光照對龍芽楤木莖段水培芽生長與品質(zhì)的影響

申健 劉德江 楊志 叢慧穎 田立娟

摘要 為了研究光照條件對龍芽楤木莖段水培中嫩芽生長及品質(zhì)的影響，先采用單因素試驗進(jìn)行光照時間、光照強度及光質(zhì)對嫩芽生長的研究，通過對萌芽時間、芽長、鮮重和葉綠素含量的比較，篩選出較適宜光照條件。然后在單因素試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上采用正交試驗，通過比較嫩芽鮮重、可溶性蛋白質(zhì)、可溶性總糖和維生素C含量優(yōu)化水培光照條件。結(jié)果表明，采用補光措施可以使嫩芽的萌發(fā)時間提前3 d，但光照時間、光照強度及光質(zhì)的不同對嫩芽萌發(fā)時間無顯著影響。光照強度是鮮重的主要影響因素，當(dāng)光照時間10 h、光照強度150 μmol/（m2·s）、紅藍(lán)2∶1時，鮮重最大，為46.07 g。光質(zhì)是可溶性蛋白質(zhì)和可溶性總糖的主要影響因素，光照時間6 h、光照強度150 μmol/（m2·s）、紅藍(lán)1∶2時，可溶性蛋白質(zhì)含量最大，為8.5 g/kg。光照時間10 h、光照強度150 μmol/（m2·s）、紅藍(lán)2∶1時，可溶性總糖含量最大，為23.55 g/kg。光照時間是維生素C的主要影響因素，光照時間8 h、光照強度180 μmol/（2·s）、紅藍(lán)1∶2時，維生素C含量最大，為187.6 mg/kg。綜合考慮影響各指標(biāo)關(guān)鍵因素，可將龍芽楤木莖段水培光照條件設(shè)為光照時間8 h、光照強度150 μmol/（m2·s）、紅藍(lán)2∶1或紅藍(lán)1∶2，培養(yǎng)30 d后采收。

關(guān)鍵詞 光照;龍芽楤木;水培;鮮重;品質(zhì)

中圖分類號 S647? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A

文章編號 0517-6611（2021）13-0044-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.13.012

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Effects of Light on the Growth and Quality of Hydroponics Buds in Stem of Aralia elata（Miq）Seem

SHEN Jian1，LIU De jiang1，YANG Zhi2 et al

（1. Life Sciences College，Jiamusi University，Jiamusi，Heilongjiang? 154007;2. Liaoning Agricultural Technical College，Yingkou，Liaoning? 115009）

Abstract In order to study the effects of light on the growth and quality of buds in stem of Aralia elata（Miq）Seem， the effects of light time， light intensity and light quality on the growth of buds were studied by single factor test. Through the comparison of germination time， bud length， fresh weight and chlorophyll content， more suitable light conditions were selected. Then， based on the results of single factor test， orthogonal test was used to optimize the light condition of hydroponics by comparing the fresh weight， soluble protein， soluble total sugar and vitamin C content. The results showed that light supplementation could advance the germination time by 3 days， but the light time， light intensity and light quality had no significant effect on the germination time. Light intensity was the main influencing factor of fresh weight. When the light time was 10 h， the light intensity was 150 μmol/（m2·s）， and the red and blue intensity was 2∶1， the fresh weight was the largest， which was 46.07 g. Light quality was the main factor affecting soluble protein and soluble total sugar. When the light time was 6 h， the light intensity was 150 μmol/（m2·s） and red and blue 1∶2， the soluble protein content was the largest， which was 8.5 g/kg. When the light time was 10 h， the light intensity was 150 μmol/（m2·s） and red and blue were 2∶1， the soluble total sugar content was the highest， which was 23.55 g/kg. Light time was the main factor affecting vitamin C. When the light time was 8 h，the light intensity was 180 μmol/（m2·s） and red and blue 1∶2， the content of vitamin C was the largest， which was 187.6 mg/kg. After comprehensive consideration of the key factors affecting each indicator， the light conditions of hydroponics in the stem of Aralia elata（Miq）Seem could be set as light time 8h， light intensity 150 μmol/（m2·s）， red and blue 2∶1 or red and blue 1∶2， and it could be harvested after 30 days of culture.

Key words Light;Aralia elata（Miq）Seem;Hydroponics;Fresh weight;Quality

龍芽楤木（Aralia elata （Miq）Seem），又名遼東楤木、刺老芽、刺嫩芽等，是五加科楤木屬多年生落葉小喬木或灌木植物[1]。龍芽楤木耐寒性強，適應(yīng)范圍廣，在我國多分布于黑龍江、吉林、遼寧、北京、河北等地，朝鮮、俄羅斯和日本也有少量分布[2]。龍芽楤木是一種藥食兩用植物。龍芽楤木的嫩芽營養(yǎng)豐富，含蛋白質(zhì)、粗纖維、脂肪、糖類、維生素、微量元素等多種營養(yǎng)物質(zhì)[3]，屬于山野菜中的珍品。龍芽楤木藥用保健價值極高，具有抗癌、活血化瘀、補氣安神、利尿消腫等功效，可以用來治療風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、糖尿病、慢性胃炎、肝炎及心肌缺血等疾病[4]。

龍芽楤木的嫩芽可以通過春季采摘和冬季莖段反季節(jié)生產(chǎn)2種途徑獲得。由于近年來野生資源逐漸減少，已經(jīng)無法滿足人們的需求，因此，越來越多的農(nóng)戶開始進(jìn)行人工栽培。在東北地區(qū)，人工栽培一般在4—5月采摘自然生長的嫩芽，11—12月采用莖段水培技術(shù)，實行反季節(jié)生產(chǎn)[5]。這種人工栽培，兩季生產(chǎn)的模式，具有成本投入少、操作過程簡單、易于推廣、見效快且經(jīng)濟效益顯著等優(yōu)點，具有十分廣闊的發(fā)展前景。

光是調(diào)節(jié)植物生命活動重要的環(huán)境因子之一，不僅是植物生長發(fā)育的能量來源，而且作為信號因子調(diào)控植物生長發(fā)育。光周期、光照強度和光質(zhì)對植物生長及營養(yǎng)物質(zhì)的合成和積累均具有重要作用[6]。筆者采用普通熒光燈和LED組合燈作為光源，研究光照時間、光照強度和紅藍(lán)光質(zhì)的變化對龍芽楤木莖段水培芽的生長和營養(yǎng)成分的影響，來探討適合其水培的光照條件，以期為龍芽楤木莖段反季節(jié)水培生產(chǎn)提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料 供試材料為黑龍江省佳木斯大學(xué)實驗田種植3年的龍芽楤木植株。

1.2 試驗方法

1.2.1 莖段采集與處理。

11月中旬，截取健壯、外皮完好、頂芽飽滿的枝條。挑選莖段粗細(xì)約1.2 cm的枝條剪成40 cm長，保濕備用。試驗前放入90 mg/kg赤霉素中浸泡24 h，然后10根捆綁成一捆，放入清水中以待萌發(fā)新芽[7]。

1.2.2 光照條件

1.2.2.1 光照時間。

以普通熒光燈作為光源，光照強度設(shè)定為100 μmol/（m2·s）。分別設(shè)置光照時間為0、4、8、12、16 h 5個處理，每個處理10根莖段，3次重復(fù)。

1.2.2.2 光照強度。以普通熒光燈作為光源，光照時間設(shè)定為8 h。分別設(shè)置光照強度為50、100、150、200、250 μmol/（m2·s）5個處理，每個處理10根莖段，3次重復(fù)。

1.2.2.3 光質(zhì)。以LED組合燈和普通熒光燈作為光源，光照強度設(shè)定為100 μmol/（m2·s），光照時間為8 h。分別設(shè)置光質(zhì)為紅藍(lán)1∶1、紅藍(lán)2∶1、紅藍(lán)1∶2、普通熒光燈4個處理，每個處理10根莖段，3次重復(fù)。

1.2.2.4 正交試驗。

在單因素試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，利用正交試驗法，以光照時間、光照強度和光質(zhì)作為3個因素，選取3個水平進(jìn)行試驗。采用L9（33）正交試驗設(shè)計，具體因素與水平見表1。

1.3 測定指標(biāo)與方法

控制室內(nèi)溫度（20±2）℃，每隔3 d換1次水。觀察嫩芽萌發(fā)時間，以50%枝條發(fā)芽記為發(fā)芽時間。水培30 d后，每個處理隨機取5根枝條，用直尺測量嫩芽長度，用電子天平測量嫩芽鮮重，用研磨法測定葉綠素含量，用考馬斯亮藍(lán)G250法測定可溶性蛋白含量，用蒽酮-硫酸比色法測定可溶性總糖含量，用紫外分光光度快速測定法測定維生素C含量[8-11]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析 用 Excel 2007 對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，用 SPSS 16.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 光照時間對龍芽楤木莖段水培芽生長的影響 對水培龍芽楤木莖段進(jìn)行不同光照時間處理，觀察及測量嫩芽生長情況，結(jié)果見表2。由表2可知，龍芽楤木室內(nèi)冬季水培時，采用普通熒光燈進(jìn)行補光，能夠縮短萌芽時間，促進(jìn)芽長、鮮重和葉綠素含量的增加。額外補光可以使嫩芽萌發(fā)提前3 d，但光照時間延長對萌芽時間無顯著影響。隨著光照時間的延長，芽長和鮮重呈先升后降的變化趨勢。光照時間8 h時，芽長最長，為16.8 cm，顯著高于其他處理。光照時間8和12 h 2個處理鮮重最大，顯著高于其他處理。葉綠素含量隨著光照時間的延長逐漸上升，但8、12和16 h 3個處理間無顯著差異。綜合考慮，每天8 h為適宜的光照時間。

2.2 光照強度對龍芽楤木莖段水培芽生長的影響 對水培龍芽楤木莖段進(jìn)行不同光照強度處理，觀察及測量嫩芽生長情況，結(jié)果見表3。

由表3可知，不同光照強度對龍芽楤木莖段嫩芽萌發(fā)時間未產(chǎn)生不同影響，各處理萌芽時間均為6 d。芽長隨著光照強度的增加逐漸降低，50和100 μmol/（m2·s） 2個處理芽長最長，顯著高于其他處理。鮮重和葉綠素含量均隨著光照強度的增加逐漸升高，但150、200和250 μmol/（m2·s） 3個處理間差異不顯著。考慮到嫩芽過長會提前放葉，生產(chǎn)中在嫩芽長10～15? cm時采摘比較適宜。綜合考慮，150 μmol/（m2·s）為適宜的光照強度。

2.3 光質(zhì)對龍芽楤木莖段水培芽生長的影響 對水培龍芽楤木莖段進(jìn)行不同光質(zhì)處理，觀察及測量嫩芽生長情況，結(jié)果見表4。由表4可知，不同紅藍(lán)光質(zhì)比處理萌芽時間無顯著差異。不同紅藍(lán)光質(zhì)比處理對芽長和葉綠素含量的影響相同，均表現(xiàn)為紅藍(lán)2∶1處理最好，顯著高于其他處理。紅藍(lán)1∶2處理結(jié)果最低，紅藍(lán)1∶1和普通熒光燈2個處理間無顯著差異。不同紅藍(lán)光質(zhì)比處理能顯著提高嫩芽的鮮重，各處理均顯著高于普通熒光燈處理。鮮重最大的處理是紅藍(lán)2∶1，為45.72 g。綜合考慮，在龍芽楤木莖段水培中紅藍(lán)2∶1為適宜的光質(zhì)處理。

2.4 正交試驗優(yōu)化水培光照條件

采用正交試驗，水培30 d后，在芽基部剪取嫩芽測量鮮重、可溶性蛋白質(zhì)、可溶性總糖、維生素C含量等，結(jié)果見表5～8。

由表5可知，RB>RA>RC，說明試驗所設(shè)3個因素中，對于嫩芽鮮重的影響順序為光照強度（B）>光照時間（A）>紅藍(lán)光質(zhì)比（C）。最佳組合為A3B2C2，即光照時間10 h、光照強度150 μmol/（m2·s）、紅藍(lán)2∶1時，鮮重最大，為46.07 g。

由表6可知，RC>RB>RA，說明試驗所設(shè)3個因素中，對于嫩芽可溶性蛋白質(zhì)含量的影響順序為紅藍(lán)光質(zhì)比（C）>光照強度（B）>光照時間（A）。最佳組合為A1B2C3，即光照時間6 h、光照強度150 μmol/（m2·s）、紅藍(lán)1∶2時，可溶性蛋白質(zhì)含量最大，為8.5 g/kg。

由表7可知，RC>RA>RB，說明試驗所設(shè)3個因素中，對于嫩芽可溶性總糖含量的影響順序為紅藍(lán)光質(zhì)比（C）>光照時間（A）>光照強度（B）。最佳組合為A3B2C2，即光照時間10 h、光照強度150 μmol/（m2·s）、紅藍(lán)2∶1時，可溶性總糖含量最大，為23.55 g/kg。

由表8可知，RA>RB>RC，說明試驗所設(shè)3個因素中，對于嫩芽維生素C含量的影響順序為光照時間（A）>光照強度（B）>紅藍(lán)光質(zhì)比（C）。最佳組合為A2B3C3，即光照時間8 h、光照強度180 μmol/（m2·s）、紅藍(lán)1∶2時，維生素C含量最大，為187.6 mg/kg。

3 結(jié)論與討論

植物照明技術(shù)作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)建設(shè)中重要組成部分，對植物的生長發(fā)育產(chǎn)生重要影響。LED作為新型光源，解決了傳統(tǒng)光源發(fā)光波長單一、能耗大等缺點?？梢愿鶕?jù)植物生長需求對光照時間、光照強度、光質(zhì)等進(jìn)行調(diào)控，形成適宜植物生長的最優(yōu)環(huán)境。且LED屬于冷光源，發(fā)熱量小，可以有效保護植物不被灼傷[12]。LED作為補光光源，在植物室內(nèi)培養(yǎng)中應(yīng)用越來越廣泛。

該試驗結(jié)果表明，龍芽楤木莖段冬季水培時，光照時間、光照強度及光質(zhì)3個因素對嫩芽的生長和營養(yǎng)成分均會產(chǎn)生一定的影響。單因素試驗結(jié)果表明，采用補光措施可以使嫩芽的萌發(fā)時間提前3 d，但光照時間長短、光照強度大小及光質(zhì)的不同對嫩芽萌發(fā)時間早晚無顯著影響。趙佳明等[7]研究表明，對嫩芽萌發(fā)時間影響較大的因素是赤霉素浸泡時間和赤霉素濃度。說明采用赤霉素打破枝條休眠后即可萌發(fā)，光照條件對萌芽時間影響不大。光照時間、光照強度和光質(zhì)對芽長、鮮重和葉綠素含量產(chǎn)生顯著影響。

正交試驗結(jié)果表明，光照強度是鮮重的主要影響因素，當(dāng)光照時間10 h、光照強度150 μmol/（m2·s）、紅藍(lán)2∶1時，鮮重最大，為46.07 g。Fu等[13]研究發(fā)現(xiàn)，生菜的地上部分鮮重隨著光強的增加先上升再下降，400～600 μmol/（m2·s）是較優(yōu)區(qū)間。李思靜[14]研究發(fā)現(xiàn)LED紅藍(lán)復(fù)合光的100～150 μmol/（m2·s）光強是先鋒橙和紅桔的適宜光強范圍。孟淑娥等[15]研究表明在龍芽楤木整個水培期間給予弱光照，效果較好。不同植物適宜光照強度不同，差異較大。相比較而言，龍芽楤木莖段水培中需要的光照強度相對較低。

研究表明，紅色LED能夠通過促進(jìn)植物可溶性糖、淀粉等碳水化合物的代謝和積累進(jìn)而提高作物的生長量。而藍(lán)光多被認(rèn)為參與植物葉綠體光合色素合成以及光形態(tài)建成等方面，有利于提高蛋白質(zhì)和維生素C含量[16]。Lin等[17]研究表明，紅、藍(lán)、白光組合顯著提高了生菜的生長、發(fā)育、營養(yǎng)物質(zhì)、外觀和食用品質(zhì)等。該試驗結(jié)果表明光質(zhì)是可溶性蛋白質(zhì)和可溶性總糖的主要影響因素，光照時間6 h、光照強度150 μmol/（m2·s）、紅藍(lán)1∶2時，可溶性蛋白質(zhì)含量最大，為8.5 g/kg。光照時間10 h、光照強度150 μmol/（m2·s）、紅藍(lán)2∶1時，可溶性總糖含量最大，為23.55 g/kg。由此可知，紅光比例高有利于可溶性總糖的形成，而藍(lán)光比例高有利于可溶性蛋白質(zhì)的形成。這與前人研究結(jié)果一致。

研究表明，采用藍(lán)光、紅光以及紅藍(lán)組合光源均能不同程度上提高植物維生素C含量及其抗氧化活性[18-19]。然而該試驗結(jié)果表明，光照時間是維生素C的主要影響因素，作用大于光質(zhì)。光照時間8 h、光照強度180 μmol/（m2·s）、紅藍(lán)1∶2時，維生素C含量最大，為187.6 mg/kg。

生產(chǎn)實踐中可以根據(jù)實際需要選擇適宜光照條件。綜合考慮各指標(biāo)影響關(guān)鍵因素，可將龍芽楤木莖段水培光照條件設(shè)為光照時間8 h、光照強度150 μmol/（m2·s）、紅藍(lán)2∶1或紅藍(lán)1∶2，培養(yǎng)30 d后采收。

參考文獻(xiàn)

[1]

鄭彥杰.龍芽楤木皂苷對羊毛囊干細(xì)胞增殖及肝損傷作用的研究[D].佳木斯：佳木斯大學(xué)，2018：5.

[2] 滿源.遼東地區(qū)林下刺五加與遼東楤木可持續(xù)利用技術(shù)研究[D].沈陽：沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)，2019：5.

[3] 張桂娟.遼東楤木化學(xué)成分及其生物活性研究進(jìn)展[J].黑龍江醫(yī)藥，2014，27（4）：798-801.

[4] 齊明明，李紫薇，閻秀峰，等.龍牙楤木繁育技術(shù)與藥理活性成分的研究進(jìn)展[J].林業(yè)科學(xué)，2015，51（12）：96-102.

[5] 謝永剛.刺嫩芽（遼東楤木）溫室反季節(jié)生產(chǎn)新技術(shù)[J].北方園藝，2017（13）：204-205.

[6] 余翠翠，魏建和.環(huán)境因子對植物萜類化合物生物合成的影響研究進(jìn)展[J].西北植物學(xué)報，2019，39（9）：1701-1710.

[7] 趙佳明，徐彪，劉炎，等.龍芽楤木反季節(jié)水培技術(shù)研究[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2018（8）：77-78，83.

[8] 史樹德，孫亞卿，魏磊.植物生理學(xué)實驗指導(dǎo)[M].北京：中國林業(yè)出版社，2011.

[9] 魏苑，張盛貴.蒽酮-硫酸法測定枸杞多糖含量的研究[J].食品工業(yè)科技，2011，32（3）：399-401.

[10] 彭鑫.不同光照條件對草莓光合性能與果實品質(zhì)的影響[D].杭州：浙江農(nóng)林大學(xué)，2018：5-8.

[11] 鄭京平.水果、蔬菜中維生素C含量的測定——紫外分光光度快速測定方法探討[J].光譜實驗室，2006，23（4）：731-735.

[12] 張莉，喻曉鵬，黃依婷，等.LED人工補光在植物照明中的應(yīng)用及發(fā)展趨勢[J]. 佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2019，37（1）：50-55.

[13] FU W G，LI P P，WU Y Y. Effects of different light intensities on chlorophyll fluorescence characteristics and yield in lettuce[J].Scientia horticulturae，2012，135：45-51.

[14] 李思靜.不同LED光對先鋒橙和紅桔幼苗生長發(fā)育及生理特性的影響[D].重慶：西南大學(xué)，2018.

[15] 孟淑娥，王宏宇，蔣桂春，等.龍芽楤木日光溫室水培技術(shù)[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù)（溫室園藝），2007，27（6）：50-51.

[16] 張濤.不同LED光質(zhì)和組配對葉用萵苣生理基礎(chǔ)及營養(yǎng)品質(zhì)的影響[D].鄭州：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2018.

[17] LIN K H，HUANG M Y，HUANG W D， et al. The effects of red， blue， and white light emitting diodes on the growth， development， and edible quality of hydroponically grown lettuce （Lactuca sativa L.var.capitata）[J].Scientia horticulturae，2013，150：86-91.

[18] 王婷，李雯琳，鞏芳娥，等.LED光源不同光質(zhì)對不結(jié)球白菜生長及生理特性的影響[J].甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2011，46（4）：69-73，79.

[19] 張立偉，劉世琦，張自坤，等.不同光質(zhì)對豌豆苗品質(zhì)的動態(tài)影響[J].北方園藝，2010（8）：4-7.