【摘要】：光環(huán)境精準(zhǔn)調(diào)控已經(jīng)成為決定設(shè)施農(nóng)作物產(chǎn)量品質(zhì)及生產(chǎn)效率的重要技術(shù)。葉用萵苣是世界范圍設(shè)施內(nèi)廣泛種植的主要蔬菜作物之一,其豐富的蛋白質(zhì)、維生素、纖維素等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量在人類的營(yíng)養(yǎng)和飲食結(jié)構(gòu)中扮演著重要角色。為探明不同光質(zhì)調(diào)控葉用萵苣生長(zhǎng)和品質(zhì)的作用機(jī)理,試驗(yàn)采用水培及全LED光照條件下,研究了不同單色光質(zhì)和紅藍(lán)組合光對(duì)葉用萵苣生長(zhǎng)、品質(zhì)及氮代謝的影響。圍繞紅藍(lán)組合光是否完全滿足蔬菜最佳生長(zhǎng)發(fā)育的需要,研究了紅藍(lán)組合光(RB,對(duì)照)、紅藍(lán)紫組合光(RBP,紅:藍(lán):紫=16:4:5)、紅藍(lán)綠組合光(RBG,紅:藍(lán):綠=16:4:5)和紅藍(lán)黃組合光(RBY,紅:藍(lán):綠=16:4:5)條件下對(duì)葉用萵苣形態(tài)指標(biāo)、光合生理生態(tài)指標(biāo)、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)及抗氧化能力的影響。同時(shí),對(duì)不同LED組合光源下葉用萵苣葉片進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組分析,重點(diǎn)研究了不同光質(zhì)組合下葉用萵苣差異表達(dá)基因及氮代謝關(guān)鍵酶活性變化。主要結(jié)果與研究結(jié)論如下:1.葉用萵苣生長(zhǎng)期間,采用光照強(qiáng)度為200μmol m~(-2) s~(-1)的白光(對(duì)照,W)、紫光(P)、藍(lán)光(B)、紅光(R)、綠光(G)、黃光(Y)、紅藍(lán)光9:1(9R/1B)和紅藍(lán)光4:1(4R/1B)8種不同LED光源進(jìn)行處理。結(jié)果顯示,與W對(duì)照相比較,P、B、R處理以及紅藍(lán)光組合均能提高氮代謝相關(guān)酶如NR、NiR、GS、GOGAT和GDH活性,促進(jìn)其氮同化,加速地上部生物量積累;尤其是4R/1B光源下,葉用萵苣生物量、可溶性蛋白、VC、氨基酸總含量較高,表明4R/1B光源更能有效促進(jìn)葉用萵苣生長(zhǎng)和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)提升。結(jié)果顯示,與W對(duì)照相比較,P、B、R處理以及紅藍(lán)光組合均能通過(guò)提高氮代謝相關(guān)酶如NR、NiR、GS、GOGAT和GDH活性,促進(jìn)其氮同化,加速地上部生物量積累;尤其是4R/1B光源下,葉用萵苣生物量、可溶性蛋白、VC、氨基酸總含量較高,表明4R/1B光源更能有效促進(jìn)葉用萵苣生長(zhǎng)和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)提升。2.在葉用萵苣生長(zhǎng)后期,以光照強(qiáng)度為200μmol m~(-2) s~(-1)的RB(對(duì)照,R:B=4:1)、RBP、RBG和RBY等4種不同組合光照處理,得到結(jié)果如下:RBG顯著提高了葉用萵苣葉片的生長(zhǎng)和莖的伸長(zhǎng),RBY也有利于促進(jìn)葉用萵苣生長(zhǎng),而RBP各項(xiàng)指標(biāo)有降低趨勢(shì)。RBG和RBY處理增加了葉綠素和類胡蘿卜素含量。RBG處理下Fv/Fm、Ф_(PSII)和Pn較高,從而獲得較大的生物量。RBY處理葉片Gs增大,增加了Ci和Tr,有利于提高光能利用率。由此可知,可在紅藍(lán)光基礎(chǔ)上適當(dāng)添加綠光和黃光處理有利于葉用萵苣生長(zhǎng),進(jìn)而提高光合性能和產(chǎn)量。3.在葉用萵苣生長(zhǎng)后期,以光照強(qiáng)度為200μmol m~(-2) s~(-1)的RB(對(duì)照,R:B=4:1)、RBP、RBG和RBY等4種不同組合光照處理,得到結(jié)果如下:RBP可以提高可溶性蛋白、VC、花青素等含量,降低了硝酸鹽含量,同時(shí)顯著提升了總酚和類黃酮含量,使其抗氧化能力顯著增強(qiáng)。RBG可以提高可溶性糖、可溶性蛋白和VC含量,顯著降低了硝酸鹽含量,同時(shí)對(duì)總酚含量和抗氧化能力也有促進(jìn)作用。RBY除了對(duì)可溶性糖和VC含量有所提高外,其他沒(méi)有積極作用。由此可知,可在紅藍(lán)光基礎(chǔ)上適量添加紫光或者綠光以有利于葉用萵苣品質(zhì)和抗氧化能力提高。4.在葉用萵苣生長(zhǎng)后期,以光照強(qiáng)度為200μmol m~(-2) s~(-1)的RB(對(duì)照,R:B=4:1)、RBP、RBG和RBY等4種不同組合光照處理3d后,進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序分析和氮代謝關(guān)鍵酶活測(cè)量,得到74.43Gb數(shù)據(jù),通過(guò)NR注釋、GO注釋和KEGG通路注釋等一系列生物信息學(xué)手段對(duì)該轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行代謝途徑分析。在此基礎(chǔ)上重點(diǎn)分析了氮代謝途徑,發(fā)現(xiàn)與RB相比較,RBP、RBG和RBY氮代謝通路分別存在14、9個(gè)和8個(gè)顯著差異基因。RBP和RBG處理可以顯著提高NR、NiR、GS等氮代謝酶活性,添加黃光則抑制以上酶活性,各處理下氮代謝酶活基因表達(dá)趨勢(shì)和氮代謝酶活一致,說(shuō)明組合光源可以在轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)控氮代謝相關(guān)酶的基因表達(dá),從而改變相關(guān)酶活性來(lái)作用葉用萵苣的氮代謝過(guò)程。由此可見(jiàn),RBG和RBP對(duì)氮代謝關(guān)鍵酶活性及其相關(guān)基因表達(dá)的綜合調(diào)控可能是降低葉用萵苣硝酸鹽含量和提高品質(zhì)的重要原因。
【圖文】：

１ 文獻(xiàn)綜述葉用萵苣（Lactuca sativa L.），俗稱生菜，為菊科萵苣屬一、二年生草本植物，原產(chǎn)于地中海沿岸。它是一種重要的世界性蔬菜，深受廣大消費(fèi)者和商家的喜愛(ài)，富含礦物質(zhì)、甘露醇、尼克酸、蛋白質(zhì)、脂肪，糖類和食物纖維等多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，具有預(yù)防貧血、抗衰老、降低血壓和防止心律紊亂等保健功能。生菜莖葉中含有獨(dú)特的萵苣素，能夠分解食物中的致癌物質(zhì)亞硝胺，防止癌細(xì)胞的形成，，被列為抗癌蔬菜。生菜由于具有食用和藥用價(jià)值，生食消費(fèi)和高潔凈品質(zhì)特點(diǎn)，決定了它是植物工廠最廣泛栽培的蔬菜之一。萬(wàn)物生長(zhǎng)靠太陽(yáng)，太陽(yáng)光是自然界生物生長(zhǎng)的必要條件，光質(zhì)是指具有不同波長(zhǎng)的太陽(yáng)光譜成分。太陽(yáng)光譜分為可見(jiàn)光與不可見(jiàn)光，可見(jiàn)光的波長(zhǎng)為 380~760nm（圖 1-1），散射后分為紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫等七色，不可見(jiàn)光分為為紅外線（760~5300 nm）和紫外線（290~400 nm），也有學(xué)者把 700-800nm 區(qū)域稱為遠(yuǎn)紅光[1]。然而，一般認(rèn)為作物光合作用需要的有效波長(zhǎng)主要在400~700 nm，并且其生長(zhǎng)發(fā)育及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)可能會(huì)受這段輻射波長(zhǎng)的不同而發(fā)生變化。

大豆和小麥進(jìn)行不同藍(lán)光比例的混合光 LED 燈照射，也發(fā)現(xiàn)增加藍(lán)光比例綠素濃度增大[26-28]。類胡蘿卜素在植物光合作用中具有參與光吸收和防止前要作用[29]。Lin 等研究發(fā)現(xiàn)，與其他光處理（白色熒光燈和紅色 LED）相比組合 LED 處理下能顯著提高鐵皮石斛原球莖的葉綠素和類胡蘿卜素濃度[30
【學(xué)位授予單位】：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：S636.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2699353