不同红蓝光配比对桑树幼苗生长和生理特性的影响

摘要

光是调控植物生长发育的关键环境因子，近年来随着发光二极管(LEDs)技术的发展，利用LEDs耗能低、波长精确可调等优点控制光质并促进园艺作物、药用植物的生长受到人们关注。桑树(Morus alba L.)作为一种高经济价值的树种，随着设施农业的发展，黑龙江盐碱土地区的农民冬季在温室中栽培桑树并繁育桑树幼苗，设施栽培中缺光和光质改变的问题影响桑树幼苗生长。因此，探索桑树幼苗对红蓝组合光的响应机制是有必要的。本试验采用LEDs为光源，以桑树幼苗为试材材料，设红光(0％B)、蓝光(100％B)和红蓝组合光(15％B、20％B、30％B、50％B)6个处理，以白光为对照，研究不同配比红蓝光对桑树幼苗生长、光合活性、碳氮代谢、叶绿素合成、内源激素含量、活性氧清除系统、叶片解剖结构等方面的影响，为实际应用红蓝光质LEDs提供参考并研究了红蓝光质LEDs在桑树实生幼苗繁育中应用的可能。
　　主要研究结果如下:
　　1、红光可促进桑树幼苗的茎伸长和叶片展开，但引起桑树幼苗叶片净光合速率（Pn）、光系统Ⅱ光化学活性、碳氮代谢能力、微量元素(Mn、Cu和Zn)含量和根系活力下降;而补充蓝光虽然抑制桑树幼苗茎伸长和叶片展开，却逆转或削弱了这些红光的负面效应，促进叶片比叶重、Pn、光系统Ⅱ光化学活性、叶片单位面积氮含量、单位面积叶绿素含量、微量元素(Mn、Cu和Zn)含量升高，叶片碳氮代谢相关酶活性及根系活力增强。相比于白光、红蓝组合光和蓝光处理，红光下桑树叶片Pn降低可能主要是由于光系统Ⅱ光化学活性、气孔导度(Gs)、叶绿素含量、Rubisco含量和活性降低造成的。总体来看，红蓝组合光下植株的生长状况、生理特征与白光处理相似。本试验结果表明，一定比例的红蓝组合光(15％B和20％B)可减弱单质红光、蓝光对桑树幼苗生长的不利影响。在红光基础上补充蓝光对保持桑树幼苗叶片光系统Ⅱ光化学活性，驱动光合作用至关重要，同时可促进桑树幼苗叶片碳氮代谢和微量元素积累。
　　2、红光不利于桑树幼苗叶片叶绿素的合成和积累，而蓝光、红蓝组合光下桑树幼苗叶片的叶绿素含量、叶绿素合成前体含量相对较高，蓝光、红蓝组合光可促进叶绿素的生物合成过程，并可能影响叶绿素a→叶绿素b的转化过程，从而引起叶绿素含量、叶绿素a/b比值的升高。
　　3、蓝光比例增加(0％-100％)可造成桑树幼苗茎、叶中赤霉素(GA3)含量逐渐降低，红光、蓝光可通过调节桑树幼苗茎中GA3含量和桑树幼苗茎对GA3的敏感性，从而使红光表现为对桑树幼苗茎伸长的促进作用，而蓝光表现为对桑树幼苗茎伸长的抑制作用，红蓝光配比的变化对茎叶中脱落酸(ABA)含量影响较小。
　　4、红光、蓝光和红蓝组合光处理下桑树幼苗叶片抗坏血酸含量、脱氢抗坏血酸含量以及总抗坏血酸库、抗氧化酶活性均明显高于白光对照。总的来说蓝光比例增大(15-50％)更利于桑树叶片抗氧化能力提高，减轻膜脂过氧化损伤，但蓝光(100％B)处理引起桑树叶片活性氧积累和丙二醛(MDA)含量相对增加。
　　5、不同红蓝光配比处理可明显影响桑树幼苗叶片表皮细胞和气孔的形态特征，红光可促进气孔增大，而补充蓝光有利于提高气孔密度，从而可能对叶片Gs产生影响。与红光相比，蓝光、红蓝组合光处理可促进桑树叶片厚度、栅栏组织厚度增加，基粒类囊体垛叠增厚。蓝光、红蓝组合光处理有利于栅栏组织与叶绿体基粒片层结构发育。
　　6、在桑树种子萌发及幼苗生长阶段予以不同红蓝光配比处理，可影响桑树实生幼苗移栽后在自然环境下的生长表现，其中在红蓝组合光(50％B)下萌发并长成的桑树幼苗，在移栽到自然环境下其总体生长状况优于红光(0％B)、红蓝组合光(15％B、20％B和30％B)和蓝光(100％B)处理，而与白光处理相似，表明采用一定比例的红蓝组合光(50％B)处理可减弱红光处理对移栽后桑树实生幼苗在自然环境下生长的不利影响，红蓝组合光适用于温室繁育桑树实生幼苗。
　　综上所述，红光降低桑树幼苗叶片光合活性、碳氮代谢能力，同时抑制叶片中微量元素积累、叶绿素合成，阻碍叶片结构发育和叶绿体发育，不利于桑树幼苗生长;红蓝组合光、蓝光可提高桑树叶片光合活性、碳氮代谢能力，促进叶片微量元素积累、叶绿素合成、叶片结构发育和叶绿体发育，增强叶片抗氧化酶活性，但蓝光降低桑树幼苗茎叶中赤霉素含量和茎对赤霉素的敏感性，严重抑制桑树叶片展开和茎伸长。同时红蓝组合光下培育的桑树实生幼苗移栽后呈现较好的生长状况。综合分析，相比于红光、蓝光，一定比例的红蓝组合光更有利于桑树幼苗生长。

目录

摘要

1 绪论

1．1 课题背景

1．2 光、激素调控种子萌发和萌发后幼苗发育

1．2．1 光调控种子萌发和萌发后幼苗发育

1．2．2 激素调控种子萌发和萌发后幼苗发育

1．2．3 光、激素的相互作用对种子萌发和萌发后幼苗发育的影响

1．2．4 种子萌发和萌发后幼苗发育中光和激素信号转导整合的机理

1．2．5 光调控种子萌发和萌发后幼苗中的蛋白质周转

1．2．6 光调控萌发后幼苗中叶绿体发育

1．3 红光、远红光对植物生长发育的影响

1．3．1 红光、远红光对植物茎伸长的影响

1．3．2 红光、远红光对植物叶片发育的影响

1．3．3 红光、远红光对植物根系发育、功能和养分同化的影响

1．3．4 红光、远红光对植物光合作用的影响

1．3．5 红光和远红光在作物生产中的应用

1．4 蓝光和紫外光对植物生长发育的影响

1．4．1 蓝光和紫外光对植物细胞伸长的影响

1．4．2 蓝光和紫外光对植物形态的影响

1．4．3 蓝光和紫外光对植物光合作用的影响

1．4．4 蓝光和紫外光在作物生产中的应用

1．5 本研究的目的和意义

1．6 研究内容

2 不同红蓝光配比对桑树幼苗生长、光合特性及碳氮代谢的影响

2．1 材料与方法

2．1．1 材料与培养环境

2．1．2 光质处理方法

2．1．3 测定指标与方法

2．1．4 数据统计分析

2．2 结果与分析

2．2．1 不同红蓝光配比对桑树幼苗生长的影响

2．2．2 不同红蓝光配比对桑树幼苗叶片光合气体交换参数的影响

2．2．3 不同红蓝光配比对桑树幼苗叶片荧光参数的影响

2．2．4 不同红蓝光配比对桑树幼苗叶片单位面积叶绿素含量、可溶性蛋白含量、Rubisco含量和活性的影响

2．2．5 不同红蓝光配比对桑树幼苗叶片碳水化合物含量的影响

2．2．6 不同红蓝光配比对桑树幼苗叶片碳代谢相关酶活性的影响

2．2．7 不同红蓝光配比对桑树幼苗叶片氮含量及氮代谢相关酶活性的影响

2．2．8 不同红蓝光配比对桑树幼苗根系活力和叶片微量元素含量的影响

2．2．9 桑树幼苗生长状况与蓝光比例的相关性分析以及单位面积叶绿素含量与单位面积氮含量的相关性分析

2．3 讨论

2．3．1 不同红蓝光配比对桑树幼苗生长的影响

2．3．2 不同红蓝光配比对桑树幼苗叶片光合气体交换参数的影响

2．3．3 不同红蓝光配比对桑树幼苗叶片叶绿素荧光参数的影响

2．3．4 不同红蓝光配比对桑树幼苗叶片Rubisco活性、Rubisco含量、可溶性蛋白含量和氮含量的影响

2．3．5 不同红蓝光配比对桑树幼苗叶片碳水化合物含量及碳代谢相关酶活性的影响

2．3．6 不同红蓝光配比对桑树幼苗叶片氮代谢相关酶活性的影响

2．3．7 不同红蓝光配比对桑树幼苗根系活力和叶片微量元素含量的影响

2．4 本章小结

3 不同红蓝光配比对桑树幼苗叶片光合色素和叶绿素合成前体含量的影响

3．1 材料与方法

3．1．1 材料与培养环境

3．1．2 光质处理方法

3．1．3 测定指标与方法

3．1．4 数据统计分析

3．2 结果与分析

3．2．1 不同红蓝光配比对桑树幼苗叶片光合色素含量的影响

3．2．2 不同红蓝光配比对桑树幼苗叶片叶绿素合成前体含量的影响

3．3 讨论

3．4 本章小结

4 不同红蓝光配比处理下桑树幼苗内源激素含量及桑树幼苗对赤霉素敏感性的变化

4．1 材料与方法

4．1．1 材料与培养环境

4．1．2 光质处理方法

4．1．3 测定指标与方法

4．1．4 数据统计分析

4．2 结果与分析

4．2．1 不同红蓝光配比对桑树幼苗中内源激素含量的影响

4．2．2 赤霉素(GA3)对生长在红光、蓝光下的桑树幼苗茎伸长的影响

4．3 讨论

4．4 本章小结

5 不同红蓝光配比对桑树幼苗叶片抗氧化酶活性和活性氧代谢的影响

5．1 材料与方法

5．1．1 材料与培养环境

5．1．2 光质处理方法

5．1．3 测定指标与方法

5．1．4 数据统计分析

5．2 结果与分析

5．2．1 不同红蓝光配比对桑树幼苗叶片中抗坏血酸代谢的影响

5．2．2 不同红蓝光配比对桑树幼苗叶片中抗坏血酸代谢相关酶活性的影响

5．2．3 不同红蓝光配比对桑树幼苗叶片抗氧化酶活性及MDA含量的影响

5．2．4 不同红蓝光配比对桑树幼苗叶片活性氧积累的影响

5．3 讨论

5．3．1 不同红蓝光配比对桑树幼苗叶片中抗坏血酸代谢的影响

5．3．2 不同红蓝光配比对桑树幼苗叶片抗氧化酶活性、MDA含量及活性氧积累的影响

5．4 本章小结

6 不同红蓝光配比对桑树幼苗叶片结构与叶绿体超微结构的影响

6．1 材料与方法

6．1．1 材料与培养环境

6．1．2 光质处理方法

6．1．3 测定指标与方法

6．1．4 数据统计分析

6．2 结果与分析

6．2．1 不同红蓝光配比对桑树幼苗叶片表皮结构的影响

6．2．2 不同红蓝光配比对桑树幼苗叶片横切面结构与叶绿体超微结构的影响

6．3 讨论

6．4 本章小结

7 不同红蓝光配比处理对桑树幼苗在自然环境下生长的影响

7．1 材料与方法

7．1．1 试验材料

7．1．2 试验处理方法

7．1．3 测定指标与方法

7．1．4 数据统计分析

7．2 结果与分析

7．2．1 不同红蓝光配比处理的桑树幼苗在自然环境下的生长状况

7．3 讨论

7．4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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