不同LED光质和组配对叶用莴苣生理基础及营养品质的影响

发布时间：2020-06-06 07:27

【摘要】：光环境精准调控已经成为决定设施农作物产量品质及生产效率的重要技术。叶用莴苣是世界范围设施内广泛种植的主要蔬菜作物之一,其丰富的蛋白质、维生素、纤维素等营养物质含量在人类的营养和饮食结构中扮演着重要角色。为探明不同光质调控叶用莴苣生长和品质的作用机理,试验采用水培及全LED光照条件下,研究了不同单色光质和红蓝组合光对叶用莴苣生长、品质及氮代谢的影响。围绕红蓝组合光是否完全满足蔬菜最佳生长发育的需要,研究了红蓝组合光(RB,对照)、红蓝紫组合光(RBP,红:蓝:紫=16:4:5)、红蓝绿组合光(RBG,红:蓝:绿=16:4:5)和红蓝黄组合光(RBY,红:蓝:绿=16:4:5)条件下对叶用莴苣形态指标、光合生理生态指标、营养品质及抗氧化能力的影响。同时,对不同LED组合光源下叶用莴苣叶片进行转录组分析,重点研究了不同光质组合下叶用莴苣差异表达基因及氮代谢关键酶活性变化。主要结果与研究结论如下:1.叶用莴苣生长期间,采用光照强度为200μmol m~(-2) s~(-1)的白光(对照,W)、紫光(P)、蓝光(B)、红光(R)、绿光(G)、黄光(Y)、红蓝光9:1(9R/1B)和红蓝光4:1(4R/1B)8种不同LED光源进行处理。结果显示,与W对照相比较,P、B、R处理以及红蓝光组合均能提高氮代谢相关酶如NR、NiR、GS、GOGAT和GDH活性,促进其氮同化,加速地上部生物量积累;尤其是4R/1B光源下,叶用莴苣生物量、可溶性蛋白、VC、氨基酸总含量较高,表明4R/1B光源更能有效促进叶用莴苣生长和营养品质提升。结果显示,与W对照相比较,P、B、R处理以及红蓝光组合均能通过提高氮代谢相关酶如NR、NiR、GS、GOGAT和GDH活性,促进其氮同化,加速地上部生物量积累;尤其是4R/1B光源下,叶用莴苣生物量、可溶性蛋白、VC、氨基酸总含量较高,表明4R/1B光源更能有效促进叶用莴苣生长和营养品质提升。2.在叶用莴苣生长后期,以光照强度为200μmol m~(-2) s~(-1)的RB(对照,R:B=4:1)、RBP、RBG和RBY等4种不同组合光照处理,得到结果如下:RBG显著提高了叶用莴苣叶片的生长和茎的伸长,RBY也有利于促进叶用莴苣生长,而RBP各项指标有降低趋势。RBG和RBY处理增加了叶绿素和类胡萝卜素含量。RBG处理下Fv/Fm、Ф_(PSII)和Pn较高,从而获得较大的生物量。RBY处理叶片Gs增大,增加了Ci和Tr,有利于提高光能利用率。由此可知,可在红蓝光基础上适当添加绿光和黄光处理有利于叶用莴苣生长,进而提高光合性能和产量。3.在叶用莴苣生长后期,以光照强度为200μmol m~(-2) s~(-1)的RB(对照,R:B=4:1)、RBP、RBG和RBY等4种不同组合光照处理,得到结果如下:RBP可以提高可溶性蛋白、VC、花青素等含量,降低了硝酸盐含量,同时显著提升了总酚和类黄酮含量,使其抗氧化能力显著增强。RBG可以提高可溶性糖、可溶性蛋白和VC含量,显著降低了硝酸盐含量,同时对总酚含量和抗氧化能力也有促进作用。RBY除了对可溶性糖和VC含量有所提高外,其他没有积极作用。由此可知,可在红蓝光基础上适量添加紫光或者绿光以有利于叶用莴苣品质和抗氧化能力提高。4.在叶用莴苣生长后期,以光照强度为200μmol m~(-2) s~(-1)的RB(对照,R:B=4:1)、RBP、RBG和RBY等4种不同组合光照处理3d后,进行转录组测序分析和氮代谢关键酶活测量,得到74.43Gb数据,通过NR注释、GO注释和KEGG通路注释等一系列生物信息学手段对该转录组进行代谢途径分析。在此基础上重点分析了氮代谢途径,发现与RB相比较,RBP、RBG和RBY氮代谢通路分别存在14、9个和8个显著差异基因。RBP和RBG处理可以显著提高NR、NiR、GS等氮代谢酶活性,添加黄光则抑制以上酶活性,各处理下氮代谢酶活基因表达趋势和氮代谢酶活一致,说明组合光源可以在转录水平上调控氮代谢相关酶的基因表达,从而改变相关酶活性来作用叶用莴苣的氮代谢过程。由此可见,RBG和RBP对氮代谢关键酶活性及其相关基因表达的综合调控可能是降低叶用莴苣硝酸盐含量和提高品质的重要原因。
【图文】：

光谱分布,光谱分布,太阳光

１文献综述叶用莴苣（Lactuca sativa L.），俗称生菜，为菊科莴苣属一、二年生草本植物，原产于地中海沿岸。它是一种重要的世界性蔬菜，深受广大消费者和商家的喜爱，富含矿物质、甘露醇、尼克酸、蛋白质、脂肪，糖类和食物纤维等多种营养物质，具有预防贫血、抗衰老、降低血压和防止心律紊乱等保健功能。生菜茎叶中含有独特的莴苣素，能够分解食物中的致癌物质亚硝胺，防止癌细胞的形成，，被列为抗癌蔬菜。生菜由于具有食用和药用价值，生食消费和高洁净品质特点，决定了它是植物工厂最广泛栽培的蔬菜之一。万物生长靠太阳，太阳光是自然界生物生长的必要条件，光质是指具有不同波长的太阳光谱成分。太阳光谱分为可见光与不可见光，可见光的波长为 380~760nm（图 1-1），散射后分为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等七色，不可见光分为为红外线（760~5300 nm）和紫外线（290~400 nm），也有学者把 700-800nm 区域称为远红光[1]。然而，一般认为作物光合作用需要的有效波长主要在400~700 nm，并且其生长发育及营养品质可能会受这段辐射波长的不同而发生变化。

光合色素,吸收波长,蓝光

大豆和小麦进行不同蓝光比例的混合光 LED 灯照射，也发现增加蓝光比例绿素浓度增大[26-28]。类胡萝卜素在植物光合作用中具有参与光吸收和防止前要作用[29]。Lin 等研究发现，与其他光处理（白色荧光灯和红色 LED）相比组合 LED 处理下能显著提高铁皮石斛原球茎的叶绿素和类胡萝卜素浓度[30
【学位授予单位】：河南农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S636.2

【参考文献】