核農(nóng)學(xué)報(bào) 2024 38 9 1814 1821 Journal of Nuclear Agricultural Sciences 早稻幼苗生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)不同波長(zhǎng)藍(lán)光的響應(yīng) 陳 杏 1 4 張曉娟 2 4 唐承柱 1 4 周 智 2 3 4 夏 茂 3 4 劉紅梅 1 1 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院 湖南 長(zhǎng)沙 410128 2 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)生物科學(xué)技術(shù)學(xué)院 湖南 長(zhǎng)沙 410128 3 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 湖南 長(zhǎng)沙 410128 4 湖南省光學(xué)農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心 湖南 長(zhǎng)沙 410128 摘 要 為確定適合早稻工廠化育秧的藍(lán)光二極管 LED 最佳補(bǔ)光波長(zhǎng) 以白光LED為對(duì)照 CK 設(shè)置 T1 400 nm T2 420 nm T3 450 nm 3種波長(zhǎng)藍(lán)光處理 研究不同波長(zhǎng)藍(lán)光對(duì)湘早秈24號(hào)幼苗生長(zhǎng)發(fā) 育的影響 結(jié)果表明 3種波長(zhǎng)藍(lán)光均能加快水稻幼苗的生長(zhǎng) 較CK顯著降低了幼苗株高和丙二醛含 量 T3處理幼苗的葉面積 根長(zhǎng)和壯苗指數(shù)最大 分別較CK增加14 04 53 45 和60 00 與CK相 比 T3處理幼苗的葉綠素 a b 可溶性糖 淀粉 可溶性蛋白和脯氨酸含量分別增加37 81 59 76 68 80 106 41 和38 54 此外 T3處理幼苗的氣孔密度較CK顯著增加55 22 同時(shí)也增強(qiáng)了幼 苗的根系吸收能力和抗逆能力 使植株生長(zhǎng)更健壯 綜上 T3可作為早稻工廠化育秧的較佳補(bǔ)充光源 本研究結(jié)果為確立水稻工廠化育秧的精準(zhǔn)補(bǔ)光技術(shù)提供了理論依據(jù) 關(guān)鍵詞 早稻 藍(lán)光 精準(zhǔn)補(bǔ)光 工廠化育秧 DOI 10 11869 j issn 1000 8551 2024 09 1814 水稻 Oryza sativa L 是世界主要糧食作物之一 1 為激發(fā)水稻種植的積極性 穩(wěn)定或增加種植面積 工廠 化集中育秧和機(jī)械移栽已成為水稻生產(chǎn)的趨勢(shì) 2 工 廠化育秧通過對(duì)水稻秧苗生長(zhǎng)環(huán)境的精準(zhǔn)調(diào)控 突破 了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的局限 有利于水稻栽培的可持續(xù)發(fā)展 3 在水稻工廠化育秧時(shí) 需要人工補(bǔ)光來彌補(bǔ)自然光的 不足 因此 探索適宜的補(bǔ)光光譜以進(jìn)行壯秧培育具 有重要意義 水稻工廠化育秧時(shí) 通過選定適宜的光譜波段補(bǔ) 光可促進(jìn)植株發(fā)育和目標(biāo)代謝物的生物合成 4 發(fā)光 二極管 light emitting diode LED 對(duì)工廠化育秧具有重 要作用 5 光質(zhì)可調(diào)節(jié)植物的光合作用和光形態(tài)發(fā)生 等一系列生理生化過程 是影響植物生長(zhǎng)發(fā)育的重要 光參數(shù) 6 藍(lán)光是植物所接受的主要光譜之一 對(duì)植 物的生長(zhǎng)發(fā)育有重要影響 如藍(lán)光可顯著降低植物株 高 促進(jìn)可溶性蛋白含量和壯苗指數(shù)的增加 7 對(duì)葉綠 體發(fā)育和葉綠素形成具有重要作用 8 但目前在其波 長(zhǎng)的篩選方面尚缺少研究 適宜的藍(lán)光補(bǔ)光光譜尚不 明確 屈成等 7 在研究不同LED紅藍(lán)光質(zhì)比對(duì)水稻幼 苗生長(zhǎng)和生理特性的影響時(shí) 采用的藍(lán)光LED主波長(zhǎng) 為457 nm 劉萍等 9 在進(jìn)行LED補(bǔ)光對(duì)水稻秧苗素質(zhì) 及其生理特征和產(chǎn)量的影響試驗(yàn)時(shí) 采用的藍(lán)光LED 發(fā)射主波長(zhǎng)為460 nm 基于此 本試驗(yàn)采用4種光質(zhì) 處理 探究不同波長(zhǎng)藍(lán)光對(duì)水稻秧苗素質(zhì) 光合特性和 生理特性的影響 以期為水稻工廠化育秧的精準(zhǔn)補(bǔ)光 技術(shù)提供參考 1 材料與方法 1 1 試驗(yàn)材料 以常規(guī)秈稻品種湘早秈24號(hào)為試驗(yàn)材料 種子由 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻科學(xué)研究所提供 試驗(yàn)光源為新型 LED植物生長(zhǎng)燈 由廣東省東莞市立德達(dá)光電科技有 限公司提供 1 2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 共設(shè)置4個(gè)處理 分別為白光對(duì)照 CK 400 nm藍(lán) 光 T1 420 nm藍(lán)光 T2 和450 nm藍(lán)光 T3 采用定 時(shí)器控制光照時(shí)間為8 00 20 00 光周期為12 h d 1 光強(qiáng)為 250 5 mol m 2 s 1 LED燈距離種子30 cm 試驗(yàn)于2023年4月進(jìn)行 選取無病蟲害 飽滿程度 文章編號(hào) 1000 8551 2024 09 1814 08 收稿日期 2023 11 09 接受日期 2024 03 04 基金項(xiàng)目 湖南省重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目 2022NK2044 望城科技計(jì)劃項(xiàng)目 KJ221017 湖南省科技創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目 2022WZ1022 作者簡(jiǎn)介 陳杏 女 主要從事作物生長(zhǎng)光調(diào)控研究 E mail 1634409396 通訊作者 夏茂 男 教授 主要從事發(fā)光材料設(shè)計(jì) 制備及作物光環(huán)境調(diào)控研究 E mail xiamao2019 劉紅梅 女 副教授 主要從事作物生理與分子生物學(xué) 作物品質(zhì)研究 E mail liuhongmei 同為通訊作者 1814 9 期 早稻幼苗生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)不同波長(zhǎng)藍(lán)光的響應(yīng) 一致的水稻種子 用5 次氯酸鈉溶液浸泡消毒20 min 用自來水反復(fù)洗滌3 4次 然后在室溫蒸餾水中浸泡 24 h 在37 恒溫烘箱中催芽12 h 種子露白后 將其 均勻地播于96孔板上 每孔1粒 3次重復(fù) 后放入植 物光學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行水培 先用蒸餾水緩苗2 d 后用營(yíng) 養(yǎng)液培養(yǎng) 營(yíng)養(yǎng)液成分參照國(guó)際水稻研究所水稻營(yíng)養(yǎng) 液配方 10 每3 d更換一次營(yíng)養(yǎng)液 培養(yǎng)25 d 環(huán)境溫 度 25 2 相對(duì)濕度80 5 1 3 測(cè)定項(xiàng)目與方法 1 3 1 農(nóng)藝性狀的測(cè)定 于補(bǔ)光第25天 每處理隨 機(jī)選取長(zhǎng)勢(shì)均勻的健康幼苗30株 用流水沖洗根系備 用 主莖葉數(shù)為當(dāng)時(shí)的葉齡 用小數(shù)點(diǎn)后一位表示 用直尺和游標(biāo)卡尺分別測(cè)量植株高度和莖基寬度 用 萬(wàn)分之一電子天平測(cè)量幼苗的鮮重和干重 使用LA S植物圖像分析儀 杭州萬(wàn)深檢測(cè)科技有限公司 獲取 葉片和根系參數(shù)數(shù)據(jù) 按照公式 1 和 2 分別計(jì)算壯 苗指數(shù)和比葉重 壯苗指數(shù) 莖基寬 株高 地下部干重 地上部干重 全株干重 1 比葉重 單葉干重 單葉面積 2 1 3 2 生理指標(biāo)的測(cè)定 使用葉夾暗處理葉片20 min 用FP110手持式葉綠素?zé)晒鈨x 捷克Photon Systems Instruments公司 測(cè)量幼苗的葉綠素?zé)晒鈪?數(shù) 采用乙醇法測(cè)定葉綠素含量 考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定 可溶性蛋白含量 蒽酮法測(cè)定可溶性糖和淀粉含量 非 結(jié)構(gòu)性碳水化合物含量為兩者之和 硫代巴比妥酸法 測(cè)定丙二醛含量 茚三酮法測(cè)定脯氨酸含量 甲烯藍(lán)法 測(cè)定根系吸收能力 超氧化物歧化酶 過氧化物酶和過 氧化氫酶活性分別采用氮藍(lán)四唑法 愈創(chuàng)木酚法 紫外 吸收法測(cè)定 11 1 3 3 氣孔性狀的測(cè)定 選擇無損傷且具有代表性 的葉片 垂直于主葉脈剪取試驗(yàn)材料 用70 的酒精 洗滌約5 min 以去除滲入組織的固定液 然后將樣品 放入脫硅劑 蒸餾水 氫氟酸 9 1 中 在80 烘箱中 保溫5 h 然后刮制 刮制時(shí) 將葉片放在干凈光滑的 臺(tái)面上用刀片輕柔往復(fù)刮 直至觀察到葉片透明度高 紋路清晰可見 紋路之間區(qū)域無斑點(diǎn) 斑塊或損傷 即 完成刮制 刮出的切片按75 85 95 無水酒 精的順序逐級(jí)脫水 然后用1 甲苯胺藍(lán)染色1 3 min 最后 在光學(xué)顯微鏡下觀察氣孔特性 12 1 4 數(shù)據(jù)處理與分析 使用Microsoft Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與整理 IBM SPSS Statistics 26軟件進(jìn)行單因素方差分析 采用 Duncan多重比較法進(jìn)行顯著性分析 以P 0 05水平 表示差異顯著 使用Origin 2021軟件繪圖 2 結(jié)果與分析 2 1 不同波長(zhǎng)藍(lán)光對(duì)早稻幼苗農(nóng)藝性狀的影響 由表1可知 經(jīng)藍(lán)光處理后 早稻幼苗葉齡顯著高 于白光對(duì)照 且隨著波長(zhǎng)的增加而增加 T1 T2和T3 分別較CK提高10 61 10 86 和14 32 藍(lán)光處 理顯著降低了株高 且波長(zhǎng)越長(zhǎng) 降低程度越大 T1 T2和T3分別較CK降低17 94 32 19 和44 43 T3處理的莖基寬和壯苗指數(shù)顯著高于CK T1 分別較 CK T1提高12 44 和60 00 16 49 和166 67 不同處理下幼苗鮮重和干重的變化趨勢(shì)相似 以CK 處理下的幼苗鮮重和干重最大 而T1處理下的幼苗鮮 重和干重分別較CK顯著下降25 44 和31 94 降 幅大于T2 14 68 和7 50 和T3 13 44 和11 69 由表2可知 藍(lán)光處理增大了葉寬 減小了葉長(zhǎng) 以T3 處理下的葉寬和葉面積最大 分別較CK增加74 83 和14 04 T3處理下的幼苗根長(zhǎng) 根表面積分別較 CK和T1顯著增加53 45 68 25 和62 94 80 04 但與T2無顯著差異 T3處理的幼苗根體積最大 較 CK增加41 67 T1處理的根體積最小 較CK降低 14 58 表1 不同波長(zhǎng)藍(lán)光對(duì)早稻幼苗農(nóng)藝性狀的影響 Table 1 Effects of different wavelengths of blue light on agronomic traits of early rice seedlings 處理 Treatment CK T1 T2 T3 葉齡 Leaf age 3 77 0 26b 4 17 0 37a 4 18 0 31a 4 31 0 30a 株高 Plant height cm 27 93 2 51a 22 92 1 35b 18 94 2 28c 15 52 0 93d 莖基寬 Stem width mm 2 01 0 25b 1 94 0 18b 2 23 0 28a 2 26 0 31a 倒二葉鮮重 Fresh weight of the penultimate leaf mg 27 00 1 30a 22 00 2 10b 27 00 4 00a 30 00 1 90a 比葉重 Specific leaf weight mg cm 2 7 50 0 40a 6 90 0 70a 6 90 0 90a 7 30 0 70a 壯苗指數(shù) Strong seedling index 0 05 0 00b 0 03 0 00c 0 07 0 00a 0 08 0 01a 鮮重 Fresh weight mg 257 50 13 12a 192 00 13 65b 219 70 49 73ab 222 90 7 51ab 干重 Dry weight mg 124 00 1 09a 84 40 2 33c 114 70 3 97b 109 50 4 45b 注 不同小寫字母表示處理間差異顯著 P 0 05 下同 Note Different lowercase letters mean significant difference at 0 05 level among treatments The same as following 1815 核 農(nóng) 學(xué) 報(bào) 38 卷 2 2 不同波長(zhǎng)藍(lán)光對(duì)早稻幼苗光合特性的影響 2 2 1 不同波長(zhǎng)藍(lán)光對(duì)早稻幼苗葉片氣孔性狀的影 響 由圖1 2可知 與CK相比 藍(lán)光有利于早稻幼苗 葉片氣孔密度的增加 420和450 nm藍(lán)光對(duì)氣孔長(zhǎng)度 和寬度有正向作用 3種波長(zhǎng)藍(lán)光處理的幼苗葉片氣 孔密度均顯著大于CK 以T3處理最大 較CK增加 55 22 而T1與T2間無顯著差異 與CK相比 T2處 理的氣孔長(zhǎng)度顯著增加19 85 T3處理的氣孔寬度 最大 較CK增加了4 76 相反 T1處理對(duì)氣孔長(zhǎng)度 和寬度均有不利影響 兩者分別較CK降低3 66 和 5 12 氣孔密度的增加會(huì)提高光合作用效率 從而 促進(jìn)葉片對(duì)二氧化碳的吸收 更大的氣孔會(huì)導(dǎo)致更多 的水分蒸發(fā) 增加葉片蒸騰作用 但同時(shí)也會(huì)增強(qiáng)幼苗 吸收二氧化碳和水的能力 并促進(jìn)光合作用 綜上 T3處理能更有效地改善早稻幼苗葉片的氣孔性狀 提 高光合效率 從而產(chǎn)生更多的有機(jī)質(zhì) 2 2 2 不同波長(zhǎng)藍(lán)光對(duì)早稻幼苗葉綠素?zé)晒鈪?shù)和 光合色素含量的影響 由表3可知 藍(lán)光處理較CK整 體提高了早稻幼苗PS 最大光化學(xué)量子產(chǎn)量 maximum photochemical quantum yield of PS F v F m 和非光化學(xué) 猝滅 non photochemical quenching NPQ 其中 T2 和T3處理的幼苗NPQ F v F m 分別較CK顯著提高 134 78 3 82 和117 39 4 12 NPQ在T1和CK 間差異不顯著 F v F m 在T3處理下最高 各處理間的光 化學(xué)淬滅系數(shù) photochemical quenching coefficient qP 均無顯著差異 上述結(jié)果表明 藍(lán)光有利于提高早稻 幼苗PS 的光能轉(zhuǎn)換效率和光保護(hù)能力 且以T3處理 效果更為顯著 T2和T3處理的葉綠素a 葉綠素 a b 和類胡蘿卜 素含量均較CK顯著增加 且T3處理下的幼苗葉綠素 a 葉綠素 a b 和類胡蘿卜素含量均顯著高于其他處 理 其中較CK分別增加46 59 37 81 和47 35 圖1 不同波長(zhǎng)藍(lán)光處理下早稻幼苗葉片的切片圖 Fig 1 Leaf slices of early rice seedlings under different wavelengths of blue light treatments 表2 不同波長(zhǎng)藍(lán)光對(duì)早稻幼苗葉片和根系生長(zhǎng)的影響 Table 2 Effects of different wavelengths of blue light on leaf and root growth of early rice seedlings 處理 Treatment CK T1 T2 T3 倒二葉 Penultimate leaf 葉長(zhǎng) Leaf length mm 135 89 3 73a 101 55 2 16b 98 02 2 25b 90 85 2 20b 葉寬 Leaf width mm 2 86 0 09c 3 49 0 39bc 4 13 0 43b 5 00 0 42a 葉長(zhǎng) 寬 Ratio of leaf length to width 47 63 2 73a 29 40 3 80b 23 93 2 86bc 18 26 1 79c 葉面積 Leaf area mm 2 360 26 11 34bc 322 10 9 23c 391 35 44 88ab 410 83 5 11a 根系 Root system 根長(zhǎng) Root length cm 65 93 9 41b 62 09 9 13b 92 86 11 31a 101 17 12 44a 根表面積 Root surface area cm 2 5 04 0 59b 4 71 0 49b 7 84 0 50ab 8 48 0 89a 根體積 Root volume cm 3 0 05 0 00b 0 04 0 00c 0 06 0 01a 0 07 0 01a 根平均直徑 Average root diameter mm 0 26 0 02a 0 27 0 02a 0 27 0 03a 0 27 0 02a 圖2 不同波長(zhǎng)藍(lán)光對(duì)早稻幼苗氣孔密度 A 氣孔長(zhǎng)度 B 和氣孔寬度 C 的影響 Fig 2 Effects of different wavelengths of blue light on stomatal density A stomatal length B and stomatal width C of early rice seedlings 1816 9 期 早稻幼苗生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)不同波長(zhǎng)藍(lán)光的響應(yīng) T1處理下的幼苗葉綠素a和葉綠素 a b 含量分別較 CK顯著降低6 42 和11 58 上述結(jié)果表明 與CK 相比 T1不利于光合色素積累 而T2和T3有利于光合 色素積累 2 3 不同波長(zhǎng)藍(lán)光對(duì)早稻幼苗生理特性的影響 2 3 1 不同波長(zhǎng)藍(lán)光對(duì)早稻幼苗非結(jié)構(gòu)性碳水化合 物含量的影響 由圖3可知 與CK相比 T2和T3處理 的幼苗可溶性糖含量增加 T1和T2處理的幼苗淀粉含 量減少 T3處理幼苗葉片中的可溶性糖 淀粉和非結(jié) 構(gòu)性碳水化合物 non structural carbohydrate NSC 含 量顯著高于其他處理 與CK T1和T2相比 T3處理的可 溶性糖含量分別增加59 76 65 08 和37 15 淀 粉含量分別增加68 80 156 39 和179 56 NSC 含量分別增加64 12 85 21 和61 38 上述結(jié)果 表明 T3能促進(jìn)早稻幼苗NSC的積累 提高幼苗的碳 供應(yīng)水平 而T1處理則相反 2 3 2 不同波長(zhǎng)藍(lán)光對(duì)早稻幼苗可溶性蛋白 丙二醛 和脯氨酸含量的影響 由圖4可知 與CK相比 藍(lán)光 處理可促進(jìn)早稻幼苗可溶性蛋白和脯氨酸的積累 顯 著降低丙二醛 malondialdehyde MDA 含量 藍(lán)光處 理下早稻幼苗的可溶性蛋白含量顯著高于白光 與CK 相比 T1 T2和T3處理的幼苗可溶性蛋白含量分別增 加64 06 121 15 和106 41 MDA含量的變化 趨勢(shì)與可溶性蛋白含量相反 T1 T2和T3處理MDA含 量分別較CK顯著降低55 04 67 93 和43 97 脯氨酸含量隨藍(lán)光波長(zhǎng)的增加而增加 以T3處理最 高 較CK顯著提高38 54 上述結(jié)果表明 藍(lán)光處理 有利于提高早稻幼苗的滲透調(diào)節(jié)能力和抗逆能力 2 3 3 不同波長(zhǎng)藍(lán)光對(duì)早稻幼苗抗氧化酶活性的影響 由圖5可知 與CK相比 T2 T3處理早稻幼苗的過氧化 氫酶和過氧化物酶活性分別顯著提高110 93 169 66 和18 23 10 38 但CK和T1處理下的兩 種酶活性無顯著差異 藍(lán)光處理下的幼苗超氧化物歧 化酶活性顯著高于白光 以T3處理最高 較CK提高 34 24 上述結(jié)果表明 藍(lán)光處理有利于提高早稻幼 苗的抗氧化酶活性 增強(qiáng)其防御能力和抗逆性 以T3 處理效果最佳 2 4 不同波長(zhǎng)藍(lán)光對(duì)早稻幼苗根系吸收能力的影響 由圖6可知 T3處理下早稻幼苗的根系總吸收面 積 根系有效吸收面積和根系有效吸收面積比均顯著 大于其他處理 分別較CK增加10 35 13 79 和 3 11 T1處理的幼苗根系吸收能力最差 3項(xiàng)指標(biāo) 分別較CK顯著減小32 31 43 55 和16 60 上 述結(jié)果表明 T3有利于增大早稻幼苗根的總吸收面積 表3 不同波長(zhǎng)藍(lán)光對(duì)早稻幼苗葉綠素?zé)晒鈪?shù)和光合色素含量的影響 Table 3 Effects of different wavelengths of blue light on chlorophyll fluorescence parameters and photosynthetic pigment contents of early rice seedlings 處理 Treatment CK T1 T2 T3 PS 最大光化學(xué)量子產(chǎn)量 F v F m 0 81 0 01d 0 81 0 00c 0 84 0 00b 0 84 0 00a 非光化學(xué)猝滅 NPQ 0 46 0 02b 0 60 0 04ab 1 08 0 04a 1 00 0 03a 光化學(xué)淬滅系數(shù) qP 0 65 0 09a 0 66 0 07a 0 65 0 08a 0 64 0 09a 葉綠素a Chlorophyll a mg g 1 1 66 0 03c 1 56 0 03d 2 11 0 06b 2 44 0 02a 葉綠素 a b Chlorophyll a b mg g 1 2 27 0 05c 2 01 0 05d 2 72 0 06b 3 14 0 02a 類胡蘿卜素 Carotenoid mg g 1 0 32 0 01c 0 32 0 01c 0 44 0 02b 0 48 0 01a 圖3 不同波長(zhǎng)藍(lán)光對(duì)早稻幼苗可溶性糖 A 淀粉 B 和非結(jié)構(gòu)性碳水化合物 C 含量的影響 Fig 3 Effects of different wavelengths of blue light on soluble sugar A starch B and non structural carbohydrate C contents of early rice seedlings 1817 核 農(nóng) 學(xué) 報(bào) 38 卷 和有效吸收面積 進(jìn)而提高幼苗的根系吸收能力 3 討論 3 1 不同波長(zhǎng)藍(lán)光對(duì)早稻幼苗農(nóng)藝性狀的影響 光是植物生長(zhǎng)和形態(tài)分化的環(huán)境信號(hào) 藍(lán)光是植 物光合作用的主要能量來源之一 對(duì)植物的生長(zhǎng)和光 形態(tài)建成有較大影響 13 本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn) 與CK相比 3種 波長(zhǎng)藍(lán)光處理均顯著增加了水稻幼苗的葉齡 降低了 幼苗株高 T3處理顯著提高了幼苗的莖基寬 葉寬 葉 面積 壯苗指數(shù) 這與Chen等 13 的研究結(jié)果一致 Han等 14 研究發(fā)現(xiàn) OsCSN1在藍(lán)光下通過赤霉素 gibberellic acid GA 信號(hào)通路調(diào)控水稻幼苗生長(zhǎng) 在 藍(lán)光的影響下 OsCSN1調(diào)控SLR1降解 從而對(duì)水稻幼 苗的株高和胚芽鞘產(chǎn)生一定的抑制作用 同時(shí) 藍(lán)光 可通過油菜素內(nèi)酯通路調(diào)控水稻葉片發(fā)育 促進(jìn)葉片 圖4 不同波長(zhǎng)藍(lán)光對(duì)早稻幼苗可溶性蛋白 A 丙二醛 B 和脯氨酸 C 含量的影響 Fig 4 Effects of different wavelengths of blue light on soluble protein A malondialdehyde B and proline C contents of early rice seedlings 圖5 不同波長(zhǎng)藍(lán)光對(duì)早稻幼苗過氧化氫酶 A 過氧化物酶 B 和超氧化物歧化酶 C 活性的影響 Fig 5 Effects of different wavelengths of blue light on the activity of catalase A peroxidase B and superoxide dismutase C activity of early rice seedlings 圖6 不同波長(zhǎng)藍(lán)光對(duì)早稻幼苗根系總吸收面積 A 根系有效吸收面積 B 和根系有效吸收面積比 C 的影響 Fig 6 Effects of different wavelengths of blue light on total root absorption area A root effective absorption area B and root effective absorption area ratio C of early rice seedlings 1818 9 期 早稻幼苗生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)不同波長(zhǎng)藍(lán)光的響應(yīng) 擴(kuò)展 15 光質(zhì)會(huì)影響植物的根系形態(tài) 藍(lán)光通過顯著 提高生長(zhǎng)素合成相關(guān)基因的表達(dá)水平來誘導(dǎo)迷迭香的 根系生長(zhǎng) 提高其生根率和根部鮮重 16 本研究發(fā) 現(xiàn) T3處理較CK顯著增強(qiáng)了水稻幼苗的根系吸收能 力 促進(jìn)了幼苗的根系發(fā)育 這與上述研究結(jié)果一致 藍(lán)光通過光感受器介導(dǎo)的根系發(fā)育主要通過調(diào)節(jié)植物 激素的合成 信號(hào)傳導(dǎo)和運(yùn)輸來實(shí)現(xiàn) 在此過程中 生 長(zhǎng)素發(fā)揮關(guān)鍵作用 17 由此可見 藍(lán)光誘導(dǎo)水稻根系 發(fā)育與生長(zhǎng)素信號(hào)通路相關(guān) 3 2 不同波長(zhǎng)藍(lán)光對(duì)早稻幼苗光合特性的影響 光合作用是一種重要的生理活動(dòng) 與植物的生長(zhǎng) 環(huán)境 營(yíng)養(yǎng)狀況和基因組成密切相關(guān) 18 氣孔是連接 植物葉片與外界環(huán)境的通道 影響植物的光合 呼吸和 蒸騰作用 光在氣孔發(fā)育過程中發(fā)揮重要作用 植物 通過關(guān)鍵的轉(zhuǎn)錄因子和信號(hào)通路調(diào)控氣孔發(fā)育 19 光質(zhì)會(huì)影響植物的氣孔反應(yīng) 本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn) 藍(lán)光處理下 水稻幼苗氣孔密度顯著高于CK 以T3處理的氣孔密 度最大 T2和T3處理均增加了氣孔長(zhǎng)度和寬度 這與 Jensen等 20 的研究結(jié)果相似 有研究認(rèn)為 光通過不 同的光感受器調(diào)節(jié)氣孔開放和氣孔發(fā)育 藍(lán)光在調(diào)節(jié) 氣孔孔徑和氣孔密度方面起主要作用 當(dāng)保衛(wèi)細(xì)胞受 到藍(lán)光照射時(shí) 藍(lán)光感光蛋白激酶 向光素通過自磷 酸化被激活 并啟動(dòng)氣孔打開的信號(hào) 21 miR399作為 負(fù)調(diào)控因子介導(dǎo)泛素結(jié)合E2酶PHO2調(diào)節(jié)磷酸鹽穩(wěn) 態(tài) 控制氣孔發(fā)育 19 這可能是本研究藍(lán)光促進(jìn)氣孔發(fā) 育的內(nèi)因 葉綠素?zé)晒饪梢圆糠址从持参锏墓夂夏芰蚉S 光化學(xué)的有效性 22 本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn) 與CK相比 T3處理 提高了水稻幼苗對(duì)光抑制的抗性 PS 的開放性和電 子傳遞效率 能夠捕獲 吸收和傳遞更多的電子 這與 Li等 23 的研究結(jié)論一致 可能的原因是T3處理下水 稻幼苗具有較大的葉面積和較好的葉片結(jié)構(gòu) 從而提 高了葉片的光截獲能力 進(jìn)而提高了光合效率 23 此 外 T2和T3處理的早稻幼苗葉綠素和類胡蘿卜素含量 均高于CK 且以T3最高 這與前人在蘋果植株 24 上的 研究結(jié)果較一致 可能是因?yàn)樗{(lán)光通過藍(lán)光受體 隱 花色素和向光素誘導(dǎo)葉綠素合成酶基因CLH2的表 達(dá) 從而促進(jìn)了葉綠素的生物合成 25 3 3 不同波長(zhǎng)藍(lán)光對(duì)早稻幼苗生理特性的影響 光質(zhì)對(duì)植物的抗逆生理也有重要的調(diào)控作用 可 溶性糖和淀粉是植物的光合產(chǎn)物 其組成反映了植物 的生存策略 淀粉在葉綠體中的代謝主要依賴于光 照 藍(lán)光信號(hào)通過葉綠體中的轉(zhuǎn)錄因子HY5調(diào)節(jié)淀粉 積累 26 與Shang等 27 的研究結(jié)果一致 本試驗(yàn)結(jié)果 表明 相較CK T3處理有利于促進(jìn)水稻幼苗光合產(chǎn)物 中可溶性糖和淀粉的積累 進(jìn)而影響植株的碳代謝 脯氨酸和可溶性蛋白質(zhì)是植物細(xì)胞內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié) 物質(zhì) 是衡量植物抗性的重要因素 抗氧化酶活性可 用來評(píng)價(jià)植株受活性氧毒害的程度和對(duì)逆境的耐受能 力 而MDA是植物細(xì)胞膜脂質(zhì)過氧化的產(chǎn)物 可反映 細(xì)胞的損傷程度 28 有研究發(fā)現(xiàn) 藍(lán)光能夠誘導(dǎo)黃瓜 抗氧化酶基因的表達(dá)及酶活性的提高 延緩可溶性蛋 白的降解 并使MDA含量保持在相對(duì)較低的水平 從 而提高黃瓜植株的抗氧化能力 29 本試驗(yàn)同樣發(fā)現(xiàn) 與CK相比 藍(lán)光處理使水稻幼苗的可溶性蛋白含量 增加 抗氧化酶活性增強(qiáng) MDA含量減少 表明藍(lán)光可 使水稻幼苗的適應(yīng)能力增強(qiáng) 4 結(jié)論 3種波長(zhǎng)藍(lán)光均能加快水稻幼苗的生長(zhǎng) 增加葉 寬 可溶性蛋白含量和氣孔密度 降低株高和MDA含 量 T3對(duì)幼苗莖基寬 葉寬 根系發(fā)育 壯苗指數(shù) NSC 積累 抗氧化酶活性和光合能力有明顯促進(jìn)作用 T1 對(duì)幼苗的生物量積累 壯苗指數(shù) 根系吸收能力 NSC 含量和氣孔大小有負(fù)面影響 綜上 早稻幼苗在T3處 理下具有更好的品質(zhì) 更強(qiáng)的光合能力和抗逆性 因 此 在水稻工廠化育秧進(jìn)行精準(zhǔn)補(bǔ)光時(shí) 450 nm藍(lán)光 適合作為培育壯苗的光源 參考文獻(xiàn) 1 Jung E S Lee S Lim S H Ha S H Liu K H Lee C H Metabolite profiling of the short term responses of rice leaves Oryza sativa cv Ilmi cultivated under different LED lights and its correlations with antioxidant activities J Plant Science 2013 210 61 69 2 Ren L T Hao B Zhang X Shao Q Q Sun S J Huang S C Wang H Yang L Zhang C J Effects of press formed crop residue rice seedling tray on the physiological characteristics of machine transplanted rice seedlings J Pakistan Journal of Botany 2020 52 5 1769 1775 3 Ma J Ma R C Wu W X Lei X L Gou W Advances in industrialized rice production research J Agricultural Sciences 2015 6 10 1202 1206 4 Lauria G Pellegrini E Giordani T Guidi L Lorenzini G Malorgio F Massai R Nali C Paoli L Remorini D Photosynthetic traits and biochemical responses in strawberry Fragaria ananassa Duch leaves supplemented with LED lights J Photosynthetica 2021 59 4 557 569 5 Zheng Y J Zhang Y T Liu H C Li Y M Liu Y L Hao Y W Lei B F Supplemental blue light increases growth and quality of greenhouse pak choi depending on cultivar and supplemental light 1819 核 農(nóng) 學(xué) 報(bào) 38 卷 intensity J Journal of Integrative Agriculture 2018 17 10 2245 2256 6 Di Q H Li J Du Y F Wei M Shi Q H Li Y Yang F J Combination of red and blue lights improved the growth and development of eggplant Solanum melongena L seedlings by regulating photosynthesis J Journal of Plant Growth Regulation 2021 40 1477 1492 7 屈成 劉芬 陳光輝 王悅 LED紅藍(lán)光質(zhì)對(duì)水稻幼苗生長(zhǎng)及生 理特性的影響 J 核農(nóng)學(xué)報(bào) 2020 34 9 2095 2102 8 Wu M C Hou C Y Jiang C M Wang Y T Wang C Y Chen H H Chang H M A novel approach of LED light radiation improves the 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