收稿日期 2021 02 04 基金項目 江蘇高校優(yōu)勢學科建設工程資助項目 2020PAPD 作者簡介 曾玉蘭 1994 女 在讀碩士 研究方向為蔬菜栽培生理與生物技術(shù) E mail ylznjau 126 com 通信作者 E mail ylzhu njau edu cn 上海農(nóng)業(yè)學報 2022 38 6 29 35 http www nyxb sh cn Acta Agriculturae Shanghai DOI 10 15955 j issn1000 3924 2022 06 05 曾玉蘭 魯娜 高垣美智子 等 根部照光對葉用甜菜生長及光合特性的影響 J 上海農(nóng)業(yè)學報 2022 38 6 29 35 根部照光對葉用甜菜生長及光合特性的影響 曾玉蘭1 魯 娜2 高垣美智子2 王夏夏2 朱月林1 1南京農(nóng)業(yè)大學園藝學院 南京210095 2千葉大學環(huán)境健康田間科學中心 千葉縣277 0882 摘 要 通過研究根部照光對葉用甜菜 Beta vulgaris L cv Baby leaf 生長發(fā)育 光合特性和營養(yǎng)品質(zhì)的影 響 旨在為植物工廠條件下葉用甜菜生產(chǎn)的光照模式優(yōu)化提供依據(jù) 本試驗設置不同的根部照光光強度 光量 子通量密度 PPFD 分別設置為0 30 mol m 2 s 1 60 mol m 2 s 1 90 mol m 2 s 1 其中光強度0為對 照 CK 結(jié)果表明 在根部照光60 mol m 2 s 1條件下 葉片中葉綠素和花青素含量顯著高于對照 根部照光 90 mol m 2 s 1處理下葉片凈光合速率顯著高于對照 對根部照光60 mol m 2 s 1和90 mol m 2 s 1處理 顯著提高了植株生物量和葉片蒸騰速率 降低了細胞間CO2濃度 根部照光30 mol m 2 s 1 60 mol m 2 s 1 和90 mol m 2 s 1條件下 葉片總酚含量和抗氧化活性顯著高于對照 根長度顯著低于對照 以上結(jié)果顯示 根部照光處理可顯著提高葉用甜菜植株的生物量和總抗氧化能力 該研究為植物工廠內(nèi)葉用甜菜生產(chǎn)的光照模 式提供了新的思路 關(guān)鍵詞 葉用甜菜 光感受器 LED 根部照光 生物量 營養(yǎng)品質(zhì) 中圖分類號 S566 3 文獻標志碼 A 文章編號 1000 3924 2022 06 029 07 Effects of root illumination on the growth and photosynthetic characteristics of leaf beet ZENG Yulan1 LU Na2 TAKAGAKI Michiko2 WANG Xiaxia2 ZHU Yuelin1 1 College of Horticulture Nanjing Agricultural University Nanjing 210095 China 2 Center for Environment Health and Field Science Chiba University Chiba 277 0882 Japan Abstract The effects of root illumination on the growth photosynthetic characteristics and nutritional quality of the leaf beet Beta vulgaris L cv Baby leaf were studied for providing the basis for the optimization of the lighting mode of leaf beet production under plant factory conditions In this experiment the root illumination intensities of PPFD 0 30 mol m 2 s 1 60 mol m 2 s 1 90 mol m 2 s 1 were designed by taking PPFD 0 as the control Compared with the control the following results were obtained The contents of chlorophyll and anthocyanin in the leaves under root illumination at PPFD 60 mol m 2 s 1 were significantly increased The net photosynthetic rate of the leaves under root illumination at PPFD 90 mol m 2 s 1 was significantly enhanced The biomass of plants and leaf transpiration rate were significantly elevated and the intercellular CO2 concentration was significantly reduced under root illumination at PPFD 60 mol m 2 s 1 and 90 mol m 2 s 1 The total phenols content and antioxidant activity in the leaves were significantly increased and the root length was significantly reduced under root illumination at PPFD 30 mol m 2 s 1 60 mol m 2 s 1 and 90 mol m 2 s 1 The above results indicated that the biomass and antioxidant capacity of the leaf beet plants can be improved by root illumination The present study provides a novel idea for the lighting mode of leaf beet production in the plant factory Key words Leaf beet Photoreceptor LED Root illumination Biomass Nutritional quality 曾玉蘭等 根部照光對葉用甜菜生長及光合特性的影響 葉用甜菜為藜科甜菜屬二年生蔬菜 又名菜用甜菜 紫菠菜 是栽培甜菜的一個變種 其葉部發(fā)達 葉片肥厚 富含多種礦物質(zhì) 還具有良好的藥用保健價值 1 已成為植物工廠內(nèi)栽培的新的葉菜類型 光作為環(huán)境信號 對植物的代謝 器官發(fā)生 形態(tài)建成和向性運動等都有較大影響 2 目前植物工廠 內(nèi)的光源主要是LED燈 具有波長特異性 使用壽命長 發(fā)熱少等優(yōu)點 3 在植物工廠內(nèi)蔬菜生產(chǎn)中可獲 得安全穩(wěn)定的產(chǎn)品 但由于高密度栽培 植物易受到上部或鄰近植株葉片的遮擋影響 導致外部或下部葉 片接受光照不足 造成減產(chǎn) 4 因此 在植物工廠栽培條件下 改進LED光照模式對提高蔬菜產(chǎn)量具有重 要意義 Salisbury等 5 及Warnasooriya等 6 的研究表明 自然條件下根能夠感應光照 導致編碼光感受器的基 因 信號組件及一些生物鐘模塊在根中表達 Mo等 7 報道了一些光合蛋白 如RUS1 RUS2 僅在根中被 發(fā)現(xiàn) 此外 光敏色素 隱花色素及光蛋白存在根中并賦予根對光的感知和響應能力 8 9 將擬南芥的根 暴露在光下會引起整個幼苗的應激反應 10 因此 研究根部感應的光信號向地上部的傳導機制對于闡明 植物根系的感光響應具有重要意義 本研究通過對植物工廠內(nèi)栽培的葉用甜菜利用LED燈進行根部照 光 探討根部照光對其生長指標 光合參數(shù)及營養(yǎng)品質(zhì)的影響 旨在為減輕植物工廠內(nèi)葉用甜菜中下部葉 片相互遮蔽的問題提供一定的解決措施 并為植物工廠葉用甜菜生產(chǎn)中光照模式的優(yōu)化提供新的思路 1 材料與方法 1 1 試驗材料 供試材料為葉用甜菜 Beta vulgaris L cv Baby leaf 種子購自日本Nakahara種苗公司 光源為植物 工廠專用的薄板式的LED燈 Flexible LED sheet HLU E0 N23 Dai Nippon Printing Co Ltd Japan 可調(diào) 節(jié)光照強度 根部光源為同一種型號的LED燈 使用光譜儀 Lighting Passport Pro Standard AsenseTek Taiwan China 實際測定獲得的有效光譜見圖1 0 708 7 0 637 8 0 567 0 0 496 1 0 425 2 0 354 3 0 283 5 0 212 6 0 141 7 0 070 9 0 1 0 0 9 0 8 0 7 0 6 0 5 0 4 0 3 0 2 0 1 0 波 長 nm P P F D 相 對 強 度 380 450 460 500 540 580 620 660 700 740 780 圖1 模擬太陽輻射燈的有效光譜圖 Fig 1 The effective spectrum of the light source 1 2 試驗方法 試驗于2020年5月至9月在日本千葉大學植物工廠內(nèi)進行 播種前準備5個播種盤 長 寬 高 22 5 cm 14 5 cm 4 5 cm 每個播種盤內(nèi)放置40個海綿塊 海綿塊的大小為 長 寬 高 2 3 cm 2 3 cm 2 7 cm 挑選大小一致 子粒飽滿 無損傷的葉用甜菜種子 在30 的水溫下浸泡4 h 后 播種在吸足營養(yǎng)液的海綿塊上 每個海綿塊播1粒種子 每個播種盤播種40粒 將播種盤放置于植物 工廠內(nèi)的栽培架上 每隔2 d用噴壺噴灑營養(yǎng)液保持海綿濕潤 使用日本大塚配方營養(yǎng)液 11 電導率 EC 為 2 0 2 dS m 1 12 室溫為22 18 白天 夜晚 相對濕度為50 60 黑暗催芽3 d 后 提供光照 光合光量子通量密度 PPFD 為 250 10 mol m 2 s 1 光周期為16 h 8 h 光照 黑暗 待主根長至4 5 cm 挑選長勢一致的幼苗移植到4個放置在植物工廠內(nèi)特制的透明栽培箱 長 寬 高 34 5 cm 20 5 cm 10 5 cm 栽培箱放置在不銹鋼的支架上 其下方15 cm處安裝可調(diào)節(jié)光強的 LED燈 從下往上朝著根系的方向進行光照射 稱為根部照光 在栽培箱及不銹鋼支架的縱側(cè)面用錫箔 紙進行圍擋 以防止光線的散射 圖2 控制植物工廠的環(huán)境條件如下 溫度23 19 光期 暗期 相對濕度為 55 5 光周期為16 h 8 h 光照 黑暗 上部光照強度為 160 10 mol m 2 s 1 CO2 03 上 海 農(nóng) 業(yè) 學 報 濃度為400 mg L EC為 2 0 2 dS m 1 pH為 6 5 0 2 葉用甜菜栽培時使用的營養(yǎng)液配方及濃度 與育苗相同 用氣泵進行連續(xù)通氣 每3 d更換一次營養(yǎng)液 先進行一次預備試驗后 再進行正式的試驗 調(diào)光器 null 轉(zhuǎn)換器 定時器 nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnull nullnull null 調(diào)光器 nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnull nullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnull nullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnull nullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnull nullnull nullnullnullnull 調(diào)光器 null null null null null null null null nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnull nullnull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnull nullnull null null null null nullnullnullnull 調(diào)光器 null null null null null null 圖A B C D分別表示根部照光PPFD 0 CK 30 mol m 2 s 1 60 mol m 2 s 1 90 mol m 2 s 1 圖2 葉用甜菜根部照光的模式圖 Fig 2 The schematic diagram of root illumination for leaf beet 試驗采用單因素隨機區(qū)組設計 設定根部照光處理分別為PPFD 0 CK 30 mol m 2 s 1 60 mol m 2 s 1 90 mol m 2 s 1 處理時間為植株移植后的整個生長期共32 d 使用光量子測定儀 將光傳感器朝下 測定透過栽培箱底面的根部光強 每個處理11株 2次重復 定植32 d后進行隨機取 樣 13 分別選取5株進行生長及生理指標的測定與分析 1 3 測定方法 1 3 1 生長指標的測定 使用電子天平測定地上部 地下部鮮重 將各處理試驗樣本依次放至棕色信封內(nèi) 做好標記 然后將 其放到80 的烘箱中 5 d后分別測定干重 使用葉面積測定儀 LI 300 Li Cor Inc USA 測定植株葉面 積 用卷尺測量株高 從莖基部至生長點 根長度 用游標卡尺測量肉質(zhì)根長及直徑 1 3 2 光合參數(shù)的測定 收獲前2 d對從外至內(nèi)第3片完全展開葉進行光合參數(shù)的測定 利用便攜式光合作用測定系統(tǒng) Li 6400XT Li Cor Inc USA 測定植株的凈光合速率 Pn 氣孔導度 Gs 胞間CO2濃度 Ci 和蒸騰速率 Tr 在測定過程中葉室內(nèi)的溫度為20 相對濕度為50 PPFD 160 mol m 2 s 1 CO2濃度 為400 mg L 1 3 3 色素含量的測定 葉綠素含量采用N N 二甲基甲酰胺法測定 14 花青素含量使用花青素含量測定儀ACM 200 plus OPTI sciences Winn Avenue USA 測定 15 1 3 4 總酚 硝酸鹽含量和抗氧化活性的測定 分別稱取1 g葉用甜菜葉片及葉柄 采用福林酚法測定總酚含量 16 稱取1 g葉用甜菜葉片 加入30 mL ddH2O將其粉碎后過濾 取濾液 使用RQ Flex plus反射儀 Merck Darmstadt Germany 進行硝酸鹽含量測定 17 13 曾玉蘭等 根部照光對葉用甜菜生長及光合特性的影響 分別稱取1 g葉用甜菜葉片及葉柄 采用DPPH法測定抗氧化活性 18 1 4 統(tǒng)計分析 試驗數(shù)據(jù)用平均值 標準差 n 5 表示 采用SPSS統(tǒng)計軟件進行Tukey s多重比較及差異顯著性 分析 P 0 05表示差異顯著 使用Excel軟件進行數(shù)據(jù)處理和作圖 2 結(jié)果與分析 2 1 根部不同光強照射對葉用甜菜生長指標的影響 根部不同光強照射對葉用甜菜生長差異顯著 如表1所示 地上部鮮重在根部光處理下均有不同程 度的增加 較對照分別增加了23 2 46 5 51 5 其中在60 mol m 2 s 1 90 mol m 2 s 1時顯 著高于對照 處理間也存在顯著差異 根部光處理90 mol m 2 s 1顯著高于根部照光 30 mol m 2 s 1 在不同根部光處理下地上部干重 植株葉面積和地上部鮮重具有相類似的趨勢 株 高和側(cè)根數(shù)量在根部照光30 mol m 2 s 1 60 mol m 2 s 1和90 mol m 2 s 1下顯著高于對照 處 理間無顯著差異 根部干重 肉質(zhì)根直徑在根部照光90 mol m 2 s 1時顯著高于對照 在葉片數(shù) 根部 鮮重 肉質(zhì)根根長方面處理間差異均不顯著 根部照光不利于根系伸長 處理間與對照比差異顯著 表2 葉用甜菜鮮重 干重 葉面積及肉質(zhì)根直徑隨根部光強的增加而增加 在根部照光90 mol m 2 s 1 時達到最大值 表1 根部不同光強照射對葉用甜菜地上部生長的影響 Table 1 Effects of different root illumination intensity on the shoot growth of leaf beet 處理 mol m 2 s 1地上部鮮重 g地上部干重 g株高 cm葉片數(shù)葉面積 cm2 0 CK 12 01 0 5 c 0 62 0 0 c 23 03 0 9 b 11 41 0 2 a 152 52 13 8 c 30 15 63 2 5 bc 0 90 0 1 bc 25 81 1 0 a 11 42 0 6 a 216 92 42 4 bc 60 22 42 2 5 ab 1 24 0 1 ab 26 14 0 6 a 12 02 0 2 a 302 94 26 5 ab 90 24 74 3 6 a 1 41 0 2 a 26 32 0 6 a 12 01 0 2 a 363 91 50 1 a 注 同列數(shù)據(jù)不同小寫字母表示差異顯著 P 0 05 表2 根部不同光強照射對葉用甜菜根部生長的影響 Table 2 Effects of different root illumination intensity on the root growth of leaf beet 處理 mol m 2 s 1根鮮重 g根干重 g根長 cm側(cè)根數(shù)肉質(zhì)根長 mm肉質(zhì)根直徑 mm 0 CK 2 11 0 2 a 0 12 0 02 b 36 24 3 8 a 44 67 b 25 21 1 8 a 6 61 0 6 b 30 2 22 0 3 a 0 14 0 01 b 20 23 2 5 b 75 33 a 27 24 2 6 a 7 83 1 1 ab 60 2 62 0 2 a 0 21 0 02 ab 21 22 6 3 b 80 38 a 29 60 2 3 a 9 44 1 2 ab 90 3 04 0 5a 0 24 0 04 a 24 71 3 3 b 91 67 a 25 62 2 7 a 9 91 1 1 a 注 同列數(shù)據(jù)不同小寫字母表示差異顯著 P 0 05 b b ab a 6 5 4 3 2 1 0 根 部 不 同 光 照 強 度 mol m 2 s 1 P n m o l m 2 s 1 30 60 900 CK A a b a a 6 5 4 3 2 1 0 根 部 不 同 光 照 強 度 mol m 2 s 1 G s m o l m 2 s 1 30 60 900 CK B a ab bc c 300 250 200 150 100 50 0 根 部 不 同 光 照 強 度 mol m 2 s 1 C i m o l m 2 s 1 30 60 900 CK C b b a a 0 7 0 6 0 5 0 4 0 3 0 2 0 1 0 根 部 不 同 光 照 強 度 mol m 2 s 1 T r m o l m 2 s 1 30 60 900 CK D P n null null null null null null null null null null null null 根部不同光照強度null nullnullnullnullnull nullnull nullnull nullnull G s null null null null null null null null null null null null 根部不同光照強度null nullnullnullnullnull nullnull nullnull nullnull C i null null null null null null null null null null null null 根部不同光照強度null nullnullnullnullnull nullnull nullnull nullnull T r null null null null null null null null null null null null 根部不同光照強度null nullnullnullnullnull nullnull nullnull nullnull 處理之間不同的小寫字母表示差異顯著 P 0 05 圖3 根部不同光強照射對葉用甜菜葉片光合參數(shù)的影響 Fig 3 Effects of different root illumination intensity on photosynthetic parameters of leaf beet 2 2 根部不同光強照射對葉用甜菜葉片光合作用的影響 根部照光90 mol m 2 s 1葉片凈光合速率提高了19 5 其他根部照光處理與對照無顯著差異 圖3A 根部光處理下葉片氣孔導度與對照相比差異不顯著 圖3B 胞間CO2濃度在根部照光 60 mol m 2 s 1 90 mol m 2 s 1顯著低于對照 在30 mol m 2 s 1處理下與對照相比差異不顯著 23 上 海 農(nóng) 業(yè) 學 報 圖3C 葉片蒸騰速率在根部照光60 mol m 2 s 1 90 mol m 2 s 1顯著高于對照處理 30 mol m 2 s 1與對照無顯著差異 圖3D 2 3 根部不同光強照射對葉用甜菜葉綠素和花青素含量的影響 如表3所示 根部光處理增加了葉用甜菜葉片中總?cè)~綠素含量 分別比對照增加14 4 23 9 5 1 并在根部照光60 mol m 2 s 1顯著高于對照 葉綠素a含量與總?cè)~綠素變化趨勢一致 各處理 葉綠素b含量與對照無顯著差異 根部光處理使葉綠素a與葉綠素b的比值增大 在根部照光 90 mol m 2 s 1時顯著高于對照 根部照光60 mol m 2 s 1顯著增加了葉片花青素含量 其他根部 光照處理與對照相比無顯著差異 處理間根部照光60 mol m 2 s 1 90 mol m 2 s 1與根部光照 30 mol m 2 s 1存在顯著差異 表3 根部不同光照強度對葉用甜菜葉片葉綠素和花青素含量的影響 Table 3 Effects of different root illumination intensity on the content of chlorophyll and anthocyanin in leaf beet 處理 mol m 2 s 1 葉綠素a含量 g mg 1 葉綠素b含量 g mg 1 總?cè)~綠素含量 g mg 1 葉綠素a 葉綠素b 花青素含量指數(shù) ACI 0 CK 0 52 0 02 b 0 21 0 01 ab 0 72 0 03 b 2 48 b 11 15 1 20 bc 30 0 60 0 04 ab 0 24 0 01 a 0 84 0 05 ab 2 50 b 8 99 0 60 c 60 0 69 0 05 a 0 25 0 02 a 0 94 0 07 a 2 71 b 14 29 0 94 a 90 0 58 0 02 ab 0 18 0 01 b 0 76 0 03 ab 3 29 a 11 90 0 76 ab 注 同列數(shù)據(jù)不同小寫字母表示差異顯著 P 0 05 2 4 根部不同光強照射對葉用甜菜總酚 硝酸鹽含量和抗氧化活性的影響 根部光處理下葉用甜菜葉片中總酚含量隨根部光照強度的增加而增加 分別比對照增加37 0 42 6 50 0 在根部照光30 mol m 2 s 1 60 mol m 2 s 1 90 mol m 2 s 13個處理間差異不顯 著 根部照光也增加了葉柄中的總酚含量 分別比對照提高26 0 22 8 37 9 并在根部照光 90 mol m 2 s 1時顯著高于對照 其他處理與對照比無顯著差異 圖4A 葉片及葉柄中的抗氧化活性 與總酚含量變化趨勢一致 圖4B 根部光處理降低了葉片中硝酸鹽含量 但與對照相比差異不顯著 圖 4C b b a ab ab a a a 葉 片A 葉 柄 2 0 1 5 1 0 0 5 0 總 酚 含 量 m g g 1 F W 根 部 不 同 光 照 強 度 mol m 2 s 1 30 60 900 CK b b a ab ab a a a 葉 片B 葉 柄 0 9 0 8 0 7 0 6 0 5 0 4 0 3 0 2 0 1 0 抗 氧 化 活 性 m g g 1 F W 根 部 不 同 光 照 強 度 mol m 2 s 1 30 60 900 CK a a a a 葉 片C 葉 柄 4 0 3 5 3 0 2 5 2 0 1 5 1 0 0 5 0 硝 酸 鹽 含 量 m g g 1 F W 根 部 不 同 光 照 強 度 mol m 2 s 1 30 60 900 CK 總 酚 含 量 null null null null null null null null null 根部不同光照強度null nullnullnullnullnull nullnull nullnull nullnull 抗 氧 化 活 性 null null null null null null null null null 根部不同光照強度null nullnullnullnullnull nullnull nullnull nullnull 硝 酸 鹽 含 量 null null null null null null null null null 根部不同光照強度null nullnullnullnullnull nullnull nullnull nullnull 處理間不同的小寫字母表示差異顯著 P 0 05 圖A和B的顯著性差異分析是在同一類材料進行 圖4 根部不同光強照射對葉用甜菜總酚含量 抗氧化活性及硝酸鹽含量的影響 Fig 4 Effects of different root illumination intensity on the content of total phenols antioxidant activity and nitrate in leaf beet 3 結(jié)論與討論 根中存在的光感受器有光敏色素 隱花色素 UVR8和一些光蛋白 光感受器的基因可以在根細胞中 表達 并且可以通過直接根部照光來激活 6 其中光敏色素是光譜中紅光 遠紅光 660 nm 730 nm 的主 要受體 光敏色素家族成員PhyA和PhyB含量提高可以增加作物產(chǎn)量 19 Robson等 20 研究表明煙草中 PhyA的過量表達對煙草田間生長發(fā)育情況作用顯著 從根本上改變煙草的植株結(jié)構(gòu)和收獲指數(shù)從而提高 其產(chǎn)量 Hernan等 21 通過基因工程技術(shù)將擬南芥PhyB基因轉(zhuǎn)入到馬鈴薯中 增加了馬鈴薯塊莖的重 量 本試驗研究結(jié)果顯示 根部照光使葉用甜菜單株產(chǎn)量增加 其中地上部干鮮重 在根部照光 60 mol m 2 s 1 90 mol m 2 s 1處理下顯著高于對照 這反映在葉用甜菜葉面積大小方面 植株葉面 積在根部照光60 mol m 2 s 1 90 mol m 2 s 1處理下同樣顯著高于對照 表1 植株地上部葉面積 33 曾玉蘭等 根部照光對葉用甜菜生長及光合特性的影響 越大 植株干鮮重就越大 22 另一方面 根部照光可能使根中存在的光敏色素向地上部運輸 導致葉片中 光敏色素含量增加 從而提高了葉用甜菜的生物量 有研究表明 PhyA和PhyB可以改善地上部葉片的 遮蔽作用 23 24 這對葉用甜菜中下部葉片在弱光情況下光合利用率增加具有積極意義 本試驗中 根部 照光雖然不利于葉用甜菜根系的伸長 但側(cè)根數(shù)增加 表2 與Silva Navas等 25 采用D Root系統(tǒng)對擬南 芥根部照光結(jié)果相一致 根部照光通過增加側(cè)根數(shù)來增大根系對營養(yǎng)液的吸收面積以滿足地上部生長 需求 植物葉片光合參數(shù)和光合色素含量是光合作用的基礎 通過對葉片光合氣體交換參數(shù)和光合色素含 量的分析 可以了解植物葉片對光能的吸收和利用效率 26 27 如果胞間CO2濃度與光合速率呈正相關(guān) 即光合速率增加是由胞間CO2濃度升高引起 則光合速率增加是由氣孔因素導致 如果兩者呈現(xiàn)負相關(guān) 說明光合速率增加是葉肉細胞光合活性增大的結(jié)果 即胞間CO2濃度降低是葉肉細胞光合活性增大引起 光合速率增加的結(jié)果 則光合速率增加是由非氣孔因素誘導 28 30 本試驗中 葉片凈光合速率在根部照 光60 mol m 2 s 1 90 mol m 2 s 1時得到提高 圖3A 由于處理間與對照相比氣孔導度均無顯著 差異 圖3B 同時胞間CO2濃度在凈光合速率增加時顯著降低 圖3C 說明根部照光處理引起光合速 率升高的主要原因是由非氣孔因素導致的 根部照光增加了葉片葉綠素含量 表3 可能是植株通過自 身的調(diào)節(jié)機制 如葉片組織液濃縮 或反饋作用來提高葉綠素合成速率 以提高葉片單位面積的葉綠素含 量 從而維持植株生長所需要的能量 31 根部照光還增加了葉綠素a與b的比值 表3 進一步說明根 部照光使葉片對光能的利用率得到提高 32 最終導致葉用甜菜的生物量增加 花青素是一種具有天然生物活性的植物色素 在營養(yǎng)器官中的合成和積累對植物適應和抵抗惡劣的 環(huán)境條件至關(guān)重要 它可以增強植物對多種生物脅迫和非生物脅迫的抵抗能力 33 根部照光 60 mol m 2 s 1顯著增加了葉用甜菜葉片花青素含量 圖4 A 這與Silva Navas等 25 的結(jié)果相一致 酚類物質(zhì)是蔬菜中的次生代謝產(chǎn)物 具有較好的抗氧化性 同時也是公認的普遍存在于植物中的一類重 要防御物質(zhì) 34 大量研究表明 總酚含量與抗氧化活性之間存在一定的相關(guān)性 孫海龍等 35 采用DPPH 自由基清除法 ABTs自由基清除法和FRAP法3種抗氧化能力評價方法測定李 Prunus spp 果皮的抗氧 化能力 結(jié)果表明 李果皮總酚含量與抗氧化能力均呈顯著正相關(guān) 本試驗中 總酚含量與總抗氧化活性 變化趨勢一致 葉片與葉柄中總酚含量和抗氧化能力隨根部照光光強的增強而增加 且都在根部照光 90 mol m 2 s 1下達到最大值 圖4A 圖4B 故增加根部光照強度可以增加葉片及葉柄中總酚含量 這是抗氧化系統(tǒng)中的抗氧化酶和非酶抗氧化物保護植物免受環(huán)境條件所造成氧化脅迫 36 酚類化合物總 含量的提高是葉用甜菜適應環(huán)境變化的重要措施 也是抗氧化活性顯著增加的原因之一 綜上所述 根部照光可以緩解植物工廠內(nèi)葉用甜菜栽培的葉片遮擋作用 促進植株生長 還可以通過 提高花青素 總酚含量來提升其總的抗氧化能力 從而提高產(chǎn)量及營養(yǎng)品質(zhì) 這為在植物工廠條件下葉 用甜菜栽培的光照模式優(yōu)化提供了一定的參考價值 參 考 文 獻 1 田玉肖 黃玉婷 張芬 等 紅柄葉用甜菜主要營養(yǎng)成分及抗氧化能力分析 J 核農(nóng)學報 2018 32 10 1984 1991 2 KAMI C LORRAIN S HORNITSCHEK P et al Light regulated plant growth and development J Current Topics in Developmental Biology 2010 91 29 66 3 夏鵬云 彭穎 LED在植物組織培養(yǎng)中的應用 J 現(xiàn)代園藝 2013 14 150 152 4 TERASHIMA I ARAYA T MIYAZAWA S I et al Construction and maintenance of the optimal photosynthetic systems of the leaf herbaceous plant and tree an eco developmental treatise J Annals of Botany 2005 95 3 507 519 5 SALISBURY F J HALL A GRIERSON C S et al Phytochrome coordinates Arabidopsis shoot and root development J The Plant Journal 2007 50 3 429 438 6 WARNASOORIYA S N MONTGOMERY B L Spatial specific regulation of root development by phytochromes in Arabidopsis thaliana J Plant Signaling Behavior 2011 6 12 2047 2050 7 MO M YOKAWA K WAN Y et al How and why do root apices sense light under the soil surface J Frontiers in Plant Science 2015 6 775 8 KISS J Z MULLEN J L CORRELL M J et al Phytochromes A and B mediate red light induced positive phototropism in roots J Plant Physiology 2003 131 3 1411 1417 9 SOMERS D E QUAIL P H Temporal and spatial expression patterns of PHYA and PHYB genes in Arabidopsis J The Plant Journal for Cell 43 上 海 農(nóng) 業(yè) 學 報 and Molecular Biology 1995 7 3 413 427 10 YOKAWA K KAGENISHI T BALUSKA F Root photomorphogenesis in laboratory maintained Arabidopsis seedlings J Trends in Plant Science 2013 18 3 117 119 11 徐宏佳 孫錦 魯娜 等 葉面噴施亞精胺對根部高溫脅迫下生菜生長及光合特性的影響 J 上海農(nóng)業(yè)學報 2017 33 3 48 53 12 任元剛 葉用甜菜管道深液流水培技術(shù) J 現(xiàn)代農(nóng)業(yè) 2010 12 52 13 于淑玲 葉用甜菜的周年栽培管理 J 特種經(jīng)濟動植物 2010 13 1 43 14 ZHANG G SHEN S Q TAKAGAKI M et al Supplemental upward lighting from underneath to obtain higher marketable lettuce Lactuca sativa leaf fresh weight by retarding senescence of outer leaves J Frontiers in Plant Science 2015 6 1110 15 徐文碩 植物工廠不同LED光照模式對生菜幼苗生長及光合特性的影響 D 南京 南京農(nóng)業(yè)大學 2017 16 SINGLETON V ROSSI J A Colorimetry of total phenolics with phosphomolybdic phosphotungstic acid reagents J American Journal of Enology and Viticulture 1964 16 3