不同光質(zhì)對珊瑚姜組培苗生長的影響

駱娜 張小霞 楊麗嬌 王小菁 孫姝蘭

摘 要 紅光和藍光是植物進行光合作用和光形態(tài)建成的主要光質(zhì)，不同植物對紅光和藍光光質(zhì)配比的需求有所差異。本研究采用發(fā)光二極管（LED）輻射產(chǎn)生的不同光質(zhì)，探究不同光質(zhì)對珊瑚姜愈傷組織誘導、芽增殖及組培苗生長發(fā)育的影響。結(jié)果表明，在愈傷組織誘導階段，黑暗和紅光的條件更利于珊瑚姜愈傷組織的誘導和生長，二者沒有顯著性差異。不同光質(zhì)下珊瑚姜愈傷組織誘導率從高到低依次為黑暗>紅光>白光>藍光、紅藍組合光，為節(jié)能省電，建議使用黑暗條件誘導珊瑚姜愈傷組織。在珊瑚姜芽增殖階段，紅藍組合光下珊瑚姜芽增殖系數(shù)最高，紅光次之。相比白光，紅光會促進珊瑚姜組培苗長高，而藍光使苗矮化。但紅光條件下，幼苗生長狀態(tài)較柔弱。紅藍組合光和白光條件下，幼苗較為健壯。因此，建議使用低耗能、低散熱、壽命長的LED 紅藍組合光替代普通白熾燈作為珊瑚姜芽增殖培養(yǎng)的光源。該研究結(jié)果為LED系統(tǒng)在珊瑚姜的規(guī)?；a(chǎn)中的應用提供參考。

關(guān)鍵詞 珊瑚姜；光質(zhì)；愈傷誘導；芽增殖；組培苗

中圖分類號 S123 文獻標識碼 A

Abstract Red and blue light are the most important lights for photosynthesis and photomorphogenesis of plants. Lights with different ratio of red and blue light are required for different plants. This study was conducted to investigate the effects of different LED light qualities on callus induction， shoots multiplication and plantlets growth of Z. corallinum Hance. The results showed that both dark and red light had good effects on callus induction and growth， and there was no significant difference between these two light condition. The callus induction rate of Z. corallinum Hance under different light quality could be listed from high to low as dark， red light， white light， and red combined blue light or blue light. For energy saving， dark condition is recommended to be used in the induction of Z. corallinum Hance callus. At the stage of shoots multiplication， the proliferation coefficient under red combined blue light was the highest， followed by red light. The plantlets height was promoted under red light， while reduced under blue light， compared to the white light. The plantlets became more healthy under the conditions of red combined blue light or white light than under red light. Therefore， the low-energy， low-heat， long-life LED with red combined blue light is recommended to replace the ordinary incandescent lamp as the light source of Z. corallinum Hance shoots multiplication and plantlets growth. The results would provide a reference for the application of LED system in the large-scale production of Z. corallinum Hance.

Key words Zingiber corallinum Hance； light quality； callus induction； shoots multiplication； plantlets

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2018.04.006

珊瑚姜（Zingiber corallinum Hance）是姜科姜屬植物，主要分布在我國云南、廣西、廣東、貴州等地，是極好的園林布置材料和插花配材[1]，還是集醫(yī)藥、化工和觀賞價值為一體的重要植物資源。珊瑚姜的藥用價值較高，其精油有抑菌作用，是一種理想的空氣消毒劑及植物源農(nóng)藥，其根莖可入藥，具有消腫、解毒、抗菌的功能[2]。在畜牧業(yè)中，珊瑚姜提取物能降低料比，提高仔豬飼料利用效率[3]。珊瑚姜在自然狀態(tài)下萌發(fā)率很低，幼苗生長慢，根莖繁殖率也很低，不利于大規(guī)模生產(chǎn)。因此，穩(wěn)定高效的珊瑚姜組織培養(yǎng)與快繁技術(shù)體系為規(guī)模生產(chǎn)提供技術(shù)支持尤為重要。

溫度、光照、水肥、土壤等環(huán)境因素等均影響植物生長，其中光照是植物生長發(fā)育和產(chǎn)量形成的驅(qū)動力。光對植物組織培育的調(diào)控主要體現(xiàn)在人工光源的選擇，包括光質(zhì)、光照強度、光周期。不同波長的光作為一種可調(diào)控的物理因子已廣泛地應用于植物組織培養(yǎng)過程中的形態(tài)發(fā)生、生長控制、光形態(tài)建成及其各種反應機制的研究[4]。LED光源與傳統(tǒng)的熒光燈相比，其具有能效高、散熱量低、光譜光強可調(diào)、光電轉(zhuǎn)換效率高、壽命長等優(yōu)點，更有利于組培苗的生長[5]。其中光質(zhì)對植物的生長、物質(zhì)代謝、基因表達和光形態(tài)建成均具有調(diào)控作用。潘瑞熾等[6]的研究表明，光合作用的有效波長在400～700 nm之間，其中425～490 nm（藍光）及610～700 nm（紅光）對光合作用貢獻最大，而520～610 nm（綠光）被植物吸收的比率很低。因此，光質(zhì)研究一般設(shè)定紅光、藍光和紅藍組合光為研究對象。在對大花蕙蘭和菊花的研究中發(fā)現(xiàn)，紅藍組合光的條件更適合組培苗的生長[7-8]。

發(fā)光二極管（light-emitting diode， LED）是一種能發(fā)光的半導體電子元件，具有制作成本低、節(jié)能環(huán)保、壽命長、波長固定、光效高等特點[9]，具備產(chǎn)業(yè)化替代傳統(tǒng)光源的潛力，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面具有良好的前景[10]。在此之前，未見有報道探究關(guān)于不同光質(zhì)對珊瑚姜組培苗生長的影響。本研究利用初步建立的珊瑚姜組培苗再生體系，采用發(fā)光二極管作為光源，利用具有特定波長的單一光質(zhì)和組合光質(zhì)，研究不同光質(zhì)對珊瑚姜組培苗誘導、增殖和分化等影響，以期找出珊瑚姜組織培養(yǎng)最適光質(zhì)，為提高珊瑚姜增殖效率提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試驗材料 試驗在LED光照培養(yǎng)室進行，培養(yǎng)溫度為（25±2）℃。供試材料為野生型珊瑚姜（由華南師范大學生命科學學院王英強教授惠贈），采自廣東省惠州市龍門縣桂峰山（位于114°00' 377"E，23°19' 678"N，海拔385 m）。

1.1.2 光源 以普通白熾燈（白光）360～750 nm為對照，采用固定波長的紅光、藍光和紅藍組合光為光源，其中紅光波峰為625 nm、藍光波峰為425 nm，紅光∶藍光=7∶3（625 nm/425 nm），光照強度設(shè)置為50 mol.m-2.s-1。所有的LED光源購自惠州市純英半導體照明科技有限公司。測試儀器為遠方PMS-50系統(tǒng)，由杭州遠方光電公司制造。

1.1.3 培養(yǎng)基 MS基本培養(yǎng)基為MS（Murashige-Skoog）加3%（w/V）蔗糖和0.75%（w/V）瓊脂，pH 5.8。珊瑚姜種子萌發(fā)培養(yǎng)基為MS基本培養(yǎng)基。珊瑚姜愈傷組織誘導培養(yǎng)基為MS+2，4-D 1.0 mg/L+6-BA 0.5 mg/L，芽誘導培養(yǎng)基為MS+6-BA 1.0 mg/L+NAA 0.5 mg/L，121 ℃高壓滅菌20 min。

1.2 方法

1.2.1 種子萌發(fā) 從珊瑚姜植株上采下成熟、自然開裂的蒴果，經(jīng)過消毒沖洗后，接種在MS基本培養(yǎng)基上進行暗培養(yǎng)。

1.2.2 愈傷組織的誘導 芽誘導實驗以種子萌發(fā)后的下胚軸為外植體。將下胚軸接種在芽誘導培養(yǎng)基上誘導叢芽形成。誘導形成的叢芽用來作為后續(xù)的莖基部誘導芽增殖（愈傷誘導實驗）。將珊瑚姜莖基部接種到愈傷誘導培養(yǎng)基上，放置于普通白熾燈和不同光質(zhì)的LED燈下培養(yǎng)，光照時間12 h/d，以暗培養(yǎng)為對照，得到的愈傷每隔30 d繼代1次，共繼代1～3次，繼代培養(yǎng)基與愈傷誘導培養(yǎng)基的配方相同。

1.2.3 芽增殖 將1.2.2中得到的叢芽切成單芽，留下莖基部接種在培養(yǎng)基上，分別置于不同光質(zhì)的LED燈下培養(yǎng)，并以普通白熾燈為對照，光照時間16 h/d。

1.2.4 生根與馴化 將誘導出的珊瑚姜叢芽切成單芽，接種芽增殖培養(yǎng)基上，因組培苗在芽增殖培養(yǎng)基上可以自然生根，故不需轉(zhuǎn)接在專門的壯苗生根培養(yǎng)基上生根。將根系發(fā)達、生長狀況良好的珊瑚姜組培苗（高度約6 cm）移出組培室，打開瓶蓋在實驗室通風和散射光下煉苗3～4 d后，用鑷子輕輕取出組培苗，洗去基部殘留的培養(yǎng)基，移栽到培養(yǎng)室以營養(yǎng)土（購自廣州市東朕園藝有限公司）作基質(zhì)的花盆內(nèi)。在起初的1周內(nèi)，每天澆1次水，之后，每3d澆1次。20 d后觀察苗的生長狀況并統(tǒng)計成活率。

1.3 測定指標與數(shù)據(jù)處理

培養(yǎng)結(jié)束后，測量試管苗基部到頂芽的距離作為株高，株高為每重復測定20株苗（重復3次）。統(tǒng)計每株的根長、根的數(shù)目和葉片數(shù)目，計算其平均值。其他指標計算公式為：愈傷組織誘導率=（形成愈傷的外植體數(shù)/接種的外植體總數(shù)）×100%；芽增殖誘導率=（誘導生芽的外植體數(shù)/接種外植體總數(shù)）×100%；芽增殖系數(shù)=再生不定芽數(shù)/再生外植體數(shù)；移栽成活率=（成活的植株數(shù)目/移栽的總植株數(shù)目）×100%。數(shù)據(jù)采用SPSS軟件進行方差分析和多重比較分析（Duncans法），用Microsoft Excel軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同光質(zhì)對珊瑚姜愈傷組織誘導的影響

在不同的光質(zhì)下誘導珊瑚姜愈傷組織，發(fā)現(xiàn)其誘導率存在著顯著差異。誘導出愈傷組織的時間在紅光與暗處理條件下最短，均在10 d后珊瑚姜莖基部開始膨大，15 d后逐漸有黃綠色愈傷組織形成，并且誘導率最高，分別為47.92%和55.16%（圖1）。白光條件下，珊瑚姜愈傷組織誘導時間明顯延后，15 d莖基部才逐漸膨大，20 d后愈傷組織才逐漸形成，誘導率僅為11.69%（圖1）。而藍光與紅藍組合光（紅光∶藍光=7∶3）下所有莖基部外植體均發(fā)生組織褐化、壞死，均不能誘導出愈傷組織。因此，愈傷組織誘導率從高到低依次為黑暗>紅光>白光>藍光、紅藍組合光，說明藍光不利于珊瑚姜的愈傷誘導組織形成。

2.2 不同光質(zhì)對珊瑚姜愈傷組織品質(zhì)影響的差異

不同光質(zhì)下的愈傷組織不僅在愈傷組織誘導時間和愈傷組織誘導率上存在差異，而且愈傷組織品質(zhì)也存在明顯差異。如圖2所示，白光下誘導的愈傷組織顏色渾濁、生長緩慢，不適宜用作下一步的增殖分化實驗材料；紅光下誘導的愈傷組織顏色略顯黃綠，質(zhì)地較致密，生長略慢，較適合增殖分化；而暗處理誘導的珊瑚姜愈傷組織顏色淺黃透明，質(zhì)地較為疏松，生長較快，適于進一步增殖分化。

2.3 不同光質(zhì)對珊瑚姜芽誘導及芽增殖系數(shù)的影響

在探究不同光質(zhì)對珊瑚姜芽增殖的實驗中，發(fā)現(xiàn)不同光質(zhì)對珊瑚姜芽增殖的影響也有一定的差異。珊瑚姜莖基部外植體在白光、紅光、紅藍組合光、藍光4種不同光質(zhì)下的芽誘導率沒有顯著差異，分別為（58.33±1.67）%、（65.00±1.67）%、（57.14±1.43）%、（68.33±8.33）%。但是不同光質(zhì)對芽增殖系數(shù)的影響差別較大，白光、紅光、藍光、紅藍組合光下的總芽增殖系數(shù)分別為2.74±0.74、4.43±0.04、2.95±0.51、5.18±0.58（表1）。其中，紅藍光組合下的芽增殖系數(shù)最大，與白光相比提高了89.05%；單一的紅光對芽增殖也有明顯的促進作用，相比白光提高了61.69%；藍光下的芽增殖系數(shù)最小，與白光下的芽增殖系數(shù)無明顯差異。由于0.5 cm以上的芽更利于繼代培養(yǎng)，于是我們進一步統(tǒng)計0.5 cm以上的芽增殖系數(shù)。結(jié)果顯示，白光、紅光、紅藍組合光、藍光4種不同光質(zhì)下大于0.5 cm的芽增殖系數(shù)分別為1.64±1.64、3.38±0.38、4.82±0.01、2.28±0.84，分別占總芽增殖系數(shù)的59.85%、76.30%、93.05%、77.29%。綜上，說明紅光、紅藍組合光均能促進珊瑚姜的芽增殖，且紅藍組合光的促進作用更顯著。

2.4 不同光質(zhì)對珊瑚姜芽增殖生長狀態(tài)的影響

從表2可知，不同光質(zhì)不僅影響珊瑚姜芽誘導率和芽增殖系數(shù)，而且誘導出來的芽的生長狀態(tài)也有所區(qū)別。相比在白光條件下芽的狀態(tài)，紅光條件會促進珊瑚姜植株高度，而藍光會抑制芽的株高，紅藍組合光下芽的株高與白光下的無明顯差異。此外，統(tǒng)計不同光質(zhì)下珊瑚姜的葉片數(shù)目發(fā)現(xiàn)不同光照對葉片數(shù)目的影響沒有達到顯著性水平。白光下珊瑚姜的葉片數(shù)目較多，紅藍光組合和藍光次之，紅光下最少。

對幼苗的整體生長狀態(tài)觀察發(fā)現(xiàn)（圖3），紅藍組合光和白光下珊瑚姜的葉較大，幼苗較健壯。紅光處理條件下葉片細長，幼苗較柔弱。而藍光條件下葉片較小，幼苗較矮較柔弱。綜上，說明藍光會抑制珊瑚姜幼苗的生長，不利于葉片的生長。紅光則能促進珊瑚姜植株增高，但葉片細長，幼苗較柔弱。而白光和紅藍組合光下珊瑚姜幼苗株高適中，葉片較大，幼苗較健壯，更適合下一步進行馴化煉苗。

2.5 不同光質(zhì)對珊瑚姜根系生長及馴化移栽的影響

不同光質(zhì)處理下的珊瑚姜組培苗在芽增殖培養(yǎng)基上培養(yǎng)50 d后均能夠自然生根，且不同光質(zhì)下對珊瑚姜平均生根數(shù)目的影響差異不顯著（表2）。但在紅光條件下根的長度相比白光條件下顯著增加，為9.77 cm。而紅藍光組合光、藍光下的珊瑚姜根長與白光條件下相比，均沒有顯著性差異，分別為5.12、5.83、5.68 cm。說明紅光能促進珊瑚姜根的生長。

選擇植株高于3 cm的組培苗進行馴化移栽，半個月后觀察并統(tǒng)計幼苗成活率。發(fā)現(xiàn)不同光質(zhì)處理后的珊瑚姜幼苗的成活率均達到100%，沒有顯著性差異。

3 討論

愈傷組織培養(yǎng)是植物離體培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)。研究發(fā)現(xiàn)，不同物種的愈傷組織誘導對光質(zhì)的需求不同。如陳博等[11]發(fā)現(xiàn)藍光相比紅光及白光，更有利于喜樹愈傷組織的誘導。但在辣椒愈傷組織誘導研究中，黃麗華等[12]發(fā)現(xiàn)紅光和白光能促進辣椒子葉愈傷組織的誘導。而劉浩等[4]在蘿卜愈傷組織誘導研究中發(fā)現(xiàn)黃光有利于蘿卜下胚軸愈傷組織。本實驗發(fā)現(xiàn)，紅藍組合光、單色藍光和白光均不利于珊瑚姜愈傷組織的誘導，黑暗和單色紅光則能促進愈傷組織的生長。其愈傷組織誘導率從高到低依次為黑暗>紅光>白光>藍光、紅藍組合光。說明黑暗和單色紅光條件更利于珊瑚姜愈傷組織的誘導。因此，說明不同光質(zhì)對愈傷組織誘導的效應因植物種類不同而存在差異。

在植物組織培養(yǎng)芽增殖階段，幼苗的株高是植物組培苗的一項重要指標，本研究發(fā)現(xiàn)，單色紅光能促進珊瑚姜植株增高，而藍光抑制幼苗株高。Schuerger等[13]發(fā)現(xiàn)紅光對芽與莖的伸長及對光敏色素的響應反應有著重要作用，任桂萍等[14]在蝴蝶蘭組織培養(yǎng)中發(fā)現(xiàn)紅光有利于蝴蝶蘭單芽株高的增加，而藍光則抑制蝴蝶蘭單芽的株高。李杰等[15]發(fā)現(xiàn)金線蓮在紅光處理下的株高顯著高于其他光質(zhì)下的處理，而藍光不利于金線蓮組培苗的生長。Moreira等[16]報道文心蘭的組培苗在藍光下培養(yǎng)，其節(jié)間長度及株高均降低。說明紅光和藍光對不同物種生長影響之間存在共性。不同的植物其紅/藍光受體與隱花色素之間存在協(xié)同交互效應，從而促進或者抑制其莖的生長[17]。然而李杰等[15]發(fā)現(xiàn)純紅光處理東源金線蓮的株高顯著高于其他處理。王亞沉等[18]在研究光質(zhì)對根生長的影響時發(fā)現(xiàn)紅藍組合光（R2B1）處理的碧玉蘭組培苗根長最長，紅光處理的碧玉蘭組培苗根長次之。蘇俊等[19]發(fā)現(xiàn)紅藍綠（RBG）和紅藍白（RBW）光質(zhì)對煙草組培苗植株根長的促進效果均顯著優(yōu)于其他組合光、 單色光和白光處理。不同光質(zhì)對不同物種根生長的影響存在差異。而在本研究中發(fā)現(xiàn)，紅光顯著利于珊瑚姜根的生長。可能是由于紅光通過光合作用積累淀粉，儲存于根系中，從而促進珊瑚姜根系生長[20]。

在植物組織培養(yǎng)的芽增殖方面，普遍發(fā)現(xiàn)單一光質(zhì)對不定芽生長情況不利，紅藍組合光在芽增殖和組培苗生長方面均有良好成效。楊長娟等[21]以切花洋桔梗組培苗為實驗材料，發(fā)現(xiàn)，紅藍組合光（紅光：藍光=2：1）處理的組培苗增殖量最高，藍光處理的組培苗增殖量最低。王亞沉等[18]在光質(zhì)對碧玉蘭的芽生長影響實驗中發(fā)現(xiàn)，紅藍組合光（紅光∶藍光=2∶1）處理最有利于碧玉蘭組培苗的生長。李杰等[15]發(fā)現(xiàn)金線蓮的增殖系數(shù)在R8B2處理下最大，紅光合R2B8處理次之。說明紅光對植物的芽增殖具有普遍的促進作用，但對于不同植物所需紅光的比例卻存在著差異。本研究得出的結(jié)果與以上不同光質(zhì)對其植物的組織培養(yǎng)的影響的結(jié)果相似一致。原因可能是由于紅藍光組合條件下對光敏色素和隱花色素的交互作用更利于植物對光的響應，但具體作用機制有待進一步驗證。

本研究發(fā)現(xiàn)在愈傷組織誘導階段，黑暗和紅光更利于珊瑚姜愈傷組織的誘導和生長，二者沒有顯著性差異。為節(jié)能省電，建議使用黑暗條件誘導珊瑚姜愈傷組織。在珊瑚姜芽增殖階段，相比白光，紅藍組合光和紅光對珊瑚姜芽增殖更有利，藍光會抑制珊瑚姜芽的增殖，其中，紅藍組合光對珊瑚姜芽增殖的效果最好。相比白光，紅光會促進珊瑚姜組培苗長高，而藍光使苗矮化。但紅光條件下，幼苗生長狀態(tài)較柔弱，紅藍組合光和白光條件下，幼苗較為健壯。綜上，紅藍組合光對珊瑚姜組培苗的芽增殖均優(yōu)于其他光質(zhì)，芽的生長狀態(tài)優(yōu)于單色光，并與白光條件沒有顯著差異。因此，建議使低耗能、低散熱、壽命長的LED紅藍組合光替代普通白熾燈作為珊瑚姜芽增殖培養(yǎng)的光源。

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