。7個(gè)單色光處理，分別放在福建農(nóng)林大學(xué)自主研制的第二代植物特征光譜培養(yǎng)箱[8]內(nèi)7個(gè)培養(yǎng)架上培養(yǎng)，組培苗距離光源20cm，光源發(fā)出光的PPFD均為100μmol·m-2·s-1。1個(gè)熒光對(duì)照組在溫室中培養(yǎng)，光照條件和單色光處理一致。相對(duì)濕度(75±5)%，溫度(25±2)℃。培養(yǎng)時(shí)間共110天，其中，第1～30天光照時(shí)間為8h/d，第31～60天光照時(shí)間為10h/d，第61～110天光照時(shí)間為12h/d。

1.2.2測(cè)量指標(biāo)

試驗(yàn)結(jié)束從各處理中挑選30株大小適中的金線蓮組培苗，用于測(cè)量株高、鮮重、葉面積、莖直徑等生長(zhǎng)量，并計(jì)算出平均值。植物烘干箱設(shè)定溫度80℃，連續(xù)5h烘干后測(cè)量干重。用Tissuelyser-24型全自動(dòng)樣品快速研磨儀研成粉末待用。

葉綠素含量測(cè)定采用Amon[9]方法，稱取金線蓮組培苗鮮葉0.5g，放置于7mL離心管中，倒入5mL濃度為80%的丙酮溶液，置于黑暗條件浸提48h，以12h為間隔搖晃1次離心管，待植物葉片出現(xiàn)白色時(shí)，震蕩均勻后放在紫外分光光度計(jì)中于波長(zhǎng)663nm、645nm下測(cè)定。

總黃酮含量測(cè)定[10]，將磨碎的金線蓮干樣0.1g，置于7mL離心管中。加入沸蒸餾水6mL，在100℃水浴鍋浸提30min，隨后冷卻搖勻，置于冷凍離心機(jī)10000r·min-1離心10min。吸取上清液1mL，加入1%三氯化鋁溶液5mL混合、震蕩，10min后移入紫外分光光度計(jì)中，以蒸餾水作為對(duì)照進(jìn)行空白實(shí)驗(yàn)，在波長(zhǎng)420nm處測(cè)其吸光值。

可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定[11]。取金線蓮干樣粉末0.1g加入5 mL PBS(0.05 mol/L pH=7.0)，4℃條件下，10000r·min-1離心10min，上清液為蛋白質(zhì)提取液。吸取提取液1mL，補(bǔ)充PBS至1mL，加入5mL考馬斯亮藍(lán)溶液，充分混合震蕩，放置5min后用紫外分光光度計(jì)在595nm處測(cè)定吸光值，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算出蛋白含量。

可溶性糖含量采用蒽酮濃硫酸法測(cè)定[11]。取金線蓮干樣粉末0.15g，加入6mL 80%的乙醇，80℃水浴提取30min，冷卻至常溫，4000r·min-1離心5min，上清液小心轉(zhuǎn)入25mL的容量瓶，以蒸餾水定容到25mL。吸取提取液0.3mL，補(bǔ)充蒸餾水至2mL，對(duì)照為2mL蒸餾水，沿試管壁向所有試管中加入3mL的蒽酮-硫酸試劑。搖勻后放入沸水浴中加熱10min，取出后自然降溫，在625nm處測(cè)定吸光值，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算出糖含量。

1.2.3數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)測(cè)得金線蓮組培苗生長(zhǎng)量和葉綠素、總黃酮、蛋白、糖的含量，并用SPSS Statistics17.0和Excel2010軟件進(jìn)行相關(guān)性分析。

2　結(jié)果與分析

2.1光質(zhì)對(duì)金線蓮組培苗生長(zhǎng)量的影響

圖1是試驗(yàn)結(jié)束8種光照處理下金線蓮組培苗外觀圖。從圖上可以看出，各組培苗的形態(tài)存在差異。綠光處理下金線蓮組培苗葉片小且葉色枯黃；紅光處理下植株最高，葉色淺綠；藍(lán)光處理下植株矮，葉色深綠；熒光處理下植株矮狀，葉色墨綠。

表2是金線蓮組培苗各生長(zhǎng)量的統(tǒng)計(jì)平均值。從表2可以看出，8個(gè)光照處理下，金線蓮組培苗除莖粗差異不大外，株高、鮮重、干重和葉面積存在差異。從株高看，各光照處理下大小順序是R2>Y>R1>B2>FL>G>B3>B1，紅光R2處理下株高最高，達(dá)7.002cm,明顯高于對(duì)照組。藍(lán)光B1處理株高最小，只有紅光R2處理的54.9%，比對(duì)照組小約1cm。三組藍(lán)光處理中，B2處理株高明顯高于B1和 B3處理，高出量達(dá)1.5cm。而B(niǎo)1處理株高和B3處理差異很小。兩組紅光處理差異也明顯，紅光R2處理比R1高約2cm。黃光處理株高也較高，接近紅光R2處理株高。綠光處理株高接近最小。

表2顯示，7個(gè)單色光處理下的金線蓮組培苗鮮重和干重都小于熒光對(duì)照組。各光照處理下鮮重大小順序是FL>R2>R1>B2>G>B3>Y>B1，干重大小順序是FL> B3>R1>R2>G>Y>B2>B1。藍(lán)光B1處理下鮮重和干重都最輕，但是干物率(=干重/鮮重)卻最大,比對(duì)照組高2%。單色光中紅光R2處理下金線蓮組培苗鮮重最重，藍(lán)光B3處理下干重最重。3組藍(lán)光處理中，B2處理下鮮重大于其他兩組處理，而藍(lán)光B3處理下干重明顯大于其他兩組處理。兩組紅光處理鮮重、干重?zé)o明顯差異，但紅光R1處理下干物率大于R2處理。黃光、綠光處理下鮮重、干重和干物率大小居中。

表2還顯示，各光照處理下葉面積的大小依次是：B2>FL > B3>R2> B1> R1> Y >G。除藍(lán)光B2處理下葉面積略大于對(duì)照組外，其他單色光處理的葉面積都比對(duì)照組小。在單色光中，藍(lán)光B2處理下葉面積最大，是葉面積最小的綠光處理下的2.6倍，且藍(lán)光B2處理下葉面積明顯大于其他兩組藍(lán)光。兩組紅光處理下葉面積也存在差異。從表2還可以看出，除了藍(lán)光B3處理下葉片數(shù)最多外，其他幾個(gè)處理差異較小。各單色光處理下莖直徑比對(duì)照組略小，綠光和黃光莖直徑最小，植株最纖細(xì)?？偟目磥?lái)，莖粗所有處理差異不大。

圖1　金線蓮植株生長(zhǎng)狀況Fig.1　The appearance of Anoectochilus roxburghii seedlings

2.2光質(zhì)對(duì)金線蓮組培苗主要化學(xué)成分的影響

表3為試驗(yàn)結(jié)束測(cè)得金線蓮組培苗四種主要化學(xué)成分的含量。

2.2.1光質(zhì)對(duì)金線蓮組培苗葉綠素含量的影響

圖2顯示，葉綠素總含量(葉綠素a+葉綠素b)大小順序是FL>B2>Y>G>R1>B1>B3>R2。各單色光處理下葉綠素含量均明顯小于對(duì)照組。單色光中，藍(lán)光B2處理下葉綠素含量最高，紅光R2處理下最低，而藍(lán)光B2處理下葉綠素總量約是紅光R2處理下的10倍。三組藍(lán)光處理下比較，差異較大。兩組紅光處理下比較，差異也顯著(P<0.05)。綠光和黃光處理下葉綠素含量也很高，稍大于紅光R1處理。

表2　金線蓮組培苗的生長(zhǎng)量

注：表2中株高、葉面積和葉片數(shù)用Dumcan法進(jìn)行多重比較。同列不同大寫(xiě)字母者表示組間差異極顯著(P<0.01)；同列不同小寫(xiě)字母者表示組間差異顯著(P<0.05)；標(biāo)有相同小寫(xiě)字母者表示組間差異不顯著(P>0.05)。表中未標(biāo)字母表示同列間差異不大。

表3　金線蓮組培苗的主要化學(xué)成分含量±s,n=10)

注：用Dumcan法進(jìn)行多重比較。同列不同大寫(xiě)字母者表示組間差異極顯著(P<0.01)；同列不同小寫(xiě)字母者表示組間差異顯著(P<0.05)；標(biāo)有相同小寫(xiě)字母者表示組間差異不顯著(P>0.05)。

圖2　金線蓮組培苗葉綠素含量Fig.2　The chlorophyll content of Anoectochilus roxburghii seedlings

2.2.2光質(zhì)對(duì)金線蓮組培苗總黃酮含量的影響

圖3顯示，總黃酮含量大小順序是B3>B1>B2>R1>G>Y>FL>R2。藍(lán)光B3處理下總黃酮含量與其他光質(zhì)處理間存在極顯著性差異(P<0.01)；紅光R2處理下總黃酮含量顯著低于其他光質(zhì)處理(P<0.05)；藍(lán)光處理下總黃酮含量均大于紅光處理。綠光和黃光處理下總黃酮含量在所有處理中居中。

圖3　金線蓮組培苗總黃酮含量Fig.3　The flavonoid content of Anoectochilus roxburghii seedlings

2.2.3光質(zhì)對(duì)金線蓮組培苗蛋白含量的影響

圖4顯示，蛋白含量大小順序是R2>FL>B1>B3>Y>B2>G>R1。紅光R2處理下蛋白含量最高，除對(duì)照外，與其他光質(zhì)處理間存在極顯著性差異(P<0.01)；紅光R1處理下蛋白含量低于其他光質(zhì)處理。三組藍(lán)光處理中，B1處理下蛋白含量略高于其他兩個(gè)處理。

圖4　金線蓮組培苗蛋白含量Fig.4　The protein content of Anoectochilus roxburghii seedlings

2.2.4光質(zhì)對(duì)金線蓮組培苗糖含量的影響

圖5顯示，糖含量大小順序是G>B1>B2>B3>R1>FL>Y>R2。綠光G處理下糖含量最高，紅光R2處理下含量最低，兩者差異較大。除這兩組外，其他光質(zhì)處理間差異部顯著。三組藍(lán)光處理中，B1處理下糖含量略高于其他兩個(gè)處理。兩組紅光處理中，紅光R1處理下糖含量明顯高于R2處理。

圖5　金線蓮組培苗糖含量Fig.5　The sugar content of Anoectochilus roxburghii seedlings

3　結(jié)論與討論

光質(zhì)對(duì)植物的生長(zhǎng)、形態(tài)建成和物質(zhì)代謝均有調(diào)控作用[12-14]。試驗(yàn)結(jié)果表明，白光處理比單色光處理更有利于金線蓮組培苗鮮重、干重和葉綠素含量的積累，也更有利于莖粗的增長(zhǎng)。和白光相比較，波長(zhǎng)660nm紅光處理能促進(jìn)金線蓮組培苗株高增長(zhǎng)和蛋白的積累，但不利于葉綠素、總黃酮和糖含量的積累；波長(zhǎng)442nm藍(lán)光處理能促進(jìn)葉面積的增長(zhǎng)；波長(zhǎng)452nm藍(lán)光處理能促進(jìn)總黃酮的積累。藍(lán)光處理總黃酮含量均大于紅光處理。綠光處理有利于糖的積累。

試驗(yàn)結(jié)果還顯示，三組藍(lán)光處理下金線蓮組培苗生長(zhǎng)量和葉綠素含量差異明顯，兩組紅光處理下葉綠素含量也存在很大差異。Hall等[15]研究表明，葉綠素a和葉綠素b的吸收光譜在藍(lán)光波段和紅光波段各有兩個(gè)吸收峰，藍(lán)光波段峰值波長(zhǎng)是430nm和453nm,紅光波段是643nm和660nm。在本試驗(yàn)所用LED單色光源[16]中，對(duì)金線蓮組培苗葉綠素積累較有利的藍(lán)光波長(zhǎng)是442nm，在430nm和453nm之間；對(duì)金線蓮組培苗葉綠素積累較有利的紅光波長(zhǎng)是620nm，波長(zhǎng)660nm的紅光葉綠素含量在所有單色光處理中最小。可見(jiàn)，植物對(duì)藍(lán)光和紅光的吸收也具有選擇性，對(duì)葉綠素積累較有利的光并非是葉綠素a、葉綠素b吸收峰所對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的光。其中的物理機(jī)理值得進(jìn)一步研究探討。綠光曾被認(rèn)為是對(duì)植物生長(zhǎng)沒(méi)用的光，單一綠光對(duì)植物生長(zhǎng)不利。但本試驗(yàn)表明，綠光下金線蓮組培苗仍有較高的葉綠素含量。因此，綠光的作用不可忽視，葉綠素分子對(duì)綠光的吸收機(jī)理值得探討。

在所有處理中，波長(zhǎng)452nm藍(lán)光處理下總黃酮含量最高；波長(zhǎng)660nm紅光處理下總黃酮含量最低；藍(lán)光處理下總黃酮含量均大于紅光處理。這與肖開(kāi)前[4]等報(bào)道的藍(lán)光促進(jìn)金線蓮總黃酮含量的積累一致，也和雒曉鵬[17]等報(bào)道的藍(lán)光促進(jìn)芽期苦蕎總黃酮合成結(jié)果一致。波長(zhǎng)660nm紅光處理下總黃酮含量小于對(duì)照而表現(xiàn)出抑制作用，這與謝寶東[18]等在對(duì)銀杏的研究結(jié)果一致，其原因可能與紅光抑制PAL活性以及類黃酮合成有關(guān)。但波長(zhǎng)620nm紅光處理下總黃酮含量大于對(duì)照而未表現(xiàn)出抑制作用，這和前面分析結(jié)果又不相符。再有，研究表明，黃酮化合物有兩個(gè)吸收帶，分別處于波長(zhǎng)250～285nm和波長(zhǎng)304～350nm[10].。試驗(yàn)中最靠近這兩個(gè)吸收帶的是藍(lán)光B1，但其處理下總黃酮含量并非最高，而低于遠(yuǎn)離這兩個(gè)吸收帶的藍(lán)光B3處理。可見(jiàn)，光對(duì)金線蓮組培苗黃酮化合物的影響機(jī)理仍需探討。

本試驗(yàn)結(jié)果還表明，波長(zhǎng)620nm紅光處理抑制可溶性蛋白的積累，這與劉敏玲等[19]對(duì)金線蓮組培苗的研究結(jié)論一致。但本試驗(yàn)同時(shí)發(fā)現(xiàn)波長(zhǎng)660nm紅光處理促進(jìn)可溶性蛋白的積累?？梢?jiàn)，不同波段的紅光對(duì)可溶性蛋白的積累效果是不同的，其原因也值得探討。

綜上所述，本試驗(yàn)研究了同一光強(qiáng)下光質(zhì)對(duì)金線蓮組培苗生長(zhǎng)和主要化學(xué)成分的影響。但是，不同光強(qiáng)、光周期對(duì)金線蓮組培苗的影響依然未知。因此，有待進(jìn)一步研究。

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Effect of Light Quality on Growth and Main Chemical Composition of Tissue Culture in Anoectochilus Roxburghii

CHEN Meixiang1, WU Libin1, CAO Li1, WANG Zhijie2,PENG Donghui2, LIU Yinchun1

(1.CollegeofMechanicalandElectronicEngineeringFouzhou350002，China;2.CollegeofArtsandLandscapeArchitecture,FujianAgricultureandForestryUniversity，F(xiàn)uzhou350002，China)

The effect of light quality on growth and main chemical composition of tissue culture in Anoectochilus roxburghii was studied. In the experiment, humidity, temperature, CO2concentration and photosynthetic photon quanta flux density (PPFD) were same in all the tissue culture chambers. The seedlings cultured under white light (light of fluorescent lamp) were made as comparisons, and the seedlings cultured under seven kinds of monochromatic light were measured to get the data about growth mass and chlorophyll, total flavonoids, protein and sugar content. The results showed that white light was more beneficial to improving fresh weight，dry weight, stem diameter and chlorophyll content than monochromatic light. Compared with the comparisons, wavelength 660nm red light could improve the plant height and promote the accumulation of protein content, but it restrained increasing the content of chlorophyll, total flavonoids and sugar. Wavelength 442nm blue light could improve leaf area. Wavelength 452nm blue light helped increasing total flavonoids content. Treatments under blue light had higher total flavonoids content than those under red light. Finally, the results showed that green light promoted the accumulation of sugar.

anoectochilus roxburghii; characteristic spectrum；growth mass; main chemical composition

福建省高校產(chǎn)學(xué)合作重大科技項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：2012N5002)

劉銀春，E-mail：lyc@fafu.edu.cn

TM923

A

10.3969j.issn.1004-440X.2016.02.024