胡舉偉 代 欣 宋 濤 孫廣玉*

(1.金正大生態(tài)工程集團(tuán)股份有限公司/養(yǎng)分資源高效開發(fā)與綜合利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/農(nóng)業(yè)部植物營(yíng)養(yǎng)與新型肥料創(chuàng)制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，臨沂 276700； 2.東北林業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，哈爾濱 150040)

光不僅是植物光合作用的能量來源，也是影響植物生長(zhǎng)發(fā)育的重要環(huán)境因子。光質(zhì)的改變可明顯影響植物生理過程、形態(tài)建成和生長(zhǎng)發(fā)育，而光質(zhì)對(duì)植物生理過程、形態(tài)建成和生長(zhǎng)發(fā)育的影響會(huì)因植物種類的不同而發(fā)生變化。相比于其他光譜區(qū)域，紅光和藍(lán)光可被光合色素更有效的吸收[1～2]。大量研究表明紅光、藍(lán)光、紅藍(lán)混合光均可對(duì)植物的光合作用、形態(tài)建成和生理特性產(chǎn)生不同影響[3～7]。

黑龍江省桑蠶業(yè)資源豐富，發(fā)展桑蠶業(yè)具有得天獨(dú)厚的資源和區(qū)位優(yōu)勢(shì)，夏季空氣干爽，養(yǎng)蠶季節(jié)氣溫適中，蠶發(fā)病少，繭質(zhì)優(yōu)[8]。2003年以來，黑龍江松嫩平原鹽堿土地區(qū)開始種桑養(yǎng)蠶，并逐漸大面積推廣應(yīng)用。當(dāng)?shù)剞r(nóng)民在技術(shù)人員的幫助下，充分利用桑樹(MorusalbaL.)的特點(diǎn)，發(fā)展成為養(yǎng)蠶桑樹(蠶桑)、桑葚桑樹(果桑)、畜牧飼料桑樹(飼料桑)、綠化用桑樹(綠化桑)、中藥材桑樹(藥桑)、食用桑樹(茶桑)等多種桑樹產(chǎn)品并進(jìn)的農(nóng)村經(jīng)營(yíng)模式，桑樹種植面積從無到有發(fā)展到約3萬畝，農(nóng)民獲得了較高經(jīng)濟(jì)效益，而且發(fā)現(xiàn)種植桑樹后鹽堿土壤pH明顯下降，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)得到了長(zhǎng)足發(fā)展[9]。黑龍江省秋冬季較長(zhǎng)，當(dāng)?shù)剞r(nóng)民為了更好地利用冬閑季節(jié)，利用設(shè)施栽培的方法種植桑樹，發(fā)展果桑采摘桑葚能獲得更大經(jīng)濟(jì)效益；同時(shí)也在溫室中繁育桑樹幼苗出售，以滿足當(dāng)前大田桑樹栽培和園林綠化的需求。但在設(shè)施栽培條件下，晚秋、冬、春等季節(jié)都不同程度地存在光照時(shí)間短、光照不足等嚴(yán)重缺光的問題，會(huì)嚴(yán)重地影響桑樹生長(zhǎng)。因此，如何調(diào)節(jié)光照獲得健壯幼苗，以滿足大田桑樹栽培和桑樹扦插育苗的需要，成為目前需要解決的問題。藍(lán)光(400～500 nm)和紅光(600～700 nm)是對(duì)高等植物光合作用最有效的光，鑒于其光譜特性，紅藍(lán)光質(zhì)對(duì)植物的生長(zhǎng)、光合和生理特征等方面的影響成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者們的研究熱點(diǎn)，目前關(guān)于紅藍(lán)光對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育影響的研究多聚焦在蔬菜、花卉等植物，例如黃瓜(CucumissativusL.)[10]、番茄(LycopersiconesculentumMill.)[11]、菠菜(SpinaciaoleraceaL.)[12]等，關(guān)于紅藍(lán)光對(duì)桑樹生長(zhǎng)影響的研究報(bào)道較少。同時(shí)由于植物對(duì)光質(zhì)的生理與生長(zhǎng)響應(yīng)多是物種依賴的[13]，不能根據(jù)前人研究結(jié)果推測(cè)紅藍(lán)光對(duì)桑樹生長(zhǎng)與生理的影響。因此，有必要研究紅藍(lán)光對(duì)桑樹幼苗生長(zhǎng)和生理特性的影響，以期探明紅藍(lán)光對(duì)桑樹幼苗生長(zhǎng)和生理的調(diào)控作用，為設(shè)施栽培桑樹中光質(zhì)條件的調(diào)控提供參考與技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與培養(yǎng)環(huán)境

試驗(yàn)于2014年9月進(jìn)行，供試材料為1年生桑樹品種“龍桑1號(hào)”幼苗(MorusalbaL.cv.Longsang No.1)，去掉桑樹幼苗的分枝、葉片和須根，僅保留主莖、主根各約2 cm，然后將幼苗移栽到直徑8 cm、高12 cm的培養(yǎng)盆中，培養(yǎng)盆內(nèi)裝草炭土和蛭石的混合培養(yǎng)基質(zhì)(體積比2∶1)，每盆定植1株。每株只保留一支枝條。在移栽后將所有植株放置在人工氣候室中，由白色冷熒光燈(廣州綠熒光電有限公司)提供光照，光照強(qiáng)度為100 μmol·m-2·s-1，環(huán)境條件控制為：光周期(14 h/10 h，光/暗)，白天溫度(28±2℃)，夜間溫度(23±2℃)，相對(duì)濕度60%～65%，每3 d澆1次水。

1.2 光質(zhì)處理方法

幼苗培養(yǎng)2周后挑選健壯、長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗接受不同光質(zhì)處理。一些幼苗仍在白色冷熒光燈下培養(yǎng)，作為白光(W)對(duì)照處理，另設(shè)3個(gè)LEDs陣列光源處理，分別為紅光(R)、藍(lán)光(B)、紅藍(lán)混合光(RB)(紅光LED數(shù)量∶藍(lán)光LED的數(shù)量=5∶1)，以上LEDs陣列光源均由廣州綠熒光電有限公司提供。不同光源的光譜和光照強(qiáng)度通過光譜儀(OPT-2000,Optpe Co.,中國(guó))和光量子傳感器(LI-250A,Licor,美國(guó))測(cè)定。放置不同光源的燈架外部用遮光布覆蓋，以避免外界光照干擾。通過調(diào)整光源到植株頂部的距離，使各處理的光照強(qiáng)度保持在100 μmol·m-2·s-1，不同光質(zhì)的光譜特點(diǎn)詳見表1，其它環(huán)境條件同1.1。每處理各20盆植株，3次重復(fù)。幼苗在不同光質(zhì)處理下培養(yǎng)30 d后，選取從頂端往下數(shù)第2片完全展開葉片進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)定。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.3.1 生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定

各處理均隨機(jī)選取5株幼苗，測(cè)定從植株莖基部到頂部的莖長(zhǎng)度；用葉面積儀測(cè)定葉片面積(LI-3000C,Licor,美國(guó))；將植株的莖、葉殺青后，在80℃下烘干至恒重，用電子天平稱量干重；根據(jù)從頂端往下數(shù)第2片完全展開葉片的葉面積、干重，計(jì)算比葉重(LMA)。

1.3.2 生化指標(biāo)測(cè)定

各處理均隨機(jī)選取3株幼苗進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)定。用打孔器從新鮮葉片取圓形葉片，按照Arnon[14]所述方法測(cè)定葉綠素含量。可溶性蛋白含量的測(cè)定參照Bradford[15]的方法。

蔗糖、淀粉含量按照前人研究描述的方法測(cè)定：稱取烘干后的葉片，用25 mL 80%乙醇(V/V)研磨提取蔗糖，離心后，上清用于蔗糖含量的測(cè)定；向離心后的沉淀中加入25 mL 2% HCl(V/V)，煮沸4 h，冷卻后離心，上清用于淀粉含量的測(cè)定[16]。用打孔器從新鮮葉片上取圓形葉片，殺青后在80℃下烘干至恒重，然后取烘干后葉片，通過元素分析儀(Vario MAX CN,Elementar,德國(guó))測(cè)定葉片總氮(N)含量。

超氧化物歧化酶(SOD)活性測(cè)定采用氮藍(lán)四唑(NBT)光還原法[17]。過氧化物酶(POD)活性測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚法[18]。過氧化氫酶(CAT)活性通過過氧化氫還原法測(cè)定[19]。丙二醛(MDA)含量通過MDA與含有0.5%(W/V)硫代巴比妥酸的三氯醋酸溶液的反應(yīng)產(chǎn)物在532 nm處吸光度測(cè)定[20]。

1.3.3 光合氣體交換參數(shù)和葉綠素?zé)晒鈪?shù)測(cè)定

利用LI-6400XT便攜式光合儀(Licor,美國(guó))測(cè)定植株葉片的凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)，葉室溫度控制為28±1℃，相對(duì)濕度65%，外界CO2濃度為400 μmol·mol-1，光強(qiáng)為100 μmol·m-2·s-1。葉綠素?zé)晒鈪?shù)利用FMS-2葉綠素?zé)晒鈨x(Hansatech,英國(guó))測(cè)定，在測(cè)定之前先將植株暗適應(yīng)30 min，試驗(yàn)所用光化光和飽和脈沖光分別為100和5 000 μmol·m-2·s-1，PSⅡ的最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)、PSⅡ的實(shí)際光化學(xué)效率(ΦPSⅡ)、開放的PSⅡ反應(yīng)中心激發(fā)能的捕獲效率(Fv′/Fm′)、非光化學(xué)猝滅(NPQ)參照Wingler等[21]所述的方法測(cè)量和計(jì)算。

1.3.4 葉片解剖結(jié)構(gòu)測(cè)定

用刀片切取1 mm×2 mm的葉片樣品，注意避開主葉脈，取樣后將樣品隨即放入1%戊二醛(W/V)中抽真空，而后在4%戊二醛中4℃下固定3 h。固定后用0.1 mol·L-1磷酸緩沖液充分沖洗樣品。然后將樣品放入2%鋨酸(W/V)中，在4℃下后固定1.5 h，之后用0.1 mol·L-1磷酸緩沖液充分沖洗樣品，接著樣品經(jīng)一系列不同濃度丙酮梯度脫水。脫水完成后樣品用一系列不同比例的純丙酮和環(huán)氧樹脂混合物進(jìn)行滲透與包埋。包埋后，切出超薄切片(70 nm)。超薄切片用5%醋酸雙氧鈾、檸檬酸鉛(W/V)染色，然后用透射電鏡(Hitachi-7650,Hitachi,日本)觀察，并用透射電鏡自帶軟件測(cè)量葉片厚度、柵欄組織以及海綿組織厚度。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

利用SPSS 17.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析(one-way ANOVA)分析，并比較不同數(shù)據(jù)組間的差異(LSD, α=0.05)。采用Microsoft Excel 2007作圖，圖表中數(shù)據(jù)均為3次或3次以上重復(fù)的平均值±SD。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同光質(zhì)的光譜特點(diǎn)

由表1可知，白光的峰值波長(zhǎng)為410～700 nm，紅光LED和藍(lán)光LED的峰值波長(zhǎng)分別為660 nm、465 nm，半峰全寬均為20 nm。

表1 不同光質(zhì)的光譜參數(shù)

Table 1 The light spectral parameters of different light quality

處理Treatments峰值波長(zhǎng)Peak wavelength(nm)半峰全寬Halfwave width(nm)光量子通量密度Photon flux density(μmol·m2·s-1)W410～700—100R660±20100RB660,465±20,±20100B465±20100

注：W.白光；R.紅光；RB.紅藍(lán)混合光；B.藍(lán)光 下同。

Note:W.White light; R.Red light; RB.Mixture of red and blue light(red LED∶blue LED=5∶1); B.Blue light The same as below.

表2 不同光質(zhì)對(duì)桑樹幼苗生長(zhǎng)的影響

注：同一列中不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)，下同。

Note:Different small letters in the same column indicate significant differences(P<0.05),the same as below.

表3 不同光質(zhì)對(duì)桑樹幼苗生化指標(biāo)的影響

2.2 不同光質(zhì)對(duì)桑樹幼苗生長(zhǎng)的影響

由表2可知，不同光質(zhì)處理對(duì)桑樹植株的生長(zhǎng)、形態(tài)特征產(chǎn)生了明顯影響。紅光處理下植株莖長(zhǎng)、葉面積最大，其次是白光、紅藍(lán)混合光處理，在藍(lán)光處理下最小。白光對(duì)照處理下植株的莖干重、葉干重顯著高于其它光質(zhì)處理，而藍(lán)光處理下植株的莖干重、葉干重最小。藍(lán)光處理下植株的比葉重最大且顯著高于其它光質(zhì)處理，紅光處理下植株的比葉重最小。

2.3 不同光質(zhì)對(duì)桑樹幼苗生化指標(biāo)的影響

如表3所示，白光對(duì)照處理下葉片的葉綠素含量最高且顯著高于紅光處理，但與紅藍(lán)混合光、藍(lán)光處理相比無顯著差異。而紅藍(lán)混合光、藍(lán)光處理下葉片的葉綠素a/b比值與對(duì)照相比無顯著差異，而紅光處理下葉片的葉綠素a/b顯著低于對(duì)照處理。藍(lán)光處理下植株的可溶性蛋白含量、葉片總N含量最高，其次是白光、紅藍(lán)混合光處理，紅光處理下最小。藍(lán)光處理下葉片的蔗糖、淀粉含量顯著高于其它光質(zhì)處理，紅光處理下葉片的蔗糖含量最低，而白光對(duì)照處理下葉片的淀粉含量最低。

圖1 不同光質(zhì)對(duì)桑樹葉片光合氣體交換參數(shù)的影響Fig.1 Effects of different light qualities on photosynthetic gas exchange parameters of mulberry leaves

圖2 不同光質(zhì)對(duì)桑樹葉片熒光參數(shù)的影響Fig.2 Effects of different light qualities on chlorophyll fluorescence parameters of mulberry leaves

圖3 不同光質(zhì)對(duì)桑樹葉片抗氧化酶(SOD、POD和CAT)活性及MDA含量的影響Fig.3 Effects of different light qualities on antioxidant enzymes(SOD,POD and CAT) activity and MDA content of mulberry leaves

2.4 不同光質(zhì)對(duì)桑樹幼苗葉片光合氣體交換參數(shù)的影響

如圖1所示，光質(zhì)顯著影響葉片的光合特性(圖1)。與白光對(duì)照處理的葉片Pn相比，紅光和藍(lán)光處理下葉片的Pn顯著降低，且紅光處理下葉片的Pn最低，紅藍(lán)混合處理下葉片的Pn與對(duì)照處理相比，無顯著差異。同時(shí)，藍(lán)光處理下葉片的Gs顯著高于其它各光質(zhì)處理，而紅光處理葉片的Gs顯著低于其它各光質(zhì)處理，紅藍(lán)混合光處理下葉片的Gs與白光對(duì)照相比無顯著差異。

2.5 不同光質(zhì)對(duì)桑樹幼苗葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

如圖2所示，與白光對(duì)照相比，紅藍(lán)混合光對(duì)葉片的Fv/Fm無顯著影響，而紅光、藍(lán)光處理下葉片的Fv/Fm顯著降低且紅光下降低的程度最大。不同光質(zhì)對(duì)ΦPSⅡ的影響與Fv/Fm相似。與白光對(duì)照相比，紅光、紅藍(lán)混合光和藍(lán)光處理下葉片的Fv′/Fm′顯著降低，且紅光處理下葉片的Fv′/Fm′最低，紅藍(lán)混合光處理的Fv′/Fm′顯著高于紅光和藍(lán)光處理。紅光處理下葉片的NPQ顯著高于對(duì)照、紅藍(lán)混合光和藍(lán)光處理，而紅藍(lán)混合光和藍(lán)光處理下葉片的NPQ雖然顯著高于對(duì)照處理，但顯著低于紅光處理。

2.6 不同光質(zhì)對(duì)桑樹幼苗葉片抗氧化酶活性與丙二醛含量的影響

SOD、POD、CAT是植物活性氧清除系統(tǒng)的重要組成部分，由圖3可以看出，不同光質(zhì)處理顯著影響了葉片中SOD、POD、CAT的活性(圖3)。紅光、紅藍(lán)混合光、藍(lán)光處理下葉片的SOD、POD、CAT的活性均顯著高于白光對(duì)照處理，且在藍(lán)光處理下葉片的SOD、POD、CAT的活性最高。同時(shí)，紅光、紅藍(lán)混合光、藍(lán)光處理下葉片的丙二醛(MDA)含量均顯著低于白光對(duì)照。

2.7 不同光質(zhì)對(duì)桑樹幼苗葉片橫切面結(jié)構(gòu)的影響

由表4可知，不同光質(zhì)也顯著影響了葉片橫切面的解剖結(jié)構(gòu)(表4)。白光對(duì)照處理下葉片厚度、柵欄組織厚度和海綿組織厚度均最大，紅藍(lán)混合光、藍(lán)光處理下葉片厚度、柵欄組織厚度、海綿組織厚度次之。紅光處理下葉片厚度、柵欄組織厚度、海綿組織厚度最小且顯著小于對(duì)照和藍(lán)光處理。

表4 不同光質(zhì)對(duì)桑樹葉片橫切面解剖結(jié)構(gòu)的影響

Table 4 Effects of different light qualities on anatomical structure of leaf cross sections in mulberry leaves

處理Treatment葉片厚度Leaf thickness(μm)柵欄組織厚度Palisade tissue thickness(μm)海綿組織厚度Spongy tissue thickness(μm)W92.67±1.53a31.17±0.76a36.67±2.08aR75.83±1.89c22.13±1.21d18.03±1.95cRB81.00±1.00b28.53±1.50b19.33±2.08cB90.73±2.05a25.20±1.06c31.07±1.01b

3 討論

松嫩平原鹽堿化土地面積已達(dá)320×104hm2，已成為世界三大蘇打鹽堿土集中分布區(qū)之一[22]。因此，如何有效地利用和開發(fā)鹽堿地以減輕土壤鹽堿化對(duì)農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境的危害，成為可持續(xù)發(fā)展亟待解決的重要課題之一。黑龍江省松嫩平原地區(qū)農(nóng)民通過栽植桑樹，不僅改善了當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，而且促進(jìn)了蠶業(yè)的發(fā)展。但是如何在冬季農(nóng)閑時(shí)期采用設(shè)施栽培措施獲得健壯幼苗還需選取適合桑樹幼苗生長(zhǎng)的光質(zhì)。本試驗(yàn)對(duì)這一問題進(jìn)行了初步探究，結(jié)果表明，不同光質(zhì)顯著影響了桑樹幼苗的生長(zhǎng)、形態(tài)建成，與白光處理的植株相比，紅光處理植株的莖長(zhǎng)、葉面積最大，其次是紅藍(lán)混合光，藍(lán)光下最小。藍(lán)光可抑制較多植物物種的節(jié)間生長(zhǎng)和細(xì)胞分裂[23～25]。結(jié)合這些前人結(jié)果，本試驗(yàn)中紅藍(lán)混合光和藍(lán)光處理下，桑樹幼苗莖長(zhǎng)和葉面積變小(圖1)，可能是由于細(xì)胞分裂和細(xì)胞擴(kuò)展受抑制所致。Sebastian和Prasad[26]研究發(fā)現(xiàn)生長(zhǎng)在單質(zhì)藍(lán)光LEDs下的水稻(OryzasativaL.)生物量低于白光LEDs下生長(zhǎng)植株，但顯著高于紅光下生長(zhǎng)植株。而在一定比例紅藍(lán)LEDs光下培養(yǎng)的陸地棉(GossypiumhirsutumL.)組培苗的生物量高于在白色熒光燈下或單質(zhì)紅光LEDs、單質(zhì)藍(lán)光LEDs生長(zhǎng)的植株[27]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，紅藍(lán)混合光處理下植株的生物量雖然顯著低于白光對(duì)照處理，但高于紅光和藍(lán)光處理。Hogewoning等[10]研究發(fā)現(xiàn)單質(zhì)紅光處理下黃瓜幼苗的LMA最低，幼苗的LMA隨著紅藍(lán)組合光中藍(lán)光比例的增加而變大，但在單質(zhì)藍(lán)光下的LMA有所降低。我們的研究結(jié)果與此并不完全一致，本研究中，雖然紅光處理下葉片的LMA最低，但藍(lán)光下的LMA顯著高于其它光質(zhì)處理。這些結(jié)果表明光質(zhì)改變可用于調(diào)控桑樹幼苗的生長(zhǎng)和形態(tài)，同時(shí)植株對(duì)光質(zhì)的響應(yīng)是物種依賴的。

較高比例的藍(lán)光可使植株葉片呈現(xiàn)“陽(yáng)生型”特征，這些葉片具有高的LMA和光合能力[28～29]。在本研究中，紅藍(lán)混合光處理下葉片的Pn高于紅光、藍(lán)光處理，且紅藍(lán)混合光處理下葉片的Pn與白光對(duì)照處理相比無顯著差異。本研究中，藍(lán)光處理下葉片的葉綠素含量與白光對(duì)照相比無顯著差異，顯然藍(lán)光下桑樹葉片較低的Pn與葉綠素含量無關(guān)。藍(lán)光和紅光都可誘導(dǎo)氣孔張開[30]。本研究中，藍(lán)光處理下葉片的Gs顯著高于其它光質(zhì)處理，但Pn顯著低于白光對(duì)照處理。因此，CO2的可利用性并不限制藍(lán)光處理下植株的光合作用。單質(zhì)光下Pn的降低是由激發(fā)能在光系統(tǒng)Ⅰ、光系統(tǒng)Ⅱ間不均衡分配造成的[31]。與此相符合的是，本研究結(jié)果表明在紅光、藍(lán)光處理下葉片的實(shí)際光化學(xué)效率(ΦPSⅡ)急劇降低。然而，其它因素可能也造成了紅光下葉片Pn降低。本研究中，紅光處理下葉片的Gs、葉綠素含量、可溶性蛋白含量、葉片單位面積總N含量大幅降低。由于Rubisco是葉片中可溶性蛋白的主要組成部分，所以紅光處理下葉片的Rubisco含量可能顯著下降。同時(shí)植株的光合作用也依賴于葉片總N含量[32]。因此除了紅光下葉片的ΦPSⅡ降低，與紅藍(lán)混合光、藍(lán)光下生長(zhǎng)葉片相比，卡爾文循環(huán)中CO2羧化受抑制也是引起紅光下生長(zhǎng)葉片Pn降低的原因。而紅藍(lán)混合光下生長(zhǎng)葉片的Gs、ΦPSⅡ、可溶性蛋白含量、葉綠素含量與白光處理無顯著差異，這可能是紅藍(lán)混合光下葉片Pn與白光處理無顯著差異的原因。此研究結(jié)果和紅藍(lán)組合光下水稻植株的Pn高于紅光處理與紅藍(lán)組合光下植株葉片具有較高的Rubisco含量、總N含量有關(guān)的報(bào)道相符[28]。Hogewoning等[10]則發(fā)現(xiàn)紅藍(lán)組合光、藍(lán)光處理下植株葉片的Fv/Fm和ΦPSⅡ高于紅光處理，而紅藍(lán)組合光處理下植株的Fv/Fm和ΦPSⅡ與藍(lán)光下處理無明顯差異，單質(zhì)紅光可引起光合機(jī)構(gòu)功能失調(diào)。本試驗(yàn)研究結(jié)果與這些報(bào)道相一致。本試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，與白光對(duì)照處理相比，在藍(lán)光、紅光處理下葉片的NPQ大幅增加，而紅藍(lán)混合光處理下增加幅度較小。這表明，在單質(zhì)紅光、單質(zhì)藍(lán)光下桑樹幼苗葉片的光合機(jī)構(gòu)功能失調(diào)導(dǎo)致光系統(tǒng)Ⅱ捕獲的激發(fā)能以非光化學(xué)猝滅形式耗散掉的比例增加。

在本研究中，紅光下植株葉片的葉綠素a/b比值顯著低于紅藍(lán)混合光、藍(lán)光處理。這與光質(zhì)對(duì)黃瓜葉片葉綠素a/b比值影響相一致[10]。光質(zhì)在葉綠素的生物合成中起重要作用[33]。前人研究結(jié)果表明紅光不利于葉綠素的形成，表現(xiàn)為紅光下葉綠素的生物合成前體5-氨基乙酰丙酸減少[34～35]。而有較多研究表明藍(lán)光有利于葉綠素的積累[34～36]。藍(lán)光可逆轉(zhuǎn)紅光誘導(dǎo)的抑制葉綠素合成的響應(yīng)[35]。因此，在本研究中紅藍(lán)混合光、藍(lán)光下較高的葉綠素a/b比值可能是由于藍(lán)光對(duì)葉綠素生物合成的影響造成的。同時(shí)，在本研究中白光處理下葉片的淀粉含量明顯低于紅光、紅藍(lán)混合光和藍(lán)光處理。顯然，本研究中不能排除光合產(chǎn)物積累對(duì)紅光、紅藍(lán)混合光和藍(lán)光處理下桑樹植株光合作用的反饋抑制[10]。

最近的研究表明，與白光處理相比，單質(zhì)紅光、單質(zhì)藍(lán)光處理下水稻葉片中的抗氧化酶活性明顯提高，而MDA含量顯著降低[26]。同時(shí)，Dong等[37]發(fā)現(xiàn)，與白光處理相比，紅光、紅藍(lán)混合光可增強(qiáng)花期小麥葉片的SOD活性。本試驗(yàn)結(jié)果表明，與白光處理相比，紅光、紅藍(lán)混合光和藍(lán)光處理下葉片的SOD、POD、CAT活性大幅提高。這可能是由于紅光、藍(lán)光可被光合色素更有效的吸收，從而造成光合電子傳遞鏈的飽和，最終引起抗氧化活性的增強(qiáng)[38]。較高的SOD、POD、CAT活性可有效的清除ROS，減輕ROS對(duì)細(xì)胞膜脂的過氧化傷害。所以在本研究中紅光、紅藍(lán)混合光和藍(lán)光處理下葉片的膜脂過氧化產(chǎn)物MDA含量顯著低于白光處理。

葉片是植物中可塑性較強(qiáng)的器官，植物葉片對(duì)環(huán)境條件的變化敏感，光質(zhì)對(duì)葉片的解剖結(jié)構(gòu)有較明顯的影響[39]。生長(zhǎng)在單質(zhì)藍(lán)光和紅藍(lán)組合光下陸地棉葉片厚度、柵欄組織厚度均顯著高于單質(zhì)紅光處理，但葉片厚度、柵欄組織厚度與藍(lán)光比例并不呈現(xiàn)線性相關(guān)關(guān)系[27]。本試驗(yàn)中，相比于紅光處理，紅藍(lán)混合光、藍(lán)光有利于葉片厚度、柵欄組織厚度和海綿組織厚度的增加。這與前人研究結(jié)果相一致[27,40]。以上結(jié)果表明，補(bǔ)充藍(lán)光可削弱單質(zhì)紅光對(duì)桑樹幼苗葉片中葉肉組織發(fā)育的不利影響，藍(lán)光可能在調(diào)節(jié)桑樹葉片組織發(fā)育中起作用。

綜上所述，本研究表明紅光促進(jìn)桑樹幼苗莖伸長(zhǎng)、葉片展開，降低比葉重、葉片總N含量、Gs。藍(lán)光抑制莖伸長(zhǎng)和葉片展開，增加比葉重、葉片總N含量和Gs。藍(lán)光下Pn的降低主要?dú)w因于光系統(tǒng)功能失調(diào)，而紅光下也受葉綠素含量、可溶性蛋白含量和Gs降低影響。紅藍(lán)混合光下植株的生長(zhǎng)狀況、生理特征與白光下相似。本試驗(yàn)研究結(jié)果表明一定比例的紅藍(lán)混合光可減少單質(zhì)紅光、藍(lán)光對(duì)桑樹植株生長(zhǎng)發(fā)育的不利影響，紅藍(lán)混合光LED具有應(yīng)用于黑龍江省松嫩平原鹽堿土地區(qū)設(shè)施栽培桑樹幼苗的潛力。