张勤涛，梁社往，曹嘉芮,,3，何忠俊，莫健雷

(1.云南农业大学资源与环境学院，云南 昆明 650201；2.云南农业大学农学与生物技术学院，云南 昆明 650201；3.马关县土壤肥料工作站，云南 文山 663700)

引言

光能够影响植物的生长发育，它不仅为植物的光合作用提供所需要的能量，而且还对植物的生理过程有重要的调节作用[1]。光质作为植物生长发育的重要影响因素之一，不同的光质可以调控不同层次次生代谢产物的形成与积累[2]。目前在设施人工光环境中，关于光质的研究大部分还是以有色农膜、高压钠灯或彩色荧光灯为主。由于这些人工光源不能对其透光率和光谱能量进行精确地调制，且进行有色农膜覆盖的同时，又降低了光照强度，还存在老化和退色等问题，彩色荧光灯存在光照强度低，高压钠灯又存在光源利用率较低、发热量大、能量消耗高等缺点，严重影响了研究结果的可靠性和准确性[3]。LED光源是半导体固态冷光源，可以发射出光质纯的单色可见光，其具有发光效率高、体积小、使用寿命较其他人工光源长、安全可靠以及环保等优点，是未来设施栽培中最有发展前景的可调控光源[4，5]。LED光源由于具有很强的实用性，因而受到广大研究学者的青睐，并被逐渐应用于设施园艺与工厂化育苗等领域[6]。

滇重楼(Parispolyphyllavar.yunnanensis)为延龄草科重楼属(Paris)多年生草本植物，主要分布于中国的西南部，主要产于云南[7]。滇重楼根状茎具有凉肝定惊、清热解毒等功效，主治蛇虫咬伤、跌打损伤等症，此外还有止血、抗癌、抗早孕等作用[8]。滇重楼繁殖率低且生长速度十分缓慢，从种子到入药一般需10年以上。由于人们对滇重楼长期过度的掠夺式采挖，致使野生滇重楼资源已经濒临灭绝，严重威胁到以滇重楼为原料的制药企业的可持续发展。

近年来，世界各国的研究学者都在积极研究关于LED光源在设施栽培环境中的应用。已有研究结果证明，LED可成功应用于蔬菜[9]、花卉等植物生长，而有关LED光源对道地性中药材滇重楼影响的研究甚少。通过光调控促进滇重楼生长，提高其根茎药效成分含量，缩短入药年限是本研究的目的所在。我们前期的研究发现：单质绿光有利于提高滇重楼叶绿素含量，橙光降低了滇重楼叶绿素含量，单质白光和蓝光有利于滇重楼的生长发育。橙/蓝(8/1)处理下滇重楼鲜重变化量高于其他光质比例处理，橙/蓝/绿(8∶1∶1)处理下滇重楼叶片光合作用高于其他光质比例处理[10]。因此本试验以3年生滇重楼种子苗为试材，采用LED光源精确调制光质，以LED白光为对照，研究橙、蓝、绿、橙/蓝(8∶1)、橙/蓝/绿(8∶1∶1)不同光质及其组合对滇重楼生长、光合特性、皂苷含量及产量的影响，为设施人工光环境下栽培滇重楼提供科学依据。

1 材料与方法

1)试验材料。滇重楼种苗购于云南白药集团，供试种苗经云南农业大学何忠俊教授鉴定为Parispolyphyllavar.yunnanensis；栽培土壤为林下土。实验连续进行2年，分别于2016年6月—9月，2017年6月—9月在光调控箱内进行。试验中每个处理重复3次，每盆种植苗12株，光照处理一个月。

2)试验设计。LED光源共设5个处理：橙光(620 nm)、蓝光(460 nm)、绿光(525 nm)、橙:蓝=8∶1、橙∶蓝∶绿=8∶1∶1，以LED白光为对照(CK)。试验光源的光照强度保持一致，统一设定为150 μmol·m-2·s-1，每天光照处理12 h。

3)样品指标的测定。

(a)滇重楼干鲜重测定。 光照处理一个月后，分别收获滇重楼地上部和地下部，地上部主要测定鲜重、干重和株高，地下部测定干鲜重。地上部和地下部105 ℃杀青，80 ℃烘干后，粉碎磨细，用于测定滇重楼根茎中皂苷组分含量。

(b)光合参数测定。2017年5月27日，在自然条件下，采用Li-6400便携式光合仪对滇重楼植株叶片进行不离体测定。测定的指标包括净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)。

(c) 根茎皂苷含量测定。采用Agilent1200高效液相色谱仪(G1315D检测器、G1311A输液泵、G1329A自动进样器、G1322A在线脱气机、G1316A柱温箱)对滇重楼根茎进行皂苷含量及其产量的测定，总皂苷产量公式如式(1)、式(2)所示；薯蓣皂苷Ⅰ、Ⅱ、V、偏诺皂苷VI、Ⅶ、H、薯蓣皂苷(dioscin)、纤细薯蓣皂苷(gracillin)均为对照品，纯度>98%，购自中国科学院昆明植物研究所；乙腈和甲醇为色谱纯(美国TEDIA公司)，无水乙醇为分析纯，水为纯净水。流动相：乙腈(B)/水(A)，梯度洗脱程序见表1(A、B分别代表水、乙腈的浓度)。

表1 梯度洗脱程序

总皂苷(mg/g)=薯蓣皂苷Ⅰ+薯蓣皂苷Ⅱ+薯蓣皂苷V+偏诺皂苷Ⅵ+偏诺皂苷Ⅶ+偏诺皂苷H+薯蓣皂苷D+纤细薯蓣皂苷G

(1)

总皂苷产量(mg)=地下部干重(g)×总皂苷(mg/g)

(2)

4)数据分析。采用Excel 2003和SPSS 19.0统计软件对数据进行方差分析。

2 结果与分析

1)LED光源不同光质及其组合对滇重楼生长的影响。由表2可以看出，不同处理对滇重楼株高、地上部干鲜重及地下部干鲜重有显著影响。地上部干鲜重以蓝光处理显著高于其他处理，其余处理间无差异。地下部鲜重以蓝光最高，白光最低，其余处理间差异不显著。滇重楼株高以白光(CK)处理最低，其他处理间差异不显著。与白光相比，LED蓝光处理的滇重楼地上部鲜重、地下部鲜重、地上部干重、地下部干重均为最大，分别比白光(CK)高92.89%、145.27%、150.00%、126.32%，显著高于其他处理。组合光源橙∶蓝=8∶1、橙∶蓝∶绿=8∶1∶1处理的滇重楼地上部干鲜重和株高与白光(CK)处理无显著差异。由此可见，LED蓝光处理对滇重楼地上部和地下部生长较有利。

2)LED光源不同光质及其组合对滇重楼叶片光合特性的影响。由表3可知，与白光(CK)处理相比，单质橙光处理下滇重楼叶片净光合速率、气孔导度、蒸腾速率最低，分别比对照低54.78%、50.00%、50.00%，显著低于其他处理。单质蓝光和绿光处理下的滇重楼叶片净光合速率、气孔导度和蒸腾速率较高于白光(CK)处理。组合光源橙∶蓝∶绿=8∶1∶1处理的滇重楼叶片净光合速率、气孔导度、蒸腾速率最大，分别比对照组高159.87%、100.00%、136.67%，也高于其他处理。气孔导度和蒸腾速率的变化规律一致。胞间CO2浓度以蓝光处理最高，比对照组高14.06%，显著高于其他处理，而绿光、橙∶蓝=8∶1、橙∶蓝∶绿=8∶1∶1处理下胞间CO2浓度低于白光处理，分别比对照组低9.56%、22.93%、11.70%。由此可知，组合光对滇重楼的光合作用较为有利，单质橙光对滇重楼叶片的光合作用有一定的抑制作用。

表2 LED光源不同光质及其组合对滇重楼生物量的影响

注：同行不同小写字母分别表示差异显著(p<0.05)

表3 LED光源不同光质及其组合对滇重楼叶片光合特性的影响

注：同行不同小写字母分别表示差异显著(p<0.05)

3)LED光源不同光质及其组合对滇重楼根茎皂苷含量和产量的影响。由表4可知，根茎皂苷Ⅰ以橙光和蓝光处理显著高于其余处理，与绿光、橙∶蓝=8∶1处理间差异不显著。滇重楼根茎皂苷Ⅱ、Ⅶ、H、总皂苷含量及总皂苷产量以蓝光处理最高，显著高于其他处理。且皂苷Ⅱ在绿光、橙∶蓝=8∶1及白光处理间差异不显著；皂苷H在橙光、绿光、橙∶蓝=8∶1、橙∶蓝∶绿=8∶1∶1及白光处理下差异不显著。皂苷D以橙∶蓝=8∶1处理最高，与单质蓝光、白光处理差异不显著。试验中未检出皂苷V、Ⅵ、G，薯蓣皂苷D变化规律不明显。总之，单质蓝光处理对滇重楼根茎总皂苷含量以及总皂苷产量的积累较为有利。

表4 LED光源不同光质及其组合对滇重楼根茎皂苷含量和产量的影响

注：“—”表示未检出，同行不同小写字母分别表示差异显著(p<0.05)

3 讨论

在草本植物中，光可经过内环境光受体的调节，对植物生长发育进行调控[11]。光既提供给植物生长的能量，也调控其形态建成，两个方面互为协调[12]。从试验结果看，与白光相比，LED橙光处理对滇重楼地上部、地下部干鲜重无明显影响，LED绿光处理对重楼地上部、地下部干鲜重影响较小，LED蓝光处理可提高滇重楼地上部及地下部干鲜重。刘敏玲等[13]研究发现与白光处理相比蓝光更有利于金线莲的生长。刘文科等[14]研究发现与白光处理相比蓝光在促进蟹味菇子实体生长发育上效果最佳。橙蓝、橙蓝绿组合光也会有效地提高滇重楼地下部干鲜重。本试验中，单质橙光、绿光处理下滇重楼株高远大于白光处理，而在增加蓝光处理的组合光中，滇重楼株高有明显的降低，这说明蓝光对植株的伸长有一定的抑制作用，与陈祥伟等[15]的研究结果一致。与白光相比，单质蓝光处理下滇重楼株高要高于白光处理，与马桂芹等[16]研究发现蓝光抑制青蒜苗生长这一结果不一致。可能是由于不同的植物种类、试验材料、试验环境所造成。

光质对植物的光合作用至关重要，主要是通过对不同类型叶绿体蛋白的形成进行调节[17]。植物进行光合作用时，净光合速率是用来衡量其同化CO2和合成有机产物的能力[18]。从试验结果看，LED绿光处理下，滇重楼叶片净光合速率、气孔导度、蒸腾速率高于白光处理，说明绿光处理有利于滇重楼叶片的光合作用。钱胜艳等[19]在光质对辣椒叶片光合特性影响试验中得出，LED绿光处理可提高辣椒叶片的光合作用，与本研究结果一致。LED蓝光处理下，滇重楼叶片光合特性高于白光处理。橙光处理下滇重楼叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)与蒸腾速率(Tr)小于白光处理，符合植物光合色素吸收光谱变化规律。在橙光基础上增加蓝光，显著提高了滇重楼叶片净光合速率、气孔导度、蒸腾速率，说明LED蓝光处理提高了叶片的光合利用效率，这与李雯琳等[20]研究蓝光处理下叶用莴苣幼苗叶片光合速率最高的结论一致。在橙蓝组合光基础上增加绿光，可使滇重楼叶片净光合速率、气孔导度、蒸腾速率得到了提高。由此可得出，对种植滇重楼进行光质调控时，增加绿光及蓝光可显著提高滇重楼的光合特性。

植物主要是通过光合作用制造有机物，经过植物体内的运输和代谢产生各种次生代谢产物，而传统中药材中重要的功效成分大多就是次生代谢产物。不同光质的光能量不同，其对光合作用和次生代谢产生的效果也不同。滇重楼根茎中有效成分是甾体皂苷类化合物，分为偏诺皂苷和薯蓣皂苷两大类，约占总化合物的80%，是医药产业的主要原料。从试验结果看，与白光处理相比，橙光、蓝光有利于滇重楼根茎皂苷含量的积累，LED绿光处理下根茎总皂苷含量比LED白光(CK)处理低2.10%，说明绿光处理抑制滇重楼根茎皂苷的积累。李馨芸[21]研究发现与白光处理相比，蓝光显著提高了绞股蓝总皂苷含量，绿光抑制绞股蓝总皂苷的积累，与本研究的结论相同。橙蓝、橙蓝绿组合光处理也较有利于滇重楼根茎皂苷含量的积累。LED绿光处理下滇重楼叶片净光合速率显著大于白光(CK)处理，但绿光处理下滇重楼的根茎总皂苷含量却低于白光处理。这与罗美佳等[22]研究的三七净光合速率较高，其根茎总皂苷含量积累较多这个结论相反，可能是由于试验植物和光源环境选择的不同，导致研究结果的不一致。

4 结论

LED蓝光处理下滇重楼的生长、干物质积累、根茎皂苷组分和总皂苷含量及总皂苷产量最大；在橙/蓝/绿(8∶1∶1)处理下，滇重楼叶片净光合速率、气孔导度、蒸腾速率均为最高，橙光处理下叶片净光合速率、气孔导度、蒸腾速率最低。在滇重楼设施栽培中，我们建议将蓝光作为必选光源。