SCIENCE AND TECHNOLOGY DEVELOPMENT JOURNAL - NATURAL SCIENCES

A sub-journal of Science and Technology Development Journal from 2017

Skip to main content Skip to main navigation menu Skip to site footer

 Original Research

HTML

69

Total

26

Share

Effect of the red light on the photosynthesis and phenolic accumulation in leaves of Hedyotis corymbosa (L.) Lam






 Open Access

Downloads

Download data is not yet available.

Abstract

Hedyotis corymbosa (L.) Lam a native herbaceous species containing many phenolic compounds is used in traditional medicine and medicinal technology. Phenolic acid, as well as many other secondary metabolites are photosynthetic-derived products. In this research, red LEDs (660 nm) and white fluorescent light were used to investigate the effects of different light sources on the photosynthesis and leaf phenolic compound accumulation of in vitro and ex vitro plants. Red LED (50 umol/m2/sec) promoted the stem elongation without changing plant biomass of in vitro plants. Increasing red LED intensities (from 50 to 100 or 150 umol/m2/sec) decrease maximum photochemical quantum yield of PS II (Fv/Fm) and coefficient of photochemical fluorescence quenching (qP), but stabilized electron transfer (ETR) and coefficient of non-photochemical fluorescence quenching (qN) of in vitro leaves. Under 100 umol/m2/sec of red LED, ex vitro leaf area, carotenoid contents, isolated chloroplast. Hill reaction and total sugar content were significantly reduced in comparison to those parameters from control plants under white light. Ex vitro plants' total carbohydrate contents were not statistically different the total leaf phenolic content of ex vitro plants under red LED light exposure was much higher than that the of control.


 

MỞ ĐẦU

Tác động của ánh sáng lên thực vật phụ thuộc vào cường độ (số hạt photon) và mức năng lượng ánh sáng (bước sóng). Trong phổ ánh sáng khả kiến, ánh sáng xanh dương và đỏ là hai vùng được diệp lục tố của quang hệ II (PSII) hấp thu mạnh, do đó ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất quang hợp. Thực vật phải chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành hóa năng phục vụ cho sự cố định CO 2 . Bên cạnh đó, sự quang tổn hại (photodamage) do ánh sáng dư thừa gây ra luôn là hệ lụy kèm theo và bản thân thực vật có 2 hệ thống “dập tắt” (quenching) các năng lượng dư thừa này: (1) dập tắt theo hướng quang hóa, bằng chính pha sáng với các con đường chuyển điện tử và (2) dập tắt theo hướng không quang hóa, với các sắc tố hấp thụ ánh sáng có mức năng lượng cao 1 .

Ánh sáng đỏ, thông qua thể nhận phytochrome trong thực vật, có vai trò tín hiệu trong sự kéo dài lóng thân, ra hoa và đáp ứng quang kì ở thực vật. Ở cường độ 120 µmol/m²/giây, ánh sáng đỏ giúp gia tăng hàm lượng enzyme phenylalanine ammonia lyase (PAL) giúp tăng khả năng chống lại sự xâm nhiễm của vi khuẩn trên cây cà chua 2 . PAL là enzyme chủ chốt trong sự sinh tổng hợp hợp chất phenolic, một nhóm hợp chất biến dưỡng thứ cấp lớn ở thực vật. Các hợp chất phenolic được xem là một nhóm sắc tố, nhóm các phân tử tín hiệu và là chất chống sự tồn tại của các gốc oxy hóa tự do giúp bảo vệ bộ máy quang hợp thực vật trong điều kiện stress ánh sáng. Ngoài ra, phenolic giúp gia tăng độ bền cơ học của vách tế bào, đóng vai trò như một phytoalexin trong sự đáp ứng với các stress sinh học và phi sinh học 3 . Ảnh hưởng của ánh sáng đỏ LED đơn sắc trên hàm lượng phenolic đã được nghiên cứu ở một vài cây trồng như xà lách, sâm và lúa 4 , 5 , 6 .

Các hợp chất phenolic có hàm lượng cao trong cây Lưỡi Rắn ( Hedyotis corymbos a (L.) Lam), một loài thảo dược được sử dụng nhiều trong y học cổ truyền 7 . Dịch trích methanol từ cây Lưỡi Rắn cho thấy khả năng kháng viêm, kháng khuẩn, kháng oxy hoá, kháng sự tăng trưởng tế bào ung thư gan ở người và tế bào ung thư phổi ở chuột 8 . Nghiên cứu trước đây, khi gia tăng cường độ ánh sáng lên 150 µmol/m²/giây làm giảm sinh khối khô nhưng tăng tích lũy hợp chất thứ cấp trong cây in vitro 9 . Trong nghiên cứu này, chúng tôi sử dụng ánh sáng đèn LED với các đỉnh bước sóng chính xác, như một nguồn sáng nhân tạo, để tìm hiểu ảnh hưởng của ánh sáng đỏ 660 nm trên sự quang hợp và tích lũy phenolic ở lá của cây Lưỡi Rắn, nhằm cải tiến phương pháp trồng trọt trong mục đích gia tăng các hợp chất thứ cấp có lợi ở loài cây này.

VẬT LIỆU PHƯƠNG PHÁP

Vật liệu

Cây Lưỡi Rắn ( Hedyotis corymbos a (L.) Lam) in vitro 10 ngày tuổi với hai cặp lá thật được tăng trưởng từ hột trên môi trường MS, đường 30 g/L, agar 6 g/L ; tăng trưởng trong điều kiện in vitro ở 27 ± 2 o C, độ ẩm 65 ± 5 %, dưới ánh sáng huỳnh quang trắng, thời gian chiếu sáng 12 giờ/ngày, cường độ ánh sáng 50 µmol/m²/giây.

Cây Lưỡi Rắn ex vitro với hai cặp lá thật, tăng trưởng từ hột trên đất sạch và phân bò (tỷ lệ 3:1). Các cây được trồng trong phòng tăng trưởng ở điều kiện: 27 ± 2 o C, độ ẩm 80 ± 5%, ánh sáng huỳnh quang trắng, thời gian chiếu sáng 12 giờ/ngày, cường độ ánh sáng 100 µmol/m²/giây.

Phương pháp

Phương pháp

Khảo sát ảnh hưởng của cường độ ánh sáng đỏ LED 660 nm trên sự phát huỳnh quang diệp lục tố a (dlt a) ở lá của cây Lưỡi Rắn tăng trưởng in vitro

Cây Lưỡi Rắn in vitro được đặt dưới ánh sáng đỏ LED ở các cường độ 25, 50, 100 và 150 µmol/m²/giây. Sự phát huỳnh quang diệp lục tố a ở lá thứ 5 (tính từ ngọn) của cây sau 4 tuần chiếu sáng được xác định. Các thí nghiệm trên cây in vitro được thực hiện tại Trung tâm Ứng dụng Công nghệ LED trong Nông – Sinh học (LAFTRC), Đại học Quốc gia Chonbuk (Hàn Quốc).

Khảo sát ảnh hưởng của cường độ ánh sáng đỏ LED 660 nm trên sự phát huỳnh quang diệp lục tố a (dlt a) ở lá của cây Lưỡi Rắn tăng trưởng in vitro

Cây Lưỡi Rắn in vitro được đặt dưới ánh sáng đỏ LED ở các cường độ 25, 50, 100 và 150 µmol/m²/giây. Sự phát huỳnh quang diệp lục tố a ở lá thứ 5 (tính từ ngọn) của cây sau 4 tuần chiếu sáng được xác định. Các thí nghiệm trên cây in vitro được thực hiện tại Trung tâm Ứng dụng Công nghệ LED trong Nông – Sinh học (LAFTRC), Đại học Quốc gia Chonbuk (Hàn Quốc).

Khảo sát ảnh hưởng của cường độ ánh sáng đỏ LED 660 nm trên sự phát huỳnh quang diệp lục tố a (dlt a) ở lá của cây Lưỡi Rắn tăng trưởng in vitro

Cây Lưỡi Rắn in vitro được đặt dưới ánh sáng đỏ LED ở các cường độ 25, 50, 100 và 150 µmol/m²/giây. Sự phát huỳnh quang diệp lục tố a ở lá thứ 5 (tính từ ngọn) của cây sau 4 tuần chiếu sáng được xác định. Các thí nghiệm trên cây in vitro được thực hiện tại Trung tâm Ứng dụng Công nghệ LED trong Nông – Sinh học (LAFTRC), Đại học Quốc gia Chonbuk (Hàn Quốc).

Khảo sát ảnh hưởng của cường độ ánh sáng đỏ LED 660 nm trên sự phát huỳnh quang diệp lục tố a (dlt a) ở lá của cây Lưỡi Rắn tăng trưởng in vitro

Cây Lưỡi Rắn in vitro được đặt dưới ánh sáng đỏ LED ở các cường độ 25, 50, 100 và 150 µmol/m²/giây. Sự phát huỳnh quang diệp lục tố a ở lá thứ 5 (tính từ ngọn) của cây sau 4 tuần chiếu sáng được xác định. Các thí nghiệm trên cây in vitro được thực hiện tại Trung tâm Ứng dụng Công nghệ LED trong Nông – Sinh học (LAFTRC), Đại học Quốc gia Chonbuk (Hàn Quốc).

Khảo sát ảnh hưởng của cường độ ánh sáng đỏ LED 660 nm trên sự phát huỳnh quang diệp lục tố a (dlt a) ở lá của cây Lưỡi Rắn tăng trưởng in vitro

Cây Lưỡi Rắn in vitro được đặt dưới ánh sáng đỏ LED ở các cường độ 25, 50, 100 và 150 µmol/m²/giây. Sự phát huỳnh quang diệp lục tố a ở lá thứ 5 (tính từ ngọn) của cây sau 4 tuần chiếu sáng được xác định. Các thí nghiệm trên cây in vitro được thực hiện tại Trung tâm Ứng dụng Công nghệ LED trong Nông – Sinh học (LAFTRC), Đại học Quốc gia Chonbuk (Hàn Quốc).

Khảo sát ảnh hưởng của cường độ ánh sáng đỏ LED 660 nm trên sự phát huỳnh quang diệp lục tố a (dlt a) ở lá của cây Lưỡi Rắn tăng trưởng in vitro

Cây Lưỡi Rắn in vitro được đặt dưới ánh sáng đỏ LED ở các cường độ 25, 50, 100 và 150 µmol/m²/giây. Sự phát huỳnh quang diệp lục tố a ở lá thứ 5 (tính từ ngọn) của cây sau 4 tuần chiếu sáng được xác định. Các thí nghiệm trên cây in vitro được thực hiện tại Trung tâm Ứng dụng Công nghệ LED trong Nông – Sinh học (LAFTRC), Đại học Quốc gia Chonbuk (Hàn Quốc).

Khảo sát ảnh hưởng của cường độ ánh sáng đỏ LED 660 nm trên sự phát huỳnh quang diệp lục tố a (dlt a) ở lá của cây Lưỡi Rắn tăng trưởng in vitro

Cây Lưỡi Rắn in vitro được đặt dưới ánh sáng đỏ LED ở các cường độ 25, 50, 100 và 150 µmol/m²/giây. Sự phát huỳnh quang diệp lục tố a ở lá thứ 5 (tính từ ngọn) của cây sau 4 tuần chiếu sáng được xác định. Các thí nghiệm trên cây in vitro được thực hiện tại Trung tâm Ứng dụng Công nghệ LED trong Nông – Sinh học (LAFTRC), Đại học Quốc gia Chonbuk (Hàn Quốc).

Khảo sát ảnh hưởng của cường độ ánh sáng đỏ LED 660 nm trên sự phát huỳnh quang diệp lục tố a (dlt a) ở lá của cây Lưỡi Rắn tăng trưởng in vitro

Cây Lưỡi Rắn in vitro được đặt dưới ánh sáng đỏ LED ở các cường độ 25, 50, 100 và 150 µmol/m²/giây. Sự phát huỳnh quang diệp lục tố a ở lá thứ 5 (tính từ ngọn) của cây sau 4 tuần chiếu sáng được xác định. Các thí nghiệm trên cây in vitro được thực hiện tại Trung tâm Ứng dụng Công nghệ LED trong Nông – Sinh học (LAFTRC), Đại học Quốc gia Chonbuk (Hàn Quốc).

Khảo sát ảnh hưởng của cường độ ánh sáng đỏ LED 660 nm trên sự phát huỳnh quang diệp lục tố a (dlt a) ở lá của cây Lưỡi Rắn tăng trưởng in vitro

Cây Lưỡi Rắn in vitro được đặt dưới ánh sáng đỏ LED ở các cường độ 25, 50, 100 và 150 µmol/m²/giây. Sự phát huỳnh quang diệp lục tố a ở lá thứ 5 (tính từ ngọn) của cây sau 4 tuần chiếu sáng được xác định. Các thí nghiệm trên cây in vitro được thực hiện tại Trung tâm Ứng dụng Công nghệ LED trong Nông – Sinh học (LAFTRC), Đại học Quốc gia Chonbuk (Hàn Quốc).

Khảo sát ảnh hưởng của cường độ ánh sáng đỏ LED 660 nm trên sự phát huỳnh quang diệp lục tố a (dlt a) ở lá của cây Lưỡi Rắn tăng trưởng in vitro

Cây Lưỡi Rắn in vitro được đặt dưới ánh sáng đỏ LED ở các cường độ 25, 50, 100 và 150 µmol/m²/giây. Sự phát huỳnh quang diệp lục tố a ở lá thứ 5 (tính từ ngọn) của cây sau 4 tuần chiếu sáng được xác định. Các thí nghiệm trên cây in vitro được thực hiện tại Trung tâm Ứng dụng Công nghệ LED trong Nông – Sinh học (LAFTRC), Đại học Quốc gia Chonbuk (Hàn Quốc).

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Ảnh hưởng của ánh sáng đỏ LED 660 nm trên quang hợp và tăng trưởng của cây Lưỡi Rắn in vitro

Ở cây Lưỡi Rắn in vitro , ánh sáng đỏ LED 50 µmol/m²/giây giúp kéo dài các lóng thân, do đó làm tăng chiều cao cây so với các cây dưới ánh sáng trắng ( Table 1 ); kết quả này cũng tương tự công bố trong các nghiên cứu trên cây atiso và dâu tằm 15 , 16 . Theo Hong và cs (2012), ánh sáng đỏ thông qua thể nhận tín hiệu phytochrome cảm ứng sự sinh tổng hợp gibberellin và auxin ở lá, các hormone tăng trưởng này giúp gia tăng sự sinh tổng hợp vách tế bào, dẫn đến sự kéo dài trụ hạ diệp ở Arabidopsis thalian a 17 . Trong khi đó, số lượng cặp lá và sinh khối khô cây Lưỡi Rắn in vitro không có sự khác biệt ở cả hai điều kiện ánh sáng trắng và đỏ LED sau 4 tuần nuôi cấy ( Table 1 , Figure 1 ). Số lượng lá và sinh khối khô là sản phẩm của quá trình cố định CO 2 ở thực vật, các sản phẩm của quá trình quang hợp được tích trữ trong thân và lá có vai trò quan trọng trong tăng trưởng và phát triển của cây ở giai đoạn sau 18 . Như vậy, ánh sáng đỏ LED có tác động tương tự như ánh sáng trắng ở cùng cường độ 50 µmol/m²/giây đối với sự tăng trưởng của cây Lưỡi Rắn in vitro sau 4 tuần nuôi cấy.

Figure 1 . Cây Lưỡi Rắn in vitro sau 4 tuần tăng trưởng dưới ánh sáng trắng (A) và đỏ LED (B), cường độ ánh sáng 50 µmol/m²/giây .

Để đánh giá chính xác ảnh hưởng của ánh sáng đỏ LED trên quang hợp ở cây Lưỡi Rắn, các lá của cây in vitro được đo sự phát huỳnh quang diệp lục tố. Thông qua phép đo huỳnh quang ở lá đã thích nghi tối, tỷ lệ F v (độ lệch huỳnh quang)/F m (huỳnh quang tối đa) thể hiện khả năng nhận ánh sáng tối đa (hiệu năng quang hóa tối đa) của trung tâm phản ứng của PSII. Tỷ lệ F v /F m thấp ở lá của cây in vitro tăng trưởng dưới ánh sáng đỏ LED (F v /F m = 0,68). Sự suy giảm tỷ lệ này là dấu hiệu tổn hại của PSII, đặc biệt protein D1 nơi đặt cặp phân tử diệp lục tố hoặc do sự mất diệp lục tố ở trung tâm phản ứng 10 . Trong khi đó, lá cây Lưỡi Rắn in vitro tăng trưởng dưới ánh sáng trắng có tỷ lệ F v /F m tương tự cây khỏe mạnh từ 0,7 đến 0,8 ( Table 1 ). Theo Hogewoning và cs (2010), tỷ lệ F v /F m ở lá cây dưa chuột trồng dưới ánh sáng xanh hoặc đỏ đơn sắc luôn thấp hơn các cây trồng dưới ánh sáng kết hợp 19 , hơn nữa ánh sáng đỏ gây hư hại PSII. Sự tổn hại của bộ máy quang hợp dẫn đến tỷ lệ F v /F m thấp cũng thấy ở lan hồ điệp tăng trưởng dưới ánh sáng đỏ so với ánh sáng trắng 20 .

Bên cạnh đó, sự phát huỳnh quang ở những lá đã thích nghi sáng cho biết tốc độ chuyển điện tử quang hợp (ETR) từ quang hệ II sang quang hệ I (PSI), chỉ số này có mối tương quan tuyến tính với sự đồng hóa carbon ở lá thông qua chu trình Calvin 10 . Tốc độ chuyển điện tử quang hợp ở lá cây Lưỡi Rắn in vitro tăng trưởng dưới ánh sáng đỏ LED không khác biệt so với đối chứng, vì vậy trọng lượng khô của toàn cây không khác biệt giữa hai nghiệm thức này ( Table 1 ). Tóm lại, ánh sáng đỏ LED với cường độ 50 µmol/m²/giây làm hư hại và giảm khả năng nhận ánh sáng của PSII, nhưng sự hư hại này không nhiều nên chưa thể làm giảm ETR và sự tích lũy sinh khối khô ở cây in vitro , do đó sự khác biệt về tăng trưởng của cây Lưỡi Rắn dưới hai điều kiện này không rõ rệt.

Table 1 Chiều cao và trọng lượng khô của toàn cây, hiệu suất lượng tử tối đa ( F v /F m ) và tốc độ chuyển điện tử (ETR) của quang hệ II ở lá cây Lưỡi Rắn in vitro sau 4 tuần dưới ánh sáng trắng và đỏ LED 660 nm có cùng cường độ 50 µmol/m²/giây
Ánh sáng Chiều cao cây (mm) Trọng lượng khô (mg) Fv/Fm ETR (µmol electrons/m²/giây)
Trắng (ĐC) 60,0 ± 1,2 10,50 ± 0,1 0,75 ± 0,01 12,18 ± 1,47
Đỏ 68,7 ± 3,8 * 10,00 ± 0,1 NS 0,68 ± 0,05 * 10,16 ± 1,36 NS

Figure 2 . Năng suất lượng tử tối đa (quantum yield) của PSII (F v /F m ), vận tốc chuyển điện tử (ETR), sự làm dịu quang hóa (qP) và không quang hóa (qN) của lá cây Lưỡi Rắn in vitro tăng trưởng 4 tuần dưới ánh sáng đỏ LED ở các cường độ 25, 50, 100 và 150 µmol/m²/giây.

Trong nghiên cứu trước đây, việc gia tăng cường độ ánh sáng từ 50 lên 150 µmol/m²/giây làm giảm sinh khối khô của cây Lưỡi Rắn in vitro 9 . Dưới ánh sáng đỏ LED, cường độ ánh sáng tăng đã dẫn đến hiện tượng hạ thấp khả năng nhận ánh sáng tối đa của PSII thể hiện qua sự giảm chỉ số F v /F m ở lá ( Figure 2 A), kèm theo đó là sự giảm khả năng dập tắt huỳnh quang diệp lục tố a theo hướng quang hóa (qP) ( Figure 2 B). Trong con đường dập tắt huỳnh quang diệp lục tố theo hướng quang hóa, các electron từ nước được nhận bởi PSII và chuyển cho PSI trong thông qua chuỗi chuyển điện tử quang hợp 1 , chỉ số này giảm ở lá cây Lưỡi Rắn cho thấy sự dư thừa năng lượng ở các mức cường độ ánh sáng cao và làm giảm hiệu năng sử dụng quang năng cho chuỗi chuyển điện tử quang hợp. Tuy nhiên, với cường độ ánh sáng 100 hay 150 µmol/m²/giây chưa thể làm thay đổi tốc độ chuyển điện tử quang hợp ( Figure 2 C), vì năng lượng dư thừa ở PSII còn được dập tắt theo hướng không quang hóa (qN) thông qua sự tỏa nhiệt của lá ( Figure 2 D). Thông thường, giá trị qN tăng thể hiện sự gia tăng mức độ tỏa nhiệt khi đáp ứng với stress dưới ánh sáng cao. Trong thí nghiệm này, qN không thay đổi ở các mức thay đổi cường độ ánh sáng, cho thấy chưa có dấu hiệu stress ánh sáng. Tốc độ chuyển điện tử quang hợp (ETR) không thay đổi ở các mức cường độ ánh sáng một lần nữa khẳng định các cường độ ánh sáng được sử dụng trong thí nghiệm chưa đủ để gây stress ánh sáng cây Lưỡi Rắn in vitro .

Ảnh hưởng của ánh sáng đỏ LED 660 nm trên khả năng quang hợp, sự tích lũy các hợp chất biến dưỡng sơ cấp và thứ cấp ở lá cây Lưỡi Rắn ex vitro

Khi xử lý cây Lưỡi Rắn ex vitro với ánh sáng ở cường độ bắt đầu hạ thấp khả năng nhận ánh sáng của PSII (100 µmol/m²/giây), các cây tăng trưởng dưới ánh sáng đỏ LED có diện tích và vận tốc quang giải nước ở lá thấp hơn so với đối chứng ( Table 2 ). Có lẽ sự tổn hại của PSII là nguyên nhân dẫn đến sự giảm khả năng phóng thích oxygen ở lục lạp cô lập từ lá của cây dưới ánh sáng đỏ LED so với đối chứng. Theo Hu và cs (2016), ánh sáng đỏ có vai trò tín hiệu thay đổi dòng ion K + và chất tan từ tế bào khẩu sang các tế bào bảo vệ, do đó gây đóng khí khẩu và Nagendran và Lee, (2014) đã ghi nhận sự đóng khí khẩu khi các cây sống trong điều kiện stress 2 , 15 . Tuy nhiên, trong thí nghiệm này, ánh sáng đỏ LED không làm thay đổi độ mở khí khẩu mặt dưới của lá cây Lưỡi Rắn ( Table 2 ).

Table 2 Diện tích lá, độ mở khí khẩu và vận tốc quang giải nước của lục lạp cô lập từ lá cây Lưỡi Rắn ex vitro sau 4 tuần dưới ánh sáng trắng hay đỏ LED với cường độ 100 µmol/m²/giây
Ánh sáng Vận tốc quang giải nước (nmol O2 /triệu lục lạp/phút) Diện tích lá (cm²) Độ mở khí khẩu (µm)
Trắng (ĐC) 0,443 ± 0,006 1,64 ± 0,08 3,30 ± 0,08
Đỏ 0,384 ± 0,002 * 1,39 ± 0,05 * 3,30 ± 0,06 NS

Các phân tử diệp lục tố và carotenoid nằm trên phức hợp an tenna của quang hệ thống có vai trò thu nhận năng lượng ánh sáng và chuyển cho trung tâm phản ứng, tại đây quang năng được chuyển thành hóa năng thông qua chuỗi chuyển điện tử quang hợp 1 . Thông thường dưới các stress quang oxi hóa, sự mất các phân tử diệp lục tố là nguyên nhân dẫn đến giảm tỷ lệ F v /F m 10 . Tuy nhiên, hàm lượng diệp lục tố a và b ở lá không có sự khác biệt giữa hai nghiệm thức ánh sáng trắng và đỏ LED ( Table 3 ), vậy sự tổn hại của PSII ở lá cây Lưỡi Rắn dưới ánh sáng đỏ LED 100 µmol/m²/giây không phải do sự giảm số lượng phân tử diệp lục tố. Trong khi đó, hàm lượng carotenoid tổng ở lá cây tăng trưởng dưới ánh sáng đỏ LED (0,68 mg/g trọng lượng tươi) thấp hơn 8% so với đối chứng (0,74 mg/g trọng lượng tươi) và làm tăng tỷ lệ diệp lục tố trên carotenoid ( Table 3 ). Carotenoid đóng vai trò chủ chốt trong sự dập tắt các diệp lục tố bị kích hoạt quá mức khi bị stress ánh sáng cường độ cao thông qua chu trình xanthophyll, giúp giải phóng năng lượng dư thừa của PSII theo con đường không quang hóa 1 . Theo Mohanty và cs (2016), ánh sáng đỏ là một tín hiệu trong điều hòa sự sinh tổng hợp carotenoid và sự giảm carotenoid ở lá của cây tăng trưởng dưới ánh sáng đỏ tương tự như ở các cây bị thiếu sáng khi phát triển dưới tán của loài cây khác 6 .

Table 3 Hàm lượng sắc tố ở lá cây Lưỡi Rắn ex vitro sau 4 tuần dưới ánh sáng trắng hay đỏ LED với cường độ 100 µmol/m²/giây
Ánh sáng Hàm lượng sắc tố (mg/g trọng lượng tươi)
Dlt a Dlt b Carotenoid
Trắng (ĐC) 2,05 ± 0,09 0,54 ± 0,03 0,74 ± 0,03
Đỏ 2,09 ± 0,05 NS 0,57 ± 0,02 NS 0,68 ± 0,01 *

Table 4 Hàm lượng đường, hàm lượng tinh bột và phenolic tổng ở lá cây Lưỡi Rắn ex vitr o sau 4 tuần dưới ánh sáng trắng hay đỏ LED với cường độ 100 µmol/m²/giây
Ánh sáng Hàm lượng (mg/g trọng lượng tươi)
Tinh bột Đường Hàm lượng phenolic
Trắng (ĐC) 80,01 ± 5,45 25,85 ± 3,64 1,56 ± 0,07
Đỏ 78,04 ± 8,20 NS 17,69 ± 1,45 * 3,50 ± 0,16 *

Kết quả phân tích các hợp chất biến dưỡng cho thấy hàm lượng tinh bột dự trữ ở lá của cây tăng trưởng dưới ánh sáng đỏ LED không đổi so với ánh sáng trắng ( Table 4 ), theo đó, hàm lượng đường giảm song song với sự gia tăng tích lũy phenolic ở lá. Hàm lượng phenolic tổng ở cây thích nghi dưới điều kiện ánh sáng đỏ LED đơn sắc đạt 3,50 ± 0,16 mg/g trọng lượng tươi, tăng gấp 2,1 lần so với đối chứng. Có lẽ lượng đường giảm đã được chuyển hướng để tích lũy các hợp chất phenolic, sự xuất hiện và gia tăng hợp chất phenolic giúp tăng khả năng thu dọn các gốc oxy hóa tự do được sinh ra trong quá trình đáp ứng với stress quang hóa dưới ánh sáng 21 . Sự gia tăng hàm lượng phenolic khi xử lý ánh sáng đơn sắc cũng được báo cáo tương tự trên cây xà lách 4 . Có thể, ánh sáng đỏ LED là tín hiệu gia tăng sự tổng hợp các hợp chất phenolic ở cây Lưỡi Rắn, đây là cách đáp ứng của cây để thích nghi dưới điều kiện ánh sáng đơn sắc này.

KẾT LUẬN

Ánh sáng đỏ LED 660 nm ở cường độ 50 µmol/m²/giây giúp cây kéo dài lóng thân nhưng không thay đổi sinh khối của cây Lưỡi Rắn in vitro . Ở cường độ 100 và 150 µmol/m²/giây, ánh sáng đỏ LED 660 nm làm giảm khả năng nhận ánh sáng tối đa (F v /F m ) và sự dập tắt huỳnh quang theo hướng quang hóa (qP) của quang hệ II. Tuy nhiên, sự dập tắt huỳnh quang theo hướng không quang hóa (qN) và tốc độ chuyển điện tử (ETR) vẫn ở mức ổn định. Cây Lưỡi Rắn ex vitro trong ánh sáng đỏ LED ở cường độ 100 µmol/m²/giây có diện tích lá, vận tốc quang giải nước của lục lạp cô lập, hàm lượng carotenoid và đường tổng số ở lá giảm so với cây tăng trưởng dưới sáng trắng. Hàm lượng tinh bột vẫn được duy trì, đồng thời thúc đẩy sự gia tăng hàm lượng phenolic tổng để hỗ trợ cây đáp ứng với điều kiện chiếu sáng này.

Danh mục các từ viết tắt

DCIP : 2,6-dichlorophenol indophenol 0,25x 10-4 M

Dlt : diệp lục tố

ETR : vận tốc chuyển điện tử

F v / Fm : khả năng nhận ánh sáng tối đa của quang hệ II

LED (Light Emitting Diode ): Diode phát quang

PAL : phenylalanine ammonia lyase

PSII : quang hệ II

qP : hướng quang hóa

qN : hướng không quang hóa

Tuyên bố sung đột lợi ích

Các tác giả đồng ý không có bất kì xung đột lợi ích nào liên quan đến các kết quả đã công bố.

Đóng góp của các tác giả

Lê Anh Tuấn và Seon-Ki Kim góp phần thực hiện các thí nghiệm, xử lý các dữ liệu và viết bản thảo. Phan Ngô Hoang và Đỗ Thường Kiệt góp phần thảo luận các kết quả thí nghiệm, sửa bản thảo.

Lời cảm ơn

Nhóm tác giả chân thành cảm ơn nguồn kinh phí hỗ trợ từ đề tài cấp trường (mã số T2017-50), Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM. Các thí nghiệm được thực hiện tại TT Nghiên cứu Ứng dụng Công nghệ cao trong Nông nghiệp (RCHAA); Phòng thí nghiệm Sinh lý thực vật, khoa Sinh học – Công nghệ sinh học thuộc Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG–HCM và TT Ứng dụng Công nghệ LED trong Nông–Sinh học thuộc ĐHQG Chonbuk, Hàn Quốc.

References

  1. Bùi Trang Việt. Sinh lý thực vật đại cương. NXB Đại học Quốc gia TP.HCM, 753 trang (2016).. . ;:. Google Scholar
  2. Nagendran R, Lee Y H. Green and red light reduces the disease severity by Pseudomonas cichorii JBC1 in tomato plants via upregulation of defense-related gene expression. Phytopathology. 2015;:412-418. Google Scholar
  3. Ouzounis T, Rosenqvist E, Ottosen C. Spectral effects of artificial light on plant physiology and secondary metabolism: A review. Hortscience. 2015;50(8):1128-1135. Google Scholar
  4. Li Q, Kubota C. Effects of supplemental light quality on growth and phytochemicals of baby leaf lettuce. Environmental and Experimental Botany. 2009;67:59-64. Google Scholar
  5. Park S Y, Lee J G, Cho H S, Seong E S, Kim H Y, Yu C Y, Kim J K. Metabolite profiling approach for assessing the effects of colored light-emitting diode lighting on the adventitious roots of ginseng (Panax ginseng C. A. Mayer). Plant Omics Journal. 2013;6:224-230. Google Scholar
  6. Mohanty B, Lakshmanan M, Lim S H, Kim J K, Ha S H, Lee D Y. Light-specific transcriptional regulation of the accumulation of carotenoids and phenolic compounds in rice leaves. Plant signaling and behavior. 2016;11(6):e11848081-e11848084. Google Scholar
  7. Sasikumar J M, Maheshu V, Asseervatham S B, Teepica P D. In vitro antioxidant activity of Hedyotis corymbosa (L.) Lam. Aerial parts. Indian Journal of Biochemistry & Biophysics. 2010;47(1):49-52. Google Scholar
  8. Norrizah J S, Suhaimi M Y, Rohaya A, Roslan N A R N. Ursolic acid and oleanolic acid productions in elicited cell suspension cultures of Hedyotis corymbosa. Biotechnology. 2012;11(4):238-242. Google Scholar
  9. Lê Anh Tuấn, Hoàng Thị Thu Thấm, và Phan Ngô Hoang.Phát triển chồi cây Lưỡi Rắn (Hedyotis corymbosa (L.) Lam) trong điều kiện nuôi cấy in vitro. Tạp chí Khoa học và Phát triển Khoa học và Công nghệ. 2015;18(5):75-84. Google Scholar
  10. Baker N R. Chlorophyll fluorescence: A probe of photosynthesis in vivo. Annual Review of Plant Biology. 2008;59:89-113. Google Scholar
  11. Wellburn A R. The spectral determination of chlorophylls a and b, as well as total carotenoids, using various solvents with spectrophotometers of different resolution. Journal of Plant Physiology. 1994;144(3):307-313. Google Scholar
  12. Henselov M, Regecov M, Sovkov A. Isolation of chloroplasts in the Karwinskia species and determination of their photochemical activity under in vitro conditions. Plant, Soil and Environment. 2004;50(4):149-156. Google Scholar
  13. Coombs J, Hind G, Leegood R C, Tieszen L L, Vonshak A. Techniques in bioproductivity and photosynthesis. In: Measurement of starch and sucrose in leaves. 1987;:169. Google Scholar
  14. Baba S A, Malik S A. Determination of total phenolic and flavonoid content, antimicrobial and antioxidant activity of a root extract of Arisaema jacquemontii Blume. Journal of Taibah University for Science. 2015;9:449-454. Google Scholar
  15. Hu J, Dai X, Sun G. Morphological and physiological responses of Morus alba seedlings under different light qualities. Notulae Botanicae Horti Agrobotania Cluj - Napoca. 2016;44(2):382-392. Google Scholar
  16. Rabara R C, Behrman G, Timbol T, Rushton P J. Effect of spectral quality of monochromatic LED lights on the growth of artichoke seedlings. Frontiers in Plant Science. 2017;8(190):1-9. Google Scholar
  17. Hong G J, Xue X Y, Mao Y B, Wang L J, Chen X Y. Arabidopsis MYC2 interacts with DELLA proteins in regulating sesquiterpene synthase gene expression. Plant Cell. 2012;24:2635-2683. Google Scholar
  18. Sultana N, Ikeda T, Ma K. Effect of foliar spray of nutrient solutions on photosynthesis and dry matter accumulation and grain yield in sea water-stresses rice. Environmental and Experimental Botany. 2001;:129-140. Google Scholar
  19. Hogewoning S W, Trouwborst G, Maljaars H, Poorter H, Ieperen W Van, Harbinson J. Blue light dose-responses of leaf photosynthesis, morphology, and chemical composition of Cucumis sativus grown under different combinations of red and blue light. Journal of Experimental Botany. 2010;61(11):3107-3117. Google Scholar
  20. Ouzounis T, Frett X, Ottosen C O, Rosenqvist E. Spectral effects of LEDs on chlorophyll fluorescence and pigmentation in Phalaenopsis Vivien and Purple Star. Physiologia Plantarum. 2015;154(2):314-327. Google Scholar
  21. Spiridon Bodirlau R, Teaca C A, Bodirlau R, Armatu A. Antioxidant capacity and total phenolic contents of oregano (Origanum vulgare), lavender (Lavandula angustifolia) and lemon balm (Melissa officinalis) from Romania. Natural Product Research. 2011;25(17):1657-1661. Google Scholar


Author's Affiliation
Article Details

Issue: Vol 3 No 2 (2019)
Page No.: 128-135
Published: Oct 3, 2019
Section: Original Research
DOI: https://doi.org/10.32508/stdjns.v3i2.642

 Copyright Info

Creative Commons License

Copyright: The Authors. This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License CC-BY 4.0., which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original author and source are credited.

 How to Cite
Anh Tuan, L., Ngo Hoang, P., Kim, S.-K., & Kiet, D. T. (2019). Effect of the red light on the photosynthesis and phenolic accumulation in leaves of Hedyotis corymbosa (L.) Lam. Science and Technology Development Journal - Natural Sciences, 3(2), 128-135. https://doi.org/https://doi.org/10.32508/stdjns.v3i2.642

 Cited by



Article level Metrics by Paperbuzz/Impactstory
Article level Metrics by Altmetrics

 Article Statistics
HTML = 69 times
View Article   = 0 times
Download PDF   = 26 times
Total   = 26 times