不同LED光质培养下七叶一枝花生理响应

李丽红，江仲鹏，马 良，郑婉铮，冯丽贞

(1.福建农林大学林学院，福建 福州 350002； 2.福建农林大学园林学院，福建 福州 350002)

七叶一枝花(Parispolyphylla)又名七叶莲、蚤休、草河车等，为百合科重楼属植物。其以形态特征七片轮生的叶子于茎顶，中间冒一朵花而得名，广泛分布于云南、广西、湖南、江西、四川等地，喜温喜湿，抗寒耐旱，多长在河边或背荫山坡[1]。七叶一枝花具有极高的药用价值，常用于治疗毒蛇咬伤、跌打损伤及咽喉炎症等[2]，近年来，一些学者在七叶一枝花抗肿瘤、抗菌的研究上取得了较大的进展。有研究表明，七叶一枝花对于实体肝癌和瓦克氏癌156均有抑制作用；且与多种药物组成的益肺抗癌饮能够抑制Ⅲ期肺癌病灶的转移及提高患者的抗癌能力[3-5]。随着市场需求快速增长，人为的过度采摘，导致七叶一枝花自然生长的数量日益减少，提高其栽培技术迫在眉睫。

光照是植物生长必不可少的环境因子之一，而光质是影响植物品质的关键因素[6-7]。有大量研究表明：红光有利于植物干物质的积累和光合器官的发育[8]，蓝光则调控叶绿素的合成[9]，且光质与植物光合特性、生理指标响应、酶活性、药用成分积累息息相关，通过改变光质来调控植物生长是一种安全、高效的手段，近年来广泛受学者青睐[10-11]。有鉴于此，本研究以七叶一枝花为材料，以LED白光为CK，探究红、蓝光质下七叶一枝花生长生理指标的响应，为人工驯化栽培，提高七叶一枝花产量提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料

七叶一枝花苗购于福建省建瓯市，长势较均一。2018年4月种植于塑料花盆中，置于福建农林大学百草园荫棚下培养。2018年7月26号移入智能培养箱中，试验设有3种LED光质处理，分别为红光、蓝光、白光，其中白光为对照(CK)，每种处理40株苗。培养条件为：光强704 Lx，光照12 h·d-1，温度夜间16 ℃、白天28 ℃，湿度75%，培养40 d后用于形态、生理指标测定。

1.2 方法

1.2.1 形态指标测定 每个处理随机选择10株，用直尺测量植株新生茎蔓长度，游标卡尺测地径，用Li-3000C便携式叶面积仪测叶面积及叶长、叶宽，而后用电子天平测定叶片鲜重。

1.2.2 生理指标测定 叶绿素含量测定选用浸提法[12]；可溶性糖测定用蒽酮比色法[13]；可溶性蛋白含量测定选用苏州科铭生物技术有限公司购买的考马斯亮蓝试剂盒[14]；内源激素测定选用吲哚乙酸(IAA)、赤霉素(GA)、细胞分裂素(CTK)ELISA检测试剂盒。

1.2.3 数据统计与分析 利用SPSS 21对不同LED光质培养下七叶一枝花生理指标进行单因素方差分析和主成分分析，并利用Excel绘制图表。

2 结果与分析

2.1 不同LED光质对七叶一枝花新茎长度、地径的影响

由图1可见，新茎长度在3种光质下表现为红光处理>白光处理>蓝光处理，且三者间差异显著。红光处理增长31.4%，蓝光处理下新茎长度受到明显抑制。在试验期间，地径表现为蓝光处理>白光处理>红光处理，蓝光处理下平均地径达到0.383 cm，而红光处理平均地径为0.311 cm。

*：不同小写字母为差异显著，下同。图1 不同光质下七叶一枝花新茎长度、地径的变化

2.2 不同LED光质培养对七叶一枝花叶片生长的影响

由表1可知，蓝光处理下的叶面积、叶长、叶宽的平均值均显著大于红光、白光处理，叶面积、叶长、叶宽、鲜重分别是白光处理的1.32倍、1.16倍、1.18倍、1.12倍，是红光处理的1.57倍、1.15倍、1.26倍、1.32倍，由此可见蓝光处理有助于七叶一枝花叶片生长。

表1 不同光质对七叶一枝花叶片生长的影响

2.3 不同LED光质培养下七叶一枝花叶绿素含量差异

红光与蓝光处理下的叶绿素含量均有显著增加(表2)，其中叶绿素a含量在红光处理下提升效果较好，比白光处理提高42.3%；叶绿素b变化趋势与叶绿素a相同，红光处理下叶绿素b含量提高26.58%；总叶绿素含量在蓝光、红光处理下均高于白光处理，其中红光处理比白光处理提高33.2%。综上可得红光处理显著增加叶绿素含量。

表2 不同光质对七叶一枝花叶片叶绿素含量影响 (mg·g-1)

2.4 不同LED光质培养下七叶一枝花可溶性糖含量差异

糖类是植物生长的重要能量来源，由图2可知，本试验红光处理下可溶性糖含量增加，其增幅为13.36%；而蓝光处理的可溶性糖含量显著低于红光处理，且与白光处理相比下降8.9%，可见蓝光处理抑制可溶性糖的积累，而红光处理则显著促进可溶性糖含量的增加。

2.5 不同LED光质培养下七叶一枝花可溶性蛋白含量差异

蛋白质作为酶的组分，可调节植物生理生化反应[15]。由图3可知，蓝光、红光处理下可溶性蛋白含量都显著高于白光处理，分别比白光处理高46.82%、37.34%(P<0.05)，可见蓝光、红光处理均显著提高了叶片可溶性蛋白含量，并以蓝光处理效果更佳。由此可见，光质对七叶一枝花可溶性蛋白影响极大。

图2 不同光质对七叶一枝花叶片可溶性糖含量影响图3 不同光质对七叶一枝花叶片可溶性蛋白含量影响

图4 不同光质对七叶一枝花叶片内源激素含量影响

2.6 不同LED光质培养下七叶一枝花内源激素含量差异

由图4可见，CTK在蓝光处理下含量降低，红光处理下CTK含量则有所提高，比对照提高23.79%，蓝光与红光处理间差异显著；叶片IAA含量在蓝光处理下显著高于白光处理，为白光处理的84.71%，效果尤为明显，但红光处理下IAA含量与白光处理相比无明显差异；GA含量变化与IAA相似，蓝光处理下含量显著高于白光处理，高达95.64%，红光处理下IAA含量有所提高，但效果不明显，为白光处理的31.68%。

2.7 主成分分析

本试验中测定的新茎长度、地径、叶面积、叶长、叶宽、鲜重、叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素、可溶性糖、可溶性蛋白、CTK、IAA、GA等14个生理指标具有不同的衡量标准，表3中显示KMO值为0.755，在Bartlett球形度检验，P值<0.001，综合2个指标，说明变量之间存在相关性可进行后续分析。因此对数据进行标准化处理后进行主成分分析，结果见表4。特征值6.067、3.77、1.663均大于1，其累积贡献率达82.141%。本试验将3个主成分因子作为综合变量能够概括出七叶一枝花生理指标信息。以3个主成分分析结果为新指标，得到七叶一枝花在蓝光处理下生长更佳(表5)。

3 结论与讨论

光质影响植物形态建成以及内含物的积累。众所周知，植物的生长发育受内外因素共同调节，其中内源激素发挥重要作用。张曼曼等[16]认为红蓝光质可调节内源激素分泌。本试验中光质调控内源激素的含量，从而调控植物生长，导致新茎长度、地径、叶面积、叶长、叶宽、鲜重、叶绿素、可溶性糖、可溶性蛋白的差异。蓝光处理下的IAA与GA含量显著提高，而此时CTK受到抑制而有所下降。IAA促进表皮细胞伸长，GA促进内部组织细胞的伸长，二者存在互作关系[17]。此结论与樊小雪等[18]蓝光下植物的内源激素IAA含量增加，而红光则会表现抑制现象相一致；但也有研究结果与本试验结论不一致，可能是因为作物不同，对波长的吸收不同，亦可能是GA促进IAA合成，并抑制IAA分解导致二者在测量时段恰巧达到高峰[17]，可见内源激素对植物生长的调控具有复杂性。GA和IAA共同促进植物生长，本试验蓝光处理下GA和IAA含量增加，因此七叶一枝花的地径、叶面积、叶长、叶宽、鲜重在蓝光处理下也呈上升趋势。唐大为等[20]认为红光处理有利于植物伸长生长，蓝光处理助于植物矮化、加粗；曹刚[19]在研究中表示GA含量与茎粗、叶片的纵、横向扩展相关，以上研究均与本试验结果一致。红光处理下CTK含量较蓝光处理呈显著差异，CTK控制植物细胞分裂与分化，促使叶绿体发育。王智杰[21]认为叶绿素含量的高低直接影响着植物光合作用的效率，本试验中用不同LED光质培养七叶一枝花，其叶片叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素含量均在红光处理下增加。这一结论与油葵芽苗菜、芍药、草莓、一品红在红光处理下的叶绿素a、b及总叶绿素含量都呈增加趋势结果相一致[22-25]。但也有菊花组培苗、番茄研究中指出叶绿素的含量在蓝光处理下增加[26-27]。可见植物在不同LED光质处理下叶绿素含量的增减情况因植物不同而有所差异。有研究显示红光处理可促进植物可溶性糖含量的增加，而蓝光处理则提高可溶性蛋白含量[28-31]。其中可溶性糖中的蔗糖是植物光合作用产物，而本试验红光处理下叶绿素含量较多，光合作用也随之增强，光合产物蔗糖也就增加。本试验结果与缕丝花、油菜幼苗的研究结论不谋而合[32-33]。虽然在红光处理下七叶一枝花新茎生长，但过高茎杆生长，导致药用根部产物积累变少，且过高的植株茎杆脆弱，不利于其生长发育。

表3 不同LED光质培养下七叶一枝花生理响应的KMO和Bartlett检验

表4 不同LED光质培养下七叶一枝花生理响应的主成分分析的特征值和方差贡献率

表5 不同LED光质培养下七叶一枝花生理响应的各主成分、综合得分及排序

综上所述，LED红光与蓝光处理下的七叶一枝花叶片的茎叶形态、叶绿素、可溶性糖、可溶性蛋白、内源激素的含量等生理指标均产生了不同的响应。因此为促进植物生长，可在人工培养七叶一枝花时有目的根据所需配置一定比例的红蓝光，找出最适光质和最适配比，为七叶一枝花的丰产提供参考。