LED补光对亚洲薄荷生理性状、精油含量及自然香气的影响

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为解决芳香植物用于室内绿化因光照不足而导致的生长不佳的问题,以常见的唇形科(Lamiaceae)多年生宿根芳香植物亚洲薄荷(Mentha arvensis)为试材,研究了不同光质(红光、蓝光、白光)和不同光强(80、160、240μmol·m-2·s-1)的LED补光条件对亚洲薄荷生理性状、精油含量及自然香气等的影响。补光12周后,对亚洲薄荷生理性状指标进行了测定;以水蒸气蒸馏法提取亚洲薄荷精油,运用气相色谱/质谱联用仪对精油成分进行了分析,并采用模糊数学隶属函数法对精油品质进行了评价;采用动态顶空法采集植株自然香气,结合全自动热脱附-气相色谱/质谱(ATD-GC/MS)联用技术,对亚洲薄荷的香气成分进行了测定与分析。主要研究结果如下:(1)红光最有利于亚洲薄荷地上部生物量的增加,红光(LED-R2)照射下地上部鲜重达148.23 g。蓝光最有利于地下部生物量、根冠比和根系活力的增加,蓝光(LED-B2)照射下分别达80.27 g、0.63和25.43mg·g-1·h-1。蓝光最有利于主根的伸长和茎的增粗,蓝光(LED-B2)照射下主根长和茎直径分别达17.67 cm和3.08 mm,红光最有利于茎的伸长,红光(LED-R2)照射下株高达23.7 cm。红光(LED-R2)照射下叶长、叶宽、叶面积和叶鲜重均显著高于其余各组,分别为7.00 cm、4.19 cm、18.67 cm2和0.33 g。红光最有利于叶绿素b和类胡萝卜素含量的增加,蓝光最有利于叶绿素a含量的增加。红光最有利于提高可溶性糖和淀粉含量,蓝光最有利于提高游离氨基酸和可溶性蛋白含量。各补光组均能显著提高SOD、POD和CAT 3种抗氧化性酶的活性并显著降低MDA的含量,从而提高植株的抗逆性。(2)各补光组均能显著提高亚洲薄荷的精油含量、精油产量和油腺毛密度,红光(LED-R3)照射下分别达0.86%、1.28 g/盆和28.53个/mm2。精油含量和油腺毛密度呈极显著正相关,表明油腺毛是亚洲薄荷主要的产油结构。l-薄荷醇含量随着光照增强呈现上升趋势,红光(LED-R3)、蓝光(LED-B3)和白光(LED-W3)下分别达67.03%、67.50%和67.84%。l-薄荷醇含量与色谱峰面积面积归一化法所得相对含量呈极显著正相关,相关系数为0.9351。其精油中共检测鉴定出40种成分,各组精油的成分类别差异不大,含量在2%以上的成分分别为l-薄荷醇(48.70%65.60%)、胡薄荷酮(15.77%33.47%)、l-薄荷酮(7.38%15.46%)、异薄荷酮(2.53%3.91%)。白光(LED-W3)照射下的精油品质最高,综合评价值为0.84,主要表现为较高的l-薄荷醇水平和较低的胡薄荷酮水平。(3)亚洲薄荷自然香气主要由萜烯类、醇类、酮类、脂肪烃类等组成,共鉴定出66种挥发性成分,各组共同含有的成分为56种,其中l-薄荷醇、胡薄荷酮、d-柠檬烯、异薄荷醇为香气主成分,补光组中该4种化合物的相对含量之和大于1/3,显著高于对照组。LED补光能显著增加亚洲薄荷自然香气中l-薄荷醇、胡薄荷酮和异薄荷醇的释放量,且同种光质下,3种成分的释放量随光照的增强均有一定程度增加,其中红光(LED-R3)总体增加效果最为显著,3种成分的释放量分别为对照组的6.04、10.45和34.23倍。(4)综合而言,LED补光能显著促进亚洲薄荷植株的生长和相关次生代谢产物的合成。由于较高光强的红光对亚洲薄荷的光合作用、生物量、精油含量等各方面的影响最为有利,同时考虑到蓝光较为显著的壮苗作用以及白光对精油品质的提升作用,在实际LED光质和光强设置中应施以红光为主、蓝光等其他光质为辅的混合光照,并将光强设置在中高强度(160240μmol·m-2·s-1),将更有利于亚洲薄荷的综合性质的提高。
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