不同光源對(duì)百合試管苗生長(zhǎng)及生理特性的影響

王 政，宋盈龍，劉艷楠，尚文倩，賀 丹，何松林*，許占紅(.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，河南 鄭州 45000； .杞縣住房和城鄉(xiāng)規(guī)劃建設(shè)局，河南 杞縣 47500；.鄭州市綠文廣場(chǎng)管理中心，河南 鄭州 45000)

不同光源對(duì)百合試管苗生長(zhǎng)及生理特性的影響

王 政1，宋盈龍1，劉艷楠2，尚文倩1，賀 丹1，何松林1*，許占紅3
(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，河南 鄭州 450002； 2.杞縣住房和城鄉(xiāng)規(guī)劃建設(shè)局，河南 杞縣 475200；3.鄭州市綠文廣場(chǎng)管理中心，河南 鄭州 450002)

以百合品種索爾邦試管苗為材料，研究不同照光光源(LED、CCFL和PGFL)處理對(duì)百合試管苗生長(zhǎng)及生理特性的影響。結(jié)果表明：LED照光處理下，百合試管苗的根數(shù)、根長(zhǎng)、根部及整體干鮮質(zhì)量、氣孔密度、可溶性蛋白、葉綠素含量和根系活力均達(dá)到最大值；CCFL照光處理下百合試管苗株高、葉長(zhǎng)、地上部干鮮質(zhì)量達(dá)到最大值；PGFL照光處理下百合試管苗的干物率達(dá)到最大值。氣孔大小、氣孔面積與氣孔密度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。綜上所述，LED光源照光處理對(duì)促進(jìn)百合試管苗的生長(zhǎng)和提高其品質(zhì)效果明顯。

發(fā)光二極管； 冷陰極熒光燈； 普通熒光燈； 百合； 光源； 試管苗

百合為百合科(Liliaceae)百合屬(Lilium)的多年生球根花卉，其花大芳香、花型優(yōu)美、色彩豐富，是目前市場(chǎng)上最受歡迎的名貴切花和盆花花卉[1]。由于常規(guī)百合種球繁殖時(shí)間長(zhǎng)、易污染、效率低，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)[2]，而采用組培技術(shù)能夠快速繁殖，并去除病毒，有利于更新品種[3-11]，是目前生產(chǎn)高品質(zhì)百合種苗的最佳方法，進(jìn)一步研究影響百合組培環(huán)境調(diào)控因子對(duì)促進(jìn)其組培技術(shù)的發(fā)展意義深遠(yuǎn)。

光對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育、形態(tài)建成、光合作用、物質(zhì)代謝以及基因表達(dá)等均具有重要的調(diào)控作用[12-13]。特別是藍(lán)紫光(400～510 nm)和紅橙光(610～720 nm)波段是植物生長(zhǎng)所吸收的主要光譜，而在傳統(tǒng)組培生產(chǎn)中，常用的光源一般為普通熒光燈(PGFL)和金屬鹵化物燈，這些傳統(tǒng)光源能耗高且光源發(fā)射光譜主要集中在藍(lán)紫光范圍(450～580 nm)，在紅橙光區(qū)域的發(fā)射光譜較低[14]，難以有效促進(jìn)植物生長(zhǎng)。因此，開發(fā)新型光源已成為當(dāng)今組培環(huán)境調(diào)控的熱點(diǎn)。發(fā)光二極管(LED)和冷陰極熒光燈(CCFL)均具有體積小、壽命長(zhǎng)、光效高、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，備受人們青睞[15-20]，并且能滿足植物組織培養(yǎng)、設(shè)施園藝與工廠化育苗等環(huán)境所需光源特點(diǎn)的需求[21-22]。目前，LED和CCFL光源在植物組織培養(yǎng)中的應(yīng)用也逐漸擴(kuò)大且具有良好的發(fā)展前景。國(guó)內(nèi)外已有嘗試用LED或CCFL光源對(duì)植物進(jìn)行光照處理的研究報(bào)道，且已有研究證明，LED光源或CCFL光源可成功用于非洲菊[23-24]、蝴蝶蘭[25]、菊花[26]、紅掌[27-28]、鐵皮石斛[29-30]、牡丹[31-33]等植物的組織培養(yǎng)中，并篩選出了適于其生長(zhǎng)的最佳光源以及光質(zhì)比，而有關(guān)LED和CCFL光源對(duì)百合試管苗生長(zhǎng)的影響尚未見報(bào)道。因此，以百合試管苗為材料，采用河南農(nóng)業(yè)大學(xué)自主研發(fā)的LED和CCFL照光裝置，研究不同光源對(duì)百合試管苗形態(tài)和生理特性的影響，探討了適宜百合試管苗生長(zhǎng)的最佳光源，為百合試管苗大規(guī)模生產(chǎn)提供理論依據(jù)和技術(shù)支持，也為今后植物組培生產(chǎn)中光源的選擇與應(yīng)用提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

選用百合索爾邦磷莖作為外植體，以100 mL三角瓶為培養(yǎng)容器，在無菌條件下，接種于MS+6-BA 1.0 mg/L+NAA 0.2 mg/L+蔗糖30 g/L(pH=5.8)的固體培養(yǎng)基上，在普通熒光燈培養(yǎng)條件[光照強(qiáng)度2 000 lx，溫度(24±1)℃，光照時(shí)間12 h/d]下誘導(dǎo)分化。培養(yǎng)30 d后，選取生長(zhǎng)狀況及規(guī)格一致(株高2.5 cm)的組培苗作為供試材料，切除根，保證初始狀態(tài)一致。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

光照系統(tǒng)采用河南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院園林系觀賞植物實(shí)驗(yàn)室自主研發(fā)的高效節(jié)能LED、CCFL照光系統(tǒng)，設(shè)定2種光質(zhì)：LED(紅光∶藍(lán)光=7∶3)、CCFL(紅光∶藍(lán)光=7∶3)，以PGFL作為對(duì)照。在無菌條件下，將百合組培苗供試材料接種于1/2MS+6-BA 1.0 mg/L+NAA 0.2 mg/L+蔗糖30 g/L的固體培養(yǎng)基上，pH值調(diào)整至5.8。光照時(shí)數(shù)16 h/d(8:00—24:00)，溫度為(24±1)℃，光照強(qiáng)度2 000 lx，以罐頭瓶為培養(yǎng)容器，每個(gè)容器添加40 mL培養(yǎng)基，每瓶接種5株，每處理3瓶，重復(fù)3次，共45株。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目和方法

培養(yǎng)50 d后進(jìn)行調(diào)查。形態(tài)指標(biāo)：株高、葉數(shù)、葉長(zhǎng)、葉幅(試管苗自上而下的第 3片葉)；根數(shù)、最長(zhǎng)根長(zhǎng)；總鮮質(zhì)量、地上部鮮質(zhì)量、根部鮮質(zhì)量，總干物質(zhì)量、地上部干質(zhì)量、根部干質(zhì)量；全干物率、地上部干物率和根部干物率。葉片下表皮氣孔觀察采用Daimi等[34]所描述的指甲油印模法。葉綠素含量測(cè)定采用無水乙醇和丙酮混合液提取法[35]。可溶性蛋白含量測(cè)定采用趙世杰[36]的考馬斯亮藍(lán)法。根系活力測(cè)定采用李合生[37]的TTC法。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用鄧肯氏新復(fù)極差測(cè)驗(yàn)法(SSR法)測(cè)驗(yàn)不同處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)的差異顯著性，顯著水平P≤0.05。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)采用DPS軟件7.05版。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同光源照光處理對(duì)百合試管苗形態(tài)的影響

由表1可知，CCFL光照處理下百合試管苗的株高(78.17 mm)最大，顯著高于其他處理，LED處理次之(49.14 mm)，PGFL處理最小(46.19 mm)，且LED處理和PGFL處理間差異不顯著；LED處理?xiàng)l件下百合試管苗的根數(shù)(7.00條)和根長(zhǎng)(34.52 mm)均顯著大于PGFL處理和CCFL處理，PGFL處理和CCFL處理均較低且差異不顯著；LED處理、CCFL處理和PGFL處理下百合試管苗的葉數(shù)、葉長(zhǎng)和葉幅差異不顯著。

表1 不同光源照光處理對(duì)百合試管苗生長(zhǎng)的影響

注：同列不同字母表示在0.05水平差異顯著，下同。

2.2 不同光源照光處理對(duì)百合試管苗干、鮮質(zhì)量及干物率的影響

由表2可見，LED處理下百合試管苗根部鮮質(zhì)量(634.13 mg)和干質(zhì)量(52.17 mg)以及整體鮮質(zhì)量(1 082.98 mg)和干質(zhì)量(107.02 mg)均顯著大于其他處理；LED和PGFL處理下百合試管苗的地上部干物率均顯著大于CCFL處理。CCFL處理下百合試管苗地上部鮮質(zhì)量(666.27 mg) 顯著大于其他處理，地上部干質(zhì)量(62.50 mg)顯著大于PGFL處理，但與LED處理差異不顯著。

表2 不同光源照光處理對(duì)百合試管苗干、鮮質(zhì)量及干物率的影響

2.3 不同光源照光處理對(duì)百合試管苗葉片下表皮氣孔的影響

由表3可見，PGFL處理下百合試管苗葉片下表皮氣孔的長(zhǎng)(167.1 μm)和面積(13 267.74 μm2)均顯著大于其他處理，LED處理次之；LED處理下百合試管苗葉片下表皮氣孔的寬與PGFL處理下差異不顯著，但均顯著大于CCFL處理，LED處理下百合試管苗葉片下表皮氣孔密度(140.88個(gè)/mm2)與CCFL處理(133.34個(gè)/mm2)差異不明顯，但均顯著高于PGFL處理(96.95個(gè)/mm2)。

表3 不同光源照光處理對(duì)百合試管苗葉片下表皮氣孔的影響

處理長(zhǎng)/μm寬/μm面積/μm2密度/(個(gè)/mm2)LED144．70b78．05a11293．84b140．88aCCFL119．30c72．10b8601．53c133．34aPGFL(CK)167．10a79．40a13267．74a96．95b

2.4 不同光源照光處理對(duì)百合試管苗葉片可溶性蛋白含量的影響

由圖1可知，LED處理下百合試管苗葉片中可溶性蛋白含量(18.84 mg/g)顯著高于其他處理，而CCFL和PGFL處理下可溶性蛋白含量均較低，且差異不顯著。

圖1 不同光源照光處理對(duì)百合試管苗葉片可溶性蛋白含量的影響

2.5 不同光源照光處理對(duì)百合試管苗葉綠素含量的影響

由圖2可知，LED處理下葉綠素a和總?cè)~綠素含量均顯著高于CCFL和PGFL處理，CCFL和PGFL處理間差異不顯著；葉綠素b含量在LED處理下最高(0.015 3 mg/g)，在PGFL處理下最低(0.009 9 mg/g)，CCFL處理與其他處理差異不顯著。

不同字母表示同一指標(biāo)不同處理間差異顯著(P<0.05)圖2 不同光源照光處理對(duì)百合試管苗葉綠素含量的影響

2.6 不同光源照光處理對(duì)百合試管苗根系活力的影響

由圖3可知，LED處理下百合試管苗的根系活力[427.28 mg/(g·h)]最高，顯著高于PGFL處理；其次為CCFL處理[351.37 mg/(g·h)]，與LED處理和PGFL處理差異不顯著；PGFL處理最低,為314.64 mg/(g·h)。

圖3 不同光源照光處理對(duì)百合試管苗根系活力的影響

3 結(jié)論與討論

本研究使用自行研發(fā)的LED和CCFL光源，比較了LED、CCFL和PGFL不同光源對(duì)百合試管苗生長(zhǎng)及生理特性的影響。結(jié)果表明：百合試管苗的株高、地上部鮮質(zhì)量最大值均出現(xiàn)在CCFL光源處理中，均顯著高于LED和PGFL處理，這與Wang等[23]以非洲菊為材料的研究結(jié)果類似。在LED光源處理中，百合試管苗的根數(shù)、根長(zhǎng)、根部干鮮質(zhì)量和整體干鮮質(zhì)量均顯著高于其他處理，這與王婷等[38]、唐大為等[39]以白菜及黃瓜為材料的研究結(jié)果相似?？傮w而言，LED照光處理有利于百合試管苗根部的形態(tài)建成和生長(zhǎng)發(fā)育以及根部有機(jī)物的合成與積累；CCFL照光處理有利于百合試管苗植株地上部的生長(zhǎng)發(fā)育和有機(jī)物的合成與積累。

葉片氣孔的大小和密度是反映植物光合作用、呼吸作用和蒸騰作用的重要指標(biāo)，本研究中，氣孔密度在LED光照處理下達(dá)到最大值，CCFL次之，PGFL最??；氣孔大小在PGFL處理下達(dá)到最大值，LED次之，CCFL最小?？梢?，不同處理下，百合試管苗的氣孔器大小和面積與氣孔密度基本呈負(fù)相關(guān)，該結(jié)果與王政等[40]以大花蕙蘭為試驗(yàn)材料的研究結(jié)果一致，而其生理變化機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。

可溶性蛋白在植物代謝過程中發(fā)揮著重要的生理作用，其含量在LED光照處理下達(dá)到最大值，說明LED光照處理有利于百合植株蛋白質(zhì)等干物質(zhì)的積累，這與諸葛強(qiáng)等[41]的研究結(jié)果類似，說明LED光源照光處理能促進(jìn)植物生長(zhǎng)，并有效地促進(jìn)百合試管苗利用光能固定無機(jī)物，合成有機(jī)物。

葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，其含量體現(xiàn)了植物對(duì)光能的利用和調(diào)節(jié)能力，不同光源處理不僅影響植物的形態(tài)建成，也調(diào)控著植物自身光合色素的合成[42-43]。本試驗(yàn)中，葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素含量均在LED照光處理中達(dá)到最大值，說明LED光照處理有利于百合試管苗葉片葉綠素的合成與積累以及光合特性的提高。

植物根系是活躍的吸收器官和合成器官，根的生長(zhǎng)情況和活力水平直接影響到地上部的生長(zhǎng)、營(yíng)養(yǎng)狀況及產(chǎn)量水平。在本研究中，百合試管苗根系活力的變化趨勢(shì)與葉綠素含量相同，LED照光處理?xiàng)l件下根系活力達(dá)到最大值，CCFL次之，PGFL處理最低，該結(jié)果同邸秀茹等[44]指出高比例紅藍(lán)光照光處理有利于菊花試管苗健壯生長(zhǎng)和移栽馴化的結(jié)論相同，說明LED光照處理在百合試管苗根系的生長(zhǎng)發(fā)育和后期移栽馴化方面具有很大的促進(jìn)作用。

本研究中，通過各項(xiàng)指標(biāo)及相關(guān)分析表明，LED和CCFL新型光源的使用對(duì)促進(jìn)百合試管苗的生長(zhǎng)發(fā)育效果明顯，且整體顯著優(yōu)于PGFL光源。其中，LED光照處理最有利于百合試管苗的形態(tài)生長(zhǎng)。氣孔密度，葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素含量最大值均出現(xiàn)在LED處理中，且該處理下可溶性蛋白含量及根系活力也最高，是適宜百合試管苗生長(zhǎng)的最佳光源選擇。

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Effects of Different Light Sources on Growth and Physiological Property ofLiliumsorbonneinVitro

WANG Zheng1,SONG Yinglong1,LIU Yannan2,SHANG Wenqian1,HE Dan1,HE Songlin1*,XU Zhanhong3
(1.College of Forestry,Henan Agricultural University,Zhengzhou 450002,China; 2.Department of Housing and Urban and Rural Planning Construction Bureau of Qixian,Qixian 475200,China；3.Zhengzhou Lüwen Square Management Center,Zhengzhou 450002,China)

The effects of different light sources(LED,CCFL and PGFL) on growth and physiological property ofLiliuminvitrowere studied in this research,which selected Sorbonne as material.The results showed that the plantletsinvitroofLiliumsorbonnehad the largest root number,root length,root and total dry fresh weight,stomatal density,soluble protein content,chlorophyll content and root vigor under LED treatment.The plant height,leaf length and shoot dry fresh weight reached the maximum under CCFL treatment.The PGFL treatment had the largest dry mass rate.The stomatal size and stomatal area were negatively correlated with stomatal density.It could be concluded that the treatment of LED had obvious effects on promoting the growth and physiological characteristics and improving the quality ofLiliumsorbonneinvitro.

LED； CCFL； PGFL;Lilium; light sources; plantletsinvitro

2016-02-10

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31272189，31400596)；河南省教育廳基金項(xiàng)目(2014A220003)

王 政(1980-)，男，河南鄭州人，講師，主要從事園林植物生物技術(shù)研究。E-mail:wzhengt@163.com

*通訊作者：何松林(1965-)，男，河南淮陽人，教授，博士，主要從事園林植物生物技術(shù)研究。E-mail:hsl213@163.com

S644.1

A

1004-3268(2016)06-0111-05