李曉慧， 班甜甜， 馬 超*， 王青青， 楊 航， 呂金麗

(1.貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 園藝研究所， 貴州 貴陽(yáng) 550006; 2.貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 生物技術(shù)研究所， 貴州 貴陽(yáng) 550006; 3.六盤(pán)水市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院， 貴州 六盤(pán)水 553000)

0 引言

【研究意義】光照是植物生長(zhǎng)的基礎(chǔ)要素，是影響形態(tài)建成的關(guān)鍵因子?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】目前，針對(duì)弱光照對(duì)植物的影響已有較多的研究，普遍認(rèn)為，LED補(bǔ)光是目前較佳的補(bǔ)光措施[1-7]。貴州多寡日照，早春時(shí)多陰雨天，且育苗常在溫棚內(nèi)進(jìn)行，溫棚的棚膜及鋼架結(jié)構(gòu)等可造成一定的消光影響，致使光照更加不足。因此，早春培育壯苗需進(jìn)行LED補(bǔ)光。研究認(rèn)為，LED紅藍(lán)組合光補(bǔ)光效果顯著[4-7]?！狙芯壳腥朦c(diǎn)】植物通過(guò)呼吸作用分解有機(jī)物，釋放能量，滿(mǎn)足生物的基本生命活動(dòng)，是影響物質(zhì)積累的基礎(chǔ)[8-10]。目前對(duì)LED補(bǔ)光的研究較多，但大多集中在對(duì)植物形態(tài)特征及物質(zhì)積累影響方面，對(duì)呼吸作用影響的研究甚少?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】鑒于此，以黃瓜品種津研四號(hào)為試材，在溫室大棚內(nèi)采用單因素試驗(yàn)方法探索LED補(bǔ)光(5∶1紅藍(lán)組合)對(duì)黃瓜幼苗葉片呼吸過(guò)程相關(guān)酶的影響，以期為弱光環(huán)境下培育黃瓜壯苗提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 植物 供試植物為黃瓜幼苗，品種為津研四號(hào)，市購(gòu)。

1.1.2 儀器設(shè)備 LED燈帶，25 cm，功率為12 V/2 A，紅光(R)波長(zhǎng)630～660 nm，藍(lán)光(B)波長(zhǎng)465～470 nm，紅光∶藍(lán)光(R∶B)=5∶1?；ㄅ枰?guī)格，口徑10 cm×10 cm，高8.5 cm。

1.2 方法

1.2.1 育苗 種子催芽后播種在50孔的育苗穴盤(pán)中，2片子葉展開(kāi)后挑選生長(zhǎng)一致的植株移栽至7 cm×8 cm的花盆中，放于裝有LED燈帶的培養(yǎng)架上。幼苗頂端距LED燈帶25 cm。

1.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 在設(shè)施大棚自然光照條件下進(jìn)行LED補(bǔ)光試驗(yàn)。根據(jù)光照時(shí)間設(shè)6個(gè)處理，即對(duì)照(CK)，0 h/d；T1，3 h/d，7：00—10：00；T2，6 h/d，7：00—13：00；T3，9 h/d，7：00—16：00；T4，12 h/d，7：00—19：00。光照處理15 d。

1.2.3 指標(biāo)測(cè)定 分別參照THOMAS等[11-15]的方法測(cè)定黃瓜幼苗葉片中的磷酸果糖激酶(PFK)、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)、琥珀酸脫氫酶(SDH)、6-磷酸葡萄糖脫氫酶(G-6-PDH)和6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶(6-PGDH)活性。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，用SPSS 20.0進(jìn)行差異顯著性分析和相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同時(shí)長(zhǎng)LED補(bǔ)光處理黃瓜葉片呼吸過(guò)程糖酵解途徑的相關(guān)酶活性

由圖1可知，LED補(bǔ)光可顯著降低磷酸果糖激酶(PFK)和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)的活性，各處理PFK和PEPC活性均為CK>T1>T4>T2>T3，且以9 h/d的LED補(bǔ)光處理(T3)的活性下降最大。

2.1.1 PFK活性 不同時(shí)長(zhǎng)LED補(bǔ)光處理黃瓜葉片的PFK活性以CK最高，為7.837 9 nmol/min/mg prot，顯著高于其余處理，較T1、T2、T3和T4分別高14.32%、31.66%、47.44%和31.37%；T1其次，為6.715 2 nmol/min/mg prot，顯著高于除CK外的其余處理；T3活性最低，為4.119 7 nmol/min/mg prot，顯著低于各處理，分別較T1、T2、T4及CK低38.65%、23.09%、23.42%和47.44%。

2.1.2 PEPC活性 不同時(shí)長(zhǎng)LED補(bǔ)光處理黃瓜葉片的PEPC活性為CK>T1>T4>T2>T3，其中，CK最高，為6.715 2 nmol/min/mg prot，顯著高于其余處理，T1、T2、T3和T4分別較CK低11.04%、27.97%、39.79%和20.58%；T1其次，為3.810 4 nmol/min/mg prot，顯著高于除CK外的其余處理；T3的活性最低，顯著低于各處理，分別較T1、T2和T4低32.32%、16.41%和24.18%。

注:不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05)。下同。

2.2 不同時(shí)長(zhǎng)LED補(bǔ)光處理黃瓜葉片三羧酸循環(huán)過(guò)程琥珀酸脫氫酶的活性

由圖2可知，LED補(bǔ)光處理可顯著改變琥珀酸脫氫酶(SDH)的活性，各處理SDH活性隨處理時(shí)長(zhǎng)增加呈先增后降再增再降趨勢(shì)，即T1>T3>CK>T4>T2，其中，T1為3.260 8 nmol/min/mg prot，顯著高于其余處理，分別較CK、T2、T3和T4提高34.37%、110.66%、26.90%和85.41%；T3其次，為2.569 5 nmol/min/mg prot，較CK(2.426 8 nmol/min/mg prot)高，但二者差異不顯著，二者均顯著高于T2和T4；T2和T4差異不顯著，但均低于CK，分別較CK低36.22%和27.53%。表明，一定時(shí)長(zhǎng)的LED補(bǔ)光可顯著提高SDH活性，但超過(guò)一定時(shí)長(zhǎng)則可降低SDH活性，以3 h/d的LED補(bǔ)光處理(T1)對(duì)SDH活性提高效果最佳。

圖2 不同時(shí)長(zhǎng)LED補(bǔ)光處理黃瓜葉片琥珀酸脫氫酶的活性

2.3 不同時(shí)長(zhǎng)LED補(bǔ)光處理黃瓜葉片磷酸戊糖途徑相關(guān)酶的活性

由圖3看出，不同時(shí)長(zhǎng)LED補(bǔ)光處理能夠顯著改變黃瓜葉片6-磷酸葡萄糖脫氫酶(G-6-PDH)和6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶(6-PGDH)的活性。

2.3.1 G-6-PDH活性 LED補(bǔ)光處理可顯著改變G-6-PDH活性，各處理G-6-PDH活性隨處理時(shí)長(zhǎng)增加呈先增后降再增趨勢(shì)，即T1>CK>T4>T2>T3，其中，T1最高，為4.730 2 nmol/min/mg prot，顯著高于CK及其他處理，T1較CK提高69.32%；T2、T3和T4顯著低于CK，分別較CK低28.99%、32.26%和18.44%。表明，一定時(shí)長(zhǎng)的LED補(bǔ)光能夠提高黃瓜葉片的G-6-PDH活性，但是超過(guò)一定時(shí)長(zhǎng)則會(huì)降低G-6-PDH活性，以T1對(duì)G-6-PDH活性的影響最大。

2.3.2 6-PGDH的活性 LED補(bǔ)光處理可顯著改變6-PGDH活性，各處理6-PGDH活性隨處理時(shí)長(zhǎng)增加呈先增后降再增趨勢(shì)，即T1>CK>T4>T3>T2，其中，T1最高，為5.606 2 nmol/min/mg prot，顯著高于對(duì)照和其他處理，T1較CK提高86.75%；T2、T3和T4顯著低于CK，分別較CK低49.40%、36.07%和14.98%。表明，一定時(shí)長(zhǎng)的LED補(bǔ)光能夠提高黃瓜葉片的6-PGDH活性，但是超過(guò)一定時(shí)長(zhǎng)則會(huì)降低6-PGDH活性，以3 h/d的LED補(bǔ)光處理(T1)對(duì)6-PGDH活性的影響最大。

圖3 不同時(shí)長(zhǎng)LED補(bǔ)光黃瓜葉片6-磷酸葡萄糖脫氫酶和6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶的酶活性

3 討論

植物的呼吸代謝途徑有多條，最普遍的是糖酵解、三羧酸循環(huán)和磷酸戊糖等三大途徑。其中，糖酵解是無(wú)氧呼吸和有氧呼吸的共同途徑，其主要功能是將葡萄糖逐步分解生成丙酮酸，己糖激酶、丙酮酸激酶和磷酸果糖激酶是該途徑的3個(gè)關(guān)鍵限速酶[16-20]。趙晉鋒等[21]研究認(rèn)為，光照強(qiáng)度嚴(yán)重影響谷子SiPEPC基因的表達(dá)，拔節(jié)期弱光可誘導(dǎo)5個(gè)SiPEPC基因的表達(dá)，而在拔節(jié)期中等強(qiáng)度光照以及抽穗期和灌漿期的中等光照和弱光照下表達(dá)量均急劇降低。林小蘋(píng)等[22]研究發(fā)現(xiàn)，不同光質(zhì)條件下鐵皮石斛的PEPC變化為白光>紅光>藍(lán)光>綠光。該研究LED補(bǔ)光主要是補(bǔ)充紅光和藍(lán)光，所以PFK和PEPC的反應(yīng)降低，與前人研究一致。三羧酸循環(huán)是糖、脂肪和蛋白質(zhì)三大物質(zhì)的共同氧化途徑，對(duì)植物維持生命活動(dòng)所需的主要能量來(lái)源具有重要作用，其中，琥珀酸脫氫酶(SDH)是該途徑的關(guān)鍵酶。磷酸戊糖途徑的主要作用是產(chǎn)生供還原性生物合成需要的煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)以及可供核酸代謝的磷酸戊糖，有些中間產(chǎn)物還可參與氨基酸和脂肪酸合成等，在植物體內(nèi)有著不可或缺的重要作用，參與植物多種代謝途徑及逆境信號(hào)應(yīng)答過(guò)程[23-24]，其中，6-磷酸葡萄糖脫氫酶(G-6-PDH)和6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶(6-PGDH)是該途徑的2個(gè)重要限制酶。林元震等[23]研究認(rèn)為，G-6-PDH的超表達(dá)能提高植株G-6-PDH酶活性，進(jìn)而提高保護(hù)酶活性與光合能力，從而增強(qiáng)植株抵御逆境的能力。以上3個(gè)呼吸代謝途徑之間彼此密切關(guān)聯(lián)，若其他途徑受限時(shí)，另一條途徑則會(huì)代替[25-28]，與該研究結(jié)果一致。

4 結(jié)論

LED補(bǔ)光條件下，磷酸果糖激酶(PFK)和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)活性均顯著降低。3 h/d的LED補(bǔ)光處理能夠提高SDH的活性，其余處理則降低SDH活性，說(shuō)明，3 h/d的LED補(bǔ)光處理能夠促進(jìn)三羧酸循環(huán)，提高黃瓜的能量供應(yīng)。G-6-PDH和6-PGDH均在3 h/d的LED補(bǔ)光條件下顯著高于其余處理，因此認(rèn)為，3 h/d的LED補(bǔ)光對(duì)黃瓜生長(zhǎng)作用效果顯著。LED補(bǔ)光后，糖酵解途徑的關(guān)鍵酶下降，而三羧酸循環(huán)和磷酸戊糖途徑的關(guān)鍵酶在3 h/d的LED補(bǔ)光條件下則升高，保障了植物的正常呼吸、生長(zhǎng)、發(fā)育和對(duì)環(huán)境的適應(yīng)。