LED不同光质对植物生长特性的Meta分析以及对森林草莓生长指标的影响

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光照是影响植物生长发育的重要环境因子,对植物的生长发育和形态建成具有强烈的影响。LED作为节能型新光源,已逐步取代传统照明光源,被广泛地应用于设施栽培、植物工厂以及植物组织培养等领域。LED具有高光效、低功耗、光质纯、节能环保等多项优点,已逐渐成为设施栽培中照明装置的首选。因此,我们利用Meta分析将LED对植物生长发育及性状的影响进行综合分析。本研究筛选出56篇文献中的不同光质的LED对植物生长发育中产生影响的各项生理指标进行Meta分析,并对实验变量进行评估和统计学量化。结果分析得出LED不同光质处理植物后会对其的形态特征以及生理状态产生影响。以荧光灯白光为对照组时,LED红光和蓝光分别显著改变了 26种植物生理指标中的4种和5种,改变程度至少为37%。LED红蓝光配比为1:1时在25种植物生理指标中仅使干重这一个生理指标显著增加了 161%。以LED白光为对照组时,9种生理指标中LED红光和蓝光分别有2种和1种指标存在显著差异,降低程度至少为36%。在研究涉及的调节变量中,不同变量影响了植物不同生理指标的效果:植物科分类影响LED对茎干重的影响,而植物生命周期和光照处理时间则影响了根干重和总叶绿素含量。通过这些分析我们发现,LED对植物生长发育和品质性状的影响并非普遍存在,需要收集更多有关植物性状的其他研究数据,以此指导LED在受控设施和植物工厂等领域中的应用。草莓(Fragaria ananassa)是一种具有重要经济价值且广泛种植的多年生浆果类水果。草莓中含有丰富的维生素C、维生素A、花青素等物质,使得人们对于草莓的需求日渐增加。目前草莓种植的方式主要是设施栽培。喜爱光照是草莓的生长特性之一,因此LED照光在草莓栽培种植中的作用尤为突出。森林草莓(Fragaria vesca),是二倍体植物,蔷薇科多年生草本,具有良好的生物特性,与栽培草莓亲缘关系近,是进行草莓育种和遗传转化试验的理想材料。本文通过研究森林草莓在白光、单色红光、单色蓝光、红光:蓝光=1:1和红光:蓝光=3:1这5种LED光质照射下的生长状况,观察这些光质对森林草莓的多种生理指标产生的影响。这些指标包括茎长、叶面积、叶绿素a含量、叶绿素b含量、总叶绿素含量、总花青素含量、类胡萝卜素含量、过氧化氢酶(CAT)活性,抗坏血酸过氧化物酶(APX)等。结果表明,在不同光质处理下匍匐茎的增长率最高可达75%。相较于其他组织,森林草莓叶片中的叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素和类胡萝卜素含量均为最高。而森林草莓果实中花青素含量最高,叶片含量最低,果实花青素含量约为叶片中含量的3倍。其中,果实中花青素的含量在红蓝光比例为1:1处理下出现最高含量,增长了 176%。在不同光质处理后森林草莓叶片中CAT的活性都显著高于APX的活性,且APX和CAT的活性都在红光处理下达到最高。观察研究这些指标和酶活性的变化程度,LED在提升草莓产量和品质方面起到至关重要的作用。实时荧光定量PCR(RT-qPCR)是一种具有高特异性、高灵敏性和可靠性强的检测基因表达量的方法。实时荧光定量PCR分析研究表明不同LED光质照射处理后的叶绿素合成相关酶的编码基因在森林草莓叶片中有不同的表达模式。总的来说,27个叶绿素合成相关酶的编码基因在叶片中均有表达,但是表达水平差异较大,进一步说明叶片中这27种叶绿素合成相关酶的编码基因不具有光质特异性,但是其表达量的多少是依赖光质特异性的。
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