（南京農(nóng)業(yè)大學生命科學學院，江蘇南京 210095）

光質和光周期對大豆芽苗菜生長及總酚類物質含量的影響

齊學會 張曉燕 魯燕舞 崔 瑾*

（南京農(nóng)業(yè)大學生命科學學院，江蘇南京 210095）

采用發(fā)光二極管（light emitting diode，LED）精確調(diào)制光譜能量分布，研究不同光質和光周期對大豆芽苗菜生長、總酚類物質含量及DPPH自由基清除能力的影響。光質試驗結果表明：紫外光（UV-B）處理顯著降低了大豆芽苗菜下胚軸長及可食率，且有利于植株水分積累；各光質處理均顯著提高了下胚軸中總酚類物質含量，其中UV-B處理含量最高，顯著高于黑暗培養(yǎng)和其他光質處理；UV-B處理子葉和下胚軸中DPPH自由基清除能力最強，均顯著高于黑暗培養(yǎng)。光周期試驗結果表明：UV-B 8 h·d-1處理大豆芽苗菜根長最長，下胚軸長最短；UV-B 8 h·d-1和12 h·d-1處理下胚軸中總酚物質含量和DPPH自由基清除能力且均顯著高于黑暗培養(yǎng)和其他光處理，其中8 h·d-1光周期處理比12 h·d-1效果更好?？傮w而言，8 h·d-1的UV-B處理最有利于大豆芽苗菜下胚軸中總酚類物質積累和DPPH自由基清除能力的提高。

光質；光周期；大豆；芽苗菜；生長；總酚類物質

大豆（Glycine max）芽苗菜風味獨特、口感脆嫩，富含VC、膳食纖維和酚類物質等營養(yǎng)成分。酚類物質是植物中主要的次生代謝產(chǎn)物，具有抗氧化、抗菌、抗病毒及抗癌功效，對人類慢性疾病有良好的預防作用（Bieza & Lois，2001；Schmitz-Hoerner & Weissenb?ck，2003；Solovchenko & Schmitz-Eliberger，2003），逐漸受到人們的關注（Balasundram et al.，2006）。研究如何提高大豆芽苗菜中酚類物質含量具有重要意義。

芽苗菜作為植物幼苗，光照對其生長和品質都有很大的影響（Wu et al.，2007；張歡 等，2009；張立偉 等，2010）。有研究表明，適當弱光處理的大豆芽苗菜顏色翠綠，含有豐富膳食纖維及其他生物活性物質，越來越受到消費者的喜愛（張穎，2008）。光環(huán)境調(diào)控是改善芽苗菜生長發(fā)育，提高產(chǎn)量和品質的重要措施，具有安全環(huán)保、經(jīng)濟有效等優(yōu)點（馬超 等，2010）。迄今，光質和光周期對芽苗菜生長和營養(yǎng)品質影響的研究已有較多報道（張歡 等，2009；張立偉 等，2010；梁宗鎖 等，2012；蘇娜娜 等，2012；邢澤南 等，2012），但在芽苗菜工廠化生產(chǎn)中，對于光調(diào)控技術的研究應用一直沒有引起足夠的重視，研究基礎薄弱。因此，深入研究光環(huán)境調(diào)控對大豆芽苗菜生長及營養(yǎng)品質的影響對芽苗菜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

近年來發(fā)光二極管（light emitting diode，LED）已成為現(xiàn)代植物工廠化生產(chǎn)中最具應用潛力的光源。與熒光燈等傳統(tǒng)光源相比，LED具有光譜能量調(diào)制便捷、節(jié)能環(huán)保、安全可靠、體積小、重量輕、發(fā)熱量少、易于分散或組合調(diào)控等優(yōu)點（Wu et al.，2007；崔瑾 等，2008）。本試驗采用LED精確調(diào)制光譜能量分布，探討光質和光周期對大豆芽苗菜生長及總酚類物質含量的影響，旨在為芽苗菜工廠化生產(chǎn)中光環(huán)境調(diào)控技術的應用提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試大豆品種為東農(nóng)690，購自江蘇蘇芽食品有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 芽苗菜的培養(yǎng) 用人工清洗的方法，剔除問題種子及雜質；然后浸種6 h，去除漂浮種子和種皮上的粘液；瀝去多余水分，將種子均勻灑在底部鋪有4層潮濕紗布的白瓷盤中，再覆蓋2層潮濕紗布，催芽12～18 h。待芽長0.5～1.0 cm時，播到鋪有蛭石的育苗盤中，暗培養(yǎng)1 d后置于不同光質條件下進行培養(yǎng)。培養(yǎng)室內(nèi)相對濕度80%，溫度（25±2）℃。

1.2.2 光質的選擇 光質處理組在LED冷光源培養(yǎng)箱（寧波海曙賽福試驗儀器廠生產(chǎn)）內(nèi)進行培養(yǎng)，箱內(nèi)頂置LED光源，可發(fā)出白光（W）、紅光（R）、藍光（B）、黃光（Y）及紫外光（UV-A、UV-B）。由于目前國內(nèi)市場上LED產(chǎn)品中UV-A和UV-B價格昂貴且不易購買，故用UV-A和UV-B紫外窄譜燈管替代。調(diào)節(jié)電流、占空比以及光源與植株間的距離，使用光量子計GLZ-A（浙江托普儀器有限公司生產(chǎn)）測量光量，調(diào)節(jié)光量均為30 μmol· m-2·s-1，光周期12 h·d-1。以始終黑暗培養(yǎng)為對照，待真葉將露未露時采收，測定各項指標。

1.2.3 光周期的選擇 在光質篩選試驗的基礎上，以黑暗和LED白光為對照，設置優(yōu)選光質的光周期為4、8、12 h·d-1，其他培養(yǎng)條件不變。

1.3 項目測定

1.3.1 生長指標 隨機取樣，每處理分別取15株，用直尺測量下胚軸長和根長；另外，每處理分別取10株，用萬分之一天平測定可食鮮質量和全株鮮質量，然后105 ℃殺青15 min，85 ℃烘至恒質量，測定可食干質量和全株干質量，3次重復。

1.3.2 生理生化指標 隨機取樣，每處理分別稱取鮮樣0.5 g，總酚類物質含量采用Folin-Ciocalteu比色法測定（李文仙 等，2011）；自由基清除能力采用DPPH法測定（孫麗萍 等，2009）。3次重復。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007軟件進行數(shù)據(jù)處理，采用SPSS 19.0軟件進行方差分析，差異顯著性由Duncan’s新復極差法檢驗，柱形圖采用Origin 8軟件進行繪制。

2 結果與分析

2.1 不同光質對大豆芽苗菜生長的影響

由圖1和表1可知，UV-A處理的大豆芽苗菜根長受到顯著抑制，UV-B處理的下胚軸長和可食率受到顯著抑制；UV-B處理的全株鮮質量和含水率顯著高于黑暗培養(yǎng)；可食鮮質量黑暗培養(yǎng)條件下積累最多，W處理和UV-B處理次之。

2.2 不同光質對大豆芽苗菜總酚類物質的影響

由圖2可知，大豆芽苗菜子葉中總酚類物質含量R處理和UV-B處理間差異顯著；各光質處理均顯著提高了下胚軸中總酚類物質含量，其中UV-B處理含量最高，且顯著高于黑暗培養(yǎng)和其他光質處理。UV-B處理的子葉和下胚軸中DPPH自由基清除能力均最強，且顯著高于黑暗培養(yǎng)和其他光質處理（除UV-A處理的子葉外）；UV-A處理和R處理的子葉中DPPH自由基清除能力顯著高于黑暗培養(yǎng)。

圖1 不同光質對大豆芽苗菜生長的影響

表1 不同光質對大豆芽苗菜生長的影響

圖2 不同光質對大豆芽苗菜總酚類物質含量及自由基清除能力的影響

2.3 不同UV-B光周期對大豆芽苗菜生長的影響

由圖3和表2可知，隨W的光周期從0 h延長到8 h·d-1，大豆芽苗菜下胚軸長顯著下降，而根長、全株干質量、可食率和含水率無顯著差異。UV-B不同光周期處理中，根長在8 h·d-1時達到最大值，且顯著高于對照及4 h·d-1處理；8 h·d-1和12 h·d-1處理的下胚軸長顯著低于對照和其他光周期處理。

2.4 不同UV-B光周期對大豆芽苗菜總酚類物質的影響

由圖4可知，大豆芽苗菜子葉中的總酚類物質含量在黑暗培養(yǎng)和光照處理下無顯著差異；與黑暗培養(yǎng)相比，光照處理可顯著提高子葉中DPPH自由基清除能力，其中UV-B 8 h·d-1處理的DPPH自由基清除能力最強，顯著高于黑暗培養(yǎng)和其他光處理。

由圖5可知，UV-B 8 h·d-1和12 h·d-1處理的大豆芽苗菜下胚軸中總酚物質含量和DPPH自由基清除能力均顯著高于黑暗培養(yǎng)和其他光處理。

圖3 不同UV-B光周期對大豆芽苗菜生長的影響

表2 不同UV-B光周期對大豆芽苗菜生長的影響

圖4 不同UV-B光周期對大豆芽苗菜子葉中總酚類物質含量及自由基清除能力的影響

圖5 不同UV-B光周期對大豆芽苗菜下胚軸中總酚類物質含量及自由基清除能力的影響

3 結論與討論

3.1 不同光質對大豆芽苗菜生長及總酚類物質的影響

在本試驗條件下，UV-B處理顯著抑制了大豆芽苗菜下胚軸長和可食率，這與邢澤南等（2012）的研究結果一致；Coleman和Day（2004）也證實UV-B能顯著抑制植物株高以及產(chǎn)量。

在光質研究中，單色光相對于白光來說對植物是一種非生物脅迫，故單色光更有利于同化產(chǎn)物的積累，特別是次生代謝產(chǎn)物的積累（李倩，2010；蘇秀紅 等，2010；王宇，2013；Nascimento et al.，2013）。本試驗中，各光質處理均顯著提高了大豆芽苗菜下胚軸中總酚類物質含量。短波長、高能量的UV-B對植物的脅迫更甚，而植物抵御UV-B脅迫的有效機制之一就是增加酚類物質含量（Merzlyak et al.，2002），進而提高其抗氧化能力（Loganayaki et al.，2013）。本試驗中，UV-B處理亦顯著提高了大豆芽苗菜下胚軸中總酚類物質含量以及子葉和下胚軸中DPPH自由基清除能力。

3.2 不同UV-B光周期對大豆芽苗菜生長及總酚類物質的影響

光質篩選試驗結果表明，UV-B處理對大豆芽苗菜下胚軸有顯著抑制作用，造成一定脅迫。UV-B脅迫會引發(fā)氧化脅迫，產(chǎn)生過多活性氧，打破活性氧平衡（Hideg éva et al.，2012）。脅迫使次生代謝物質之一的總酚類物質積累，而總酚類物質具有抗氧化、抗菌、抗病毒及抗癌功效（Bieza & Lois，2001）。故篩選UV-B為優(yōu)質光源，通過促進總酚類物質積累來提高大豆芽苗菜的品質。而且，UV-B作為物理調(diào)節(jié)技術用于改善植物生長及營養(yǎng)品質也受到越來越多的關注（黃勇，2010；Xu et al.，2011；Wargent & Jordan，2013）。

隨UV-B照射時間的延長，對植物的脅迫作用加強，可能誘導植物體內(nèi)信號分子傳遞，激活下游蛋白和基因的表達，最終增加次生物質酚類吸收過多的UV-B（Du et al.，2011）。本試驗中，UV-B 8 h·d-1和12 h·d-1處理顯著提高了大豆芽苗菜下胚軸中總酚類物質含量和DPPH自由基清除能力，其中8 h·d-1光周期處理效果更好，且更符合經(jīng)濟效益。

3.3 光調(diào)控技術在芽苗菜工廠化生產(chǎn)中的應用前景

本試驗結果表明，光周期為8 h·d-1的UV-B處理最有利于大豆芽苗菜中總酚類物質積累和DPPH自由基清除能力的提高，表明光調(diào)控技術可以應用于綠化型或半綠化型芽苗類蔬菜生產(chǎn)實際。而且LED光源的價格正在以每年20%～30%的速度直線下降（劉文科 等，2012），白光LED燈的節(jié)電效果是熒光燈的4倍，使用壽命可達到熒光燈的5倍以上（楊其長 等，2012）。因此，利用LED光調(diào)控技術培育芽苗菜是一項節(jié)能環(huán)保、經(jīng)濟且簡便易行的方法，可有效提高芽苗菜的產(chǎn)量和品質，社會效益和經(jīng)濟效益顯著（張毅華 等，2013）。

崔瑾，徐志剛，邸秀茹．2008．LED在植物設施栽培中的應用和前景．農(nóng)業(yè)工程學報，24（8）：249-253．

黃勇．2010．遮光和增強紫外線輻射對烤煙生長及煙葉品質的影響〔碩士論文〕．長沙：湖南農(nóng)業(yè)大學．

李倩．2010．光質對生菜、丹參生長和次生代謝物的影響〔博士論文〕．楊凌：西北農(nóng)林科技大學．

李文仙，俞丹，林玲，孫靜，蘭中偉，霍軍生．2011．Folin-Ciocalteu比色法應用于蔬菜和水果總多酚含量測定的研究．營養(yǎng)學報，33（3）：302-307．

梁宗鎖，李倩，徐文暉．2012．不同光質對丹參生長及有效成分積累和相關酶活性的影響．中國中藥雜志，37（14）：2055-2060．

劉文科，楊其長，邱志平，趙姣姣．2012．LED光質對豌豆苗生長、光合色素和營養(yǎng)品質的影響．中國農(nóng)業(yè)氣象，33（4）：500-504．

馬超，張歡，郭銀生，谷艾素，崔瑾．2010．LED在芽苗菜生產(chǎn)中的應用及前景．中國蔬菜，（20）：9-13．

蘇娜娜，鄔奇，崔瑾．2012．LED光質補光對黃瓜幼苗生長和光合特性的影響．中國蔬菜，（24）：48-54．

蘇秀紅，董誠明，王偉麗．2010．光質對冬凌草再生植株生長及次生代謝產(chǎn)物的影響．時珍國醫(yī)國藥，21（12）：3278-3279.

孫麗萍，王大仟，張智武．2009．11種天然植物提取物對DPPH自由基的清除作用．食品科學，30（1）：45-47．

王宇．2013．短波長光質誘導津田蕪菁花青素合成相關基因差異表達機制研究〔博士論文〕．哈爾濱：東北林業(yè)大學．

邢澤南，張丹，李薇，張歡，章麗麗，崔瑾．2012．光質對油葵芽苗菜生長和品質的影響．南京農(nóng)業(yè)大學學報，35（3）：47-51．

楊其長，魏靈玲，劉文科，程瑞鋒．2012．植物工廠系統(tǒng)與實踐．北京：化學工業(yè)出版社.

張歡，徐志剛，崔瑾，郭銀生，谷艾索．2009．不同光質對蘿卜芽苗菜生長和營養(yǎng)品質的影響．中國蔬菜，（10）：23-27．

張立偉，劉世琦，張自坤，楊茹，楊曉建．2010．不同光質下香椿苗的生長動態(tài)．西北農(nóng)業(yè)學報，19（6）：115-119.

張毅華，張曉燕，崔瑾．2013．光強對黑豆芽苗菜生長和營養(yǎng)品質的影響．中國蔬菜，（16）：49-54．

張穎．2008．綠瓣大豆芽菜生產(chǎn)技術研究〔碩士論文〕．南京：南京農(nóng)業(yè)大學．

Balasundram N，Sundram K，Samman S．2006．Phenolic compounds in plants and agri-industrial by-products：antioxidant activity，occurrence，and potential uses．Food Chemistry，99：191-203．

Bieza K，Lois R．2001．An arabidopsis mutant tolerant to lethal ultraviolet-B levels shows constitutively elevated accumulation of flavonoids and other phenolics．Plant Physiol，126：1105-1115．

Coleman R S，Day T A．2004．Response of cotton and sorghum to several levels of subambient solar UV-B radiation：a test of the saturation hypothesis．Physiologia Plantarum，122：362-372．

Du H G，Liang Y，Pei K Q，Ma K P．2011．UV radiation-responsive proteins in rice leaves a proteomic analysis．Plant Cell Physiol，52（2）：306-316．

Hideg éva，Jansen M A K，Strid ?ke．2012．UV-B exposure，ROS，and stress：inseparable ompanions or loosely linked associates? Trends in Plant Science，18（2）：107-115．

Loganayaki N，Siddhuraju P，Manian S．2013．Antioxidant activity and free radical scavenging capacity of phenolic extracts from Helicteres isora L. and Ceiba pentandra L．J Food Sci Technol，50（4）：687-695．

Merzlyak M N，Solovchenki A E，Chivkunova O B．2002．Patterns of pigment changes in apple fruits during adaptation to high sunlight and sunscald development．Plant Physiol Biochem，40：679-684．

Nascimento L B S，Leal-Costa M V，Coutinho M A S，Moreira N S，Lage C L S，Barbi N S，Costa S?nia S，Tavares E S．2013．Increased antioxidant activity and changes in phenolic profile of Kalanchoe pinnata（Lamarck）Persoon（Crassulaceae）specimens grown under supplemental blue light．Photochemistry and Photobiology，89（2）：391-399.

Schmitz-Hoerner R，Weissenb?ck G．2003．Contribution of phenolic compounds to the UV-B screening capacity of developing barley primary leaves in relation to DNA damage and repair under elevated UV-B levels．Phytochemistry，64：243-255．

Solovchenko A，Schmitz-Eiberger M．2003．Significance of skin flavonoids for UV-B-protection in apple fruits．Journal of Experimental Botany，54（389）：1977-1984．

Wargent J J，Jordan B R．2013．From ozone depletion to agriculture：understanding the role of UV radiation in sustainable crop production．New Phytologist，197（4）：1058-1076．

Wu M C，Hou C Y，Jiang C M，Wang Y T，Wang C Y，Chen H H，Chang H M．2007．A novel approach of LED light radiation improves the antioxidant activity of pea seedlings．Food Chemistry，101（4）：1753-1758．

Xu R Y，Nan P，Yang Y X，Pan H Y，Zhou T S，Chen J K．2011．Ultraviolet irradiation induces accumulation of isoflavonoids and transcription of genes of enzymes involved in the calycosin-7-O-β-D-glucoside pathway in Astragalus membranaceus Bge. var.mongholicus（Bge.）Hsiao．Physiologia Plantarum，142：265-273．

Effects of Light Quality and Photoperiod on Growth and Total Phenolics Content of Soybean Sprouts

QI Xue-hui，ZHANG Xiao-yan，LU Yan-wu，CUI Jin*

（College of Life Sciences，Nanjing Agricultural University，Nanjing 210095，Jiangsu，China）

Light emitting diode（LED）was applied to accurately modulate light spectral energy distribution．The effects of light quality and photoperiod on the growth，total phenolics content and DPPH scavenging activity of soybean（Glycine max）sprouts were studied．The results of light quality test indicated that hypocotyl length and edible rate were significantly decreased by UV-B，which was favorable for water accumulation in plant．Every light treatment significantly increased the content of total phenolics in hypocotyls．The total phenolics content reached the max under UV-B treatment，and was much higher than that in the darkness and other light treatment．Under UV-B treatment，the DPPH scavenging activity in hypocotyls and cotyledon of soybean sprouts reached the max，and was significantly higher than that of the darkness．The photoperiod test showed that the root length reached the max and the hypocotyl length reached the min when the photoperiod was 8 h·d-1under UV-B．The total phenolics content and DPPH scavenging activity were significantly decreased by 8 h·d-1，12 h·d-1UV-B treatment，and were much higher than that in the darkness and other light treatment．Overall，8 h·d-1UV-B treatment was more beneficial for the the total phenolics content and the DPPH scavenging activity of soybean sprouts．

Light quality；Photoperiod；Soybean；Sprout；Growth；Total phenolics

齊學會，碩士研究生，專業(yè)方向：植物光生物學，E-mail：2012116009@njau.edu.cn

*通訊作者（Corresponding author）：崔瑾，教授，碩士生導師，專業(yè)方向：設施栽培環(huán)境調(diào)控機理，E-mail：cuijin@njau.edu.cn

2014-04-26；接受日期：2014-05-20

國家自然科學基金項目（31171998），國家基礎科學人才培養(yǎng)基金項目（J1310015）