陳 嫻，劉世琦，孟凡魯，張 濤，孫 齊，陳祥偉

(山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)院，作物生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，農(nóng)業(yè)部園藝作物生物學(xué)重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，泰安 271018)

韭菜(Allium tuberosum Rottl.ex Spr.)為百合科蔥屬多年生草本宿根植物，主要以葉片、假莖供食［1］。韭菜富含豐富的Vc，蛋白質(zhì)，碳水化合物及纖維素等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，同時(shí)具有多方面的保健功能，深受消費(fèi)者的喜愛。隨著人民生活水平的不斷提高，市場(chǎng)對(duì)韭菜的需求量也日益增大，且對(duì)其品質(zhì)及安全性提出更高要求。因此，采取相應(yīng)措施提高韭菜的產(chǎn)量和品質(zhì)是非常必要的。植物的生長(zhǎng)發(fā)育被許多環(huán)境因子所刺激，其中包括光、溫度和地球的引力。在這些刺激中，光具有特殊重要的地位。植物對(duì)光能的要求，除了光強(qiáng)和光周期外，光質(zhì)也是一個(gè)十分重要的因素。光質(zhì)是植物生長(zhǎng)發(fā)育重要的環(huán)境因子，對(duì)植物的形態(tài)建成、生理代謝、生長(zhǎng)發(fā)育及植物的品質(zhì)有廣泛的調(diào)節(jié)作用。對(duì)植物而言，光生物學(xué)主要關(guān)心的是波長(zhǎng)200 nm～800 nm的輻射波，其中可見光是一種具有特殊波長(zhǎng)(λ)特性的、可傳播的、互不相關(guān)的電磁輻射波的可見部分?？梢姽夤庾V在380 nm～760 nm之間，這種波長(zhǎng)被植物機(jī)體分子吸收后，能夠引起化學(xué)變化［2－3］。不同波長(zhǎng)的光通過與其相關(guān)的受體作用而引發(fā)植物的生理生化變化，對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育、形態(tài)建成、生理代謝及品質(zhì)等都有廣泛的調(diào)節(jié)作用。本研究旨在通過光質(zhì)調(diào)控技術(shù)，探討不同光質(zhì)對(duì)韭菜生理特性及品質(zhì)的影響，為解決目前韭菜生產(chǎn)中存在的問題提供新的方法和思路，并為轉(zhuǎn)光膜在生產(chǎn)上的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料及處理?xiàng)l件

供試韭菜品種:寬葉品種"791"雪韭和窄葉品種紫根韭菜

處理?xiàng)l件:人造光源為紅(630～680 nm;吸收峰為660 nm;圖中用T1表示)、藍(lán)(450～500 nm;吸收峰為470 nm;以T2表示)、紅:藍(lán)=3:1(燈的數(shù)量比，以T3表示)、紅:藍(lán)=7:1(燈的數(shù)量比，以T4表示)色的發(fā)光二極管(LED)，由淄博曙光科技公司提供。距離光源50 cm處的光強(qiáng)為200 μmol/(m2·s1)。光照培養(yǎng)架為鋼架結(jié)構(gòu)，光源設(shè)于頂部，高度可調(diào)。每個(gè)光質(zhì)設(shè)3個(gè)重復(fù)，各光質(zhì)隨機(jī)排列。

圖1 不同光質(zhì)圖譜Fig.1 Spectrogram figures of different light qualities

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)蔬菜園藝試驗(yàn)站進(jìn)行。將兩個(gè)韭菜品種于2010年4月中旬直播于日光溫室，播種量為2.75 kg/(667 m2)，田間常規(guī)管理。2011年3月中旬將溫室培養(yǎng)的兩個(gè)品種的韭菜剪根(留3 cm)去稍(留8 cm)［4］，移栽到裝有基質(zhì)的育苗盤(53 cm×25.5 cm×6 cm)中，每盤栽5行，每行10叢，每叢5株。移栽30 d割去第一刀韭菜后將育苗盤轉(zhuǎn)移到光質(zhì)培養(yǎng)室，置于不同波長(zhǎng)的光照下培養(yǎng)。每個(gè)處理12盤，每個(gè)品種6盤，采用完全隨機(jī)排列，重復(fù)3次?？刂瓢滋鞙囟?0～22℃，夜間8～10℃，每天光照12 h，生長(zhǎng)過程精細(xì)管理。

照光30 d后測(cè)定品質(zhì)指標(biāo)，隨機(jī)取樣，3次重復(fù)。把韭菜可食部分洗凈，吸干水分，剪碎混勻?yàn)樵囼?yàn)樣品。Vc采用紫外快速測(cè)定法［5］測(cè)定，可溶性蛋白采用考馬斯亮藍(lán)法［6］測(cè)定，可溶性糖采用蒽酮比色法［6］測(cè)定，粗纖維采用酸堿洗滌法［7］，類黃酮含量采用 HCl－甲醇法［7］。

1.3 數(shù)據(jù)分析

應(yīng)用DPS(V3.01)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，采用多重比較Tukey法進(jìn)行方差顯著性檢驗(yàn)，并在圖中標(biāo)注標(biāo)準(zhǔn)差。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同光質(zhì)對(duì)韭菜Vc含量的影響

圖2 不同光質(zhì)對(duì)韭菜Vc含量的影響Fig.2 Effects of different light qualities on Vitamin c content

Vc是韭菜營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的重要指標(biāo)。由圖2可以看出，不同光質(zhì)處理兩個(gè)韭菜品種的Vc含量變化趨勢(shì)一致，都是藍(lán)光處理下Vc含量顯著高于其他三個(gè)處理，其次是紅藍(lán)混合光，紅光處理含量最低。兩種不同比例的紅藍(lán)混合光處理的VC含量以紅:藍(lán)(3:1)較高，但差異不顯著。

2.2 不同光質(zhì)對(duì)韭菜可溶性蛋白含量的影響

圖3 不同光質(zhì)對(duì)韭菜可溶性蛋白含量的影響Fig.3 Effects of different light qualities on soluble protein content

不同光質(zhì)對(duì)韭菜可溶性蛋白含量影響顯著，由圖3可以看出不同光質(zhì)處理對(duì)不同韭菜品種可溶性蛋白含量的影響存在一定的差異?！?91”雪韭可溶性蛋白含量以紅:藍(lán)(3:1)最高，藍(lán)光處理次之，紅光處理最低。紫根韭菜可溶性蛋白含量以紅:藍(lán)(7:1)為最高，藍(lán)光處理次之，紅光處理最低。

2.3 不同光質(zhì)對(duì)韭菜可溶性糖含量的影響

圖4 不同光質(zhì)對(duì)韭菜可溶性糖含量的影響Fig.4 Effects of different light qualities on soluble sugar content

圖4 表明，不同光質(zhì)處理對(duì)韭菜可溶性糖含量影響顯著，且兩個(gè)韭菜品種變化趨勢(shì)一致。4個(gè)處理可溶性糖含量大小依次為紅光＞紅:藍(lán)(7:1)＞紅:藍(lán)(3:1)＞藍(lán)光，"791"雪韭紅光處理比其他三個(gè)處理分別高出10.07%、11.12%、99.71%;紫根韭菜紅光處理比其他三個(gè)處理分別高出 23.29%、38.85%、132.48%。本研究結(jié)果表明，紅光有利于碳水化合物的形成與積累，可以顯著提高韭菜可溶性糖含量。

2.4 不同光質(zhì)對(duì)韭菜粗纖維含量的影響

圖5 不同光質(zhì)對(duì)韭菜粗纖維含量的影響Fig.5 Effects of different light qualities on crude fibre content

圖5 表明，不同光質(zhì)處理對(duì)兩個(gè)韭菜品種粗纖維含量影響一致，均以紅光處理最高，紅藍(lán)混合光次之，藍(lán)光處理最低。紫根韭菜四個(gè)處理差異顯著，“791”雪韭紅光處理與不同比例紅藍(lán)混合光處理粗纖維含量差異不顯著，兩個(gè)品種藍(lán)光處理均顯著低于其他三個(gè)處理。

2.5 不同光質(zhì)對(duì)韭菜類黃酮含量的影響

圖6表明，不同光質(zhì)處理下兩個(gè)韭菜品種類黃酮含量變化一致，依次為紅:藍(lán)(7:1)＞紅:藍(lán)(3:1)＞紅光＞藍(lán)光，差異顯著。紅:藍(lán)(7:1)處理下"791"雪韭類黃酮含量比紅、藍(lán)單色光處理分別高出32.05%、42.19%;紫根韭菜紅:藍(lán)(7:1)比紅、藍(lán)單色光處理分別高出22.66%、76.71%。

圖6 不同光質(zhì)對(duì)韭菜類黃酮含量的影響Fig.6 Effects of different light qualities on flavonoids content

3 討論

Vc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［8］。光質(zhì)對(duì)Vc的影響與其合成分解酶活性有關(guān)。有研究認(rèn)為紅光膜能夠提高光溫效應(yīng)，可提高果實(shí)Vc含量［9］。而本試驗(yàn)結(jié)果表明，藍(lán)光處理下韭菜Vc含量顯著高于其他三個(gè)處理，紅光含量最低，這與蒲高斌［10］，陳強(qiáng)［11］等研究結(jié)果一致。這體現(xiàn)了不同作物對(duì)光質(zhì)的反應(yīng)存在差異性。從試驗(yàn)結(jié)果還可以看出，Vc含量與紅藍(lán)光比例呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，紅藍(lán)光比例越大Vc含量越低。研究表明，紅光降低半乳糖酸內(nèi)酯脫氫酶(GLDH)活性，藍(lán)光可以提高其活性，提示不同光質(zhì)可能通過調(diào)節(jié)不同光受體間的平衡影響果實(shí)Vc合成酶的活性而影響Vc代謝。

蛋白質(zhì)分子在生物物質(zhì)中占有特殊的地位。蛋白質(zhì)是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)，是構(gòu)成多種重要生理活性物質(zhì)的成分，參與調(diào)節(jié)生理功能并為人體提供能量。Kowallik［12］研究表明，藍(lán)光可顯著促進(jìn)線粒體的暗呼吸，為氨基酸合成提供了碳架。Campbell W H［13］和Ninnemann H［14］研究表明藍(lán)光對(duì)NR有激活作用，從而為蛋白質(zhì)的合成提供了較多的可同化態(tài)的氮源。本試驗(yàn)結(jié)果表明，紅藍(lán)混合光與藍(lán)光對(duì)韭菜蛋白質(zhì)合成與積累有利，而紅光不利于蛋白質(zhì)的合成，這與前人研究結(jié)果相吻合。"791"雪韭可溶性蛋白含量為紅:藍(lán)(3:1)處理最高，而紫根韭菜為紅:藍(lán)(7:1)處理最高，表明蛋白質(zhì)合成與紅藍(lán)混合光的比例相關(guān)，且不同品種韭菜對(duì)光質(zhì)的反應(yīng)存在一定差異性。紅藍(lán)混合光下可溶性蛋白含量大于藍(lán)光處理，這可能是由于單色光之間具有互補(bǔ)和加性效應(yīng)。

可溶性糖是植物光合作用的產(chǎn)物，是組織中重要的能量貯藏物質(zhì)，也是呼吸作用的主要底物，光質(zhì)對(duì)光合碳代謝有重要的調(diào)節(jié)作用。本世紀(jì)中葉以來的大量研究證實(shí)，光質(zhì)對(duì)光合碳代謝有重要的調(diào)節(jié)作用，紅光有利于碳水化合物的形成與積累。本試驗(yàn)結(jié)果表明，紅光處理韭菜可溶性糖含量顯著高于其他處理，藍(lán)光最低，這與林小平［15］，陳強(qiáng)［11］等研究結(jié)果一致。光質(zhì)影響可溶性糖含量的原因可能是不同光質(zhì)影響作物對(duì)碳水化合物的吸收從而改變了可溶性糖的含量，其具體原因和機(jī)理有待于進(jìn)一步探究。

粗纖維素主要成分為纖維素、殘存少量的半纖維素和木質(zhì)素，是結(jié)構(gòu)性碳水化合物，它可以促進(jìn)腸胃蠕動(dòng)，助消化。粗纖維經(jīng)分解后可以轉(zhuǎn)化為其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，但是粗纖維含量過高，韭菜的口感就會(huì)變差。本試驗(yàn)表明紅光處理有利于提高粗纖維含量，而藍(lán)光不利，這與前人研究結(jié)果一致。結(jié)果還表明粗纖維含量與紅藍(lán)光比例成正相關(guān)，紅藍(lán)光比例越大，含量越高。光質(zhì)對(duì)粗纖維含量的影響可能是多方面的。蒲高斌等［16］、齊連東［17］等研究表明紅光有利于碳水化合物的形成與積累，藍(lán)光恰好相反。而纖維素是由碳水化合物衍生的，所以紅光也有利于纖維素的形成，藍(lán)光恰好相反。唐仕榮等［18］研究表明，藍(lán)光可提高纖維素酶活性，紅光可降低纖維素酶活性，說明光質(zhì)也可以通過調(diào)節(jié)纖維素酶活性來改變纖維素的含量。

類黃酮屬于植物合成的酚類物質(zhì)，具有一定的活血化瘀、降血糖血脂、抗癌、增強(qiáng)耐缺氧能力和提高免疫功能的作用。本試驗(yàn)結(jié)果表明，紅藍(lán)混合光有利于類黃酮的合成與積累，而紅藍(lán)單色光則不利，紅藍(lán)混合光比例越大類黃酮含量越高。這與齊連東［17］等的研究結(jié)果存在一定的差異，說明不同光質(zhì)對(duì)不同作物類黃酮含量的影響具有差異性。不同光質(zhì)可能通過影響類黃酮合成途徑中的相關(guān)酶－－苯丙氨酸解氨酶(PAL)和查爾酮合成酶(CHS)的活性從而改變類黃酮的含量。

本研究表明，不同光質(zhì)生態(tài)環(huán)境條件下生長(zhǎng)的韭菜營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)存在顯著差異。紅光處理具有較高的可溶性糖和粗纖維含量，藍(lán)光處理Vc含量較高，紅藍(lán)混合光可顯著提高可溶性蛋白及類黃酮含量，且紅藍(lán)混合光比例不同對(duì)韭菜營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響也不同。綜合評(píng)價(jià)各項(xiàng)指標(biāo)，紅:藍(lán)(7:1)處理下韭菜的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)最好，藍(lán)光最差。該試驗(yàn)結(jié)果為韭菜的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)提供了相應(yīng)的理論依據(jù)。

［1］劉世琦.蔬菜栽培學(xué)簡(jiǎn)明教程［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2007，1:162

［2］李承志，廉世勛，張華京，等.光合仿生農(nóng)膜的栽培試驗(yàn)［J］.湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2001，5:22－23

［3］張華集，徐愛國(guó)，孔曉玲，等.光轉(zhuǎn)換聚乙烯薄膜的農(nóng)田應(yīng)用研究［J］.塑料科技，2002，4:43－47

［4］佟成富，鞏佩芬.韭菜定植時(shí)剪根剪葉對(duì)緩苗的影響［J］.中國(guó)蔬菜，1995(1):21－23

［5］趙世杰，史國(guó)安，董新純.植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)［M］.北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社，2002:41－71

［6］寧正祥.食品成分分析手冊(cè)［M］.北京:中國(guó)輕工業(yè)出版社，1998:313－314

［7］曹建康，姜微波，趙玉梅.果蔬采后生理生化實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)［M］.北京:中國(guó)輕工業(yè)出版社，2007:34－9

［8］Halliwell B.Ascorbic acid in the illuminated chloroppast［C］.In:seib pa.Tolbert B M ends.Ascorbic acid:Chemistry.Metabolism and used advance in Chemistry，1982，No.(200):263－274

［9］傅明華，汪羞德，顧仲蘭.多功能轉(zhuǎn)光塑料薄膜應(yīng)用效應(yīng)研究［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2000，16(6):81－85

［10］蒲高斌，劉世琦，杜洪濤，等.光質(zhì)對(duì)番茄果實(shí)轉(zhuǎn)色期品質(zhì)變化的影響［J］.中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2005，21:176－178

［11］陳 強(qiáng)，劉世琦，張自坤，等.不同LED光源對(duì)番茄果實(shí)專色期品質(zhì)的影響［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2009，25:156－161

［12］KowallikW.Blue light effects on respiration Annu Rev［J］.Plant Physiol，1982，33:51－72

［13］Campbell W H.Nitrate reductase biochemistry comes of age［J］.Plant Physiol，1996，111:355－361

［14］Ninnemann H.Some aspects of blue light research during last decade［J］.Photochem Photobiol，1995，61:22－31

［15］林小蘋，賴鐘熊.光質(zhì)對(duì)植物離體培養(yǎng)的影響［J］.亞熱帶農(nóng)業(yè)研究，2008，2:73－80

［16］蒲高斌，劉世琦，劉 磊，等.不同光質(zhì)對(duì)番茄幼苗生長(zhǎng)和生理特性的影響［J］.園藝學(xué)報(bào)，1005，32(3):420－425

［17］齊連東，劉世琦，許 莉，等.光質(zhì)對(duì)菠菜草酸、單寧及硝酸鹽積累效應(yīng)的影響［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2007，23:201－205

［18］唐仕榮，高兆建.LED對(duì)纖維素酶產(chǎn)生菌生長(zhǎng)的影響［J］.徐州工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，20:22－24