光质和co_2浓度对紫背天葵生长及其抗氧化成分合成的影响

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1、学校代码10699分类号Q2密级公开学号2010100617题目光质和CO2浓度对紫背天葵生长及其抗氧化成分合成的影响作者任锦学科、专业人机与环境工程指导教师郭双生教授申请学位日期2014年12月西北工业大学博士学位论文（学位研究生）题目：光质和CO2浓度对紫背天葵生长及其抗氧化成分合成的影响作者：任锦学科专业：人机与环境工程指导教师：郭双生教授2014年12月IITitle:JointedEffectsofLightQualityandCO2concentrationonthegrowthanda

2、ntioxidantsynthesisofGynuraBicolorDC.ByRenJinUndertheSupervisionofProfessorGuoShuang-ShengADissertationSubmittedtoNorthwesternPolytechnicalUniversityInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofMan-MachineandEnvironmentalEngineeringXi’anP.

3、R.ChinaDecember2014III摘要摘要航天员在长期载人航天飞行任务和月球或火星等地外星球定居与开发中面临的最严重问题之一是空间宇宙辐射，而食用抗氧化剂能够对其形成有效防御。因此，在未来的月球/火星基地受控生态生保系统（ControlledEcologicalLifeSupportSystem，CELSS）可以通过增加某些富含抗氧化剂的蔬菜和水果类作物的种植，从食品途径提升航天员的抗氧化剂摄入量，有效提高其抗空间辐射的能力，从而确保航天员身体健康安全的同时保证顺利完成任务。本文以富含抗氧

4、化剂的药膳两用植物紫背天葵为研究对象，选用新型高亮度低能耗发光二极管（LED）作为光源，构建不同组合不同比例的LED光质模块区，采用植物生理生化相关分析技术，首次在密闭环境中开展了LED光质、CO2浓度和UV-B辐射等可控环境因素联用对紫背天葵生长特性及抗氧化成分的影响规律及作用机理研究，旨在探索受控环境中紫背天葵的最优化生长和抗氧化成分积累的综合环境条件，并认识其在面临一些可能遇到的超高CO2浓度和高强度UV-B辐射等逆境环境时其的耐受性，最终为其在CELSS中的应用提供理论依据。本工作形成的主要

5、研究结果如下：1.光质和CO2浓度对植株生物量积累具有明显交互作用。相同CO2浓度下，与白光相比，蓝光比例在15～20%时植物生物量增加明显。CO2浓度提升到较高水平（1200～1500-1-1μmol·mol）并未显著增加植物生物量，但CO2浓度升高至超高水平（8000μmol·mol）植物生物量的积累显著降低。绿光加入到红蓝光质系统中显著降低了植物生物量的积累，且与红蓝光质系统不同的是，红蓝绿光质条件下，CO2浓度升高至较高水平-1（1500μmol·mol）植物生物量明显增加，这表明，在红蓝与

6、红蓝绿光质系统中，CO2浓度对植株生物量积累的影响具有明显差异性。2.蓝光和高CO2浓度均是酚类物质积累的有效促进因子。在对照和较高CO2浓度下，20～30%的蓝光比例有利于紫背天葵叶片中酚类的积累，而当蓝光比例达到40%左右时，酚类的积累不再增加甚至呈现减少的趋势。相同光质条件下，CO2浓度在-11200～1500μmol·mol范围内紫背天葵叶片中酚类的积累量增加，当CO2浓度升高至-1-12000μmol·mol时酚类的积累不再增加，但是升高至8000μmol·mol时酚类含量又显著升高。红蓝

7、光质系统中，在80%红色LEDs+20%蓝色LEDs及较高CO2水平下能够获得最大的酚类抗氧化物质平均产量。3.绿光的加入不利于酚类抗氧化成分的积累。首先，在红蓝绿光质系统中，虽然较高CO2下黄酮类和花色苷的平均产量仍然高于对照CO2条件，但CO2浓度升高并未增加I西北工业大学博士学位论文黄酮类含量，且降低了花色苷的含量，这与红蓝光质系统中的情况相反。其次，在-1较高CO2浓度条件下，绿光的加入使得植物的酚酸含量（mg·gDW）和平均产量-2（g·m）均明显低于未加入绿光的红蓝光质系统。4.CO2浓

8、度升高不利于萜烯类抗氧化成分的积累，而绿光是萜烯类物质积累的有效促进因子。不论在红蓝光质还是红蓝绿光质系统中，CO2浓度升高均显著降低了紫背天葵中萜烯类物质的含量和平均产量；不论在对照还是较高CO2浓度下，绿光均显著提高了紫背天葵萜烯类物质的含量和平均产量。获得最大萜烯类物质产量的条件分别是：1）红蓝光质系统为对照CO2浓度与80%红色LEDs+20%蓝色LEDs质条件；2）红蓝绿光质系统为对照CO2浓度与60%红色LEDs+20%蓝色LEDs+20%绿色LEDs，且