LED照光下黄瓜幼苗物质累积分配及叶片PSII活性的光谱效应

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面对近年北方冬季连阴寡照和逐年趋重的雾霾天气导致光照严重不足严重影响冬季设施蔬菜生产的问题,设施人工电照补光技术已经逐渐受到关注。针对以往试验研究过多集中于红、蓝光质和市售的LED固态光源的峰值筛选择优问题,本研究以光合有效光谱范围内(400-700nm)的多光谱光源的照光和延时补光的光谱信号调控效应为切入点,以LED白光WB+G+R为对照,对黄瓜幼苗进行5种LED单色光谱(B442、B457、G520、R627、R655)照射处理,和LED白光(W=B+G+R)照射再配合3种单色光谱(B457、G520、R655)延时补光处理,研究探索两种照射方式对黄瓜全株各器官的干物质累积分配、碳氮营养物质累积分配及其PSⅡ动力学活性的光谱信号调控效应与机制,进一步充实蔬菜集约化育苗和植物工厂生产的照光和补光技术。  试验Ⅰ采用300μmol.m-2.s-1的LED单色光B442、B457、G520、R627、R655每天照射8h处理14d后,黄瓜幼苗的全株以及叶、叶柄、茎各器官的鲜重和干重均呈现出B442、B457最高,R655最高或较高,G520、R627较小或最小,对照CKW最小的变化趋势。随着LED照射光谱波长的增加,各器官鲜重和干重分配会更加倾向于冠层的茎乃至叶的分配特征。B457、R627、R655的壮苗指数均显著优于白光WB+G+R对照。  试验Ⅰ处理14d后,B442和B457、G520处理对黄瓜幼苗可溶性糖、游离氨基酸和可溶性蛋白质的累积有显著促进作用。同时,随着LED照射光谱波长的增加,全株各器官的可溶性糖含量分配会更加倾向于叶和根的“两极”分配特征;全株各器官的游离氨基酸含量分配会更加倾向于茎、叶柄乃至根的分配特征;全株各器官的可溶性蛋白质含量分配均会更加倾向于根的分配特征。然而,各处理的淀粉含量均低于对照,且均呈现以叶为主、根其次的分配特征。  试验Ⅱ采用8h照射300μmol.m-2.s-1LED白光(W=B+G+R)再配合延时8h照射B457、G520、R655单色光100μmol.m-2.s-1补光处理后,黄瓜幼苗的全株干重和全株鲜重均呈现出B457>R655>G520>CKW的特征;同时,B457、G520、R655和对照的各器官鲜重和干重均呈现出以叶为主的分配特征,而B457和G520(仅鲜重)还呈现出以茎和叶柄为其次的分配特征;另外,与对照相比,B457、G520、R655处理尤其是R655处理后干鲜物质的分配累积的“上半冠部倾向效应”较大。B457、G520、R655尤其是R655延时补光处理的壮苗指数显著优于白光WB+G+R对照。这可能与R655延时补光处理的全株干物质累积较高和茎生长不过长有关。  在试验Ⅱ处理中,尽管B457和G520全株可溶性糖含量显著提高,而R655全株可溶性糖含量与CKW无显著差异;可是B457、R655处理的全株各器官可溶性糖含量分配呈现以叶为主、茎其次的分配特征,而G520处理则会更加倾向于茎乃至根的分配特征。全株的淀粉含量呈现出B457和R655显著提高;且呈现茎分配减少,伴随冠层叶增加的分配特征。全株的游离氨基酸含量呈现出B457和R655显著提高;且呈现更加倾向于茎乃至根的分配特征。虽然全株的可溶性蛋白质含量呈现出G520显著提高,而B457和R655显著降低的现象;可是均呈现茎分配减少,伴随冠层叶柄增加的分配特征。  在试验Ⅰ处理下,黄瓜幼苗叶片的PSⅡ活性反应中心数目和PSⅡ性能指数(PIABS)均比对照显著降低。在PSⅡ供体侧,不仅黄瓜叶片天线色素复合体与PSⅡ反应中心复合体之间的能量传递受到抑制,而且放氧复合体活性也受到抑制;然而,在PSⅡ反应中心受体侧活性亦呈现出电子受体QA的还原速度Mo与QA下游电子受体还原的驱动能力ΨO的不平衡。另外,光适应下呈现出B457、G520、R627尤其是R627处理的开放的PSⅡ反应中心的激发能捕获效率fv/fm、PSⅡ的激发能捕获速率qP均降低;而B442、R655处理尤其是B442处理的开放的PSⅡ反应中心的激发能捕获效率fv/fm、PSⅡ的激发能捕获速率qP均较强。  与对照相比,B442与G520处理的激发能分配倾向于PSⅠ系统,PSⅠ的激发压有所偏高;相比之下,B457、R627和R655处理尤其是R627的激发能分配更多地倾向于PSⅡ系统,PSⅡ的激发压过高。这会导致叶片的PSⅡ和PSⅠ间线性电子传递的协调性会降低。  经过试验Ⅰ处理后,PSⅡ的最大电子传递速率ETRmax呈现B442>R655≈CK>B457≈G520>R627的趋势。这表明,在单色光谱照射下形成的黄瓜幼苗叶片的光合碳吸收能力会受到正向或负向的影响。  尽管试验Ⅱ处理后,PSⅡ的最大电子传递速率ETRmax呈现R655≈CK>B457≈G520的趋势与试验Ⅰ处理后的效果相近;可是,试验Ⅱ处理后,B457、G520、R655单色光延时补光处理会显著增加PSⅡ活性反应中心数目和PSⅡ性能指数。这表明试验Ⅰ的单色光照射与试验Ⅱ单色光延时补光对PSⅡ的动力学活性影响呈现异同性。
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