红蓝光质下香梓楠苗木生长生理及代谢产物的响应

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香梓楠(Michelia hedyosperma)为木兰科含笑属常绿乔木,是热带南亚热带珍贵优良用材树种,其种子可入药,花叶均可提取精油,有着较大开发利用潜能和价值。光质对植物的生长及有效成分积累有重要调节作用,因此,有必要探讨光质对香梓楠苗木生长及生理代谢的影响。本研究采用1年生香梓楠为实验材料,LED为光源,以白光(W)为对照,设置红(R)、蓝(B)单色光及其光质配比分别为2/1、4/1、6/1、8/1和10/1(2R1B、4R1B、6R1B、8R1B和10R1B)的复合光处理,通过分析生长、光合生理、内源激素、可溶性物质及总酚总黄酮含量等指标,探讨红蓝光质对香梓楠苗木生长生理的影响,筛选培育苗木的较优光质;同时基于LC-MS平台对香梓楠叶片进行非靶向代谢组学分析,探讨红蓝光质对叶片代谢产物的影响,挖掘重要代谢物的用途及其在苗木应对光质变化中所起的潜在作用。旨在为培育香梓楠壮苗,缩短育苗周期,开发利用香梓楠化学成分方面的非木质资源,以及提升珍贵树种苗木培育技术提供理论依据。主要结果如下:(1)红蓝单色光较白光降低了苗木干重及根冠比。随红蓝复合光中红光比例的增加,幼苗苗高地径增长率、叶面积、各器官干重、根冠比及苗木质量指数大体上呈先上升后下降的趋势,其中6R1B复合光最利于幼苗形态建成,对苗高地径增长率、叶面积、根冠比及各器官干重均有促进作用。(2)较高蓝光比例的复合光(2R1B和4R1B)有利于叶片光合色素含量及叶绿素a/b比值的提高。红蓝复合光较红蓝单色光及白光提高了幼苗叶片Fm和Fv/Fm,蓝光较其他光质提高了叶片Y(II)、q P及NPQ,而红光较其他光质降低了叶片NPQ。蓝光与较高蓝光比例(2R1B、4R1B、6R1B)的红蓝复合光可促进叶片Pn提高,并在6R1B复合光下最高。而除4R1B以外的红蓝复合光均可提高叶片水分利用效率。(3)与白光相比,蓝光及除4R1B以外的红蓝复合光均可提高叶片可溶性糖含量,而红光则抑制可溶性糖及蛋白质的积累。蓝光显著提高叶片ABA和ZR含量,而红光则相反。红蓝单色光可提高叶片IAA含量,而较单色红光,添加一定量的蓝光有助于叶片合成GA3。6R1B复合光处理叶片的总酚及总黄酮含量均较高,说明6R1B复合光能明显促进酚类物质积累。(4)主成分分析及隶属函数分析表明6R1B复合光较适宜香梓楠生长,因此,对6R1B、红、蓝及白光处理下的叶片进行代谢组学分析。代谢组分析表明光质处理间共有61种差异代谢物,从差异代谢物上调与下调数量看,较红蓝单色光,6R1B复合光能增强香梓楠代谢活动,从而促进苗木生长与代谢产物的积累。红、蓝光及6R1B复合光分别与白光对比,各对比间最显著变化的代谢物分别为β-谷甾醇、金合欢醛和原儿茶酸,亚油酸和棕榈酸,紫苏醇和L-谷氨酰胺,这些代谢物较能体现不同光质中香梓楠的代谢变化情况。D-无水葡萄糖、L-谷氨酰胺、L-异亮氨酸、γ-氨基丁酸、棕榈酸、丙酮酸等参与到多条代谢通路上,为研究不同处理间代谢物及途径的变化提供了重要信息。其中β-谷甾醇、原儿茶酸、亚油酸、紫苏醇等代谢产物具有多种重要用途。(5)光质主要影响了香梓楠的氨基酸代谢、碳水化合物代谢、脂质代谢、核苷酸代谢、萜类化合物和聚酮化合物代谢、其他次生代谢物的生物合成代谢及膜转运。蓝光和6R1B复合光增强了氨基酸代谢,红光和6R1B复合光降低了脂质代谢,6R1B复合光增强了膜转运途径,而碳水化合物代谢受光质影响较小。一些与关键代谢通路相关的物质可能对香梓楠响应红蓝光质过程中的生长生理起到调节作用,如蓝光处理可能通过提高水杨酸水平应对蓝光胁迫来维持较高的Pn、Y(II)、q P及NPQ;蓝光与6R1B复合光处理可能通过提高L-谷氨酰胺水平来促进苗高地径的生长;香梓楠可能通过γ-氨基丁酸与植物激素间的相互调节来应对光质变化。此外,红蓝光质影响苯丙氨酸代谢、萜类主链生物合成、苯丙烷生物合成等次级代谢产物合成途径,说明红蓝光处理是调控香梓楠次生代谢物质的潜在有效措施。综上,红蓝复合光较单色光更有利于香梓楠苗木的生长,其中在6R1B复合光下苗木生长较佳;相较于白光,6R1B复合光能增强香梓楠代谢活动及更利于代谢产物的积累。
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