不同光源處理對(duì)非洲菊組培苗生長(zhǎng)的影響

王 政，張丹丹，劉艷楠，尚文倩，賀 丹，何松林

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，河南 鄭州 450002)

不同光源處理對(duì)非洲菊組培苗生長(zhǎng)的影響

王 政，張丹丹，劉艷楠，尚文倩，賀 丹，何松林*

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，河南 鄭州 450002)

以非洲菊瑞扣為材料，普通熒光燈為對(duì)照，研究發(fā)光二極管(LED)和冷陰極熒光燈(CCFL)處理對(duì)其組培苗生長(zhǎng)的影響。結(jié)果表明：在紅光/藍(lán)光=7/3(光質(zhì)比)的情況下，LED光源處理下，組培苗地下部、整株鮮質(zhì)量，葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素含量，可溶性蛋白含量及根系活力均高于其他處理；LED和CCFL光源處理下，組培苗葉長(zhǎng)顯著高于對(duì)照；在根長(zhǎng)方面，CCFL光源處理下出現(xiàn)最大值，LED次之，均顯著高于對(duì)照；LED和對(duì)照處理下，根數(shù)、地上部鮮質(zhì)量、地下部干質(zhì)量均顯著高于CCFL處理；CCFL處理下，葉片下表皮氣孔面積顯著大于其他處理，在氣孔密度方面，LED處理略顯優(yōu)勢(shì)。綜合比較，LED光源是用于非洲菊組織培養(yǎng)的最佳光源。

發(fā)光二極管； 冷陰極熒光燈； 非洲菊； 組培苗； 組織培養(yǎng)

光是植物生長(zhǎng)發(fā)育必需的環(huán)境因素之一，對(duì)植物組培苗的生長(zhǎng)發(fā)育、形態(tài)建成及生理代謝等均具有很大的影響[1]。植物生長(zhǎng)所需的光合有效輻射(PAR)在波長(zhǎng)400～700 nm，因?yàn)榧t光和藍(lán)光組合光譜與葉綠素的吸收光譜一致，在藍(lán)光區(qū)(425～490 nm)和紅光區(qū)(610～700 nm)植物的光合效率最高[2-3]。在傳統(tǒng)組織培養(yǎng)中，使用最廣泛的光源有高壓鈉燈、普通熒光燈和金屬鹵化物燈，其光源主要集中在藍(lán)紫光范圍(450～580 nm)，在紅光區(qū)域較低，難以有效促進(jìn)植物生長(zhǎng)[4]；并且這些傳統(tǒng)光源普遍存在能耗高、壽命短及發(fā)熱量大等缺點(diǎn)，大大增加了組培苗工廠化生產(chǎn)的成本[5]；同時(shí)由于傳統(tǒng)光源發(fā)熱量大的緣故，傳統(tǒng)組培架的空間利用率低，單位面積產(chǎn)量嚴(yán)重受到影響。因此，開發(fā)新型高效節(jié)能光源是組織培養(yǎng)規(guī)?；a(chǎn)研究的熱點(diǎn)。

發(fā)光二極管(LED)具有安全性高、質(zhì)量體積小、壽命長(zhǎng)、能耗低、發(fā)熱少，以及光譜波長(zhǎng)與植物所需光譜范圍相吻合等優(yōu)點(diǎn)，便于實(shí)施近距離照射，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高效能、低熱負(fù)荷和緊湊空間的集約化植物生產(chǎn),被認(rèn)為是替代熒光燈用于植物組織培養(yǎng)、工廠化快繁育苗和航天生態(tài)生保系統(tǒng)的新一代節(jié)能環(huán)保型光源[6-8]。目前LED在植物組織培養(yǎng)上的應(yīng)用已引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注[9]，大量研究表明，LED光源可成功用于大花蕙蘭[10-11]、蝴蝶蘭[11]、菊花[12-13]、馬蹄蓮[14]、白掌[15]、朵麗蝶蘭[16]、牡丹[17]、葡萄[18-19]、草莓[20]等植物組織培養(yǎng)。冷陰極熒光燈(CCFL)，因其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)于2009年被Tanaka等[21]首次應(yīng)用到蘭屬植物的組織培養(yǎng)上，研究表明CCFL比普通熒光燈具有明顯的優(yōu)勢(shì)。之后，Ding等[22]、侯甲男等[23]針對(duì)CCFL光源對(duì)牡丹和鐵皮石斛組培苗生長(zhǎng)的影響進(jìn)行探討，王政等[24]對(duì)不同比例光質(zhì)CCFL培養(yǎng)后非洲菊組培苗移栽生長(zhǎng)情況進(jìn)行研究，均表示在組織培養(yǎng)中采用CCFL提供照明，不僅能夠調(diào)控組培苗的生長(zhǎng)發(fā)育和形態(tài)建成，而且能夠大大減少能耗，降低成本。

非洲菊，作為五大切花之一，廣受人們的喜愛，具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。篩選出高效節(jié)能光源對(duì)促進(jìn)非洲菊組培苗工廠化、規(guī)?；a(chǎn)具有重要意義。因此，采用自主開發(fā)的LED和CCFL 2種照光裝置，探討相同條件下LED和CCFL對(duì)非洲菊組培苗生長(zhǎng)發(fā)育及生理特性的影響，以期確定適宜于非洲菊組培苗生長(zhǎng)的最佳光源，為提高非洲菊商品質(zhì)量，進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)非洲菊工業(yè)化、規(guī)?；a(chǎn)提供理論依據(jù)和技術(shù)支持，也為其他植物組織培養(yǎng)中光源的選擇提供參考。

1 材料和方法

1.1 材料

非洲菊瑞扣組培苗(苗高約1.5 cm)，購(gòu)自德州世紀(jì)風(fēng)園藝科技創(chuàng)新有限公司。將其接入MS+0.1 mg/L 6-BA+0.1 mg/L KT+30 g/L 蔗糖的固體培養(yǎng)基上(pH值5.8)，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。壯苗培養(yǎng)20 d左右，選取生長(zhǎng)狀況及規(guī)格一致的組培苗(展葉3片，苗高約2.5 cm)，切去根后作為供試材料。

1.2 培養(yǎng)方法

無(wú)菌條件下，將挑選出的組培苗均勻接入1/2 MS+0.5 mg/L IBA+0.5 mg/L IAA+30 g/L 蔗糖+7 g/L 瓊脂的固體培養(yǎng)基上(pH值5.8)，然后將其放于河南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院園林植物生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)室自行研制的高效節(jié)能LED、CCFL照光系統(tǒng)培養(yǎng)架上，光質(zhì)均設(shè)定為紅光/藍(lán)光=7/3，以傳統(tǒng)熒光燈組培架作為對(duì)照。每個(gè)處理接種30株苗，重復(fù)3次。培養(yǎng)條件統(tǒng)一為：光照時(shí)數(shù)16 h/d(8:00—24:00)，培養(yǎng)溫度(24±1)℃。

1.3 指標(biāo)的測(cè)定

培養(yǎng)30 d后測(cè)定相關(guān)形態(tài)指標(biāo)及生理指標(biāo)。

1.3.1 形態(tài)指標(biāo) 每個(gè)處理隨機(jī)取20株，測(cè)定株高，葉數(shù)、葉長(zhǎng)、葉幅(組培苗自上而下的第 3片葉)，根數(shù)、最大根長(zhǎng)，總鮮質(zhì)量、地上部鮮質(zhì)量、地下部鮮質(zhì)量，總干質(zhì)量、地上部干質(zhì)量、地下部干質(zhì)量。分別計(jì)算各處理的總干物率、地上部干物率、地下部干物率。

總干物率=總干質(zhì)量/總鮮質(zhì)量×100%

地上部干物率=地上部干質(zhì)量/地上部鮮質(zhì)量×100%

根部干物率=根部干質(zhì)量/根部鮮質(zhì)量×100%。

1.3.2 生理指標(biāo) 葉片下表皮氣孔觀察采用Dami等[25]描述的指甲油印模法。葉綠素含量的測(cè)定采用無(wú)水乙醇和丙酮混合液提取法[26]?？扇苄缘鞍缀繙y(cè)定采用考馬斯亮藍(lán)法[27]。根系活力的測(cè)定采用李合生的TTC測(cè)定法[28]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用DPS 3.01和Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，鄧肯氏新復(fù)極差測(cè)驗(yàn)法(SSR法)測(cè)驗(yàn)其差異顯著性，顯著水平為P<0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同光源處理對(duì)非洲菊組培苗形態(tài)的影響

經(jīng)過(guò)30 d的培養(yǎng)后，不同光源處理下非洲菊組培苗生長(zhǎng)狀況見表1。LED和CCFL光源處理下，組培苗葉長(zhǎng)顯著高于對(duì)照(熒光燈)處理；LED和對(duì)照處理下，組培苗根數(shù)顯著多于CCFL處理；在根長(zhǎng)方面，CCFL光源處理下出現(xiàn)最大值(27.35 mm)，LED次之，均顯著優(yōu)于對(duì)照處理；3種光源處理對(duì)非洲菊組培苗株高、葉數(shù)、葉幅影響不大，處理間差異不顯著。

表1 不同光源處理對(duì)非洲菊組培苗形態(tài)的影響

注：同列數(shù)據(jù)后標(biāo)不同小寫字母者表示差異顯著(P<0.05)，下表同。

2.2 不同光源處理對(duì)非洲菊組培苗鮮質(zhì)量、干質(zhì)量及干物率的影響

不同光源處理對(duì)非洲菊組培苗鮮質(zhì)量、干質(zhì)量及干物率的影響如表2和圖1所示，LED處理下非洲菊組培苗地下部鮮質(zhì)量和整株鮮質(zhì)量均顯著大于其他處理，地上部分鮮質(zhì)量與對(duì)照組無(wú)顯著差異，顯著大于CCFL處理；對(duì)照處理下非洲菊組培苗地上部干質(zhì)量和整株干質(zhì)量均顯著大于其他處理，LED處理次之，地下部分干質(zhì)量對(duì)照組與LED處理無(wú)顯著差異，顯著大于CCFL處理；對(duì)照處理下非洲菊組培苗的干物率整體優(yōu)于LED和CCFL處理。

表2 不同光源處理對(duì)非洲菊組培苗鮮質(zhì)量、干質(zhì)量的影響 mg/g

同一指標(biāo)不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05),下同

2.3 不同光源處理對(duì)非洲菊組培苗葉片下表皮氣孔的影響

不同光源處理對(duì)非洲菊組培苗葉片下表皮氣孔的影響如表3所示， CCFL光源處理下，組培苗葉片下表皮氣孔的長(zhǎng)(L)、寬(W)及面積顯著優(yōu)于其他處理；在氣孔密度方面，LED處理略顯優(yōu)勢(shì)，但差異不顯著。

表3 不同光源處理對(duì)非洲菊組培苗葉片下表皮氣孔的影響

2.4 不同光源處理對(duì)非洲菊組培苗葉綠素含量的影響

不同光源處理對(duì)非洲菊組培苗葉綠素含量的影響如圖2所示，LED處理下，非洲菊組培苗葉片中葉綠素a(0.058 1 mg/g)、葉綠素b(0.022 4 mg/g)和總?cè)~綠素(0.080 5 mg/g)含量顯著高于其他處理，CCFL處理次之，對(duì)照熒光燈處理最低。

圖2 不同光源處理對(duì)非洲菊組培苗葉綠素含量的影響

2.5 不同光源處理對(duì)非洲菊組培苗可溶性蛋白含量的影響

不同光源處理對(duì)非洲菊組培苗可溶性蛋白含量的影響如圖3所示，LED光源處理下非洲菊組培苗葉片中可溶性蛋白含量最高，達(dá)到39.16 mg/g，比CK高出30%，而CCFL處理下可溶性蛋白含量最低，只有13.73 mg/g。

圖3 不同光源處理對(duì)非洲菊組培苗可溶性蛋白含量的影響

2.6 不同光源處理對(duì)非洲菊組培苗根系活力的影響

不同光源處理對(duì)非洲菊組培苗根系活力的影響如圖4所示，LED光源處理下非洲菊組培苗的根系活力最高，達(dá)到3 226.92 ng/(g·h)，比CK高出83%，而CCFL光源處理下根系活力最低，為325.11 ng/(g·h)。

圖4 不同光源處理對(duì)非洲菊組培苗根系活力的影響

3 結(jié)論與討論

近年來(lái)，在市場(chǎng)需求的驅(qū)動(dòng)下，非洲菊的組織培養(yǎng)技術(shù)發(fā)展迅速，目前，可用多種外植體(莖尖、嫩葉、花托等)誘導(dǎo)分化出完整植株，方法也日益簡(jiǎn)便[29]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在植物組織培養(yǎng)中，光照用電約占整個(gè)電費(fèi)成本的65%，是較高的非人力成本之一[5]，本研究利用實(shí)驗(yàn)室自行開發(fā)的紅光/藍(lán)光=7/3的LED和CCFL光源，探討了LED、CCFL和普通熒光燈對(duì)非洲菊組培苗生長(zhǎng)發(fā)育及生理特性的影響，為非洲菊組織培養(yǎng)篩選合適的節(jié)能光源，減少成本，促進(jìn)發(fā)展。

研究結(jié)果表明，紅光/藍(lán)光=7/3的LED和CCFL光源處理下，組培苗葉長(zhǎng)優(yōu)于對(duì)照(熒光燈)處理，在根長(zhǎng)方面，CCFL光源處理下出現(xiàn)最大值，LED次之，均顯著優(yōu)于對(duì)照處理，表明LED和CCFL光源處理有利于組培苗葉片和根的伸長(zhǎng)，這與陳星星等[30-31]對(duì)白掌組培苗的研究結(jié)果一致。葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，其含量直接影響植物光合能力[2]。陳祥偉等[32]利用LED調(diào)制光源，研究了紅光、藍(lán)光、紅光/藍(lán)光(3/1)、紅光/藍(lán)光(7/1)、白光/紅光/藍(lán)光(3/2/1)5個(gè)處理對(duì)烏塌菜光合特性及品質(zhì)的影響，結(jié)果表明葉綠素含量以紅/藍(lán)(7/1)處理最高，且葉綠素總量與紅/藍(lán)光比值呈正相關(guān)。本研究中，紅光/藍(lán)光=7/3的LED和CCFL光源處理下，非洲菊組培苗葉綠素含量均顯著大于熒光燈對(duì)照組，這與唐大為等[33]對(duì)黃瓜幼苗、Ding等[22]對(duì)牡丹的研究一致。此外，本試驗(yàn)結(jié)果還表明，LED光源與CCFL光源相比，葉綠素含量有顯著提高，表明LED相比CCFL更有利于非洲菊組培苗葉綠素的合成與積累?？扇苄缘鞍鬃鳛槎喾N酶的組成成分，在植物生理過(guò)程中發(fā)揮著重要作用，其含量的增加標(biāo)志著植物體旺盛的生命活動(dòng)，楊紅飛等[34]研究表明LED紅藍(lán)復(fù)合光最有利于洋桔梗組培苗中可溶性蛋白含量的增加，在本研究中，紅光/藍(lán)光=7/3的LED光源處理下可溶性蛋白的合成與積累明顯高于普通熒光燈處理，進(jìn)一步證明了LED紅藍(lán)復(fù)合光對(duì)植物中可溶性蛋白形成的作用。邸秀茹等[12]研究表明LED紅光和藍(lán)光組合處理的組培苗根系活力明顯高于白光處理，尤以高紅/藍(lán)配比光處理的組培苗生長(zhǎng)健壯，移栽成活率最高，這一點(diǎn)與本研究結(jié)果一致，紅光/藍(lán)光=7/3的LED光源處理下的非洲菊組培苗根系活力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于熒光燈對(duì)照組。通過(guò)各項(xiàng)指標(biāo)及相關(guān)分析表明，LED光源處理最有利于非洲菊組培苗的生長(zhǎng)發(fā)育，綜合考慮得出LED光源是實(shí)現(xiàn)非洲菊組培苗工廠化生產(chǎn)的最佳光源。

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Effects of Different Light Sources on the Growth of Gerbera jamesonii Plantlets in vitro

WANG Zheng，ZHANG Dandan，LIU Yannan，SHANG Wenqian,HE Dan,HE Songlin*

(College of Forestry,Henan Agricultural University,Zhengzhou 450002,China)

The plantlets ofGerberajamesoniivar.‘Ruikou’invitrowere used as experimental materials to examine the effects of different light sources on their growths.Two different light sources were designed with light emitting diodes(LED) and cold cathode fluorescent lamps(CCFL),compared to the treatment of white fluorescent light(CK).The results showed that the indices of plantletsinvitrounder the LED light source treatment were all significantly higher than other treatments,including the fresh weight of total plant and root,the content of chlorophyll a,b,total chlorophyll and soluble protein,and the root activity.The length of leaf under LED and CCFL treatments was better than that of CK treatment.The length of root under CCFL treatment was longest,and then was LED treatment.The number of root,the fresh weight of shoot and the dry weight of root under LED and CK treatments were significantly higher than that of CCFL treatment.The stomatal area of leaf epidermis under CCFL treatment was greatest.The stomatal density under LED treatment was slightly higher than other treatments.Therefore,the LED light source was the best forGerberajamesoniitissue culture.

LED； CCFL；Gerberajamesonii; plantletsinvitro; tissue culture

2016-03-07

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

王 政(1980-)，男，河南南陽(yáng)人，講師，博士，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(1963-)，男，河南淮陽(yáng)人，教授，主要從事園林植物生物技術(shù)研究。E-mail:hsl213@163.com

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1004-3268(2016)07-0096-05