江蘇省照明學會理事、南農大徐志剛教授團隊通過RNA-Seq分析揭示了油菜在黃、綠、白光下的生長和光合反應
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更新時間：2021-01-04
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光作為一種重要的環境因子和能源，控制著植物的生長。在自然條件下，植物經過長期的馴化已經適應了寬光譜的日光。在人工光條件下，近年來的研究表明紅光和藍光是保證植物正長生長發育的必要條件，隨著對單色光譜調控植物生長發育影響認知的加深，人們逐漸意識到多光譜的混合光在促進植物生長發育方面具有重要的作用。近日，Horticulture Research 在線發表了江蘇省照明學會理事、南京農業大學農學院徐志剛教授團隊題為 RNA-Seq Analysis Reveals Growth and Photosynthetic Responses of Rapeseed (Brassica napus L.) under Red and Blue LEDs with Supplemental Yellow， Green or White Light 的研究論文。
該研究以‘南油4號’油菜為研究材料，研究了在紅藍組合光的基礎上添加少量的黃光、綠光和白光對油菜生長和光合的影響。研究發現紅藍組合光的基礎上添加少量的黃光、綠光和白光不同程度地提高了油菜的干物質積累，促進了油菜幼苗的健康生長。轉錄組分析結果發現，與紅藍組合光處理相比，添加綠光、黃光、白光和單獨白光處理分別有449、367、813和751個差異表達基因。這些差異表達基因與光刺激和強光響應、根系生長、葉片發育、光合作用、光合作用天線蛋白、碳水化合物合成與降解、次生代謝、植物激素、抗氧化能力等途徑密切相關。不同光條件下差異表達影響的途徑不同進而導致不同光條件下植株的差異生長和光合。添加綠光或者白光能促進幼苗的生長和光合作用。綠光條件下，油菜幼苗生長良好與良好的根生長和葉發育以及綠光誘導的差異表達基因激活植物激素信號通路從而引起一系列級聯反應有關。因白光光譜中含有大量的綠光光譜，補充白光處理的生長和光合反應與補充綠光處理相似部分歸因于綠光的作用。盡管這些差異表達基因調控的途徑和過程與補充綠光的處理不同，多重過程的聯合作用最終導致補充白光和綠光對油菜幼苗的光合和生長的作用相似。添加黃光創造了類似于較弱光照條件下的環境，引起了相對高的膜傷害和活性氧自由基水平，顯著抑制了油菜葉片柵欄組織，降低了植株葉片的光合速率，但調節了淀粉合成酶的活性，促進了淀粉合成，提供了相當水平的碳水化合物維持幼苗的較好生長。純白光引起的油菜幼苗的響應與添加黃光的作用相似，這也部分歸因于白光光譜中含有大量的黃光。此外，在白光條件下生長的油菜幼苗由于具有更強地清除活性氧的能力而保持了與紅藍復合光處理相當的光合速率水平。此研究還發現不同的光之間存在交互作用，既發揮著相同的作用，又功能特異地影響著植物的生長。相較而言，黃光更有可能被其他波長的光替代而實現其對油菜生長和光合的作用，而綠光對油菜幼苗的作用特異性較強，更為獨特地發揮著其對油菜生長和光合的作用。白光的對植物生長的作用與其光譜分布密切相關，在未來的植物栽培中，白色LED的光譜需要進行優化方可達到良好的植物生長效應。因此，在環境可控的條件下培育油菜幼苗，建議在紅藍組合光的基礎上添加一定量的綠光以實現培育壯苗的目的。此研究論文從生理和轉錄組學的角度分析了紅藍光基礎上補充不同光對油菜生長差異影響的機制，為進一步進行光譜對植物生長和光合影響的研究奠定了基礎。南京農業大學的劉曉英副教授和徐志剛教授為該研究論文的共同通訊作者，劉曉英副教授和陳政博士生為共同第一作者。Jahan, M.S.，聞亦軒和要旭陽碩士等人也參與了此研究。該研究得到了國家重點研發計劃(2017YFB0403903)、國家863高技術計劃(2013AA13003)和南京農業大學SRT項目(1003A13)的支持。
