不同光质对黄瓜幼苗生理生化特性的影响

摘要：为提高黄瓜（Cucumis sativus L，）育苗质量，研究了光质对黄瓜幼苗生理生化特性的影响。以津研4号黄瓜为试验材料，以日光灯（白光）为对照，研究了LED红光（R）、蓝光（B）和红蓝复合光（RB，R：B=1：1）对黄瓜幼苗生理生化特性的影响。结果表明，红蓝复合光提高了黄瓜幼苗可溶性蛋白质的含量，红光和蓝光处理与对照差异不显著：红光提高了黄瓜幼苗可溶性糖含量，蓝光和红蓝复合光处理的可溶性糖含量与对照差异不显著：蓝光显著提高了黄瓜幼苗维生素c含量，而红光和红蓝复合光降低了维生素c含量：红蓝复合光显著提高了黄瓜幼苗超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）活性；红光、蓝光和红蓝复合光显著降低了黄瓜幼苗过氧化氢酶（CAT）活性。

关键词：光质；LED光源；黄瓜幼苗；生理生化特性

黄瓜，又称胡瓜、青瓜，为葫芦科黄瓜属植物，在世界范围内广泛栽培，也是中国设施园艺的主栽蔬菜之一，在冬季人们的日常生活及农业增效、农民增收中占有重要地位。黄瓜主要采用育苗移栽，幼苗的健壮程度直接关系到移栽成活率、群体长势，并最终影响到黄瓜的产量和品质。补光是设施栽培中常用的农艺措施之一，光除了作为能量影响光合作用外，光质还影响植物的生理特性、抗氧化酶活性，抗氧化酶活性可反映植物的抗性水平，因此通过光质调控可培育健壮幼苗。关于光质对植物生理特性以及抗氧化酶活性的影响，以往的研究因试验材料不同往往得出不同甚至截然相反的结论。因此有必要研究光质对黄瓜幼苗生理生化特性的影响，以便为生产上培育健壮的黄瓜幼苗采取可利用的光质调控措施。植物光合作用主要利用可见光中的红光和蓝光，为了提高电能利用率，降低生产成本，温室栽培中利用LED补光的波段主要为蓝光和红光。结合温室补光，本研究将研究红光、蓝光以及红蓝复合光3种光质对黄瓜幼苗生理生化特性的影响。

1.材料与方法

1.1试验材料

试验材料为津严4号黄瓜种子。

1.2试验设计

精选新鲜黄瓜种子，温汤浸种（50～55℃，10min）后于清水中浸泡4 h，将种子用湿润的纱布包裹，置于25℃恒温箱中催芽，每8 h清洗一次种子，待90%种子露白后播种于育苗盘中，基质为珍珠岩和蛭石的混合物（混合比例1：1）。育苗盘分别置于荧光灯（CK，白光）、红色LED光源（R）、蓝色LED光源（B）和红蓝复合LED光源（RB，R：B=1：1）下培养25 d，通过调整光照距离使各试验材料处的光通量密度均为50 μmol/（m2・s），红色和蓝色LED光源的峰值波长分别为660 nm和450 nm。每个光质处理设3次重复，每重复3盘，控制白天温度25℃，夜间温度20℃，光照12 h/d。生长过程精细管理。

1.3测定指标与方法

当黄瓜幼苗第1片真叶完全展开时，进行相关指标的测定。参照李合生的方法测定维生素c含量（2，6-二氯酚靛酚滴定法）、可溶性糖含量（蒽酮比色法）、蛋白质含量（考马斯亮蓝G-250法）、超氧化物歧化酶（SOD）活性（氮蓝四唑光氧化还原法）、过氧化物酶（POD）活性（愈创木酚法）、过氧化氢酶（CAT）活性（紫外吸收法）。所有测定均随机取样，重复3次。

1.4数据处理

采用SPSS 16.0软件进行数据统计，Duncan新复极差法进行显著性分析（a=0.5）。

2.结果与分析

2.1不同光质对黄瓜幼苗可溶性蛋白质含量的影响

由图1可知，红色和蓝色光质处理的黄瓜幼苗可溶性蛋白质含量均低于CK，但差异不显著：红蓝复合光（RB）下的可溶性蛋白质含量显著高于红色和蓝色光质处理。

2.2不同光质对黄瓜幼苗维生素C含量的影响

由图2可知，蓝光处理的黄瓜幼苗维生素c含量显著高于其他处理，是CK的3倍左右：红光和红蓝复合光处理下的维生素c含量则显著低于CK。

2.3不同光质对黄瓜幼苗可溶性糖含量的影响

由图3可知，红光显著提高了黄瓜幼苗可溶性糖含量，蓝光和红蓝复合光与CK的可溶性糖含量相当。

2.4不同光质对黄瓜幼苗POD活性的影响

POD可清除活性氧，以减轻活性氧对细胞膜的伤害。由图4可见，红蓝复合光处理的黄瓜幼苗POD活性最高，与其他处理差异显著：红光和蓝光处理的POD活性则显著低于CK。

2.5不同光质对黄瓜幼苗SOD活性的影响

SOD为植物体内的一种保护酶，逆境中维持较高的酶活性才能有效地清除活性氧，从而减少对膜结构和功能的破坏。由图5可见，红光、蓝光以及红蓝复合光处理的黄瓜幼苗SOD活性均高于CK，但红光和蓝光处理与CK的差异不显著，而红蓝复合光则显著提高了SOD活性。

2.6不同光质对黄瓜幼苗CAT活性的影响

CAT普遍存在于植物的所有组织中，其活性与植物的代谢强度及抗寒、抗病能力有一定关系。由图6可见，与CK相比，其他的光质处理均显著降低了黄瓜幼苗的CAT活性，红光处理的最低，蓝光及红蓝复合光处理的相当。

3.小结与讨论

可溶性蛋白质含量、可溶性糖含量和维生素c含量是衡量幼苗品质的重要指标。糖类是有机代谢的起点物质，是维持生命活动的主要能量来源，为光合作用的产物。本研究红光提高了黄瓜幼苗中可溶性糖含量，这与在青蒜苗、番茄果实和缕丝花试管苗中研究的结果一致，可见红光提高植物体内可溶性糖含量是普遍现象。红光下植物体内可溶性糖含量的增加可能不完全是光合作用的结果，林小苹等的研究发现不同光质下叶绿素含量与可溶性糖含量之间不呈正相关，也有可能是光合光敏色素介导的分配在红光下改变了物质的分配所致。

蛋白质是组成有机体的重要成分，是生物体的主要物质基础。已有研究发现蓝光可提高植株内可溶性蛋白质含量。但本研究中红蓝复合光显著提高了黄瓜幼苗可溶性蛋白质的含量，而红光和蓝光处理下的黄瓜幼苗可溶性蛋白质含量与白光（CK）处理的差异不显著。红蓝复合光的可溶性蛋白质含量较蓝光处理提高的原因可能与红光提高了可溶性糖含量有关。Kowallik认为蓝光可显著促进植物线粒体的暗呼吸，呼吸过程中产生的有机酸可作为氨基酸的合成碳架，从而促进了蛋白质的合成。蓝光可诱导抗氧化酶基因的表达并提高其活性，能够缓解植物可溶性蛋白质的降解。硝酸还原酶（NR）可将硝酸盐还原为亚硝酸盐，在其他酶的作用下，亚硝酸盐继续被还原成NH4+，进而转化为其他含氮化合物，是植物利用氮素的重要途径。刘晓英等发现红蓝复合光处理下的叶用莴苣NR活性远高于红光、蓝光和白光处理，因此NR活性的提高可能促进了蛋白质的合成。

维生素c是一种很强的抗氧化剂，能够清除活性氧自由基对膜与酶分子结构的损害从而具有抗衰老的保护功能。本试验结果表明，蓝光可显著提高黄瓜幼苗的维生素c含量，这与蒲高斌等、徐凯等、张立伟等的研究结果一致。植物可由D-葡萄糖合成vc，半乳糖酸内酯脱氢酶（GLDH）是这一合成途径的关键酶。徐茂军等的研究表明蓝光可提高GLDH的活性，这表明蓝光促进了植物维生素c的合成。本试验红蓝复合光处理的黄瓜幼苗维生素c含量与红光处理的数据较接近，且均显著低于蓝光和白光（CK）处理。徐茂军等发现红光可显著降低发芽大豆的GLDH活性，可见红光显著抑制了维生素c的合成。结合本研究可发现红光的抑制效应要大于蓝光的促进作用。抗坏血酸氧化酶（AAO）和抗坏血酸过氧化物酶（AAP）是维生素c氧化过程的关键酶，这两种酶对光敏感，关于光质对其的影响亟待深入研究。

SOD、POD和CAT为植物体内的保护性酶类，可清除活性氧，保护膜系统。红光和蓝光处理提高了SOD活性，但与白光（CK）处理的差异不显著：红蓝复合光显著提高了SOD活性，这与邢泽南等在油葵芽苗菜上的研究结果相似。本试验发现红光、蓝光处理可显著降低POD活性，这与杜洪涛等、李雯琳等的研究结果一致，但与梁宗锁等、郝俊江等在丹参、灵芝上的研究结果相反，这种差异可能为试验材料不同所致。尽管红光、蓝光可降低POD活性，但试验中红蓝复合光处理下POD活性有较大幅度的增加，与对照差异达显著水平，可见红光和蓝光对POD活性的影响有互补作用。已有研究证明POD具有生长素（IAA）氧化酶的功能，因此高的POD活性可抑制弱光下植物的徒长，这在生产上具有重要的应用价值。CAT催化分解植物体内的过氧化氢，光质对CAT活性较复杂，蒲高斌等的研究发现红光、蓝光对CAT活性影响不显著，但郝俊江等_9的研究发现红光、蓝光可提高灵芝CAT活性，而李雯琳等发现红光、蓝光降低了叶用莴苣的CAT活性，这与本研究结果一致。