遠(yuǎn)紅光輻照對干旱脅迫下生菜種子萌發(fā)及幼苗生長的影響

栗昕羽 朱 梅* 李曉樂 程主明 陳 雷*

(1.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院，合肥 230036； 2.合肥工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，合肥 230009)

生菜學(xué)名葉用萵苣(

Lactuca

sativa

L.)，菊科萵苣屬，一二年生草本植物，按形態(tài)可分為結(jié)球生菜、直立生菜和散葉生菜。生菜具有生長期短、復(fù)種指數(shù)高、生長均勻整齊、清潔無污染和無蟲害等優(yōu)點，但根系淺、葉面積大，因此生育期需水量較大，且不耐旱。傳統(tǒng)露天栽培和日光溫室栽培的生菜無論從產(chǎn)量還是品質(zhì)上都不能滿足人們?nèi)找嬖鲩L的需求，基于LED智能補光的植物工廠栽培已成為業(yè)界公認(rèn)的發(fā)展方向。

光是植物生長發(fā)育過程中必不可少的環(huán)境信號，已有研究表明光信號參與調(diào)控植物的種子萌發(fā)、幼苗去黃化、逆境脅迫響應(yīng)和蔭蔽反應(yīng)等生長發(fā)育過程。植物在長期進化中形成了多種光感受系統(tǒng)即光受體，用于感知周圍環(huán)境的光強、光質(zhì)、光向和光周期，并對其變化做出響應(yīng)。其中響應(yīng)紅光和遠(yuǎn)紅光的光敏色素(Phytochrome)就是1種主要的光受體。光敏色素存在2種可以相互轉(zhuǎn)換的狀態(tài)，基態(tài)(記為Pr)吸收1個波長峰值約為660 nm的紅光光子之后，轉(zhuǎn)換為生理活性態(tài)(Pfr)；當(dāng)處于Pfr態(tài)的光敏色素吸收1個波長峰值為730 nm遠(yuǎn)紅光光子之后，又轉(zhuǎn)換為Pr態(tài)。光形態(tài)建成主要是依靠吸收紅光與遠(yuǎn)紅光完成Pr與Pfr態(tài)的交替變換，這也是植物生理活性的控制開關(guān)。

近年來許多研究發(fā)現(xiàn)，光敏色素參與調(diào)控植物應(yīng)對病原菌和蟲害等生物脅迫，以及冷害和高溫等非生物脅迫。對水稻的研究顯示，光敏色素還參與調(diào)控植物的耐旱性并影響其生物量。對擬南芥光敏色素相關(guān)基因的研究發(fā)現(xiàn)光敏色素主要作用于通過PhyB介導(dǎo)的脫落酸信號途徑響應(yīng)干旱脅迫，作用因子(PIFs)通過調(diào)節(jié)氣孔開閉，降低葉片蒸騰速率，最終達到抗旱作用。但是光敏色素和光信號途徑調(diào)控植物對非生物脅迫的研究主要集中在模式植物擬南芥和水稻中，對其他經(jīng)濟作物研究相對較少。

光環(huán)境包含光照時間、光照比例和光質(zhì)三大方向。光照和黑暗時間長短的交替變化為光周期，植物根據(jù)這種變化規(guī)律做出不同的生理響應(yīng)。基于遠(yuǎn)紅光的光信號作用，已有研究探索光照時長、光照時間以及間斷光照對植物生長的影響，結(jié)果表明遠(yuǎn)紅光間斷輻照對植物生長具有顯著促進作用。還有研究指出，頻繁的遠(yuǎn)紅光脈沖且遠(yuǎn)紅光脈沖之間的暗相位短于30 min或連續(xù)的遠(yuǎn)紅光照射能夠增強遠(yuǎn)紅光反應(yīng)，即使是較短的暗處理與持續(xù)遠(yuǎn)紅光處理相比也能顯著促進遠(yuǎn)紅光反應(yīng)。適當(dāng)?shù)墓庹諘r長及光周期不僅影響植物光合作用進行，在植物生理代謝、根莖生長、有機物積累及產(chǎn)量品質(zhì)等方面均有不同程度的影響。

水分是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的一項重要因素，干旱脅迫在眾多方面影響植物生長發(fā)育。在萌發(fā)期，干旱致使種子萌發(fā)不同步、萌發(fā)率低，甚至完全抑制種子萌發(fā)。在生長階段，干旱引起植物細(xì)胞膨壓降低，抑制植物幼苗正常生長，使植株弱小低矮。生菜含水量為80%～90%，在生長期耗水量較大，同時生菜根系淺和葉面積大，干旱對其生長影響很大。因此,研究生菜生長期抗旱對于提高蔬菜抗旱性能具有非常重要的意義。

基于以上研究，本研究設(shè)置3因素3水平正交試驗，在不同干旱環(huán)境下，采用多因素分析法對夜間遠(yuǎn)紅光輻照下的生菜種子萌發(fā)及幼苗生長開展研究，以期為設(shè)施環(huán)境生菜生產(chǎn)節(jié)水提供1種新的環(huán)境友好型解決策略，為解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的實際問題提供試驗依據(jù)及方案。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2021年5月在安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院實驗室進行。試驗所用生菜種子購于合肥市種子市場，生菜品種分別為‘盛達’結(jié)球生菜、意大利耐抽薹直立生菜和意大利散葉生菜。生菜種子萌發(fā)期采用培養(yǎng)皿水培法，培養(yǎng)皿直徑120 mm。水培營養(yǎng)液為標(biāo)準(zhǔn)霍格蘭營養(yǎng)液，購于青島高科技工業(yè)園海博生物技術(shù)有限公司，營養(yǎng)液主要成分為硫酸鉀(607 mg/L)、硫酸鎂(493 mg/L)和磷酸二氫銨(115 mg/L)。使用聚乙二醇PEG 6 000(純度98.5%，無錫市亞泰聯(lián)合化工有限公司)模擬干旱脅迫。種子萌發(fā)至第一片真葉展開，使用海綿包裹幼苗根部轉(zhuǎn)移至剪掉底部的直徑為12 mm的塑料試管培養(yǎng)。營養(yǎng)液與萌發(fā)期培養(yǎng)液一致。

試驗使用白光LED燈帶模擬自然日光，光照強度為456.5 lx，栽培樣品接收到的白光輻射光功率為1.463 W/m。試驗用遠(yuǎn)紅光光源由合肥工業(yè)大學(xué)研制,型號為F-118，光源電功率8 W，輸入電流375 mA，栽培樣品接收到的遠(yuǎn)紅光輻射光功率為2.074 W/m，白光和遠(yuǎn)紅光發(fā)射光譜及其與植物光敏色素Pr和Pfr態(tài)吸收光譜的對比如圖1所示?？梢园l(fā)現(xiàn)，本研究使用遠(yuǎn)紅光LED峰值波長約在710～730 nm，且采用的遠(yuǎn)紅光發(fā)射光譜能夠很好地覆蓋植物光敏色素Pfr態(tài)吸收光譜。

圖1 白光和遠(yuǎn)紅光光源的發(fā)射光譜以及植物 光敏色素Pr和Pfr態(tài)的吸收光譜Fig.1 Emission spectra of the white and far red light sources as compared with the absorption spectra of phytochrome Pr and Pfr states of plants

1.2 試驗方法

1

.

2

.

1

正交試驗設(shè)計

試驗設(shè)置生菜品種、干旱脅迫程度和夜間遠(yuǎn)紅光環(huán)境3個因素，生產(chǎn)品種選擇結(jié)球生菜、散葉生菜和直立生菜3個水平，干旱脅迫程度設(shè)置無干旱脅迫(PEG質(zhì)量濃度為0 g/L)、輕度干旱脅迫(PEG質(zhì)量濃度為100 g/L)和重度干旱脅迫(PEG質(zhì)量濃度為200 g/L)3個水平，參考3因素4水平的L(3)正交表設(shè)計(表1和2)。

試驗光環(huán)境設(shè)置為：白天(7：00—21：00)為白光LED燈帶模擬自然光輻照，夜間(21：00—次日7：00)分別設(shè)置夜間無遠(yuǎn)紅光輻照、夜間連續(xù)遠(yuǎn)紅光輻照和夜間間斷遠(yuǎn)紅光輻照。遠(yuǎn)紅光間斷輻照以2 h 為一個周期，周期內(nèi)遠(yuǎn)紅光輻照1 h，黑暗1 h。

生菜經(jīng)發(fā)芽及幼苗期生長23 d后對其發(fā)芽參數(shù)(發(fā)芽勢、發(fā)芽率和發(fā)芽參數(shù))和生長參數(shù)(根長、莖葉長和鮮重)進行統(tǒng)計，并分析各因素對其影響，以確定生菜生長最優(yōu)水平。再將正交試驗最優(yōu)水平與各因素較好水平組合進行全面試驗驗證，以獲取最優(yōu)方案。

1

.

2

.

2

培養(yǎng)方法

從每個生菜品種選取400粒飽滿種子，使用75%酒精消毒30 s后用蒸餾水沖洗4～5遍，之后使用蒸餾水浸種8 h。每個試驗處理挑選大小一致、籽粒飽滿的種子，均勻置于底部墊有2張濾紙的培養(yǎng)皿中，每個培養(yǎng)皿100粒。加入培養(yǎng)液15 mL，種子萌發(fā)期間，每天補充2 mL，補充培養(yǎng)液成分不變。培養(yǎng)溫度為25～28 ℃。

種子萌發(fā)至第1片真葉展開，每組選取20株生長狀況良好的幼苗，移至試管進行幼苗階段培養(yǎng)。生菜幼苗根部用海綿包裹，直立放置于試管中央，試管間距5 cm放置。營養(yǎng)液液面略低于海綿高度。培養(yǎng)至第4片真葉展開，共培養(yǎng)23 d。

表1 試驗因素及水平
Table 1 Factors and level of orthogonal experiment

水平Level因素A:品種Factor A:Variety因素B:干旱脅迫程度Factor B:Degree of drought stress因素C:夜間遠(yuǎn)紅光環(huán)境Factor C:Far red light environment1結(jié)球生菜無干旱脅迫 夜間無遠(yuǎn)紅光 2散葉生菜輕度干旱脅迫夜間連續(xù)遠(yuǎn)紅光3直立生菜重度干旱脅迫夜間間斷遠(yuǎn)紅光

表2 不同組別試驗方案
Table 2 Orthogonal experimental design scheme

試驗組Group因素A:品種Factor A: Variety因素B:干旱脅迫程度Factor B: Degree of drought stress因素C:夜間遠(yuǎn)紅光環(huán)境Factor C: Far red light environmentT1結(jié)球生菜無干旱脅迫 夜間無遠(yuǎn)紅光 T2結(jié)球生菜輕度干旱脅迫夜間連續(xù)遠(yuǎn)紅光T3結(jié)球生菜重度干旱脅迫夜間間斷遠(yuǎn)紅光T4散葉生菜無干旱脅迫 夜間間斷遠(yuǎn)紅光T5散葉生菜輕度干旱脅迫夜間無遠(yuǎn)紅光 T6散葉生菜 重度干旱脅迫夜間連續(xù)遠(yuǎn)紅光T7直立生菜無干旱脅迫 夜間連續(xù)遠(yuǎn)紅光T8直立生菜 輕度干旱脅迫夜間間斷遠(yuǎn)紅光T9直立生菜 重度干旱脅迫夜間無遠(yuǎn)紅光

1

.

2

.

3

測定數(shù)據(jù)及方法

發(fā)芽參數(shù)的測定：試驗種子萌發(fā)期間，每24 h觀察記錄發(fā)芽數(shù)，計算發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)。種子以胚根突破種皮1 mm為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)。

發(fā)芽率=10 d發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%

(1)

發(fā)芽勢=4 d發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%

(2)

發(fā)芽指數(shù)=∑

G

/D

(3)

式中：

G

為浸種

t

日發(fā)芽數(shù)，個；

D

為相應(yīng)發(fā)芽天數(shù)，d。

生長參數(shù)的測定：每組各取培養(yǎng)23 d后的20株幼苗，使用游標(biāo)卡尺(精度0.01 mm)測量根長和株高；使用電子天平(精度0.001 g)稱取幼苗鮮重，測量結(jié)果取平均值。

驗證試驗種子萌發(fā)及幼苗培養(yǎng)方法、參數(shù)測定方法與正交試驗一致。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Excel進行數(shù)據(jù)記錄，SPSS 22.0軟件進行方差分析，采用Minitab軟件進行極差分析及正交趨勢分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 正交試驗結(jié)果

在試驗組T1～T9中，發(fā)芽參數(shù)及幼苗生長參數(shù)均有顯著差異。生菜種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)均是第4組最大(圖2)，分別為70.66%、80.00% 和41.85，比最小值分別增加107.84%、63.27%和74.02%。T4的幼苗平均根長、莖葉長與鮮重均為最大值(圖3)，分別為81.81 mm、80.83 mm與0.12 g，比最小值T1增加173.75%、70.53%和234.26%。且除發(fā)芽率和莖葉長外，T4各指標(biāo)均顯著優(yōu)于其他試驗組，T1～T3各指標(biāo)整體較差。正交試驗T4種子萌發(fā)及幼苗長勢最優(yōu)，各因素最優(yōu)水平為A2B1C3，即散葉生菜在夜間遠(yuǎn)紅光間斷輻照且無干旱脅迫下進行種子萌發(fā)與幼苗生長生菜長勢最優(yōu)。

2.2 極差分析

采用極差分析法處理6個試驗結(jié)果數(shù)據(jù)，根據(jù)極差

R

的大小即可看出影響生菜種子萌發(fā)和幼苗生長的各因素的主次關(guān)系，得出各指標(biāo)的最優(yōu)水平。對不同因素的影響進行分析，得出3因素試驗的最優(yōu)方案(表3～8)。

k

值為各因素在相應(yīng)水平下發(fā)芽勢、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)的均值，可以有效反應(yīng)各因素在不同水平下的差異，極差

R

的大小可以看出各因素的主次關(guān)系。對于生菜種子發(fā)芽率的影響因素的主次關(guān)系為：生菜品種>夜間遠(yuǎn)紅光環(huán)境>干旱脅迫程度，在試驗所選擇的水平范圍內(nèi)各因素最優(yōu)水平為A2C3B1，即在無干旱脅迫下，夜間增加遠(yuǎn)紅光間斷輻照對散葉生菜種子的發(fā)芽率促進作用最優(yōu)(表4)。

不同字母表示差異極顯著(P<0.01)。下同。 Different letters indicate significant difference (P<0.01). The same below.圖2 正交試驗種子發(fā)芽情況Fig.2 Seed germination in orthogonal test

圖3 正交試驗幼苗生長情況Fig.3 Seedling growth in orthogonal test

表3 發(fā)芽勢極差分析表
Table 3 Range analysis of germination potential

因素FactorA:品種A: VarietyB:干旱脅迫程度B: Degree of drought stressC:夜間遠(yuǎn)紅光環(huán)境C: Far red light environmentk10.3480.5600.536k20.6830.5300.513k30.5600.5010.541R0.3350.0590.028

注：為各因素在不同水平下各響應(yīng)參數(shù)的平均值。下同。

Note: in the
Table is the average value of response parameters of various factors at different levels。The same below.

表4 發(fā)芽率極差分析表
Table 4 Range analysis of germination rate

因素FactorA:品種A: VarietyB:干旱脅迫程度B: Degree of drought stressC:夜間遠(yuǎn)紅光環(huán)境C: Far red light environmentk10.5270.6670.640k20.7840.6470.665k30.6990.6660.674R0.2570.0200.034

表5 發(fā)芽指數(shù)極差分析表
Table 5 Range analysis of germination index

因素FactorA:品種A: VarietyB:干旱脅迫程度B: Degree of drought stressC:夜間遠(yuǎn)紅光環(huán)境C: Far red light environmentk125.58834.81333.400k241.32933.51733.843k334.79933.38734.475R15.7411.4261.075

3個因素對發(fā)芽勢與發(fā)芽指數(shù)的影響的主次關(guān)系為：生菜品種>干旱脅迫程度>夜間遠(yuǎn)紅光環(huán)境(表3 和5)。其中在試驗所選擇的水平范圍內(nèi)各因素最優(yōu)水平為A2B1C3，即在無干旱脅迫下，夜間增加遠(yuǎn)紅光間斷輻照對散葉生菜種子發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)促進作用最優(yōu)。

表6 幼苗根長極差分析表
Table 6 Range analysis of root length

因素FactorA:品種A: VarietyB:干旱脅迫程度B: Degree of drought stressC:夜間遠(yuǎn)紅光環(huán)境C: Far red light environmentk144.68859.86452.897k267.92456.77759.944k361.80357.77461.573R23.2363.0878.676

表7 幼苗莖葉長極差分析表
Table 7 Range analysis of stem-leaf length

因素FactorA:品種A: VarietyB:干旱脅迫程度B: Degree of drought stressC:夜間遠(yuǎn)紅光環(huán)境C: Far red light environmentk153.79966.51661.976 k271.62168.58862.804 k363.36959.68570.009 R17.8228.9038.033

表8 幼苗鮮重極差分析表
Table 8 Range analysis of seedling fresh weight

因素FactorA:品種A: VarietyB:干旱脅迫程度B: Degree of drought stressC:夜間遠(yuǎn)紅光環(huán)境C: Far red light environmentk10.056 0.081 0.065 k20.099 0.086 0.086 k30.0860.0740.090 R0.043 0.0120.022

對于生菜幼苗，3個因素對根長影響的主次關(guān)系為生菜品種>夜間遠(yuǎn)紅光環(huán)境>干旱脅迫程度，在試驗選擇的水平范圍內(nèi)各因素最優(yōu)水平為A2C3B1，即在無干旱脅迫下，夜間增加遠(yuǎn)紅光間斷輻照對散葉生菜幼苗根長生長促進效果最明顯(表6)。對莖葉長影響的主次關(guān)系為生菜品種>干旱脅迫程度>夜間遠(yuǎn)紅光環(huán)境(表7)，促進莖葉長的最優(yōu)水平分別為A2B2C3，即在輕度干旱脅迫下，夜間增加遠(yuǎn)紅光間斷輻照對散葉生菜莖葉生長促進效果最優(yōu)。對鮮重影響的主次關(guān)系為生菜品種>夜間遠(yuǎn)紅光環(huán)境>干旱脅迫程度(表8),有利于促進鮮重的最優(yōu)水平分別為A2C3B2，即在輕度干旱脅迫下，夜間增加遠(yuǎn)紅光間斷輻照對散葉生菜鮮重促進效果最優(yōu)。

由以上結(jié)果分析可知，除散葉生菜對夜間增加遠(yuǎn)紅光響應(yīng)明顯優(yōu)于其他2個品種之外，干旱脅迫程度和夜間遠(yuǎn)紅光環(huán)境最優(yōu)水平及對不同指標(biāo)影響主次不同。因此需要進一步研究因素對指標(biāo)的影響趨勢，確定正交試驗最優(yōu)方案。

2.3 正交趨勢分析

由極差分析可知在遠(yuǎn)紅光間斷輻照環(huán)境中無干旱脅迫時為生菜種子萌發(fā)階段最優(yōu)方案，且該方案最適用于散葉生菜。對幼苗生長參數(shù)而言，因素A綜合最優(yōu)水平為A2，即遠(yuǎn)紅光更適用于散葉生菜；因素C綜合最優(yōu)水平為C3，即夜間增加遠(yuǎn)紅光間斷輻照更有利于生菜幼苗根莖的生長與鮮重的增加。但因素B的綜合最優(yōu)水平僅通過極差分析不能確定。

因素B對于莖葉長是更重要的因素，根長選擇的較優(yōu)水平為B1，莖葉長和鮮重選擇的較優(yōu)水平為B2。結(jié)合正交趨勢圖(圖4)，B2水平下莖葉長更長，根長與鮮重雖有降低，但干旱脅迫程度為次要因素且幅度較小，因此選擇因素B的綜合最優(yōu)水平為B2，即輕度干旱脅迫可能促進根莖與鮮重的增長。

綜上，生菜在幼苗階段生長的各因素最優(yōu)方案為A2B2C3，即夜間進行遠(yuǎn)紅光間斷補充輻照且受輕度干旱脅迫時顯著促進生菜種子幼苗生長，其中對散葉生菜的影響最為明顯，各參數(shù)的影響主次關(guān)系為生菜品種>夜間遠(yuǎn)紅光環(huán)境>干旱脅迫程度。

2.4 最優(yōu)方案驗證

散葉生菜對夜間增加遠(yuǎn)紅光間斷輻照的響應(yīng)最優(yōu)，生菜種子萌發(fā)階段最優(yōu)方案為無干旱脅迫，生菜幼苗生長階段最優(yōu)方案為輕度干旱脅迫。以最優(yōu)方案為基礎(chǔ)，開展驗證試驗。

驗證試驗選擇試驗品種為散葉生菜，干旱程度設(shè)置無干旱脅迫與輕度干旱脅迫2個水平，夜間遠(yuǎn)紅光為連續(xù)遠(yuǎn)紅光或間斷遠(yuǎn)紅光，設(shè)置2因素2水平全面試驗。具體試驗設(shè)計見表9。

驗證試驗生菜種子萌發(fā)情況如圖5所示，Ⅱ組發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)均為本組試驗的最大值。在無干旱脅迫下，夜間增加遠(yuǎn)紅光間斷輻照，發(fā)芽率比其他試驗組增長9.99%～37.49%，發(fā)芽勢增長17.63%～53.81%，發(fā)芽指數(shù)增長13.23%～42.4%，均達到顯著水平。其他試驗組間發(fā)芽率與發(fā)芽指數(shù)差異均不顯著，發(fā)芽勢差距顯著。因此，無干旱脅迫下夜間增加遠(yuǎn)紅光間斷輻照可作為散葉生菜種子萌發(fā)階段最優(yōu)方案。

驗證試驗生菜幼苗發(fā)芽情況如圖6所示，驗證試驗中Ⅳ組幼苗長勢較好，根長、莖葉長和鮮重均為最大值，分別比其他試驗組增長2.75%～45.45%、13.43%～67.1%和7.46%～81.15%。方差分析表明生菜幼苗生長期最優(yōu)方案的根長與莖葉長顯著高于其他試驗組，鮮重與無干旱脅迫相比增加不顯著。此外，輕度干旱脅迫下，連續(xù)遠(yuǎn)紅光輻照并不能促進幼苗生長，根長、莖葉長與鮮重均顯著小于其他試驗組。因此，輕度干旱脅迫下，夜間增加遠(yuǎn)紅光間斷輻照可作為散葉生菜幼苗階段最優(yōu)方案。

圖中字母A、B和C表示試驗因素，數(shù)字1、2和3表示各因素的水平，具體含義見表1。 In the figure, letters A, B and C represent experimental factors, and numbers 1, 2 and 3 represent the level of each factor. SeeTable 1 for specific meanings.圖4 幼苗生長參數(shù)正交趨勢圖Fig.4 Orthogonal trend chart of seedling growth parameters

表9 驗證試驗設(shè)計
Table 9 Verification experiment design

試驗組Group干旱脅迫程度Degree of drought stress夜間遠(yuǎn)紅光環(huán)境Far red light environmentⅠ無干旱脅迫 夜間連續(xù)遠(yuǎn)紅光Ⅱ無干旱脅迫 夜間間斷遠(yuǎn)紅光Ⅲ輕度干旱脅迫夜間連續(xù)遠(yuǎn)紅光Ⅳ輕度干旱脅迫夜間間斷遠(yuǎn)紅光

驗證試驗Ⅱ組，即夜間遠(yuǎn)紅光間斷輻照下無干旱脅迫對生菜種子發(fā)芽促進效果明顯；驗證試驗Ⅳ組，即夜間遠(yuǎn)紅光間斷輻照下輕度干旱脅迫對生菜幼苗生長有更好的促進作用。綜上，夜間增加遠(yuǎn)紅光間斷輻照下，種子萌發(fā)階段無干旱脅迫，幼苗階段設(shè)置輕度干旱脅迫為遠(yuǎn)紅光促進生菜種子萌發(fā)及幼苗生長的最優(yōu)方案，且遠(yuǎn)紅光對散葉生菜促進效果最明顯。

3 討 論

本研究采用的遠(yuǎn)紅光發(fā)射光譜能夠很好地覆蓋植物光敏色素Pfr態(tài)吸收光譜，夜間使用該遠(yuǎn)紅光輻照，使Pfr型光敏色素轉(zhuǎn)換為Pr型。前人研究表明，暗期短時遠(yuǎn)紅光處理會顯著影響植物的生長形態(tài)，引起植物莖的伸長。本研究中，夜間增加遠(yuǎn)紅光間斷輻照對生菜幼苗生長的促進作用最優(yōu)，遠(yuǎn)紅光連續(xù)輻照次之，無遠(yuǎn)紅光輻照對照組最差。此外本研究中遠(yuǎn)紅光間斷輻照對生菜種子萌發(fā)也有顯著促進作用，由此可見多次短時遠(yuǎn)紅光對植物間斷輻照并不是直接參與植物光合作用，而是作為信號傳導(dǎo)，促使Pr態(tài)光敏色素與PIFs作用，結(jié)合相關(guān)蛋白質(zhì)進入細(xì)胞核，并結(jié)合基因啟動子完成相關(guān)抗旱基因表達。

圖5 驗證試驗種子發(fā)芽參數(shù)Fig.5 The seed germination parameters of the verify experiment

圖6 驗證試驗幼苗生長參數(shù)Fig.6 The seedling growth parameters of the verify experiment

PEG 6000由于無毒且不易被植物體吸收，因此被廣泛應(yīng)用于作物模擬干旱脅迫的試驗研究，但對于不同作物、不同生育期以及不同試驗方法，試驗設(shè)置PEG 6000脅迫程度有所不同。本研究選擇無干旱脅迫為對照，設(shè)置PEG質(zhì)量濃度為100 g/L的輕度干旱與質(zhì)量濃度為200 g/L的重度干旱2種干旱脅迫程度，結(jié)果顯示，生菜種子萌發(fā)期受到干旱脅迫不利于種子萌發(fā)，但幼苗階段在夜間遠(yuǎn)紅光輻照下設(shè)置輕度干旱脅迫可顯著促進植株生長。這與前人研究結(jié)果相似。與夜間遠(yuǎn)紅光環(huán)境因素相比，生菜種子萌發(fā)階段干旱脅迫程度因素為更主要因素，幼苗期干旱脅迫程度因素則為本試驗中的最不重要因素?？赡苁沁h(yuǎn)紅光輻照通過光敏信號途徑，影響植物激素脫落酸等途徑，影響植物葉片的形態(tài)、氣孔和根部的發(fā)育。因為生菜耐旱性差，全生長期對水分要求較高，夜間遠(yuǎn)紅光輻照對干旱脅迫具有顯著的緩解作用，在植株層面表現(xiàn)為經(jīng)遠(yuǎn)紅光間斷輻照，生菜幼苗期可增加輕度干旱，植物長勢更優(yōu)。但植物響應(yīng)遠(yuǎn)紅光輻照的耐旱機制研究僅存在于模式植物擬南芥中，其他植物經(jīng)遠(yuǎn)紅光輻照后對干旱脅迫響應(yīng)機制的異同并不清晰，有待進一步研究。

植物具有一定的抵御和適應(yīng)干旱環(huán)境的能力，不同植物之間及植物不同品種之間，其抗旱能力和應(yīng)答機制存在差異。本研究結(jié)果顯示散葉生菜在受到干旱脅迫時增加夜間遠(yuǎn)紅光間斷輻照發(fā)芽及生長表現(xiàn)最優(yōu)，直立生菜次之，結(jié)球生菜最弱。同時，生菜品種因素為影響種子發(fā)芽及幼苗生長的最主要因素，說明該試驗結(jié)果并不是夜間遠(yuǎn)紅光環(huán)境與干旱脅迫程度2個次要試驗因素造成。遠(yuǎn)紅光間斷輻照與輕度干旱脅迫對生菜種子萌發(fā)及幼苗生長的促進作用不受品種因素限制。

4 結(jié) 論

本研究以生菜為例，利用修飾光敏色素信號途徑對植物進行改良，經(jīng)正交試驗及驗證試驗分析，夜間增加遠(yuǎn)紅光間斷輻照下，種子萌發(fā)階段無干旱脅迫，幼苗階段設(shè)置輕度干旱脅迫為遠(yuǎn)紅光促進生菜種子萌發(fā)及幼苗生長的最優(yōu)方案，并且對散葉生菜促進效果最明顯。研究為設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中植物逆境脅迫提供一種新的環(huán)境友好型解決策略，可解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的實際問題，對于光合農(nóng)業(yè)具有極大的應(yīng)用價值。