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5种单色光对植物生长发育的影响

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2015-11-25 作者: 来源:植物生理学报 浏览量: 网友评论: 0

摘要: 光是植物生长发育的基本环境因素。它不仅是光合作用的基本能源,而且是植物生长发育的重要调节因子。植物的生长发育不仅受光量或光强(光子通量密度,photonfluxdensity,PFD)的制约,而且受光质即不同波长的光与辐射及它们不同组成比例的影响。

  需要指出,虽然一些用不同类型光源所作的研究表明植物形态与生长发育差别与光谱中蓝光比例不同有关,可是由于所用不同类型灯发射的非蓝色光的组成也不同,其结论还是成问题的。例如,虽然在同样光强日光灯下生长的大豆和高粱植株干重和以单位叶面积计的净光合速率明显高于低压钠灯下生长的植株,但是这些结果不能完全归因于低压钠灯下蓝光的缺乏,恐怕也与低压钠灯下黄、绿光过多而橙红光过少有关。

  绿光

  在白光(含红、蓝和绿光)下生长的番茄幼苗干重明显低于红、蓝光下生长的幼苗。在组织培养中生长抑制的光谱检测结果表明,最有害的光质是绿光,峰值在550nm。在除掉绿光的光下生长的万寿菊株高、鲜、干重比全谱光下生长的植株增加30%~50%。全谱光补绿光导致植株矮小和干、鲜重减少。去除绿光加强万寿菊开花,而补加绿光则抑制石竹和莴苣开花。

  然而,也有绿光促进生长的研究报告。Kim等(2006)总结红蓝组合光(LEDs)补充绿光的实验结果得出结论:在绿光超过50%时抑制植物生长,而在绿光比例低于24%时则加强植物生长。虽然在LED提供的红蓝组合光背景上通过绿色荧光灯补加绿光导致莴苣地上部干重增加,但是补加绿光加强生长、比冷白光下生产更多生物质的结论是成问题的:(1)他们观测的生物质干重仅仅是地上部的干重,如果包括地下根系的干重, 结果可能会不一样;(2)红、蓝和绿三色灯下生长的莴苣地上部的干重大于冷白荧光灯下生长的植株很可能是这三色灯含的绿光(24%)远少于冷白荧光灯(51%)的结果,即冷白荧光灯的绿光抑制作用大于三色灯的结果;(3)红蓝组合光下生长的植株光合速率明显高于绿光下生长的植株的结果支持前面的推测。

  

  绿光效应通常与红、蓝光效应相对立。绿光可以逆转蓝光促进的气孔开放。然而,用绿色激光器处理种子却可以使萝卜和胡萝卜长至对照的2倍大。一个暗淡的绿光脉冲可以使黑暗中生长的幼苗加速伸长,即促进茎伸长。用来自LED光源的单个绿光(525nm±16 nm)脉冲(11.1 μmol·m-2·s-1,9s)处理拟南芥白化苗,导致质体转录物的减少和茎生长速率的增高。

  Folta和Maruhnich (2007)根据过去50多年植物光生物学研究资料,讨论了绿光在植物发育、开花、气孔开放、茎生长、叶绿体基因表达和植物成长状况调节上的作用,认为绿光感知系统与红、蓝光传感器和谐地调节植物的生长发育。需要注意,在这篇评论中,绿光(500~600nm)被扩展为包括光谱的黄色部分(580~600nm)。

  黄光

  黄光(580~600nm)抑制莴苣生长。用叶绿素含量和干重分别对不同比例红、远红、蓝、紫外和黄光作图结果表明,只有黄光(580~600nm)可以解释高压钠灯和金属卤灯两种灯生长效应的差异,即黄光抑制生长。并且,黄光(峰值在595nm)对黄瓜的生长抑制强于绿光(峰值在520nm)。

  一些关于黄/绿光效应相互矛盾的结论,可能是由于那些研究中所用光波长范围不一致。并且,由于一些研究者把500~600nm的光都归类为绿光,所以关于黄光(580~600nm)对植物生长发育影响的文献很少。

  紫外辐射

  紫外辐射减少植物叶面积、抑制下胚轴伸长、降低光合作用和生产力,使植物易受病原体攻击,但是可以诱导类黄酮合成及防御机制。UV-B可以降低抗坏血酸和β-胡萝卜素的含量,但可以有效地促进花色素苷合成。UV-B辐射导致矮小的植物表型、小而厚的叶片、短叶柄、增加腋生的分枝以及根/冠比的变化。

  对温室内生长的来自中国、印度、菲律宾、尼伯尔、泰国、越南和斯里兰卡7个不同地区16个水稻栽培种的考察结果表明,补加UV-B导致总生物质数量增加的有4个栽培种(其中达到显著水平的仅1个,来自斯里兰卡),少的有12个栽培种(其中达到显著水平的6个);那些对UV-B敏感的栽培种叶面积和分蘖数都明显减少;叶绿素含量增加的有6个栽培种(其中达到显著水平的2个);叶片光合速率明显降低的有5个栽培种,而明显提高的有1个栽培种(它的总生物质数量也明显增加)。

  UV-B/PAR的比例是植物对UV-B响应的一个重要的决定因素。例如,UV-B和PAR共同影响薄荷的形态和油产量,高质量油的生产需要高水平的未经过滤的自然光。

  需要指出,UV-B影响的实验室研究,虽然在鉴定转录因子和另一些分子的、生理的因素上是有作用的,但是由于使用较高的UV-B水平、没有UV-A相伴随和往往很低的背景PAR,所得结果通常不能机械地外推到自然环境中去。田间研究通常利用UV灯提高或用滤器降低UV-B水平。

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