不同光质LED对竹叶兰酚类物质及抗氧化性的影响

郭阿瑾 杨凤玺 王亚琴 朱根发

摘 要 本研究采用9种LED光质组合光源处理竹叶兰2个月大的幼苗，测定其形态生长、酚类物质、氧化代谢指标。结果表明：与红光，远红光相比，蓝光使幼苗生长健壮、根系发达、生物量积累且有利于多酚、黄酮、花色素苷等活性成分的积累，同时蓝光可促使竹叶兰体内过氧化氢酶、过氧化物酶含量增加，提高植物羟自由基清除能力、超氧阴离子清除能力和总抗氧化能力；而相较于单色光源，复合光呈叠加效应，其中在3B1R条件下，竹叶兰活性成分及抗氧化能力各项指标最好，更利于提高其药用价值，为最优光质组合。

关键词 LED光质；竹叶兰；活性成分；抗氧化能力

中圖分类号 Q4 文献标识码 A

Abstract In this study， we examined the morphological growth， content of phenolic substances and the antioxidant ability of A. graminifolia under different LED light source. Two months old seedlings were treated with nine kinds of LED light-combination light sources and the physiological and metabolic indices were measured. Our results showed that blue light was beneficial to root system， biomass， polyphenols， flavonoids， hydrogen peroxide， catalase， peroxidase production and hydroxyl radical scavenging ability， as well as superoxide anion scavenging ability and total antioxidant capacity when compared with red and far-red light group. Moreover， a composite light showed a superposition effect and a combination of light blue and red ratio of 3：1 was considered as the optimum light condition， which could improve the medicinal value of A. graminifolia apparently.

Keywords LED light quality； Arundina graminifolia； oxidative metabolite； antioxidant capacity

DOI 10.3969/j.issn.1000-2561.2018.07.009

光对植物的生长发育和物质代谢至关重要，光强、光质和光周期的改变可对植物生命活动和生理代谢产生极大影响。因此优质光源的使用对促进植物增产和品质提升有重要意义[1-2]。尤其在植物栽培领域，发光二极管LED作为第四代照明光源，因具有发光效率高、使用寿命长，且不同波段LED光能够集中能量显著提高植物栽培品质等优点，已被广泛应用[3-4]。

竹叶兰属于兰科湿兰族地生种，广泛分布于我国的华南和西南地区，具有清热解毒、散瘀止痛、除湿利尿等功效，是傣药傣百解的主要成分之一[5]。前人经过大量研究已从竹叶兰中分离提取出40多种药用化合物，并发现其体内多酚、黄酮、皂苷等含量与竹叶兰的羟自由基清除力和抗氧化活性成显著剂量效应关系，能用于治疗食物、毒菌、药物中毒等病症[6-8]。

然而长期以来人们不合理的采挖，导致竹叶兰野生资源日趋减少，目前已列为我国Ⅱ级保护植物[9]。近年来的科学研究主要集中于竹叶兰种苗繁育、栽培技术，以及化学成分的提取、分离、结构鉴定等方面，而较少关注如何提高竹叶兰活性化合物含量[10-13]。作为传统中药材，竹叶兰体内药用活性成分的含量将是人工栽培管理中重要检测指标。为此，本研究采用9种光质处理2个月大的竹叶兰组培苗，探索不同光质处理对竹叶兰活性成分和抗氧化性能的影响，以期为生产实践中提高竹叶兰重要活性成分产率，以及在理论研究中为调控竹叶兰次生代谢途径提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料

本实验于2017年4—8月在广东省农业科学院环境园艺研究所的LED培养房进行。实验材料为广东省中山市的竹叶兰，其自交所得的种子经播种后暗处理30 d，在白炽灯下培养2个月后选择生长良好且长势相同的组培苗备用。

采用无锡诺达克生物照明科技有限公司生产的波长为630 nm的红光、735 nm的远红光、450～480 nm的蓝光作为LED光源，白色荧光灯（佛山电器照明股份有限公司生产）为对照。

实验设暖白光（WW）、冷白光（CW）、远红光（DR）、红光（R）、蓝光（B）、红蓝配比光（R：B=3：1、R：B=2：2、R：B=1：3，以下分别用1B3R、2B2R、3B1R表示）8种处理，以白色荧光灯（WFL）为对照，LED的光源处理为每个处理重复3次，光照强度保持在45 μmol/（m2·s），光照强度用Apogee仪器测定，光周期为12 h/d。

1.2 方法

用游标卡尺测定植物株高、根长、茎粗、叶长、叶宽；叶面积按照公式计算：单叶叶面积=叶长×叶宽×0.700 7；用电子天平称鲜重、干重（108 ℃杀青15 min，80 ℃烘箱烘干48 h至恒重；pH示差法测定花色苷含量：称取约1 g竹叶兰，测定530 nm和700 nm处的吸光值，计算花色苷含量。folin-ciocalteu法测定总酚含量：称取约0.1 g干重竹叶兰，测760 nm 处的吸光值，即可得样品总酚含量。分光光度法测定类黄酮含量：称取约0.02 g干重竹叶兰，测定 510 nm处吸光值，计算类黄酮含量。紫外吸收法测定过氧化氢酶的活性：称取约1 g竹叶兰，测定240 nm下初始吸光值A1和 1 min后的吸光值A2，计算过氧化氢酶活性。硫酸钛比色法测过氧化氢的含量：称取约1 g竹叶兰，测定415 nm处吸光值A，计算过氧化氢含量。比色法测定过氧化物酶的活性：称取约1 g竹叶兰，记录470 nm下1 min时吸光值A1和2 min后的吸光值A2，计算过氧化物酶活性。铁离子还原抗氧化能力法（FRAP法）测总抗氧化能力：称取约1 g竹叶兰，测定593 nm吸光值，计算总抗氧化能力。水杨酸法测羟自由基清除能力：称取约1 g竹叶兰，测定536 nm处吸光值，计算羟自由基清除率。羟胺氧化的方法测定超氧阴离子清除能力：称取约1 g竹叶兰，在530 nm处测定对照管和测定管的吸光值，计算超氧阴离子清除能力。

1.3 数据处理

实验从每组LED处理中随机取3株幼苗，重复3次，SPSS进行方差分析，LSD法检验差异显著性，p<0.05。DAB组织化学染色定位过氧化物酶的位置。

2 结果与分析

2.1 不同光质对竹叶兰幼苗生长的影响

为研究不同光质对竹叶兰生长特性的影响，检测了2个月大幼苗的株高、根长、茎粗、叶宽、干、鲜重等指标。由表1可知，与对照组相比，蓝光处理下，叶片变宽变短、幼苗矮化，但植株粗壮、根系发达且干、鲜重显著增加；红光、远红光处理后，叶片变窄变长，幼苗显著增高，但植株纤细、根系受抑制，不过一定程度上能促进干重、鲜重的积累。复合红蓝光处理可平衡二者优势，其中3B1R处理幼苗生长最好，株高58.16 mm，茎粗3.14 mm，根系生长旺盛，每株平均7个根，根长36.98 mm，鲜重和干重分别是对照组2.34倍和2.15倍；暖白处理后幼苗与对照组长势相似；而冷光处理不利于幼苗生长，植株又矮又细，根系被抑制，生物量也有所下降。综上所述， 复合红蓝光比为3B1R时，竹叶兰幼苗高且健壮、根系发达、生物量显著积累，优于单色光处理。

2.2 光质对竹叶兰主要活性成分的影响

酚类、黄酮类物质能清除体内自由基，具有抗氧化、抗衰老、消炎抗菌的药理活性，是药用、保健植物的主要有效成分。本研究采用不同LED光质处理2个月大竹叶兰幼苗40 d后，发现体内总酚、类黄酮、花色苷含量产生较大变化。从表2可以看出，与对照组相比，幼苗总酚含量在蓝红比3：1组中显著提高（17%），在蓝光组中也有明显提高，但在远红光组、红光组、冷光源组中总酚含量分别下降了45%、29%、13%，其他组无明显变化；与之类似的，类黄酮含量在蓝红比3：1组中显著提高（94.2%），在蓝光组中提高了38.1%，而在远红光组、冷光组、暖光组中类黄酮含量普遍下降，其中远红光组下降显著，下降了38%，其他组无变化；花色苷在蓝红比3：1组中提高了11.2%，蓝光组中提高了8.6%，而在远红光处理中下降显著，下降了78.6%，其他组中无变化。综上所述，当光质配比为蓝红3：1时，多酚、类黄酮、花色苷的含量都显著提高，且更能促进类黄酮化合物的合成。

2.3 光质对竹叶兰抗氧化性能的影响

竹叶兰具有很好的清热解毒、抗氧化能力。我们测定了不同LED光质对竹叶兰幼苗抗氧化性能的影响。从表3可以看出，在单色光质波长变短的过程中，竹叶兰的抗氧化性能不断增强，蓝光组中羟自由基清除能力、超氧阴离子清除能力、总抗氧化能力较对照组提高19.3%、38.9%、5.2%，而远红光组、红光组中抗氧化能力普遍下降；在复合光中，抗氧化能力随蓝光比例的增加而提升，蓝红比3：1组中，羟自由基清除能力、超氧阴离子清除能力、总抗氧化能力分别显著提升15.5%、42.0%、40.2%，而其他组与对照无差别。结果表明，竹叶兰幼苗经蓝光处理后抗氧化能力增强，在蓝光中补充一定量的红光能更好提高竹叶兰的抗氧化能力。

2.4 LED光质对竹叶兰氧化代谢物及关键酶的影响

表4表明，与对照组相比，复合光源蓝红比3：1组表现出了显著优势，过氧化氢、过氧化氢酶、过氧化物酶的含量最高，分别为19.438 μmol/g、20.679 nmol/（min·g）、10 448.586 U/g；其次为蓝光组，分别为18.305 μmol/g、19.255 nmol/（min·g）、9 968.926 U/g；而红光组、远红光组、冷光组中氧化代谢物含量普遍下降，其中远红光组中过氧化氢、过氧化氢酶、过氧化物酶的含量最少，仅有8.387 μmol/g、9.017 nmol/（min·g）、4 709.206 6 U/g；其他组无明显变化。以上数据表明，随着LED单色光源光波长变短，竹叶兰氧化代谢物的含量逐渐增高，纯蓝光中含量最高，且经复合光蓝红比3：1组处理后效果最佳，其含量显著高于其他组。

2.5 DAB组织染色及抗氧化能力比较

DAB组织染色能够对过氧化氢进行原位定位，直观反映植物体内过氧化氢积累情况。9种LED光质处理的竹叶兰组培苗叶片DAB染色24 h结果如图1所示。与对照组相比，蓝光处理后短粗、深绿的叶片着色很浅，3B1R组中叶色最浅；与之相反，红光处理后细长、浅绿的叶片着色较深，远红光处理后叶色最深，其他组变化不明显。由此看出，蓝光比例越大，叶片着色越浅，过氧化氢积累越少，抗氧化能力越强，复合光更能加深此效果，3B1R组着色最浅，过氧化氢积累最多，抗氧化能力最强；红光比例越大，叶片着色越深，过氧化氢积累越多，抗氧化能力越弱，远红光组着色最深，过氧化氢积累最多，抗氧化能力最弱。

为了进一步检验LED光质对竹叶兰抗氧化能力的影响，用1 mmol/L ABA、30% H2O2分别处理幼苗叶片6 h，DAB染色24 h后观察叶片着色情况。与水处理相比，ABA处理后叶色整体较深，H2O2处理后叶色整体最深。观察发现，这3种处理后叶色变化规律相同：复合光3B1R处理后叶色最浅，远红光处理后叶色最深。这进一步说明，过氧化氢在蓝红比3：1组中积累最少，抗氧化能力最高；而在远红光组中积累最多，抗氧化能力最低。

3 讨论

光作为重要环境因子对植物生长发育的影响越来越受关注。具有激酶活性的光敏色素通过吸收不同光质，来改变植物的膜渗透性和代谢过程，对作物品质形成发挥重要调控作用。本研究检测了9种光质处理后竹叶兰活性成分的含量变化，发现与对照组相比，LED红光处理下幼苗显著增高，LED蓝光处理下幼苗生长粗壮，促进根系发达，生物量增加。在3B1R处理下幼苗形态各项指标良好。这与其他物种研究结果一致。王丽伟[14]发现红光促进番茄长高，红蓝复合光有利于幼苗生长发育；刘慧雯等[15]发现LED蓝光处理下的铁皮石斛幼苗最粗壮且干鲜比最大，复合光蓝/红=1：3下幼苗生长发育各指标最佳。可见复合光比單色光质对幼苗的生长更好，这可能因为光影响幼苗中激素调节。其具体作用机制有待深入研究。本研究发现随着单色光波变短，花色苷、总酚、类黄酮含量逐渐上升，经3B1R处理后含量最高。这与其他物种中的研究结果类似，如蓝光有利于鱼腥草、黄芪、迷失香、龙眼中黄酮的合成[16-19]；蓝光可提高水母雪莲愈伤组织的苯丙氨酸氨基裂解酶（PAL）活性，促进黄酮的合成[20]；LED蓝光处理能促进印度獐牙菜[21]植株多酚的积累。

本研究推测，蓝光激活了竹叶兰幼苗氮代谢途径中关键酶的活性，或使关键酶基因过表达，促进类黄酮、总酚等物质合成，其中的作用机理有待深入研究。

竹叶兰清热解毒的主要功效在于其较强的羟自由基清除力和抗氧化活性。本研究检测了9种光质处理后竹叶兰幼苗的氧化代谢途径关键酶及其抗氧化能力。发现经纯蓝光处理后，体内过氧化氢含量相对提高；相应地，过氧化氢酶和过氧化物酶含量增加，抗氧化能力增强。复合光3B1R处理后更为明显。以往研究表明，蓝光能增强灵芝多酚氧化酶活[22]，提高丹参[23]幼苗超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、苯丙氨酸解氨酶（PAL）、多酚氧化酶（PPO）等活性以及鱼腥草[14]超氧阴离子清除能力。吴启藩[24]发现LED 5B1R复合光处理能增加SOD的活性。LED蓝光增加罗勒属植株的抗氧化能力[25]。这与本研究的结果一致。推测是蓝光引起了过氧化氢的积累，激活氧代谢关键酶或限速酶活性，过氧化氢酶、过氧化物酶等的合成清除了多余的过氧化氢等活性氧，使植物免受氧化胁迫。本研究发现蓝光能提高竹叶兰幼苗羟自由基清除能力、超氧阴离子清除能力和总抗氧化能力，3B1R处理效果更显著。通过DAB染色竹叶兰叶片，更进一步说明蓝光能提高植株的抗氧化性能，且复合光3B1R处理后效果最佳。

综上所述，用9种LED光质处理竹叶兰幼苗，最适光质3B1R的处理，能促进竹叶兰类黄酮、总酚等重要药用活性成分的合成，提高抗氧化能力。这对于高品质药用竹叶兰的生产有重要理论和实践意义，对提高药用兰花的品质有借鉴作用。

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