论文部分内容阅读
光照是影响植物生长发育的重要环境因素之一,已有多种作物在人工光源控制下实现了优质高效生产。以LED作为节能光源调控植物生长的研究一直都是完善植物工厂化栽培的探索重点。工业大麻(Cannabis sativa L.)作为一种经济作物,其纤维、代谢物均有很高的利用价值。为提高其经济效益,室内种植是配合露地种植不可缺少的栽培方式,但目前工业大麻对于光照响应的报道较少。为提供工业大麻室内栽培的理论基础,本研究以两个合法种植工业大麻品种‘龙大麻3号’(黑龙江省代表品种)、‘云麻1号’(云南省代表品种)为样本,LED灯为光源,设置红(R):蓝(B):白(W)=3:3:1、红(R):蓝(B):白(W)=9:3:1、红(R):蓝(B):白(W)=1:0:0、红(R):蓝(B):白(W)=1:0:3组合,在筛选出最适组合基础上设置了4个不同的光照强度:弱光30μmol·m-2·s-1、中弱光80μmol·m-2·s-1,中强光130μmol·m-2·s-1、强光180μmol·m-2·s-1,在苗期测定农艺性状、叶片SPAD值、可溶性糖、可溶性蛋白、游离氨基酸含量、抗氧化酶(SOD、POD、CAT)活性,并在不同光强组分下基于UPLC-MS/MS代谢组学技术对两个品种进行了广靶代谢组学分析。主要结果如下:1.红:蓝:白=1:0:3为工业大麻苗期生长最适光质组合。此处理下两种工业大麻的株高、茎径、地上部鲜重与干重,地下部鲜重与干重均为最高,SPAD值、抗氧化酶活性、可溶性渗透调节物质含量总体较高,体内MDA积累量较低,比单色红光下降了62.15%(龙大麻3号)、47.44%(云麻1号)。2.光强130μmol·m-2·s-1最适于两种工业大麻生长。‘龙大麻3号’株高随光强减弱而增加,‘云麻1号’株高随光强减弱先增加后减小,在光强130μmol·m-2·s-1时最高。光强180μmol·m-2·s-1会对两种工业大麻株高增加产生抑制作用。两种工业大麻茎径均随光强减弱而先增加后下降,光强130μmol·m-2·s-1时最大。‘龙大麻3号’叶片鲜重、干重,茎鲜重、干重随光强减弱而增加,均在光强130μmol·m-2·s-1时最高,根鲜重、干重随光强减弱而降低,在光强180μmol·m-2·s-1时最高;‘云麻1号’叶片鲜重、干重,茎鲜重、干重,根鲜重、干重随光强减弱先增加后下降,在光强130μmol·m-2·s-1时最高。‘龙大麻3号’SPAD值随光照减弱先增加后降低,在光强130μmol·m-2·s-1时最高;‘云麻1号’SPAD值随光照减弱而增加。3.光强130μmol·m-2·s-1最适于两种工业大麻正常生理代谢进行。两种工业大麻可溶性糖含量均与光强呈正相关,可溶性蛋白及游离氨基酸含量则与光强呈负相关。SOD、POD、CAT活性随光强减弱呈先增加后减少的趋势,在光强130μmol·m-2·s-1处到达峰值。MDA含量性随光强减弱呈先减少后增加的趋势,在光强130μmol·m-2·s-1处积累量最低,光强30μmol·m-2·s-1处积累量最高。4.代谢组分析共检测到代谢物693个。包括81种氨基酸及其衍生物,110种酚酸类化合物,47种核苷酸及其衍生物,91种黄酮类化合物,8种木脂素化合物,9种香豆素化合物,43种糖及醇类化合物,2种茋类化合物,17种维生素化合物,6种鞣质类化合物,50种生物碱类化合物,6种萜类化合物,64种有机酸类化合物,120种脂质类化合物,17种大麻素类化合物,20种其它类化合物。差异代谢物集中于酚酸类代谢物、黄酮类代谢物、糖及醇类代谢物、有机酸代谢物、氨基酸及其衍生物、核苷酸及其衍生物、脂质类代谢物。从整体代谢组分析结果来看,光强为130μmol·m-2·s-1时,工业大麻积累的代谢物含量最多。弱光不利于工业大麻体内代谢物的积累,随着光强减弱氨基酸及其衍生物大量上调,酚酸类、黄酮类、糖及醇类、有机酸、脂质类代谢物大量下调。不同光强对比间共有差异代谢物主要集中于酚酸类、黄酮类、糖及醇类、有机酸类、氨基酸及其衍生物、核苷酸及其衍生物。其中有大量对植物生长发育有重要影响的代谢物。5.不同光强对工业大麻体内代谢途径的影响不同,‘龙大麻3号’显著富集的差异代谢途径集中在半乳糖代谢、氨基酸生物合成与代谢、戊糖和葡萄糖酸酯相互转化、氨基糖和核苷酸糖代谢、二苯乙烯与二芳基庚烷与姜酚生物合成、光合作用、吲哚生物碱生物合成、核黄素代谢、磷酸戊糖途径、淀粉和蔗糖代谢、谷胱甘肽代谢;‘云麻1号’显著富集的差异代谢途径集中在磷酸戊糖途径、氨基糖和核苷酸糖代谢、黄酮类生物合成、丙酮酸代谢、三羧酸循环、烟酸和烟酰胺代谢、半乳糖代謝、氨基酸生物合成与代谢、光合作用碳固定、牛磺酸和低牛磺酸代谢、二苯乙烯与二芳庚烷与姜酚生物合成、硫胺素代谢。