不同光质及其组合对山黧豆苗菜生长及品质的影响

作者:未知

  摘要:以松柳种子为试验材料,采用发光二极管(light emitting diode,LED)作为光源,设置红、绿、蓝3种不同单色光质、复合光组合以及白光共9种不同的光质处理,研究不同光质对松柳芽苗菜生长和营养品质的影响。结果表明,纯红光处理的松柳芽苗菜可食用部分鲜质量、株高、可溶性蛋白含量最高,但其可食用部分干鲜比最低,含水量最多;红蓝绿3色混合光处理的松柳芽苗菜体内叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素的含量最高;红蓝1 ∶1混合光处理的松柳芽苗菜维生素C含量最高;白光处理的松柳芽苗菜游离氨基酸含量最高;不同光质对松柳芽苗菜的硝态氮含量无明显影响;白光和蓝光可以促进松柳芽苗菜总黄酮的合成。与蓝绿光组合相比,红蓝光组合更有利于松柳芽苗菜生长和品质的增加。在实际生产中可根据所需品质要求选择合适的光质组合。
  关键词:松柳芽苗菜;光质;生长;营养品质
  中图分类号:S643.904文献标志码: A
  文章编号:1002-1302(2020)04-0134-05
  收稿日期:2018-11-28
  基金项目:江苏农林职业技术学院院级课题(编号:2016kj002);江苏省大学生创新创业训练计划(编号:201813103013Y);江苏高校品牌专业建设工程资助项目(编号:PPZY2015B173)。
  作者简介:许建民(1981—),男,甘肃张掖人,硕士,副教授,主要从事设施园艺光环境控制研究。E-mail:jsnlxjm@vip.163.com。
  光质对于植物的营养生长和生殖生长具有重要影响。发光二极管(light emitting diode,LED)作为新型光源,光电转化效率高、发热量低且光谱能量调制便捷,极大地提高了空间利用率。近年来,随着食品安全问题日益被关注,居民对美好生活的追求日益强烈,在芽苗菜生产过程中通过应用LED控制光环境来提高芽苗菜产量及品质的方式已引起人们的重视,并成为设施栽培领域新的研究热点[1]。目前,已有许多关于不同光质对园艺作物生长影响的研究证实了光质对植物的生长发育具有显著的影响[2-6]。
  松柳学名山黧豆(Lathyrus sativus L.),松柳菜是山黧豆的芽苗,别称相思菜、松柳苗,外表呈龙须状,叶子细长,质地脆嫩,清香可口,营养价值丰富,越来越受到人们的追捧。本试验旨在探明不同光质对松柳芽苗菜生长和营养品质的影响,以期找出最适合松柳芽苗菜生长的光质组合,为松柳芽苗菜工厂化生产提供科学有效的依据。
  1 材料与方法
  1.1 试验材料
  松柳芽苗菜种子,购自北京市农林科学院。
  1.2 试验方法
  1.2.1 培养条件
  选取色泽鲜亮、大小均匀、成熟度好的种子,清洗干净后,浸种24 h,中途换水1次。浸种完成后,将种子均匀播撒在底部铺有纱布的育苗盘内,27 ℃黑暗条件下催芽2 d,随即转入人工气候室,放置在不同光质下培养。培养条件为相对湿度75%~80%,温度(25±2) ℃,光—暗周期12 h—12 h。培养8 d后,随机取样测定各项指标。
  1.2.2 光质处理
  本试验使用的光源为自制可调控LED植物生长灯,设红、绿、蓝及其光质组合、白光等9种光质处理,光谱能量分布的主要技术参数见表1。
  1.3 测定方法
  可食用部分长度用直尺直接测定;茎粗采用游标卡尺测量;干、鲜质量测定采用称质量法。
  可食用部分干鲜比=可食用部分干质量/可食用部分鲜质量。
  采用丙酮比色法测定叶绿素含量,蒽酮比色法测定可溶性糖含量,考马斯亮蓝G-250比色法测定可溶性蛋白含量,钼蓝比色法测定维生素C含量,水合茚三酮比色法测定游离氨基酸含量[7];总黄酮含量测定采用Al(NO3)3-NaNO3比色法[8],硝态氮含量测定采用磺基水杨酸法[9]。
  随机取样,每个生长指标重复测定10次,生理
  生化指标重复测定3次。采用Excel 2016整理数据,SPSS 22.0进行方差分析,显著性由Duncans新复极差法检验(α=0.05)。
  2 结果与分析
  2.1 不同光质对松柳芽苗菜生长指标的影响
  由表2可知,与白光处理相比,其他光质处理下松柳芽苗菜可食用部分干、鲜质量和株高均显著增加;红光处理下的松柳芽苗菜可食用部分干鲜比最低,株高最高,鲜质量最大;松柳芽苗菜茎粗在蓝绿光1 ∶1处理下最大,红蓝光1 ∶1处理下最小。在单色光处理的情况下,纯红光处理下的可食用部分鲜质量最高,可食用部分干鮮比最低;在多种光混合处理中,红蓝绿光1 ∶1 ∶1处理下的松柳芽苗菜株高最高,红蓝光3 ∶1处理下的松柳芽苗菜最高,红绿光1 ∶1 和蓝绿光1 ∶1处理下的松柳芽苗菜可食用部分鲜质量最低,且与红蓝光1 ∶1处理之间无显著性差异。
  2.2 不同光质对松柳芽苗菜叶绿素、类胡萝卜素含量的影响
  由表3可知,红蓝绿光1 ∶1 ∶1 3色混合处理下的松柳芽苗菜叶绿素a、叶绿素b含量均显著高于其他处理;红绿光1 ∶1处理下松柳芽苗菜的叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量均为最低。在红、绿、蓝3种单色光处理中,以蓝光处理的松柳芽苗菜叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量最高;红绿光1 ∶1 复合光处理下松柳芽苗菜叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量均低于单色红光或绿光处理;在2种不同光质的组合处理中,以蓝绿光1 ∶1处理下的松柳芽苗菜叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量最高。红绿蓝光1 ∶1 ∶1复合光处理的松柳芽苗菜叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量高于2种不同单色光之间的组合。   2.3 不同光质对松柳芽苗菜营养品质的影响
  由表4可知,红蓝光1 ∶1混合光处理下的松柳芽苗菜维生素C含量最高,纯红光处理下的松柳芽苗菜维生素C含量最低;红绿光1 ∶1混合光处理下松柳芽苗菜可溶性糖含量最高,纯蓝光处理下的松柳芽苗菜可溶性糖含量最低;单色光中,纯红光处理下的松柳芽苗菜可溶性蛋白含量最高,白光处理下的松柳芽苗菜可溶性蛋白含量最低;游离氨基酸的含量在白光处理下最高,蓝绿光1 ∶1 混合光处理下最低;各种光质处理下的松柳芽苗菜硝态氮含量无显著性差异。在单色光处理中,纯蓝光处理下的松柳芽苗菜维生素C、游离氨基酸含量最高,纯红光处理下的可溶性糖和可溶性蛋白含量相对较高;在双色复合光处理中,红蓝光1 ∶1处理的松柳芽苗菜维生素C含量最高,红绿光1 ∶1处理下的可溶性糖含量和游离氨基酸含量较高。总体来看,红蓝光3 ∶1处理下的维生素C含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量和游离氨基酸含量等高于其他8种处理。
  2.4 不同光质对松柳芽苗菜总黄酮含量的影响
  由图1可知,白光处理下的松柳芽苗菜总黄酮含量最高,红蓝绿光1 ∶1 ∶1处理下的松柳芽苗菜总黄酮含量最低;在单色光处理下,纯蓝光和纯绿光处理下的松柳芽苗菜总黄酮含量都高于纯红光处理;在2种复合光处理中,蓝绿光1 ∶1处理下的松柳芽苗菜总黄酮含量高于红绿光1 ∶1、红蓝光1 ∶1 和红蓝光3 ∶1处理,但蓝绿光1 ∶1、红蓝光1 ∶1 和红绿光1 ∶1之间差异较小。
  3 讨论
  芽苗菜的鲜质量可直接反映出其产量的高低。本试验发现,纯红光处理下的松柳芽苗菜可食用部分鲜质量最高,因此对应产量也是最高的,但从干鲜比的数据可以看出,红光处理下的松柳芽苗菜可食用部分干鲜比最低,这表明在其鲜质量中,水分占了很大的比例。蓝光处理下的松柳芽苗菜可食用部分干质量最大,纯蓝光、红蓝光1 ∶1和红蓝绿1 ∶1 ∶1 处理下的松柳芽苗菜可食用部分干鲜比最大。Lin等发现,红蓝组合光能促进石斛原球茎干物质的积累[10],与本试验研究结果一致。
  株高和茎粗可以粗略地反映芽苗菜在市场交易中的受欢迎程度,消费者更喜欢茎粗、体长、卖相较好的芽苗菜。从试验结果可以看出,虽然不同光质处理下的松柳芽苗菜茎粗有显著性差异,但其差异的最大值不超过0.6 mm,肉眼难以直接区分。因此,在市场交易中,株高更高的松柳芽苗菜可能更受欢迎。从试验数据来看,红光处理下的松柳芽苗菜株高在9种处理中最高。因此,红光处理下的芽苗菜在市场中会更受欢迎。
  叶绿素中的叶绿素a和叶绿素b是植物光合作用过程中的主要色素,对光能的吸收利用起着极其重要的作用。不同光质处理对叶片中叶绿素含量的影响不同。蓝光LED处理可以显著提高豌豆苗的叶绿素含量和鲜质量[13],且可以增加生菜中花青素和类胡萝卜素的含量[11]。本试验中,不同光质处理下的松柳芽苗菜绿素含量不尽相同,其中以红蓝绿光1 ∶1 ∶1处理下的叶绿素总量最高,红绿光1 ∶1 处理下的叶绿素总量最低;在单色光处理条件下,纯蓝光处理下的松柳芽苗菜叶绿素含量最高;在混合光处理条件下,红绿光1 ∶1处理下的松柳芽苗菜叶绿素含量最低,这表明蓝光能明显促进松柳芽苗菜叶绿素的合成。这与前人的研究结果也基本一致。
  松柳芽苗菜作为食品,其营养品质是一个极其重要的指标。维生素C又名抗坏血酸,可以有效地防治坏血病,是人体重要的抗氧化剂之一。从试验数据可以看出,红蓝光1 ∶1处理下的松柳芽苗菜维生素C含量最高,其次是白光处理,然后是蓝绿光1 ∶1 处理,纯红光处理下的松柳芽苗菜的维生素C含量最低。徐茂军等研究发现,蓝光可提高发芽大豆中维生素C的含量,并提高半乳糖酸内酯脱氢酶(GLDH)的活性[12]。在黄瓜、豌豆、大蒜愈伤组织和叶用莴苣上的研究表明,红光可促进维生素C的合成和累积[13-16],而在本试验中,红光处理下的松柳芽苗菜维生素C含量最低,这可能与松柳芽苗菜体内维生素C合成的关键酶的表达和活性有关,具体的机制还有待进一步研究探讨。
  可溶性糖是重要的能量物质,也是衡量松柳芽苗菜营养品质的一个重要指标。本研究结果表明,部分条件处理下的松柳芽苗菜可溶性糖含量之间存在显著性差异。红绿光1 ∶1处理下的松柳芽苗菜可溶性糖含量最高,纯蓝光处理下的松柳芽苗菜可溶性糖含量最低。张立伟等的试验结果表明,红光能提高香椿苗的可溶性糖含量,蓝光则降低香椿苗的可溶性糖含量[17]。本试验中,纯蓝光处理下的松柳芽苗菜可溶性糖含量最低,纯红光处理下的松柳芽苗菜可溶性糖含量高于纯蓝光处理,这与前人的试验结果基本吻合。从试验数据可以看出,在多种光混合处理中,红绿1 ∶1 处理下的松柳芽苗菜可溶性糖含量明显高于带有蓝光的混合光处理,原因可能是松柳芽苗菜在蓝光处理下呼吸作用会增强,导致光合产物消耗增加[18]。
  有研究表明,蓝光能诱导抗氧化物酶基因的表达及活性的上升,缓解植物体内可溶性蛋白的降解,从而提高其含量[19]。本试验中,纯红光处理下的松柳芽苗菜可溶性蛋白含量较高,白光处理下的松柳芽苗菜的可溶性蛋白质含量最低,与前人的研究结果不一致。可能是由于在松柳芽苗菜内,蓝光对抗氧化物酶基因的表达和活性的上升诱导作用较低,有关机制还需要进一步验证。Kowallik研究表明,蓝光可显著促进线粒体的暗呼吸作用,为氨基酸合成提供碳架,从而提高氨基酸的含量[20]。在本试验数据中,红光处理下的松柳芽苗菜游离氨基酸含量较低,白光处理条件下的松柳芽苗菜的游离氨基酸的含量最高,这与前人的研究结果不一致,可能是因为植物种类的不同导致光质的作用不同。
  硝态氮主要是指硝酸盐中氮的含量。硝酸盐在一定条件下可以发生化学反应,形成亚硝酸盐,对人体健康产生潜在的影响。唐丽等研究发现,蓝光显著降低了苜蓿芽苗菜硝酸盐的含量[21]。闻婧等研究表明,在R/B为8的红蓝LED混合光下生长的生菜硝酸盐含量最低[22]。本试验中,在9种不同光质处理下的松柳芽苗菜硝態氮含量没有明显差异,大多稳定在0.02 μg/g,可能是因为光质对植物硝酸盐含量的影响因植物的不同而异。   黄酮是一种强有效的抗氧化性物质,在人体内可以起到抗衰老、阻止细胞退化、降低胆固醇含量等效用。本试验中,白光处理下的松柳芽苗菜总黄酮含量最高,而红绿蓝光1 ∶1 ∶1处理下的松柳芽苗菜总黄酮含量最低,这与鲁燕舞等研究发现的白光有利于香椿芽苗菜总黄酮含量的积累[23]一致。Guo等的研究结果显示,蓝光有利于雪莲愈伤组织总黄酮含量的积累[24]。谢宝东等认为,长波段(如红光)的光抑制黄酮类物质的积累,短波段(如蓝光)的光利于黄酮类物质的积累[25]。在3种单色光处理条件下的松柳芽苗菜总黄酮含量由高到低分别是蓝光处理、绿光处理和红光处理。而在2种光混合处理下,以蓝绿光1 ∶1混合处理的总黄酮含量最高,之后依次是红绿光1 ∶1、红蓝光1 ∶1和红蓝光3 ∶1,这表明相对于蓝光和绿光而言,红光对松柳芽苗菜的总黄酮合成起抑制作用,这与前人的研究结果相一致,且当红光与其他光组合时,抑制作用占主导,尤其是与蓝光混合时,抑制作用更强,这表明松柳芽苗菜在合成黄酮时,可能对红色更加敏感。红蓝绿光1 ∶1 ∶1处理下的松柳芽苗菜总黄酮含量最低的结果也间接地验证这一推断。
  综上所述,不同的光质处理对松柳芽苗菜的生长和营养品质可以产生显著的影响,表明利用光控技术控制芽苗菜的生长和营养品质的提高具有可行性。
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