不同光质对中华芦荟生理生化物质的影响

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摘 要：以中华芦荟为试验材料，通过计算机对植物生长过程中的温度、湿度、CO2浓度进行自动监控和调节人工智能气候室进行培养，以白光为对照，研究了以LED为光源的不同光质对芦荟生长中蒽醌含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、叶绿素含量的影响。结果表明，红光、黄光及复合光（5R/4B/1Y）明显促进中华芦荟中总蒽醌的积累，黄光、复合光（7R/2B/1Y）处理对可溶性糖含量有促进作用，蓝光、复合光（7R/2B/1Y）处理对可溶性蛋白含量有促进积累的作用。LED光源在中华芦荟的设施栽培中应用效果好，并且在单色光或红蓝配比复合光中加入较少比例的黄光，对于芦荟品质有明显的提高作用。

关键词：中华芦荟；LED光源；蒽醌；可溶性糖；可溶性蛋白

中华芦荟， 为百合科植物芦荟属常绿多肉质草本植物[1]。广泛应用于化妆品、医药、保健食品等方面， 使用价值居芦荟属植物首位[2]。芦荟富含多种活性成分， 芦荟可溶性糖具有抗肿瘤、免疫调节、抗突变、抗辐射、抗衰老等多种药理作用[3]；芦荟中的蒽醌类化合物是芦荟中最具医疗和药用价值的天然产物，具有杀菌、抑菌、消炎、解毒、促进伤口愈合、增强机体免疫力、缓泻和润肠通便等功效[4，5]。

LED（Light-Emitting Diode），利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，是一种可以有效的把电能转变成磁辐射的装置。LED光源的研究开发为植物工厂中人工光源的发展提供了良好的契机，促进了植物种苗在密闭工厂的生产。目前，植物工厂中普遍使用的高压钠灯和荧光灯，热辐射高，不能对植物进行近距离照射，因此植物生长效率不高，并且补光成本很高；LED作为新型照明冷光源，不仅具有体积小、寿命长、耗能低、波长固定与低发热等优点[6，7]，而且还能根据植物生长需要进行发光光谱的精确配置，实现设施生产节能、环保和空间高效利用等功能[8]。

植物主要吸收波长610～720nm的红橙光和400～510nm的蓝紫光，有研究发现，单一或组合LED光质，能够调控植物形态建成和光合作用[9，10]。 本试验利用LED光源灯管，在可控环境的人工气候室进行中华芦荟幼苗的栽培，设置不同的光质处理以及研究对中华芦荟幼苗生长过程中药用活性物质含量的变化影响，为设施环境及密闭性植物工厂栽培芦荟提供理论依据，并对LED光源在药用植物生长中的利用开拓新途径。

1 材料与方法

1.1 光质选择及处理条件

光源采用广州万晶半导体照明有限公司生产的LED灯管。每盏灯管由222颗超亮灯珠组成，功率10W。红色（635nm）、蓝色（463nm）及黄色（594nm），复配光质灯珠按照不同比例均匀交叉排布，如图1-1、1-2、1-3所示。对照选用白色LED灯管作为光源，其功率为10W，平均波长542nm，波峰为450nm。

试验设置7个处理，见表1-1，以白色LED为对照（CK），LED光源处理分别为单色红光（R）、蓝光（B）、黄光（Y）、红蓝黄配比光（R/B/Y=7：2：1、5：4：1、1：8：1）。每组处理采用相应的灯管5盏，将其置于植物顶端，高度可调，使其距离植株（10±5）cm，使光强保持在50±5μmol/m2·s，光周期为12h/d。

1.2 试验材料和环境条件

试验在甘肃农业大学智能温室及人工气候室进行。试验材料幼苗选取于花卉苗圃中的多年生植株，以生长健壮，叶色翠绿，选取株高（10±5）cm，长势一致的幼苗移入智能人工气候室，该气候室可通过计算机对植物生长过程中的温度、湿度、CO2浓度进行自动监控和调节。试验处理周期为12d，于处理的第10天取样测定各项指标：蒽醌含量[11]、可溶性糖测定[12]、可溶性蛋白测定[13]、叶绿素含量（采用Arnon（1949）方法）。试验过程各项环境指标为：昼温24±1℃、夜温16±1℃、相对湿度60%、CO2浓度500mg/kg（昼）、1000mg/kg（夜）。

2 结果与分析

2.1 不同光质处理对中华芦荟蒽醌类物质含量的影响

由图2-1可知，各组处理随着处理时间的推移，蒽醌类物质含量都有增加的趋势。黄光、红光及复合光（5R/4B/1Y）对蒽醌类物质含量有促进作用，而蓝光、复合光（7R/2B/1Y、1R/8B/1Y）对蒽醌类物质含量有抑制作用。

2.2 不同光质处理对中华芦荟可溶性糖含量的影响

由图2-2可知，各组处理可溶性糖含量都随着处理时间的推移而增加，其中黄光、复合光（7R/2B/1Y、1R/8B/1Y）增加趋势明显，处理结束后，可溶性糖含量与对照相比分别提高了18.3%、7.3%。由此说明，黄光、复合光（7R/2B/1Y）处理对可溶性糖含量有促进作用，红光、蓝光及复合光（5R/4B/1Y）对可溶性糖含量有抑制作用，而复合光（1R/8B/1Y）处理对可溶性糖含量变化影响不明显。

2.3 不同光质处理对中华芦荟可溶性蛋白含量的影响

由图2-3可知，蓝光、复合光（7R/2B/1Y、1R/8B/1Y、5R/4B/1Y）处理组，随着处理时间的延长，可溶性糖含量呈现增加的趋势，而黄光及红光处理组，可溶性糖含量呈现减少的趋势。由此可得如下结论，蓝光、复合光（7R/2B/1Y）处理对可溶性蛋白含量有促进积累的作用，黄光、红光、复合光（1R/8B/1Y）处理对可溶性蛋白的含量有抑制作用，而复合光（5R/4B/1Y）处理，对可溶性蛋白含量影响不明显。

2.4 不同光质处理对中华芦荟叶绿素含量的影响

由图可知，黄光、红光及复合光（7R/2B/1Y）对叶绿素含量有促进作用。蓝光、复合光（4R/5B/1Y）对叶绿素含量有抑制作用，而复合光（1R/8B/1Y）处理对叶绿素含量影响不明显。

3 结论及讨论

芦荟中的蒽醌类物质是一类具有重要药用价值的次生代谢物， 光质对次生代谢产物的含量也有明显影响。研究发现[14-15]红、黄、蓝不同光质处理库拉索芦荟，黄光照射促进蒽醌类物质的积累，红光照射下芦荟中总蒽醌含量变化不大；在红光和蓝光照射下的库拉索芦荟可溶性糖含量均有所减少；红光和蓝光照射导致可溶性蛋白含量下降。本试验结果显示，与白光相比，红光、黄光及复合光（5R/4B/1Y）明显促进中华芦荟中总蒽醌的积累，蓝光、复合光（7R/2B/1Y、1R/8B/1Y）明显抑制中华芦荟中总蒽醌的积累；与白光相比，黄光、复合光（7R/2B/1Y）处理对可溶性糖含量有促进作用，红光、蓝光及复合光（5R/4B/1Y）对可溶性糖含量有抑制作用；与白光相比，蓝光、复合光（7R/2B/1Y）处理对可溶性蛋白含量有促进积累的作用，黄光、红光、复合光（1R/8B/1Y）处理对可溶性蛋白的含量有抑制作用。本试验材料中华芦荟为库拉索芦荟的变种，与库拉索芦荟相比，它的叶片较为细长，叶汁同样具有药用和美容价值，嫩叶可食用，其分蘖能力较强，也有很强的适应性，产量高，叶肉比库拉索丰厚。因此，本试验与乔传英（2009）试验在单色光处理结果上基本一致。

芦荟的用处十分广泛，可以药用、美容化妆也可食用，不同的部分所含活性物质成分差别很大，用途也不同。芦荟绿色同化组织是芦荟素等蒽醌类物质的储藏场所，为重要的药用部分；而多种活性酶和芦荟可溶性糖主要存在于芦荟凝胶中， 芦荟凝胶多用于食品和化妆品行业。因此，可根据芦荟不同的用途，采用不同的灯光照射或在北方地区越冬时期用不同的薄膜覆盖，以促进不同物质的积累。用红光和黄光处理以促进蒽醌类物质的积累；用黄光处理可以达到刺激芦荟可溶性糖积累的作用。

（收稿：2013-07-10）

参考文献

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