补光光质对黄果人参生长发育及生理特性的影响

来源 :吉林农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chenchen19880908
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人参(Panax ginseng C.A.Meyer)为五加科人参属多年生草本植物,黄果人参为普通栽培红果人参的纯合隐性突变体,是我国经长期努力从众多人参资源中选育出的高人参皂苷含量的人参新品种。光作为重要的生态因子,是植物生存与繁育最基本的能量来源,提供合适的光照条件是确保中药栽培高产、优质的关键因素。目前,有关于黄果人参适宜生长的光环境研究较少,不同补光光质改变其生理效应的影响未见报道,制约了黄果人参产量、质量的提高。为明确黄果人参对光质的需求特性,本研究以三年生黄果人参为实验材料,采用LED光源(红光、蓝光)进行补光处理,自然光为对照。测定不同生长阶段的黄果人参植株的光合指标及代谢物含量,观察营养及生殖器官发育变化,探究不同补光光质对黄果人参生长发育及生理特性的影响,为黄果人参栽培适宜的光环境条件提供理论依据。主要研究结果如下:(1)对黄果人参小孢子各发育时期与植株形态、花器官外部形态的相关性进行研究,结果表明黄果人参小孢子发育经历了四分体时期、单核期(早期、中期、晚期)空泡期、双核期和三核期(成熟花粉),且各个时期与植物外部形态特征存在相关性。四分体时期的小孢子被胼胝质壁包裹,此时花蕾横径0.78-1.24mm,花药横径0.30-0.55mm,花药嫩绿色顶端透白;单核中后期中央大液泡逐渐形成,细胞核被挤到靠近细胞壁的一侧,此时花蕾横径1.33-1.68mm,花药横径0.48-0.69mm,花药呈翠绿色;空泡期仅能观察到透明大液泡,双核期小孢子具有一个营养核和一个靠近细胞壁的生殖核;成熟时期的花粉为三核花粉,包含一个营养核和两个完全一样的生殖核,具有三个萌发孔,此时花蕾横径1.78-2.10mm,花药横径0.70-0.78mm,花药深绿色,至此小孢子发育过程完成,完整的黄果人参小孢子发育过程需经历30 d左右。(2)补光光质能够对黄果人参小孢子及叶片的发育产生影响。研究表明,补红光处理下花粉活力较高,高于对照组26.32%,花药各层细胞排列整齐,药室内花粉粒数目较多,三核时期花粉粒充实;补蓝光处理下花粉活力最低,低于对照组8.01%,绒毡层在单核后期排列紊乱无序,双核时期膨大且降解异常,花粉空瘪发育不良。补红光促使黄果人参叶片在绿果期明显增厚,黄果期的叶绿体基粒片层整齐,脂质小球较少,叶绿体结构保持健康的完整形态;补蓝光对叶片各层细胞厚度有明显的抑制作用,黄果期有部分叶片出现维管束组织排列紊乱,叶片局部膨大等异常现象,叶绿体在绿果期嗜饿颗粒的大小和数量均明显增加,黄果期叶绿体基粒片层疏松,类脂类物质直径显著增大,叶片有提前衰老的趋势。(3)补光光质能够对黄果人参不同时期的光合生理特性产生影响。研究表明,补红光处理下各时期叶片的类胡萝卜素(Car)含量较高,并有利于绿果期叶绿素a(Chl a)、叶绿素b(Chl b)的合成与积累;补蓝光能够提高叶绿素a/b(Chl a/b)比值。补红光能够显著提高各时期叶片的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr),补蓝光处理下胞间CO2浓度(Ci)最高。补红光使叶片在绿果期拥有较高的光能转化效率,有利于叶片的PSⅡ反应中心电子传递,能够显著提高各时期PSⅡ反应中心的开放程度;补蓝光处理下叶片光能利用率较低,光能量转化率及化学活性较弱。对绿果期叶片进行了NPQ诱导测试,补红光处理组下的NPQ在光照诱导后期显著高于对照,能量猝灭(q E)占比最高,而补蓝光处理下的NPQ诱导强度最低,能量猝灭(q E)、光抑制猝灭(q I)与转化猝灭(q T)持平。(4)补光光质能够对黄果人参不同时期代谢产物的积累产生影响。研究表明,补红光有助于PPD型皂苷的积累,补红光处理下根中Rb1、Rb2、Rb3、Rc、Rd含量在绿果期显著增加,叶中上述5种皂苷在黄果期的积累明显提高;而补蓝光能够促进黄果期叶片中PPT型皂苷Re、Rg1、Rg2含量的上升,Rg1含量高于对照组32.36%。补红光对黄果人参根、茎、叶、果(花)中的果糖、葡萄糖、蔗糖的积累有促进,各发育时期三种糖类含量显著高于对照组;补蓝光不利于果中葡萄糖与蔗糖积累,黄果期果中蔗糖含量最低仅为0.29mg/g。补红光能够促进花中GA含量的升高,抑制展叶期茎与叶中IAA的合成与积累;补蓝光处理下各发育时期茎、叶、花中的GA含量显著高于对照,IAA在发育前期大量合成,随着生长时间的延长呈下降趋势,茎、叶中IAA含量在展叶期含量达到最低。
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