光质对花生幼苗叶片光合特性的影响

光质对花生幼苗叶片光合特性的影响

光质对于植物的生长发育和发育非常重要。它不仅作为一种能源控制和光的控制，而且作为一种触发的信号，影响植物的生长发育和光的作用。不同的光质不仅影响植物种子1、营养体生长2、器官衰老3，而且影响植物光的周期4、光特性5、基因表达6和抗逆性7。光质对植物基本相同。尤其是，光质对花芽的生长发育和发育没有影响，尤其是光质对花芽的影响没有报告。在本研究中，我们使用了两种单色光源，并且对花芽的叶片中的光含量和光特性进行了研究。这是为了阐明光质对花芽苗的光合作用效果，并为深入研究相关机理提供依据。1色植物生长灯试验于2012年在青岛农业大学旱作实验室光照培养室进行,光源为LED冷光源单色植物生长灯,由扬州晨明智能化光电技术研究所提供.灯管规格为1200mm×26mm,每个单色光培养室容积为长×宽×高=130cm×50cm×40cm,光照强度均为144μmol·m－2·s－1.供试花生品种为青花6号.1.2种子诱导物合萃取法检测光合色素和光合特性按培养室光源波长不同设深蓝光(445~455nm,DB)、浅蓝光(460~470nm,LB)、绿光(515~520nm,G)、黄光(590~595nm,Y)、浅红光(610~630nm,LR)、深红光(650~660nm,DR)和自然光(2800~3200K,W)7个处理,每个培养室为1个处理,重复4次.选取饱满且大小一致的花生种子,用25℃清水浸泡4h,在25℃条件下保湿催芽,选取胚根长1mm生长一致的种子,种植于长30cm、宽20cm、高10cm的塑料培养盆中,每盆播种15粒,播深为4cm,分别置于不同波长的光照培养室中生长,每室8盆,光照时间为12h·d－1,温度为25℃/17℃(昼/夜),湿度为(75%±5%).出苗后5d开始取样和测定,每5d取样1次,每次取有代表性植株10株,共取样6次.光合色素含量和光合特性指标取主茎倒数第2个展开叶片测定.1.3光合特性测定测定指标为叶片鲜质量、叶面积、光合色素含量(叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素)、净光合速率、胞间CO2浓度、气孔导度、蒸腾速率.叶片鲜质量用称量法测定,叶面积用AM100型叶面积仪测定,叶绿素含量用80%丙酮浸提法测定,光合特性指标用美国产Li-6400便携式光合测定仪测定.比叶面积(SLA)=单株鲜叶质量/单株叶面积.1.4统计分析方法采用Excel2003、DPS7.5软件对试验数据进行统计分析,用Duncan新复极差法进行方差分析(α=0.05).2结果与分析2.1多光反应对花生幼苗比叶面积的影响比叶面积是反映叶片生长状况的指标.由图1可见,随着花生幼苗的生长比叶面积逐渐增加,但不同光质对比叶面积的影响不同.与自然光照(CK)相比,深蓝光和浅蓝光处理显著提高花生幼苗比叶面积,而深红光、浅红光、绿光和黄光处理显著降低比叶面积.出苗后30d,深蓝光和浅蓝光处理比叶面积分别为65.1和55.0mg·cm－2,较自然光处理的50.1mg·cm－2分别提高30.0%和9.7%;深红光、浅红光、绿光和黄光处理则降低9.8%~32.3%.可见,短波光可增加花生幼苗的比叶面积,而长波光则减小比叶面积.2.2不同处理对花生幼苗叶绿素含量的影响2.2.1叶绿素a随着花生幼苗的生长,主茎功能叶片叶绿素a含量逐渐增加.不同光质处理叶片叶绿素a含量变化趋势相同,但处理间存在明显差异.与自然光处理(CK)相比,长波光(610~660nm)可显著提高叶片叶绿素a含量,短波光(445~470nm)显著降低叶绿素a含量.6次测定深红光处理较自然光处理分别提高5.3%、1.7%、11.1%、18.9%、16.3%和8.5%;出苗后30d,黄光、绿光、浅蓝光和深蓝光处理较自然光处理分别降低4.6%、20.9%、31.9%和41.1%(图2).随着波长的增加,花生幼苗叶片叶绿素a含量升高.2.2.2叶绿素b花生幼苗叶片叶绿素b含量变化及光质对叶绿素b含量的影响趋势与叶绿素a相似,但含量较低.自出苗后15d开始,处理间表现出明显差异.深红光和浅红光处理叶绿素b含量较自然光处理明显提高,其余光质处理明显降低,黄光和绿光处理间、浅蓝光和深蓝光处理间差异较小(图2).不同光质对叶绿素b的影响与对叶绿素a的影响相似,长波光有利于提高叶片叶绿素b的含量.2.2.3叶绿素a+b由于长波光处理(深红光和浅红光)增加了花生幼苗叶片叶绿素a和叶绿素b含量,短波光处理降低了叶绿素a和叶绿素b含量,因此不同光质处理叶绿素总量的变化趋势与对叶绿素总量的影响程度相似.出苗后30d,与自然光照处理叶绿素总量(3.5mg·g－1FM)相比,深红光和浅红光处理的叶绿素总量分别提高13.1%和5.2%;黄光、绿光、浅蓝光和深蓝光处理分别降低6.5%、18.8%、30.3%和36.4%(图2).2.2.4类胡萝卜素类胡萝卜素含量反映了叶片进行光呼吸作用的能力.由图2可见,光质对花生幼苗叶片类胡萝卜素含量的影响与对叶绿素含量的影响不同.随花生幼苗的生长,除黄光和自然光处理类胡萝卜素含量增加幅度较小、变化较平稳外,其他处理均迅速增加.出苗后30d,深蓝光、浅蓝光、绿光、深红光和浅红光处理的类胡萝卜素含量较自然光处理分别提高142.1%、99.6%、91.8%、63.7%和54.3%,而黄光处理降低43.9%.2.2.5叶绿素a/b值叶绿素a/b值可反映植物叶片对光能利用的能力,一般情况下阳生植物>阴生植物.由图2可知,花生出苗后叶绿素a/b值迅速上升,10d后缓慢上升,各处理变化趋势一致.深蓝光处理的叶绿素a/b值自出苗10d后一直保持较高水平,5次测定较自然光处理分别提高15.2%、31.6%、25.2%、23.9%和12.8%;黄光处理20d以后表现出较高水平;浅红光和深红光处理与自然光处理相当;浅蓝光和绿光处理叶绿素a/b值较低.可见,深蓝光处理的花生幼苗呈现阳生植物的特征,对光照利用能力较强.2.3不同处理对花生幼苗气孔导度的影响2.3.1净光合速率由图3可知,不同光质处理的花生幼苗叶片净光合速率变化趋势基本一致.随幼苗的生长,叶片的净光合速率逐渐提高,且处理间的差异逐渐增大.深蓝光处理叶片净光合速率一直保持较高水平,6次测定较自然光处理分别提高4.2%、3.8%、13.3%、9.4%、12.1%和5.4%;其他光质处理叶片净光合速率均低于自然光处理.出苗后30d,浅蓝光、深红光、浅红光、黄光和绿光处理叶片净光合速率分别较自然光处理降低5.4%、10.8%、16.2%、27.0%和29.7%;黄光和绿光处理叶片净光合速率较低,而且随幼苗生长变化较小,与其他处理的差异越来越大.2.3.2气孔导度花生出苗后,幼苗叶片气孔导度随植株的生长不断升高,不同处理变化趋势一致.深蓝光和浅蓝光处理一直保持较高的气孔导度,较高的气孔导度有利于CO2快速同化、蒸腾作用加强和光合速率提高［12］;绿光、黄光、浅红光和深红光处理气孔导度均低于自然光处理(图3).2.3.3胞间CO2浓度随着花生幼苗的生长,胞间CO2浓度先短时间下降而后快速升高,各光质处理变化趋势一致,但处理间差异增大.深红光、浅红光、绿光、黄光和浅蓝光处理的胞间CO2浓度均高于自然光处理;深蓝光处理一直保持较低的胞间CO2浓度,而且前期降低幅度也较大,6次测定分别较自然光处理降低7.1%、4.7%、3.5%、4.8%、4.0%和4.6%(图3),较低的胞间CO2浓度与较高的净光合速率相吻合.2.3.4蒸腾速率花生出苗后叶片蒸腾速率迅速升高,出苗后15d达到峰值,而后缓慢下降,各处理变化趋势一致.短波光处理(深蓝光和浅蓝光)蒸腾速率较高,长波光处理(浅红光和深红光)蒸腾速率较低.峰值时(出苗后15d)测定,深蓝光、浅蓝光和绿光处理较自然光处理分别提高5.6%、3.2%和6.5%,深红光和浅红光处理分别降低12.9%和4.8%(图3).3讨论3.1类胡萝卜素与光照光合色素是光合作用的基础,光质直接影响光合色素的合成,从而影响植物的光合作用［13－14］.光合作用受诸多因素影响,叶绿素含量的高低并不能完全反映叶片光合能力的强弱,但叶绿素含量的减少会导致叶片衰老和光合速率的不可逆降低［15］;叶绿素a/b值反映了植物对光能利用的程度,其中阳生植物>阴生植物［16－17］;类胡萝卜素为光吸收的辅助色素,能够吸收和传递电子［18］.徐凯等［8］、江明艳和潘远智［19］、Anna和Alicja［11］研究认为,红光可促进叶绿素合成,降低叶绿素a/b值;蓝光降低叶绿素含量,而提高叶绿素a/b值.研究表明,在蓝光下生长的植物一般具有阳生植物的特性,而在红光下生长的植物与阴生植物相似［10，20］.光质同样影响类胡萝卜素的合成,不同光质的影响程度差异较大,表现为蓝光>红光>自然光照［21］.本研究表明,红光(610~660nm)可显著提高花生幼苗叶片叶绿素a和叶绿素b含量,叶绿素a/b值低于自然光照,虽然较高的叶绿素含量为光合作用提供了场所和物质条件,但表现为利用光能的能力较低、净光合速率下降,呈现阴生植物的生长特点;蓝光(445~470nm)可显著提高类胡萝卜素含量和叶绿素a/b值,从而增强了花生幼苗叶片对光能的吸收和传递电子的能力,光能利用效率较高,与较高的净光合速率相吻合,呈现阳生植物的生长特点,与蒲高斌等［20］在番茄幼苗上的研究结果一致.3.2光照对花生幼苗叶片净光合速率的影响光质能够通过影响不同类型叶绿体蛋白的形成以及光系统间电子传递来调节光合作用［22］.净光合速率反映了植物在进行光合作用过程中,固定CO2和产生光合产物的量［23］.李承志等［24］发现,增加蓝光成分可提高白菜、萝卜叶片的净光合速率;在相同光强、不同光质条件下生长12d的水稻幼苗,净光合速率依次为蓝光>白光>红光.蓝光有利于叶绿体的发育,促进叶绿素的合成,从而提高净光合速率［25］.本研究中,蓝光(445~470nm)显著提高花生幼苗叶片净光合速率,是