秦伟 刘震 陈昆 任晓雪 王民乾

摘    要：以西瓜幼苗為研究对象，以白光（W）为对照，红光（R）、蓝光（B）、红蓝光（R2B3）、红蓝光（R5B2）为处理，研究不同LED光源对西瓜幼苗SPAD值、净光合速率、碳氮代谢及酶活性的影响，以探寻培育西瓜优质壮苗的最佳光源。结果表明：在R5B2处理下，SPAD值、净光合速率、总糖、蔗糖和淀粉含量值最大，较对照分别增加20.79%，17.11%，25.66%，15.01%，14.46%，与对照差异极显著（P<0.01）。RuBP羧化酶在R5B2和R2B3处理下值较大，但二者差异不显著（P>0.05）;B处理下碳代谢相关物质和酶活性最低，表明蓝光不利于西瓜碳代谢水平的提高。全氮含量和GS活性以R5B2处理下最高;游离氨基酸和可溶性蛋白含量以R2B3处理下值最大，但与R5B2差异不显著（P>0.05）;R处理下氮代谢相关物质和酶活性最低，表明蓝光不利于西瓜氮代谢水平的提高。总之，R5B2处理最有利于西瓜SPAD值、净光合速率、碳代谢水平和RuBP羧化酶活性的提高，及氮代谢水平的加强。因此，以红蓝光配比5∶2时为培育西瓜优质壮苗的最佳光源。

关键词：LED光源;西瓜;SPAD值;净光合速率;碳氮代谢;酶活

Abstract： Taking watermelon seedling as the research object， white light（W） as the control， red light（R）， blue light（B）， red blue light （R2B3）， red blue light （R5B2） as the treatment， the effects of different LED light sources on the SPAD value， net photosynthetic rate， carbon and nitrogen metabolism and enzyme activity of watermelon seedlings were studied to explore the best light source for cultivating high-quality and strong seedlings. The results showed that under R5B2 treatment， SPAD value， net photosynthetic rate， total sugar， sucrose and starch content increased by 20.79%， 17.11%， 25.66%， 15.01% and 14.46% respectively， which was significantly different from the control （P<0.01）. Under R5B2 and R2B3 treatment， the value of RuBP carboxylase was higher， but the difference was not significant （P>0.05）; under B treatment， the carbon metabolism related substances and enzyme activity were the lowest， indicating that blue light was not conducive to the improvement of watermelon carbon metabolism. The content of total nitrogen and GS activity was the highest under R5B2 treatment; the content of free amino acid and soluble protein was the highest under R2B3 treatment， but there was no significant difference with R5B2（P>0.05）; the activity of related substances and enzymes of nitrogen metabolism was the lowest under R treatment， indicating that blue light was not conducive to the improvement of nitrogen metabolism level of watermelon. In a word， R5B2 treatment is most beneficial to the improvement of SPAD value， net photosynthetic rate， carbon metabolism level， RuBP carboxylase activity， and the enhancement of nitrogen metabolism level of watermelon. Therefore， the best light source for cultivating high-quality and strong watermelon seedlings was the red blue light ratio of 5∶2.

Key words： LED light source; watermelon;SPAD value; net photosynthetic rate; carbon and nitrogen metabolism; enzyme activity

植物的生长发育受光信号调控[1]，如种子萌发、蛋白质、维生素、可溶性糖含量和果实成熟等均与光信号有关[2]。光信号包括光质和光强2个方面，而光质对植物生长发育影响十分显著，不同波长的光质对植物形态建成、叶片衰老、气孔开放、光合能力、基因表达、次生代谢和碳氮代谢等生理生化过程的调控作用存在差异。杨期和等[3]研究指出，红光可促进需光种子萌发，远红光对其有抑制作用。Kim等[4]研究得出，在红、蓝、绿三种组合光下有利于莴苣叶面积增大。陈祥伟等[5]研究表明，红光下乌塌菜光合速率及蒸腾速率最高。因此，利用不同光质来调控植株的形态建成和生长发育，可作为发展蔬菜产业尤其是设施农业的一项重要技术。

华中地区早春设施西瓜如果能在4、5月份上市，就能以较高的价格出售，进而获得显著的经济效益。但早春设施西瓜育苗期往往需要占用大量时间，且幼苗健壮程度易受外界环境影响，直接影响到后期西瓜幼苗的移栽时期。不同光质照射对西瓜幼苗的优质壮苗的形成有重要影响，因此可利用人工LED光源补光来培育优质西瓜幼苗，但目前有关西瓜幼苗生长最适光源的研究尚鲜见报道。为此，本文设置不同光质的LED光源，研究不同光质照射对西瓜幼苗SPAD值、净光合速率、碳氮代谢及酶活性的影响，以期找到培育西瓜幼苗的最适光源，为LED调控在瓜菜领域中的应用提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 供试材料

以西瓜种子为供试材料，品种为‘早佳8424。

1.2 试验设计

试验于2019年4月20日开始，在商丘市农林科学院巴庄西瓜试验站智能温室内进行。试验设置红光（R，波长655.7 nm）、蓝光（B，波长456.2 nm）、红蓝光（R2B3，2∶3的红蓝光）、红蓝光（R5B2，5∶2的红蓝光）、白光（W）五种光质，其中以白光（W）为对照。在栽培架顶部安装LED照明设备，培养架四周用银色遮光布包裹，栽培架高度可上下自由调节，光照处理期间LED光源与西瓜幼苗始终保持约45 cm的距离，光强为320 μmol·m-2·s-1。

西瓜種子浸种催芽后，均匀播种于50孔穴盘中，每盘播种30穴，每穴播种1粒，在种子上方覆盖厚1.0～1.5 cm的基质并轻轻镇压，每2盘作为1次重复，每个处理设3次重复，共播种30盘。播种后置于人工气候室内进行培养，白天温度控制在25～28 ℃，夜间15～18 ℃，每天光照14 h，空气湿度70%～80%。待幼苗3叶1心时，测定幼苗叶片SPAD值、光合特性、碳氮代谢相关物质及酶活性。

1.3 测定指标及方法

利用美国产LI-6400便携式光合仪测定西瓜第一张真叶净光合速率，并利用SPAD-502叶绿素仪测定其SPAD值。按照上海杰美基因医药科技有限公司生产试剂盒说明书的要求测定RuBP羧化酶活性。采用蒽酮比色法测定总糖、蔗糖和淀粉含量[6]。采用王学奎的方法测定全氮、可溶性糖、游离氨基酸、可溶性蛋白含量[7]。参照王小纯等[8]的方法测定谷氨酞胺合成酶（GS）。

1.4 数据分析

利用Excel 2007软件对数据进行处理和作图，采用SPSS软件进行统计分析，Duncan新复极差法对数据进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同光质对西瓜幼苗叶片光合特性的影响

由图1可以看出，不同LED光源对西瓜幼苗叶片SPAD值和净光合速率的影响存在差异。红蓝组合光R5B2和R2B3处理下的西瓜叶片SPAD值均高于对照，且以R5B2处理下值最大，较对照提高20.79%，与对照差异极显著（P<0.01）;单色光R、B处理下的西瓜叶片SPAD值均低于对照，且以B处理下值最低，较对照降低26.46%，与对照差异极显著（P<0.01）。红蓝组合光R5B2和R2B3处理下的西瓜叶片净光合速率均高于对照，较对照分别增加17.11%和12.08%，与对照差异极显著（P<0.01）;单色光R处理下，西瓜叶片净光合速率高于对照，但与对照差异不显著（P>0.05），B处理低于对照。

2.2 不同光质对西瓜幼苗碳代谢及酶活性的影响

由表1可知，不同LED光源对西瓜幼苗叶片碳代谢相关物质及酶活性的影响不同。红蓝组合光R5B2和R2B3处理下西瓜幼苗叶片总糖、蔗糖和淀粉含量均高于对照，且以R5B2处理下值最大，R2B3次之，二者间差异达显著以上水平（P<0.05），二者较对照分别增加25.66%，15.01%，14.46%和15.42%，6.66%和8.68%，与对照差异均达到极显著水平（P<0.01）;R处理下总糖、淀粉含量高于对照，蔗糖含量低于对照，但与对照差异均不显著（P>0.05）。RuBP羧化酶在R5B2和R2B3处理下值较大，但二者差异不显著（P>0.05）;单色B处理下值最低，但与R、对照W差异不显著（P>0.05）。

2.3 不同光质对西瓜幼苗氮代谢及酶活性的影响

由表2可以得出，全氮和GS在不同LED光源处理下的变化规律类似，全氮含量和GS活性大小均为：R5B2>R2B3>W>B>R，这说明R5B2处理下有利于西瓜幼苗叶片氮含量的增加和GS酶活的提高。在不同LED光源处理下，游离氨基酸和可溶性蛋白含量的变化规律一致，二者呈现正相关关系，其含量大小依次为：R2B3>R5B2>B>W>R，这表明在R2B3处理下有利于西瓜幼苗叶片游离氨基酸和可溶性蛋白质的合成。另外，在R5B2和R2B3处理下，GS活性和全氮、游离氨基酸、可溶性蛋白含量差异不显著（P>0.05），这表明这两个处理对西瓜幼苗叶片氮代谢水平和相关酶活性的影响结果差异不显著。

3 结论与讨论

光质可通过光敏色素、隐花色素等不同的光受体来调控植物的光合性能、抗逆能力和衰老进程等。杨晓建等[9]研究指出，红光照射下青蒜苗光合速率最大。谢景等[10]研究认为，蓝光处理下可显著促进黄瓜幼苗叶片净光合速率的提高。董飞等[11]研究得出，红/蓝（3∶1）处理下樱桃番茄净光合速率最高。本试验条件下，西瓜幼苗叶片净光合速率在R5B2处理下值最大，这是因为红蓝组合光可通过促进叶片栅栏组织细胞和叶绿体结构发育来增强叶片光合能力[12]。单色光R、B处理下的西瓜叶片SPAD值均低于对照，而红蓝组合光R5B2和R2B3处理下的西瓜叶片SPAD值均高于对照，这表明光质对西瓜叶片SPAD值的影响不是简单的叠加效应，还应存在某种互作效应，净光合速率对光质的响应结果与SPAD值有一定的相似规律。

碳代谢即碳水化合物代谢，它包括3个阶段，分别为通过光合作用将无机碳转化为有机碳进行碳的同化固定，碳水化合物的互相转化及碳的积累[13]。RuBP羧化酶在光照下呈活化状态，是一种光调节酶，可催化光合作用中CO2的固定，是光合碳同化的关键酶，对植物光合速率起决定作用，又被称作光合作用的限速酶。本试验结果表明，不同光质处理下， RuBP羧化酶变化规律与净光合速率变化规律一致，说明RuBP羧化酶活性的高低能够影响西瓜幼苗净光合速率大小。RuBP羧化酶活性在R5B2处理下值较大，表明在此处理下碳的同化固定较强。在碳代谢过程中，碳素的积累主要以淀粉或蔗糖的积累为标志。张欢等[14]研究认为，莴苣幼苗叶片的淀粉、蔗糖、可溶性糖的含量在红蓝光下高于红光。孙娜等[15]通过试验得出，3∶1的红蓝光能提高番茄幼苗叶片总糖和淀粉含量。本试验结果表明，在红蓝组合光R5B2处理下，西瓜幼苗叶片总糖、蔗糖和淀粉含量最高，这表明在R5B2处理下最有利于西瓜幼苗碳素的积累，试验结果与前人一致。

氮素是“生命元素”，对植物生长发育各个代谢阶段均有显著影响。游离氨基酸（FAA）与植株体内的氮素代谢密切相关，是植物体内氮素同化物的主要运输形式，以及蛋白质的组成原料和水解产物[16]。蛋白质是氮素代谢的终极产物，在氮素代谢中起着代谢库的作用，其含量高低可用于表征叶片对氮素同化能力的强弱[17]。肖春生等[18]研究指出，红蓝光3∶1时有利于烟苗叶片可溶性蛋白和NR酶活性的提高。宁宇等[19]研究认为，白+红（WR）光质处理的蛋白质含量最高，氨基酸含量较低，GS活性明显高于对照。本试验条件下，红蓝组合光R3B3、R5B2处理可显著提高西瓜幼苗叶片全氮、游离氨基酸及可溶性蛋白的含量。可见，光质处理方式的不同及作物品种的不同，对试验结果的影响存在差异，这也表现出生物对光质反应的复杂性。不同光质处理下氨基酸和可溶性蛋白的变化规律一致，这是因为氨基酸是蛋白质合成的底物，游离氨基酸含量的增加又为蛋白质的合成提供充足的原料，促进了蛋白质含量的增加，二者呈现正相关关系[20]。谷氨酰胺合成酶（GS）是氮代谢中心的多功能酶[21]，参与多种氮代谢的调节，其活性高低可用来表征氮素同化能力的强弱。在红光R處理下，GS活性最低，这可能是因为红光下西瓜幼苗净光合速率较低，呼吸底物减少，呼吸作用减弱，致使GS活性降低。

综上所述，在复合光质R5B2处理下，西瓜幼苗叶片SPAD值、净光合速率、总糖、蔗糖和淀粉含量值最大，最有利于培育西瓜优质壮苗。因此，以红蓝光配比5：2时为培育西瓜优质壮苗的最佳光源。

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