陳地杰，韓烈保，宋桂龍，陳雨峰

（北京林業(yè)大學(xué)草坪研究所，北京 100083）

為了解決草坪草的遮陰問(wèn)題，農(nóng)業(yè)常用補(bǔ)光燈源被逐漸引進(jìn)到草坪的補(bǔ)光中，以高壓鈉燈為代表的傳統(tǒng)補(bǔ)光源光照強(qiáng)度高，但其光效低，耗能大[1]，光譜相對(duì)固定，無(wú)效波長(zhǎng)較多，產(chǎn)熱量大。由Ⅲ～Ⅳ族化合物(砷化鎵、磷化鎵、磷砷化鎵等)半導(dǎo)體材料制成[2-3]的LED具有較高光電轉(zhuǎn)換效率、較低能耗及較長(zhǎng)使用壽命等優(yōu)勢(shì)，其光質(zhì)易于進(jìn)行組合與調(diào)控，成本較低[4]。

在光質(zhì)的應(yīng)用方面，已有研究充分證明紅/藍(lán)光的光質(zhì)組合作為光源栽培植物是可行的[5-8]。還有研究證明，復(fù)合光質(zhì)比單一光質(zhì)更適合植物生長(zhǎng)，可以正常培育植物[9-10]。

研究表明，不同植物的生長(zhǎng)對(duì)紅/藍(lán)光的配比需求存在差異，棉花(Gossypiumspp.)[11]、紅掌(Anthurium andraeanum)[12]和鐵皮石斛(Dendrobium officinale)[13]生根苗生長(zhǎng)的最適紅/藍(lán)光配比為1∶1。Nhut等[14]研究表明，草莓(Fragaia ananassa)組培苗在紅/藍(lán)光配比7∶3條件下生長(zhǎng)優(yōu)良。玉簪(Hosta plantaginea)[15]和雜交蘭(Cymbidiumssp.)[16]生根所需的LED紅/藍(lán)光質(zhì)配比為2∶1；孫翊等[17]在LED光質(zhì)對(duì)非洲菊(Gerbera jamesonii)組培苗影響的研究中得出，紅/藍(lán)光配比為4∶1的LED光質(zhì)最適宜非洲菊組培苗的生長(zhǎng)等。在植株形態(tài)生長(zhǎng)方面，倪文[18]發(fā)現(xiàn)，藍(lán)光處理的水稻(Oryza sativa)苗，生長(zhǎng)整齊茁壯。在紫光和藍(lán)光的照射處理下，燕麥(Avena sativa)的植株整體較低矮，且生長(zhǎng)較對(duì)照組更整齊[19]，對(duì)于草坪草，藍(lán)光與紫光可促進(jìn)草坪植物生長(zhǎng)較低矮健壯，紅光與黃光則對(duì)草坪植物的莖的伸長(zhǎng)等有促進(jìn)作用[20]。在植物生理特性方面，付傳明等[21]發(fā)現(xiàn)，藍(lán)光處理下的番茄(Solanum lycopersicum)幼苗過(guò)氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)及抗壞血酸過(guò)氧化物酶(APX)活性都較高；蒲高斌等[22]發(fā)現(xiàn)，紅光和藍(lán)光處理的番茄(Lycopersicon esculentum)，其POD、SOD及APX活性都顯著高于白光處理。

雖然有關(guān)紅/藍(lán)光配比對(duì)不同植物的影響已有大量研究，但大多集中于農(nóng)作物或組培植物，有關(guān)草坪草的研究也主要限于單一光質(zhì)對(duì)光形態(tài)建成的影響。為此，本研究利用兩種冷季型草坪草為材料，探討不同紅/藍(lán)光配比對(duì)草坪草生長(zhǎng)及生理特性的影響，以期進(jìn)一步了解光質(zhì)影響草坪草的生理機(jī)制。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試多年生黑麥草品種蒙特利3號(hào)和高羊茅品種皇冠為北京地區(qū)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)常用兩種冷季型草坪草，種子由克勞沃公司提供。

1.2 植株培養(yǎng)

選籽粒飽滿、大小一致的兩種冷季型草坪草的種子，以40 g·m-2播種量播種于盆栽內(nèi)，盆栽規(guī)格為高19.5 cm、內(nèi)徑19.4 cm、外徑22.5 cm、底徑14.4 cm，種植基質(zhì)為純沙，并埋入等量磷酸二銨作為基肥。供試草種種植于溫室內(nèi)，控制溫度恒定為23～25 ℃，室內(nèi)相對(duì)濕度40%～50%，種植區(qū)四周圍以反光紙遮擋，避免除LED光外其他光源的干擾。不同紅/藍(lán)光配比的LED燈均為定制光源，每日以自動(dòng)時(shí)間控制器保證LED連續(xù)光照12 h，光照強(qiáng)度為110 μmol·(m2·s)-1，自播種開始便進(jìn)行光照處理，直至成坪并進(jìn)行測(cè)定。養(yǎng)護(hù)期間修剪頻次為每周2次，澆水頻次為每周2～3次，種植直至測(cè)定期間不另施肥，種植期間未表現(xiàn)出明顯缺肥脅迫。

1.3 試驗(yàn)方案

采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)4個(gè)紅/藍(lán)光配比處理，即3∶1，5∶1，7∶1，9∶1。每個(gè)草種在每個(gè)處理下共計(jì)4次重復(fù)，即4個(gè)盆栽，每個(gè)處理間均以反光紙與遮光板隔開，避免不同光質(zhì)相互干擾。處理50 d后，進(jìn)行過(guò)氧化氫酶(CAT)、APX、POD活性以及分蘗、細(xì)胞膜透性、丙二醛(MDA)、過(guò)氧化氫(H2O2)含量的測(cè)定。

1.4 指標(biāo)測(cè)定及方法

每個(gè)重復(fù)隨機(jī)拔取10株單株分別測(cè)定其分蘗數(shù)，并取其平均值。

每次修剪前后每個(gè)重復(fù)隨機(jī)取5個(gè)點(diǎn)測(cè)量草層高度，用兩次修剪間隔期的草層平均高度差表示生長(zhǎng)速率，然后計(jì)算出該期間平均每天的生長(zhǎng)量。

細(xì)胞膜透性的測(cè)定參考劉寧等[23]的方法；H2O2參照Sergiev等[24]的方法測(cè)定；MDA含量的測(cè)定采用硫代巴比妥酸比色法進(jìn)行測(cè)定[25]；CAT活性測(cè)定參照Nakano和Asada[26]的方法進(jìn)行；APX和POD活性的測(cè)定參照Maehly和Chance[27]的方法。酶與生理指標(biāo)測(cè)定取樣均為葉片，取樣時(shí)間均為種植50 d后。

1.5 數(shù)據(jù)分析

使用SPSS 24.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以標(biāo)準(zhǔn)誤和平均值表示試驗(yàn)測(cè)定結(jié)果，并分別對(duì)同一草種的不同光質(zhì)照射處理進(jìn)行單因素方差分析，同時(shí)以Duncan (鄧肯)法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多重比較；圖表繪制使用Excel 2010。

2 結(jié)果

2.1 不同紅/藍(lán)光配比對(duì)分蘗的影響

蒙特利3號(hào)和皇冠變化趨勢(shì)較為一致，均在紅/藍(lán)光配比為7∶1時(shí)分蘗數(shù)達(dá)到最大(圖1)，均在兩個(gè)以上，其中，皇冠的分蘗數(shù)顯著高于其他3個(gè)處理(P ＜ 0.05)，其他3個(gè)處理分蘗數(shù)均低于兩個(gè)。蒙特利3號(hào)在紅/藍(lán)光配比為3∶1與9∶1時(shí)的分蘗數(shù)較低，在5∶1與7∶1時(shí)差異不顯著(P ＞ 0.05)。

圖 1 不同紅/藍(lán)光配比對(duì)分蘗的影響Figure 1 Effect of different ratio of red and blue light treatments on tiller

2.2 不同紅/藍(lán)光配比對(duì)生長(zhǎng)速率的影響

蒙特利3號(hào)的生長(zhǎng)速率在紅/藍(lán)光配比為5∶1和7∶1時(shí) 生 長(zhǎng) 速 率 較 高(圖2)，均 在1.7 cm·d-1以上，兩組處理間沒(méi)有顯著差異(P ＞ 0.05)；在紅/藍(lán)光配比為3∶1時(shí)生長(zhǎng)速率最低，僅為1.2 cm·d-1，顯著低于其他3個(gè)處理(P ＜ 0.05)；在紅/藍(lán)光配比為9∶1時(shí)生長(zhǎng)速率一般。說(shuō)明蒙特利3號(hào)在紅/藍(lán)光配比為5∶1與7∶1伸長(zhǎng)生長(zhǎng)較為良好，在配比3∶1時(shí)表現(xiàn)最差。

皇冠的生長(zhǎng)速率與蒙特利3號(hào)所呈現(xiàn)的趨勢(shì)不同(圖2)，各配比處理間均沒(méi)有顯著差異(P ＞ 0.05)。

圖 2 不同紅/藍(lán)光配比對(duì)生長(zhǎng)速率的影響Figure 2 Effect of different ratio of red and blue light treatments on growth rate

2.3 不同紅/藍(lán)光配比對(duì)細(xì)胞膜透性的影響

不同紅藍(lán)光配比對(duì)兩種冷季型草坪草細(xì)胞膜透性的影響差異較大(圖3)，蒙特利3號(hào)在紅/藍(lán)光配比為3∶1時(shí)的細(xì)胞膜透性最高，在配比為7∶1時(shí)的細(xì)胞膜透性較最低，比配比3∶1時(shí)下降了55.5%(P ＜ 0.05)?；使谠谂浔葹?∶1時(shí)的細(xì)胞膜透性最高，在紅/藍(lán)光配比為7∶1時(shí)的細(xì)胞膜透性較最低，比配比為3∶1時(shí)下降了50.6% (P ＜ 0.05)。

圖 3 不同紅/藍(lán)光配比對(duì)相對(duì)電導(dǎo)率的影響Figure 3 Effect of different ratio of red and blue light treatments on relative electrical conductivity

2.4 不同紅/藍(lán)光配比對(duì)H2O2含量的影響

蒙特利3號(hào)的H2O2含量在紅/藍(lán)光配比為3∶1時(shí)最高，在配比為5∶1時(shí)最低(圖4)，兩個(gè)配比處理間差異顯著(P ＜ 0.05)；在紅/藍(lán)光配比為7∶1與9∶1時(shí)居中，兩者與3∶1間無(wú)顯著差異(P ＞ 0.05)。

皇冠的H2O2含量在紅/藍(lán)光配比為3∶1時(shí)最高(圖4)，顯著高于其他3個(gè)配比處理(P ＜ 0.05)；其次是配比為5∶1和9∶1時(shí)較低；配比為7∶1時(shí)皇冠的H2O2含量最低，顯著低于其他3個(gè)配比處理。

圖 4 不同紅/藍(lán)光配比對(duì)過(guò)氧化氫含量的影響Figure 4 Effects of different ratios of red and blue light treatments on H2O2

2.5 不同紅/藍(lán)光配比對(duì)MDA含量的影響

蒙特利3號(hào)的MDA含量在紅/藍(lán)光配比為3∶1、5∶1和7∶1時(shí)無(wú)顯著差異(P ＞ 0.05)，在配比為9∶1時(shí)MDA含量顯著增加(P ＜ 0.05) (圖5)。

皇冠內(nèi)MDA含量隨著紅光含量的增加而下降(圖5)。在紅/藍(lán)光配比為3∶1時(shí)最高，在配比為9∶1時(shí)最低，顯著低于配比為3∶1時(shí)MDA含量(P ＜ 0.05)，配比為5∶1和7∶1處理下的MDA含量居中，且與其他兩者間無(wú)顯著差異(P ＞ 0.05)。

圖 5 不同紅/藍(lán)光配比對(duì)丙二醛含量的影響Figure 5 Effect of different ratio of red and blue light treatments on MDA

2.6 不同紅/藍(lán)光配比對(duì)抗氧化酶活性的影響

2.6.1 不同紅/藍(lán)光配比對(duì)的APX活性的影響

蒙特利3號(hào)和皇冠的APX活性均在紅/藍(lán)光配比為7∶1和9∶1時(shí)顯著高于3∶1和5∶1 (P ＜ 0.05)。其中，配比7∶1和9∶1間無(wú)顯著差異(P ＞ 0.05)，配比3∶1和5∶1間無(wú)顯著差異(圖6)。

圖 6 不同紅/藍(lán)光配比對(duì)APX活性的影響Figure 6 Effect of different ratio of red and blue light treatments on APX activity

2.6.2 不同紅/藍(lán)光配比對(duì)的CAT活性的影響

蒙特利3號(hào)的CAT活性在紅/藍(lán)光配比為9∶1時(shí)CAT活性最強(qiáng)(P ＜ 0.05)，在配比7∶1時(shí)次之，但與另外3組處理差異顯著；在配比3∶1和5∶1時(shí)活性較低，兩者間無(wú)顯著差異(P ＞ 0.05) (圖7)。

皇冠的CAT活性在紅/藍(lán)光配比為7∶1和9∶1時(shí)顯著高于3∶1和5∶1 (P ＜ 0.05)。其中，配比7∶1和9∶1間、3∶1和5∶1間無(wú)顯著差異 (P ＞ 0.05)(圖7)。

圖 7 不同紅/藍(lán)光配比對(duì)CAT活性的影響Figure 7 Effect of different ratio of red and blue light treatments on CAT activity

3 討論

3.1 不同紅/藍(lán)光配比對(duì)兩種草坪草生長(zhǎng)的影響

本研究中，生長(zhǎng)于不同紅/藍(lán)光配比對(duì)兩種冷季型草坪草，在分蘗數(shù)上呈現(xiàn)出較大差異，紅光比例增加在一定程度上有利于草坪草的分蘗，該結(jié)果表明，紅光不僅在草坪草伸長(zhǎng)生長(zhǎng)上有促進(jìn)作用，對(duì)草坪草分蘗也有一定的促進(jìn)作用。由此可見，“生長(zhǎng)于藍(lán)光和綠光下的草坪草的質(zhì)量要優(yōu)于生長(zhǎng)于紅光下草坪草”的結(jié)論[28]是較為片面的，同時(shí)也從側(cè)面證明了在半封閉式運(yùn)動(dòng)場(chǎng)中遮陰區(qū)域草坪質(zhì)量較低的主要原因之一是光質(zhì)中散射的藍(lán)光比例較高、紅光比例較低。但過(guò)高的紅光或藍(lán)光比例同樣會(huì)給草坪草來(lái)傷害，從而抑制草坪草的分蘗，這與“當(dāng)藍(lán)光含量過(guò)高時(shí)會(huì)影響植物葉片對(duì)光合輻射的吸收，從而影響植物生長(zhǎng)發(fā)育”的結(jié)論[29]類似。因此在進(jìn)行補(bǔ)光作業(yè)時(shí)，需充分考慮光質(zhì)配比的選擇。

生長(zhǎng)速率是衡量草坪草使用價(jià)值的重要指標(biāo)之一。本研究中，蒙特利3號(hào)的生長(zhǎng)速率隨著紅光比例一定程度地的增加，草坪生長(zhǎng)速率有所提升，這與“紅色光促進(jìn)草坪草莖伸長(zhǎng)及細(xì)長(zhǎng)生長(zhǎng)”的結(jié)論[20]較相符。而皇冠各處理間沒(méi)有顯著差異，但從變化趨勢(shì)上來(lái)看，皇冠的生長(zhǎng)速率隨著紅光比例的增加有所提高，經(jīng)分析原因可能為，1)皇冠的耐陰程度較高，對(duì)不同紅/藍(lán)光配比的適應(yīng)性較強(qiáng)；2)試驗(yàn)所用光照強(qiáng)度相對(duì)較低，導(dǎo)致該指標(biāo)結(jié)果為產(chǎn)生顯著差異。

3.2 不同紅/藍(lán)光配比對(duì)兩種草坪草生理指標(biāo)的影響

本研究中，紅/藍(lán)光配比為3∶1處理下的草坪草細(xì)胞膜損傷嚴(yán)重，經(jīng)分析，可能因?yàn)楫?dāng)藍(lán)光比例較高時(shí)，抑制了相關(guān)酶的活性，利于有毒物質(zhì)如H2O2的積累，從而造成細(xì)胞膜透性增加，該結(jié)果與部分農(nóng)作物的研究結(jié)果產(chǎn)生了分歧，如在對(duì)水稻苗[18]的補(bǔ)光研究中，純藍(lán)光或較高的藍(lán)光比例對(duì)植株的生長(zhǎng)是起到促進(jìn)作用的，從而作為主要的補(bǔ)光光質(zhì)，但根據(jù)本研究的結(jié)果，若使用藍(lán)光作為主要的補(bǔ)光光質(zhì)，草坪草會(huì)受到較大的脅迫，從而影響草坪草的正常生長(zhǎng)，這也證明不同類型的植物對(duì)于光質(zhì)的需求存在差異，因此在進(jìn)行補(bǔ)光作業(yè)時(shí)應(yīng)科學(xué)考慮不同植株對(duì)光質(zhì)的需求，而不應(yīng)一概而論。

在MDA含量方面，蒙特利3號(hào)和皇冠的表現(xiàn)截然不同，蒙特利3號(hào)的MDA含量隨著紅光比例的增加而增加；皇冠MDA含量的變化趨勢(shì)卻剛好相反，但兩者所反映出的結(jié)果具有相似性，即當(dāng)紅光或藍(lán)光比例過(guò)高時(shí)MDA含量最高，經(jīng)分析可能因?yàn)楫?dāng)紅光或藍(lán)光比例過(guò)高時(shí)，影響植株體內(nèi)酶活性及激素水平，從而造成植株體內(nèi)MDA含量較高從而影響植株的正常生長(zhǎng)，該結(jié)果同時(shí)說(shuō)明即使同為禾本科植物，兩個(gè)草種對(duì)光質(zhì)的響應(yīng)也可能存在較大差異。

3.3 不同紅/藍(lán)光配比對(duì)兩種草坪草抗氧化酶活性的影響

本研究中，隨著紅光比例的增加，冷季型草坪草體內(nèi)抗氧化酶活性會(huì)顯著提高，結(jié)合生理指標(biāo)結(jié)果分析得出，紅光有助于提高草坪草的酶活性，從而增強(qiáng)植株的抗性，有效減少植株體內(nèi)的有害物質(zhì)含量，紅藍(lán)復(fù)合光對(duì)抗氧化酶活性的提高在其他作物方面也有較明顯的效果，如在番茄[22]中發(fā)現(xiàn)，紅光和藍(lán)光處理的番茄，其POD、SOD及APX活性都顯著高于白光等處理，經(jīng)分析，可能是紅光促進(jìn)了APX基因的表達(dá)，從而使得APX活性明顯提高[30]，且紅光對(duì)草坪草CAT活性的也有顯著的提高作用，與Vijayaraghvan等[30]提出的“紅光對(duì)CAT活性的提高沒(méi)有顯著作用”有所分歧，說(shuō)明不同植物對(duì)光質(zhì)的響應(yīng)存在差異，且與酶的基因表達(dá)有較大關(guān)系，值得進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

本研究表明，在紅/藍(lán)光配比為7∶1時(shí)，兩種冷季型草坪草的分蘗數(shù)最多，生長(zhǎng)速率最高，細(xì)胞膜透性最低，丙二醛含量和過(guò)氧化氫含量最低，抗性較強(qiáng)，植株整體受到的脅迫最小，相對(duì)健康。在紅/藍(lán)光配比為3∶1和9∶1時(shí)，兩種冷季型草坪草分別受到不同程度的脅迫與損傷，如分蘗數(shù)少，生長(zhǎng)速率較緩，細(xì)胞膜透性高，丙二醛含量和過(guò)氧化氫含量較高等，說(shuō)明過(guò)高的藍(lán)光或紅光比例會(huì)給草坪草帶來(lái)較大的脅迫。

同時(shí)，兩種冷季型草坪草對(duì)于光質(zhì)的響應(yīng)在某些指標(biāo)方面存在差異，主要表現(xiàn)于生長(zhǎng)速率與丙二醛含量。在生長(zhǎng)速率方面，經(jīng)分析可能是因?yàn)榛使谀完幮暂^強(qiáng)，一方面表現(xiàn)于對(duì)低光照強(qiáng)度的耐陰，另一方面則極有可能表現(xiàn)在對(duì)于不同遮蔭情況下光質(zhì)的適應(yīng)性(遮蔭會(huì)導(dǎo)致自然光中紅/藍(lán)光成分發(fā)生變化)，因此皇冠的生長(zhǎng)速率受不同光質(zhì)處理的影響較小。丙二醛含量方面，可能是因?yàn)閮煞N草對(duì)于紅、藍(lán)光的響應(yīng)機(jī)制存在部分差異，蒙特利3號(hào)對(duì)紅光較為敏感，過(guò)高的紅光更易導(dǎo)致其細(xì)胞膜受損，影響其健康，而皇冠則對(duì)藍(lán)光較敏感，過(guò)高的藍(lán)光所帶來(lái)的脅迫相對(duì)于紅光更顯著，這一點(diǎn)在H2O2含量的對(duì)比中也有體現(xiàn)。

本研究針對(duì)紅/藍(lán)復(fù)合光對(duì)于冷季型草坪生長(zhǎng)與生理特性的影響，關(guān)于其他光質(zhì)之間的組合，如在紅/藍(lán)光配比的基礎(chǔ)上，加入綠光、黃光等光質(zhì)對(duì)于冷季型草坪草的影響，以及不同光質(zhì)對(duì)于暖季型草坪草的影響等問(wèn)題，仍有待進(jìn)一步研究與探討。隨著LED技術(shù)的進(jìn)步，不同光質(zhì)之間的組合已經(jīng)不是難題，對(duì)于不同光質(zhì)之間的組合產(chǎn)生的效果，以及不同植物體，包括草坪草在內(nèi)，對(duì)各種光質(zhì)的響應(yīng)機(jī)制等問(wèn)題的研究將是具有重要意義的。