LED不同光質(zhì)對墨蘭×大花蕙蘭F1代組培苗生長及生理指標(biāo)的影響

張宇歡　李夏媛　王玉英　宋蓮　陳淑英　李枝林

摘 要 以墨蘭‘綠墨素×大花蕙蘭‘世界和平F1代組培苗為試材，采用LED光源不同光質(zhì)配比組合，以普通熒光光源為對照，研究LED光源對組培苗生長及生理指標(biāo)的影響。結(jié)果表明：（1）單色紅光（R）處理下株高、葉長、干重達(dá)到最高值，與對照組CK相比差異顯著，紅藍(lán)復(fù)合光（2RB）有利于促進(jìn)生根；（2）2RB處理下總?cè)~綠素、葉綠素a、類胡蘿卜素含量均最高，且與其他光源處理下差異顯著，紅藍(lán)白復(fù)合光（RBW）照射下，葉綠素b的含量高于其他處理，單色藍(lán)光（B）處理下，葉綠素a/b比值最高；（3）紅藍(lán)復(fù)合光（2RB）有利于組培苗可溶性糖合成；LED白光光源（W）處理下游離氨基酸含量最高，差異顯著（p<0.05）。說明LED不同光質(zhì)對組培苗生長影響明顯，綜合比較各項指標(biāo)，LED紅藍(lán)復(fù)合光（2RB）可作為墨蘭‘綠墨素×大花蕙蘭‘世界和平 F1代組培苗生長的理想光源。

關(guān)鍵詞 LED ；墨蘭 ；大花蕙蘭 ；組織培養(yǎng) ；生長 ；生理指標(biāo)

中圖分類號 S682.31 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2016.09.001

Abstract F1 generation of Cymbidium sinense 'Lvmosu' ×Cymbidium hybridum 'Shijieheping' was used as explant and tissue cultured under different lights of light emitting diodes （LEDs）， with fluorescent lamp as the control to determine the effects of LEDs light qualities on the growth and physiological index of tissue-cultured plantlets. The LEDs lights include red （R）， blue （B） and white （W）. Under the red LEDs ， the tissue cultured plantlets were the highest in physical growth， plant height， leaf length and dry weight， significantly different from others of the control， and the 2RB LEDs promoted rooting of the plantlets. The tissue cultured plantlets under the 2RB LEDs contained the highest total chlorophyll， chlorophyll a and carotenoid content， significantly different from those of other treatments. The plantlets cultured under the RBW LEDs contained higher chlorophyll b than those of other treatments. The chlorophyll a/b was the highest in the plantlets under the B LEDs. The 2RB LEDs promoted soluble sugar synthesis of the plantlets； Under the W LEDs， the free amino acid content was the highest in the plantlets with significant difference（p<0.05）. All these results indicated that different LEDs light quality gave obvious influence on the growth and development of tissue cultured plants， and the 2RB LEDs can be used as an optimal light for tissue culture of F1 generaion of C. sinense 'Lvmosu' ×C. hybridum 'Shijieheping'.

Keywords LED ； Cymbidium sinense ； Cymbidium hybridum ； tissue culture； growth ； physiological indices

光照是地球上各種生物生長發(fā)育的能量與信號來源，動植物的形態(tài)建成與新陳代謝過程與光照關(guān)系密切[1]。它不僅是光合作用的基本能源，而且是植物生長發(fā)育的重要調(diào)節(jié)因子[2]。LED是Light-Emitting Diode的英文縮寫，中文名為發(fā)光二極管，是一種半導(dǎo)體元件[3]，具有節(jié)能、環(huán)保、安全、可靠、適合于易變的環(huán)境等優(yōu)點。LED具有較窄波譜，在±20 nm左右，能被制造出波長正好與植物光合成和光形態(tài)建成相吻合的光譜范圍。因此，LED被認(rèn)為是21世紀(jì)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域最有前景的人工光源[4-6]。

墨蘭（Cymbidium sinense）又名報歲蘭、豐歲蘭、拜歲蘭，蘭科蘭屬的多年生草本花卉，花瓣香氣濃郁、花色多變、葉形獨(dú)特，花期冬季至早春，具有很高的觀賞價值，中國有悠久的栽培歷史[7-8]。大花蕙蘭（Cymbidium grandiflorium）又稱虎頭蘭、喜姆比蘭，是以蘭屬（Cymbidium）部分大花型附生種類多代雜交選育出來的優(yōu)良品種群，已經(jīng)成為五大盆栽蘭花（大花蕙蘭、蝴蝶蘭、石斛蘭、卡特蘭、中國蘭）之一，也是重要的切花蘭花種類之一[9-10]。利用傳統(tǒng)雜交育種技術(shù)，獲得墨蘭×大花蕙蘭 F1代植株，以期選育出具有國蘭的香和洋蘭的艷的蘭花新品系。目前，國內(nèi)外已經(jīng)有利用LED光源對紅芽芋試管苗[11]、番茄幼苗[12]、碧玉蘭×獨(dú)占春組培苗[13]、姜黃[14]、‘夏黑葡萄[15]、洛陽紅[16]等生長發(fā)育影響研究的報道，但對墨蘭‘綠墨素×大花蕙蘭‘世界和平F1代組培苗生長及生理指標(biāo)影響的研究未見報道。因此，本試驗以墨蘭‘綠墨素×大花蕙蘭‘世界和平F1代組培苗為試材，探究LED不同光質(zhì)配比組合對其組培苗生長及若干生理指標(biāo)的影響，以期能找到能耗較低，最適宜組織培養(yǎng)的專用光源，為規(guī)?；a(chǎn)提供理論依據(jù)及參考。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料為墨蘭‘綠墨素×大花蕙蘭‘世界和平F1代組培苗，由云南農(nóng)業(yè)大學(xué)花卉研究所提供。

1.2 方法

1.2.1 前期準(zhǔn)備和LED光源控制系統(tǒng)

本試驗在云南農(nóng)業(yè)大學(xué)花卉研究所LED組培室內(nèi)進(jìn)行。選取生長狀況以及大小基本一致的墨蘭‘綠墨素×大花蕙蘭‘世界和平F1代組培苗轉(zhuǎn)接到生根培養(yǎng)基中，配方為1/2 MS+蔗糖30 g/L +NAA 0.5～1.0 mg/L+6-BA 1.0～1.5 mg/L+香蕉泥30 g/L，pH 5.8，共15瓶，每瓶5株。所有試驗材料均在普通熒光燈下預(yù)培養(yǎng)7 d后轉(zhuǎn)入LED光照室內(nèi)，將預(yù)培養(yǎng)材料進(jìn)行隨機(jī)分組，分別置于7種LED光源區(qū)和1個白色熒光燈對照區(qū)。調(diào)節(jié)電流、占空比及光源與植株的距離，使光強(qiáng)保持一致（64.8 μmol/m2·s）；14 h/d的光照周期。LED光源控制系統(tǒng)由云南電子工業(yè)研究所提供，不同光質(zhì)配比組合如表1所示。其中，白色熒光燈對照組采用40 W的普通照明燈。為保證所有雜交組培苗光強(qiáng)處理基本一致，減小試驗誤差，采用1 cm塑料泡沫板將各處理區(qū)間隔開來。調(diào)節(jié)培養(yǎng)室相對濕度（75±5）%，溫度（25±2）℃。在生根階段培養(yǎng)120 d后，測定各項生長及生理指標(biāo)。

1.2.2 測定指標(biāo)及方法

生長指標(biāo)主要測量植物的株高、根長、根數(shù)、葉長、葉數(shù)，組培苗在LED光照培養(yǎng)120 d后，每個處理區(qū)隨機(jī)抽取5株苗測定；株高、根長、葉長采用卷尺直接進(jìn)行測量，統(tǒng)計葉數(shù)、根數(shù)；將材料稱取10 g放在120℃烘箱殺青20 min，然后降至80℃烘干24 h至恒重，用分析天平測量干重。生理指標(biāo)主要測定葉綠素、可溶性糖、游離氨基酸。葉綠素測定采用分光光度計比色法[17]；可溶性糖含量參照林加涵等[17]蒽酮—硫酸法；游離氨基酸含量測定采用茚三酮顯色法[17]。

1.2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

采用Excel 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，SPSS 20.0進(jìn)行方差分析，采用LSD進(jìn)行多重比較，p<0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同光質(zhì)對墨蘭‘綠墨素×大花蕙蘭‘世界和平F1代組培苗形態(tài)指標(biāo)的影響

由表2可知，不同光質(zhì)處理對組培苗株高、根長、根數(shù)、葉長、葉數(shù)及干重影響的最高值分別與對照值達(dá)到差異顯著（p<0.05）。其中單色紅光（R）處理組培苗的株高、葉長、干重具有最高值，并顯著高于其它處理。紅藍(lán)復(fù)合光（2RB）處理下，根長、根數(shù)達(dá)最大值，而RBW和1RB處理下根長分別排第二和第三位，二者與2RB處理下差異不顯著，根數(shù)在2RB處理下顯著高于對照組處理。在紅藍(lán)綠復(fù)合光（RBG）處理下，組培苗葉數(shù)最多，2RB和 RBW 處理下葉數(shù)分別排第二和第三位，與RBG處理下差異不顯著。在單色藍(lán)光（B）處理下，株高、根長、根數(shù)呈現(xiàn)最低值，均與對照差異不顯著；白光光源（W）處理下葉最短，對照葉數(shù)最少。株高、根長、根數(shù)、葉長、葉數(shù)、干重最高值分別比熒光對照（CK）顯著增加57.59%、85.95%、63.16%、78.10%、60.87%、14.29%（p<0.05），表明了不同光質(zhì)LED燈處理對F1代組培苗生長有顯著影響，其中單色紅光（R）促進(jìn)組培苗地上部分的生長，紅藍(lán)復(fù)合光（2RB）促進(jìn)生根。

2.2 不同光質(zhì)對墨蘭‘綠墨素×大花蕙蘭‘世界和平F1代組培苗色素的影響

由表3可知，紅藍(lán)復(fù)合光（2RB）處理下，組培苗葉片的總?cè)~綠素、葉綠素a、類胡蘿卜素均含量最高，分別為1.585 8、1.264 0、0.327 6 mg/g，其中葉綠素a、類胡蘿卜素在2RB處理下與對照處理差異顯著（p<0.05）。葉綠素a、總?cè)~綠素、類胡蘿卜素的含量變化規(guī)律均為：2RB>RBW>CK>RBG>W>1RB>R>B；紅藍(lán)白復(fù)合光（RBW）照射下，葉綠素b的含量最高，為0.382 7 mg/g，與RBG、CK、W光質(zhì)處理下差異不顯著，葉綠素b的含量變化規(guī)律為：RBW>RBG>CK>W>2RB>1RB>R>B；單色藍(lán)光（B）處理下，葉綠素a/b比值最高，為4.905 3，與對照差異顯著，葉綠素a/b變化情況為：B>2RB>R>CK>RBW>1RB>RBG>W；單色藍(lán)光處理下，葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素、總?cè)~綠素含量均最低。2RB處理下的葉綠素a、總?cè)~綠素及類胡蘿卜素含量分別比熒光對照（CK）增加7.42%、3.80%、14.75%；RBW處理下的葉綠素b含量較熒光對照增加了9.03%。表明了LED紅藍(lán)復(fù)合光（2RB）促進(jìn)組培苗色素合成。

2.3 不同光源對墨蘭‘綠墨素×大花蕙蘭‘世界和平F1代組培苗碳氮代謝的影響

由表4可知，紅藍(lán)復(fù)合光（2RB）處理下，組培苗葉片可溶性糖的含量最高，為1.650 7%；紅藍(lán)復(fù)合光（1RB）處理組培苗可溶性糖的含量較高，為1.305 7%，二者之間差異不顯著；而LED白光光源處理下，組培苗可溶性糖含量最低，為0.580 7%；RBG和RBW處理下，可溶性糖含量相同且均較低，為0.612 0%，二者差異不顯著。可溶性糖的含量變化規(guī)律為：2RB>1RB>R>B>CK>RBG=RBW>W。

LED白光光源（W）處理下，組培苗葉片游離氨基酸的含量最高，為719.065 2 mg/g，且與其他光質(zhì)處理下差異顯著；紅藍(lán)復(fù)合光（2RB）處理下，游離氨基酸含量次之，與對照組（CK）差異顯著；單色紅光（R）處理下，組培苗葉片游離氨基酸的含量最低，為108.111 4 mg/g。游離氨基酸含量的變化規(guī)律為：W>2RB>CK>RBG>1RB>B>RBW>R。

3 討論與結(jié)論

張歡等[18]以蘿卜芽苗菜為材料，發(fā)現(xiàn)紅光處理對蘿卜芽苗菜生長影響顯著；陳光彩[19]研究發(fā)現(xiàn)，紅光可以促進(jìn)香蕉組培苗根系的伸長，光強(qiáng)的增加可以促進(jìn)組培苗莖葉干物質(zhì)的積累；陳星星等[20]以白掌試管苗為試驗材料，結(jié)果表明在80%R+20%B處理下，白掌組培苗的葉長、根數(shù)、最大根長等都達(dá)到最大值。因此，紅藍(lán)復(fù)合光（8R∶2B）更適合白掌組培苗生長；王虹[21]以黃瓜幼苗為材料，發(fā)現(xiàn)與白光相比，單色的紅光、藍(lán)光、綠黃光都抑制了黃瓜植株的生長。本試驗結(jié)果表明：在R處理下，促進(jìn)組培苗地上部增長，而在2RB處理下，促進(jìn)生根；在B處理下，組培苗生長受到抑制，株高、根長、根數(shù)呈現(xiàn)最低值；在2RB處理下，根長和根數(shù)具有最高值，株高在各處理中雖然不是最高的但僅次于最高值，葉數(shù)上與最高值無差異，干重與第二高值無差。因此，在形態(tài)指標(biāo)上2RB處理較適合F1代組培苗的生長。

光合作用是影響植物生長發(fā)育的關(guān)鍵，而植物進(jìn)行光合作用主要色素是葉綠素，故植物體內(nèi)葉綠素含量的多少直接影響光合作用的能力[22-23]。有研究認(rèn)為，紅、藍(lán)光LED組合可以通過增加凈光合速率來提高植物的生長、發(fā)育的根本原因是，紅光與藍(lán)光LED的光譜分布位于葉綠素吸收光譜范圍內(nèi)[24-25]。本研究結(jié)果表明：紅藍(lán)復(fù)合光（2RB）處理下，組培苗葉片總?cè)~綠素、葉綠素a、類胡蘿卜素均含量最高；而紅藍(lán)白復(fù)合光（RBW）照射下，葉綠素b的含量最高。故在混合光（2RB）的照射下，更有利于葉綠素的合成。這與陳穎等[26]研究在LED光質(zhì)50%R+50%B配比處理下，紅掌試管苗葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+b均達(dá)到最大值的結(jié)論一致。同時，本研究結(jié)果表明，單色藍(lán)光處理下，葉綠素a/b比值最高，且葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素、類胡蘿卜素含量均最低，這與劉敏玲[27]研究LED藍(lán)光有利于金線蓮葉綠素a合成不一致，原因可能是不同植物吸收光譜的多少、對光的敏感性、不同植物生長發(fā)育狀態(tài)差異等所致[28]。

植物體內(nèi)可溶性糖和淀粉為光合作用產(chǎn)物，糖類不僅是呼吸作用的重要底物，同時也是形成脂肪、有機(jī)酸、蛋白質(zhì)的最初原料，故糖與植物體內(nèi)的各種代謝均有密切關(guān)系[29]。Shin等[30]研究表明，紅藍(lán)LED復(fù)合光下生長的甜菜，在毛根中產(chǎn)生最高的糖分和淀粉。林碧英等[31]研究紅光（R）處理對豇豆葉片可溶性糖含量的提高效果最佳，藍(lán)光相對于紅光和綠光更有利于豇豆葉片中可溶性蛋白質(zhì)的積累。而本試驗結(jié)果表明：紅藍(lán)復(fù)合光（2RB）處理下，組培苗葉片可溶性糖的含量最高，為1.650 7%；1RB處理組培苗可溶性糖次之，為1.305 7%，這與石鎮(zhèn)源等[32]研究的紅藍(lán)復(fù)合光處理下，促進(jìn)虎雪蘭組培苗體內(nèi)可溶性糖的積累，以及聞永慧等[33]研究二倍體和四倍體白及，紅藍(lán)光1∶1的配比有利于可溶性多糖的積累結(jié)論相一致。

氨基酸是組成蛋白質(zhì)的基本單位，也是蛋白質(zhì)的分解產(chǎn)物。植物根系吸收、同化的氮素主要是以氨基酸和酰胺的形式進(jìn)行運(yùn)輸[17]。王亞沉等[34]研究發(fā)現(xiàn)，藍(lán)光有利于碧玉蘭組培苗游離氨基酸和可溶性蛋白的積累。戴艷嬌等[35]研究發(fā)現(xiàn)，高紅、藍(lán)復(fù)合光（H.RB）處理的蝴蝶蘭組培苗葉片游離氨基酸含量顯著高于其他LED處理，且在單色藍(lán)光處理下均高于單色紅光。蘇俊等[36]研究表明，紅藍(lán)綠配光較熒光，單色紅光和藍(lán)光更有利于煙草幼苗游離氨基酸的生成，促進(jìn)氮素代謝變化，加速煙草組培苗對氮素的吸收、運(yùn)轉(zhuǎn)和同化。本研究結(jié)果表明：LED白光光源（W）處理下，組培苗葉片游離氨基酸的含量最高，為719.065 2 mg/g；2RB處理下次之，514.154 9 mg/g；單色紅光處理下，含量最低，為108.111 4 mg/g；與前人的研究并不相符。這可能是因為不同光質(zhì)對不同種類的植物、不同植物生長狀態(tài)影響效果不一樣，表現(xiàn)出光質(zhì)的復(fù)雜性[32]，具體原因有待進(jìn)一步研究。

綜合比較以上各個生長及生理指標(biāo)，LED復(fù)合光比單色光更有利于組培苗的生長以及物質(zhì)積累。本研究結(jié)果表明，LED紅藍(lán)復(fù)合光（2RB）處理下，組培苗生長發(fā)育較熒光燈處理表現(xiàn)出明顯的優(yōu)越性，故2RB可作為墨蘭‘綠墨素×大花蕙蘭‘世界和平 F1代組培苗生長的理想光源。

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