郭阿瑾 楊鳳璽 王亞琴 朱根發(fā)

摘 要 本研究采用9種LED光質組合光源處理竹葉蘭2個月大的幼苗，測定其形態(tài)生長、酚類物質、氧化代謝指標。結果表明：與紅光，遠紅光相比，藍光使幼苗生長健壯、根系發(fā)達、生物量積累且有利于多酚、黃酮、花色素苷等活性成分的積累，同時藍光可促使竹葉蘭體內過氧化氫酶、過氧化物酶含量增加，提高植物羥自由基清除能力、超氧陰離子清除能力和總抗氧化能力；而相較于單色光源，復合光呈疊加效應，其中在3B1R條件下，竹葉蘭活性成分及抗氧化能力各項指標最好，更利于提高其藥用價值，為最優(yōu)光質組合。

關鍵詞 LED光質；竹葉蘭；活性成分；抗氧化能力

中圖分類號 Q4 文獻標識碼 A

Abstract In this study， we examined the morphological growth， content of phenolic substances and the antioxidant ability of A. graminifolia under different LED light source. Two months old seedlings were treated with nine kinds of LED light-combination light sources and the physiological and metabolic indices were measured. Our results showed that blue light was beneficial to root system， biomass， polyphenols， flavonoids， hydrogen peroxide， catalase， peroxidase production and hydroxyl radical scavenging ability， as well as superoxide anion scavenging ability and total antioxidant capacity when compared with red and far-red light group. Moreover， a composite light showed a superposition effect and a combination of light blue and red ratio of 3：1 was considered as the optimum light condition， which could improve the medicinal value of A. graminifolia apparently.

Keywords LED light quality； Arundina graminifolia； oxidative metabolite； antioxidant capacity

DOI 10.3969/j.issn.1000-2561.2018.07.009

光對植物的生長發(fā)育和物質代謝至關重要，光強、光質和光周期的改變可對植物生命活動和生理代謝產(chǎn)生極大影響。因此優(yōu)質光源的使用對促進植物增產(chǎn)和品質提升有重要意義[1-2]。尤其在植物栽培領域，發(fā)光二極管LED作為第四代照明光源，因具有發(fā)光效率高、使用壽命長，且不同波段LED光能夠集中能量顯著提高植物栽培品質等優(yōu)點，已被廣泛應用[3-4]。

竹葉蘭屬于蘭科濕蘭族地生種，廣泛分布于我國的華南和西南地區(qū)，具有清熱解毒、散瘀止痛、除濕利尿等功效，是傣藥傣百解的主要成分之一[5]。前人經(jīng)過大量研究已從竹葉蘭中分離提取出40多種藥用化合物，并發(fā)現(xiàn)其體內多酚、黃酮、皂苷等含量與竹葉蘭的羥自由基清除力和抗氧化活性成顯著劑量效應關系，能用于治療食物、毒菌、藥物中毒等病癥[6-8]。

然而長期以來人們不合理的采挖，導致竹葉蘭野生資源日趨減少，目前已列為我國Ⅱ級保護植物[9]。近年來的科學研究主要集中于竹葉蘭種苗繁育、栽培技術，以及化學成分的提取、分離、結構鑒定等方面，而較少關注如何提高竹葉蘭活性化合物含量[10-13]。作為傳統(tǒng)中藥材，竹葉蘭體內藥用活性成分的含量將是人工栽培管理中重要檢測指標。為此，本研究采用9種光質處理2個月大的竹葉蘭組培苗，探索不同光質處理對竹葉蘭活性成分和抗氧化性能的影響，以期為生產(chǎn)實踐中提高竹葉蘭重要活性成分產(chǎn)率，以及在理論研究中為調控竹葉蘭次生代謝途徑提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

本實驗于2017年4—8月在廣東省農(nóng)業(yè)科學院環(huán)境園藝研究所的LED培養(yǎng)房進行。實驗材料為廣東省中山市的竹葉蘭，其自交所得的種子經(jīng)播種后暗處理30 d，在白熾燈下培養(yǎng)2個月后選擇生長良好且長勢相同的組培苗備用。

采用無錫諾達克生物照明科技有限公司生產(chǎn)的波長為630 nm的紅光、735 nm的遠紅光、450～480 nm的藍光作為LED光源，白色熒光燈（佛山電器照明股份有限公司生產(chǎn)）為對照。

實驗設暖白光（WW）、冷白光（CW）、遠紅光（DR）、紅光（R）、藍光（B）、紅藍配比光（R：B=3：1、R：B=2：2、R：B=1：3，以下分別用1B3R、2B2R、3B1R表示）8種處理，以白色熒光燈（WFL）為對照，LED的光源處理為每個處理重復3次，光照強度保持在45 μmol/（m2·s），光照強度用Apogee儀器測定，光周期為12 h/d。

1.2 方法

用游標卡尺測定植物株高、根長、莖粗、葉長、葉寬；葉面積按照公式計算：單葉葉面積=葉長×葉寬×0.700 7；用電子天平稱鮮重、干重（108 ℃殺青15 min，80 ℃烘箱烘干48 h至恒重；pH示差法測定花色苷含量：稱取約1 g竹葉蘭，測定530 nm和700 nm處的吸光值，計算花色苷含量。folin-ciocalteu法測定總酚含量：稱取約0.1 g干重竹葉蘭，測760 nm 處的吸光值，即可得樣品總酚含量。分光光度法測定類黃酮含量：稱取約0.02 g干重竹葉蘭，測定 510 nm處吸光值，計算類黃酮含量。紫外吸收法測定過氧化氫酶的活性：稱取約1 g竹葉蘭，測定240 nm下初始吸光值A1和 1 min后的吸光值A2，計算過氧化氫酶活性。硫酸鈦比色法測過氧化氫的含量：稱取約1 g竹葉蘭，測定415 nm處吸光值A，計算過氧化氫含量。比色法測定過氧化物酶的活性：稱取約1 g竹葉蘭，記錄470 nm下1 min時吸光值A1和2 min后的吸光值A2，計算過氧化物酶活性。鐵離子還原抗氧化能力法（FRAP法）測總抗氧化能力：稱取約1 g竹葉蘭，測定593 nm吸光值，計算總抗氧化能力。水楊酸法測羥自由基清除能力：稱取約1 g竹葉蘭，測定536 nm處吸光值，計算羥自由基清除率。羥胺氧化的方法測定超氧陰離子清除能力：稱取約1 g竹葉蘭，在530 nm處測定對照管和測定管的吸光值，計算超氧陰離子清除能力。

1.3 數(shù)據(jù)處理

實驗從每組LED處理中隨機取3株幼苗，重復3次，SPSS進行方差分析，LSD法檢驗差異顯著性，p<0.05。DAB組織化學染色定位過氧化物酶的位置。

2 結果與分析

2.1 不同光質對竹葉蘭幼苗生長的影響

為研究不同光質對竹葉蘭生長特性的影響，檢測了2個月大幼苗的株高、根長、莖粗、葉寬、干、鮮重等指標。由表1可知，與對照組相比，藍光處理下，葉片變寬變短、幼苗矮化，但植株粗壯、根系發(fā)達且干、鮮重顯著增加；紅光、遠紅光處理后，葉片變窄變長，幼苗顯著增高，但植株纖細、根系受抑制，不過一定程度上能促進干重、鮮重的積累。復合紅藍光處理可平衡二者優(yōu)勢，其中3B1R處理幼苗生長最好，株高58.16 mm，莖粗3.14 mm，根系生長旺盛，每株平均7個根，根長36.98 mm，鮮重和干重分別是對照組2.34倍和2.15倍；暖白處理后幼苗與對照組長勢相似；而冷光處理不利于幼苗生長，植株又矮又細，根系被抑制，生物量也有所下降。綜上所述， 復合紅藍光比為3B1R時，竹葉蘭幼苗高且健壯、根系發(fā)達、生物量顯著積累，優(yōu)于單色光處理。

2.2 光質對竹葉蘭主要活性成分的影響

酚類、黃酮類物質能清除體內自由基，具有抗氧化、抗衰老、消炎抗菌的藥理活性，是藥用、保健植物的主要有效成分。本研究采用不同LED光質處理2個月大竹葉蘭幼苗40 d后，發(fā)現(xiàn)體內總酚、類黃酮、花色苷含量產(chǎn)生較大變化。從表2可以看出，與對照組相比，幼苗總酚含量在藍紅比3：1組中顯著提高（17%），在藍光組中也有明顯提高，但在遠紅光組、紅光組、冷光源組中總酚含量分別下降了45%、29%、13%，其他組無明顯變化；與之類似的，類黃酮含量在藍紅比3：1組中顯著提高（94.2%），在藍光組中提高了38.1%，而在遠紅光組、冷光組、暖光組中類黃酮含量普遍下降，其中遠紅光組下降顯著，下降了38%，其他組無變化；花色苷在藍紅比3：1組中提高了11.2%，藍光組中提高了8.6%，而在遠紅光處理中下降顯著，下降了78.6%，其他組中無變化。綜上所述，當光質配比為藍紅3：1時，多酚、類黃酮、花色苷的含量都顯著提高，且更能促進類黃酮化合物的合成。

2.3 光質對竹葉蘭抗氧化性能的影響

竹葉蘭具有很好的清熱解毒、抗氧化能力。我們測定了不同LED光質對竹葉蘭幼苗抗氧化性能的影響。從表3可以看出，在單色光質波長變短的過程中，竹葉蘭的抗氧化性能不斷增強，藍光組中羥自由基清除能力、超氧陰離子清除能力、總抗氧化能力較對照組提高19.3%、38.9%、5.2%，而遠紅光組、紅光組中抗氧化能力普遍下降；在復合光中，抗氧化能力隨藍光比例的增加而提升，藍紅比3：1組中，羥自由基清除能力、超氧陰離子清除能力、總抗氧化能力分別顯著提升15.5%、42.0%、40.2%，而其他組與對照無差別。結果表明，竹葉蘭幼苗經(jīng)藍光處理后抗氧化能力增強，在藍光中補充一定量的紅光能更好提高竹葉蘭的抗氧化能力。

2.4 LED光質對竹葉蘭氧化代謝物及關鍵酶的影響

表4表明，與對照組相比，復合光源藍紅比3：1組表現(xiàn)出了顯著優(yōu)勢，過氧化氫、過氧化氫酶、過氧化物酶的含量最高，分別為19.438 μmol/g、20.679 nmol/（min·g）、10 448.586 U/g；其次為藍光組，分別為18.305 μmol/g、19.255 nmol/（min·g）、9 968.926 U/g；而紅光組、遠紅光組、冷光組中氧化代謝物含量普遍下降，其中遠紅光組中過氧化氫、過氧化氫酶、過氧化物酶的含量最少，僅有8.387 μmol/g、9.017 nmol/（min·g）、4 709.206 6 U/g；其他組無明顯變化。以上數(shù)據(jù)表明，隨著LED單色光源光波長變短，竹葉蘭氧化代謝物的含量逐漸增高，純藍光中含量最高，且經(jīng)復合光藍紅比3：1組處理后效果最佳，其含量顯著高于其他組。

2.5 DAB組織染色及抗氧化能力比較

DAB組織染色能夠對過氧化氫進行原位定位，直觀反映植物體內過氧化氫積累情況。9種LED光質處理的竹葉蘭組培苗葉片DAB染色24 h結果如圖1所示。與對照組相比，藍光處理后短粗、深綠的葉片著色很淺，3B1R組中葉色最淺；與之相反，紅光處理后細長、淺綠的葉片著色較深，遠紅光處理后葉色最深，其他組變化不明顯。由此看出，藍光比例越大，葉片著色越淺，過氧化氫積累越少，抗氧化能力越強，復合光更能加深此效果，3B1R組著色最淺，過氧化氫積累最多，抗氧化能力最強；紅光比例越大，葉片著色越深，過氧化氫積累越多，抗氧化能力越弱，遠紅光組著色最深，過氧化氫積累最多，抗氧化能力最弱。

為了進一步檢驗LED光質對竹葉蘭抗氧化能力的影響，用1 mmol/L ABA、30% H2O2分別處理幼苗葉片6 h，DAB染色24 h后觀察葉片著色情況。與水處理相比，ABA處理后葉色整體較深，H2O2處理后葉色整體最深。觀察發(fā)現(xiàn)，這3種處理后葉色變化規(guī)律相同：復合光3B1R處理后葉色最淺，遠紅光處理后葉色最深。這進一步說明，過氧化氫在藍紅比3：1組中積累最少，抗氧化能力最高；而在遠紅光組中積累最多，抗氧化能力最低。

3 討論

光作為重要環(huán)境因子對植物生長發(fā)育的影響越來越受關注。具有激酶活性的光敏色素通過吸收不同光質，來改變植物的膜滲透性和代謝過程，對作物品質形成發(fā)揮重要調控作用。本研究檢測了9種光質處理后竹葉蘭活性成分的含量變化，發(fā)現(xiàn)與對照組相比，LED紅光處理下幼苗顯著增高，LED藍光處理下幼苗生長粗壯，促進根系發(fā)達，生物量增加。在3B1R處理下幼苗形態(tài)各項指標良好。這與其他物種研究結果一致。王麗偉[14]發(fā)現(xiàn)紅光促進番茄長高，紅藍復合光有利于幼苗生長發(fā)育；劉慧雯等[15]發(fā)現(xiàn)LED藍光處理下的鐵皮石斛幼苗最粗壯且干鮮比最大，復合光藍/紅=1：3下幼苗生長發(fā)育各指標最佳。可見復合光比單色光質對幼苗的生長更好，這可能因為光影響幼苗中激素調節(jié)。其具體作用機制有待深入研究。本研究發(fā)現(xiàn)隨著單色光波變短，花色苷、總酚、類黃酮含量逐漸上升，經(jīng)3B1R處理后含量最高。這與其他物種中的研究結果類似，如藍光有利于魚腥草、黃芪、迷失香、龍眼中黃酮的合成[16-19]；藍光可提高水母雪蓮愈傷組織的苯丙氨酸氨基裂解酶（PAL）活性，促進黃酮的合成[20]；LED藍光處理能促進印度獐牙菜[21]植株多酚的積累。

本研究推測，藍光激活了竹葉蘭幼苗氮代謝途徑中關鍵酶的活性，或使關鍵酶基因過表達，促進類黃酮、總酚等物質合成，其中的作用機理有待深入研究。

竹葉蘭清熱解毒的主要功效在于其較強的羥自由基清除力和抗氧化活性。本研究檢測了9種光質處理后竹葉蘭幼苗的氧化代謝途徑關鍵酶及其抗氧化能力。發(fā)現(xiàn)經(jīng)純藍光處理后，體內過氧化氫含量相對提高；相應地，過氧化氫酶和過氧化物酶含量增加，抗氧化能力增強。復合光3B1R處理后更為明顯。以往研究表明，藍光能增強靈芝多酚氧化酶活[22]，提高丹參[23]幼苗超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、苯丙氨酸解氨酶（PAL）、多酚氧化酶（PPO）等活性以及魚腥草[14]超氧陰離子清除能力。吳啟藩[24]發(fā)現(xiàn)LED 5B1R復合光處理能增加SOD的活性。LED藍光增加羅勒屬植株的抗氧化能力[25]。這與本研究的結果一致。推測是藍光引起了過氧化氫的積累，激活氧代謝關鍵酶或限速酶活性，過氧化氫酶、過氧化物酶等的合成清除了多余的過氧化氫等活性氧，使植物免受氧化脅迫。本研究發(fā)現(xiàn)藍光能提高竹葉蘭幼苗羥自由基清除能力、超氧陰離子清除能力和總抗氧化能力，3B1R處理效果更顯著。通過DAB染色竹葉蘭葉片，更進一步說明藍光能提高植株的抗氧化性能，且復合光3B1R處理后效果最佳。

綜上所述，用9種LED光質處理竹葉蘭幼苗，最適光質3B1R的處理，能促進竹葉蘭類黃酮、總酚等重要藥用活性成分的合成，提高抗氧化能力。這對于高品質藥用竹葉蘭的生產(chǎn)有重要理論和實踐意義，對提高藥用蘭花的品質有借鑒作用。

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