LED光质对金线兰组培苗生理特征和代谢物的影响

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金线兰(Anoectochilus roxburghii(Wall.)Lindl.)为兰科开唇兰属植物,是珍稀名贵中草药和国家二级重点保护野生植物,具有极高的经济和药用价值。发光二极管(LED)具有光谱组成可控、体积小、节能高效、与植物光合作用所需光谱吻合等特点,可精确发出不同红蓝光比例的光质来调控植物生长和代谢物的积累。为获得组培金线兰高产、高质的光配方,本文以金线兰组培苗为实验材料,分别设置了单色蓝光组(B)、单色红光组(R)、红蓝光2:1组(R2B1)、红蓝光1:1组(R1B1)、红蓝光1:2组(R1B2)和白光对照组(W)等6种处理,培养120 d后,测定了金线兰组培苗的鲜重、干重、株高、茎粗、叶片数、叶面积等生长指标,气孔频度、气孔长度、气孔宽度、气孔面积等气孔特征以及叶绿素、类胡萝卜素、可溶性糖、可溶性蛋白、总酚、总黄酮、游离氨基酸和抗氧化活性等生理生化指标,并通过非靶向代谢组学技术超高效液相色谱-四级杆串联飞行时间质谱(UPLC-Q-TOF-MS)与靶向代谢组学技术高效液相色谱(HPLC)相结合对金线兰组培苗的代谢物进行测定。主要研究结果如下:1.光质对金线兰组培苗的生长发育和气孔特征有显著影响。R2B1组单株鲜重为1.05 g,株高为11.18 cm,均显著高于其他组。B组鲜重、干重和株高最低。相比于单色光组,R2B1组更有利于提高金线兰组培苗的鲜重、干重、株高、叶面积,有利于金线兰组培苗的生长发育。不同光质处理下金线兰组培苗的茎粗和叶片数之间无明显区别。R1B1组显著提高了金线兰组培苗的气孔频度和气孔面积,有利于金线兰组培苗气孔开放进行光合作用。2.光质对金线兰组培苗的生理特征有显著影响。R1B1组叶绿素a(1.01 mg/g FW)、叶绿素b(0.53 mg/g FW)和类胡萝卜素(0.15 mg/g FW)含量最高,且该组可溶性糖和可溶性蛋白含量也显著高于其他组,R组可溶性糖和可溶性蛋白含量最低。不同种类氨基酸含量受光质的影响差异较大,除丝氨酸和天冬氨酸含量在R组中最高以外,谷氨酸含量在R1B1组最高,精氨酸和苏氨酸含量在R2B1组最高,R1B1组的总游离氨基酸含量(9.24 mg/g FW)最高。B组的丙二醛含量最高,膜脂过氧化作用最为明显,R1B1组的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性最高,表明R1B1组清除活性自由基的能力最强,R1B1组可以提高金线兰组培苗的抗氧化能力。3.采用UPLC-Q-TOF-MS对不同光质金线兰组培苗代谢物进行了非靶向代谢组学分析,对正负离子模式下质谱数据进行主成分分析(PCA)和偏最小二乘法判别分析(PLS-DA),其得分图表明:6种光质处理下的金线兰组培苗能获得明显区分。将6种光质分为复合光和单色光两组数据进行正交偏最小二乘法判别分析(OPLS-DA),共筛选出19种差异代谢物,包括氨基酸类、有机酸类、酚酸类、酯类、黄酮类、糖类和苷类等。结果表明,氨基酸类、有机酸类、酚类等物质在各处理之间相对含量变化较为明显。其中复合光组12种差异代谢物相对含量显著高于单色光组,且R1B1组的天麻素、异鼠李素、桑黄素、顺式乌头酸、柠檬酸和7-甲氧基香豆素相对含量均显著高于其他组。4.光质对金线兰组培苗的总酚、总黄酮含量及其酚类物质组成具有显著影响。复合光组的总酚和总黄酮含量均显著高于单色光组,其中R组的总酚和总黄酮含量显著低于对照。利用HPLC法结合标准品测定了金线兰组培苗中15种酚类物质的含量,其中R1B1组中15种酚类物质总量最高为920.24μg/g FW,且R1B1组的原儿茶酸、D-水杨苷、槲皮素、阿魏酸、反式肉桂酸、柚皮素、对香豆酸、异鼠李素、对羟基苯甲酸这9种物质含量均显著高于其他组。以上研究结果表明,相较于单色红光和蓝光,红蓝复合光更有利于促进金线兰组培苗的生长发育以及代谢产物的积累。其中,R1B1组相较于其他组更能显著促进金线兰组培苗的酚类、黄酮类、氨基酸类等多种次级代谢产物含量的积累。因此,R1B1可以作为金线兰组织培养的最佳光质,为LED在金线兰组培体系的应用提供科学依据。
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