LED不同光質(zhì)對蘭花‘霞光’組培苗生長及生理特性的影響

李夏媛 王玉英 蘇暢 茅云楓 李枝林

摘 要 以蘭花‘霞光組培苗為試驗(yàn)材料，采用LED光源發(fā)射的單色光譜紅光（R）、藍(lán)光（B）、綠光（G）和白光（W）等不同光質(zhì)的配比組合光對組培苗進(jìn)行處理，以熒光燈為對照（CK），研究不同光質(zhì)對蘭花‘霞光組培苗生長和生理特性的影響。結(jié)果表明：（1）與CK相比，紅藍(lán)綠復(fù)合光（RBG）、單色紅光（R）和紅藍(lán)復(fù)合光（1RB）對組培苗的株高、葉長、葉數(shù)、根長、根數(shù)等有影響，但與對照差異并不顯著；1RB處理下植株的干重顯著高于CK。（2）與CK相比，在白光光源（W）下，植株的可溶性蛋白含量最高，但與對照差異并不顯著；在不同光質(zhì)處理下，可溶性糖含量差異不顯著。（3）紅藍(lán)白復(fù)合光（RBW）處理下，‘霞光組培苗葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素的含量最高，顯著高于其他處理。相比之下，LED紅藍(lán)白復(fù)合光（RBW）處理下的‘霞光組培苗長勢最好，可替代普通熒光燈光源，作為‘霞光組培苗生長的理想光源。

關(guān)鍵詞 LED光質(zhì) ；蘭花‘霞光 ；組織培養(yǎng) ；生長 ；生理特性

中圖分類號 S682.31 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2016.05.013

Abstract Effects of light quality on physiological characteristics and growth of Cymbidium‘xiaguangplantlets was studied with the different wave length and ratio of light emitting diodes （LEDs） and contrasting with fluorescent lamp （CK） light. The results showed that Red-Blue-Green （RBG）、Red （R） and 1Red-Blue （1RB） light have effect on height、leaf length、leaf number、root length、number of root compared with the CK light，but the differences are not significant. Compared with the CK light， the soluble protein content was highest，but not significantly than CK light treatments under White （W） light. Cymbidium‘xiaguanghas higher Chlorophyll a、chlorophyll b and carotenoid， and significantly higher than other treatments. In comparison，RBW light has obvious effect on growth and metabolic of tissue of Cymbidium‘xiaguang， so LED light system would be the best light source for production.

Keywords LED light quality ； Cymbidium‘xiaguang； tissue culture ； growth ； physiological characteristics.

光在植物生長過程中起著至關(guān)重要的作用，不同的光質(zhì)組合對植物的生長發(fā)育狀況有不同的影響[1-2]。植物組培所需要的光主要來源于電光源，傳統(tǒng)電光源對植物的生物能效極低并且發(fā)熱量大，用電占整個(gè)電費(fèi)成本的65%[3]左右，是植物組織培養(yǎng)中最高的非人力成本之一[4]。LED是發(fā)光二極管的簡稱，是半導(dǎo)體二極管的一種，是一種高效、節(jié)能的新型組培光源，它的優(yōu)點(diǎn)之一是可控性好，可以根據(jù)不同的需要對光源進(jìn)行調(diào)整，節(jié)約能源。因此，在植物組織培養(yǎng)中采用不同的LED光質(zhì)組合及配比照明，不僅能夠調(diào)控植物的生長發(fā)育和形態(tài)建成、縮短培養(yǎng)周期、提高品質(zhì)，而且能夠大大降低能耗，節(jié)約成本[5]。

LED在植物組織培養(yǎng)中的應(yīng)用是在LED技術(shù)發(fā)展和植物組織培養(yǎng)環(huán)境調(diào)控的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的[3，6]。在國內(nèi)外，LED已被應(yīng)用于許多植物的光合生理研究，如光合作用[7]、葉綠素合成[8]、光形態(tài)建成[9]、植物栽培[10]等。目前在虎雪蘭[11]、菊花[12]、洋桔梗[13]、煙草[14]、紫皮石斛[15]、白及[16]、金線蓮[17]等組培苗上已有相關(guān)報(bào)道，并且在番茄[18]、魚腥草[19]、韭菜[20]等幼苗上也有相關(guān)報(bào)道。蘭花‘霞光[21]是由西藏虎頭蘭‘黃素花（Cymbidium tracyanum L. Castle）（作為母本）和大雪蘭（Cymbidium mastersii）（作為父本）雜交選育而成的蘭花新品種。有關(guān)LED不同光質(zhì)配比組合對‘霞光組培苗生長及其生理特性的研究尚未見報(bào)道。因此，本研究采用LED光源發(fā)射的幾種單色光譜（紅光、藍(lán)光、白光和綠光）進(jìn)行不同光質(zhì)配比組合，比較不同光質(zhì)處理下，‘霞光組培苗生長和生理特性方面的差異，為組培苗的規(guī)?；a(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)材料為‘霞光組培苗，生根培養(yǎng)基配方為1/2 MS+蔗糖30 g/L+花寶4號1 g/L+NAA （0.5～1.0）mg/L+6-BA（0.5～1.0）mg/L，pH 5.8，培養(yǎng)室相對濕度（75±5）%，溫度（25±2）℃，在生根階段培養(yǎng)70 d，測定各項(xiàng)生長以及生理指標(biāo)。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

通過對相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行查閱，本研究擬將熒光燈作為對照，比較LED不同光質(zhì)處理下的‘霞光組培苗的生長和生理特性，篩選出適宜‘霞光組培苗生長的光源。LED光質(zhì)控制系統(tǒng)如表1所示，將生根階段的組培苗預(yù)培養(yǎng)7 d，之后將其隨機(jī)分成8組，每組12瓶，每瓶5株苗，分別置于7種LED光源區(qū)和1種熒光區(qū)（對照）。調(diào)節(jié)植株與光源之間的高度，使光強(qiáng)基本一致（800 lx）；光照周期調(diào)整為14 h/d，熒光光源為40 W的普通照明燈。各處理區(qū)間用1 cm的厚紙殼隔離，盡量使所有處理區(qū)瓶苗上表面的光強(qiáng)保持一致。

1.2.2 測定指標(biāo)與方法

（1）生長指標(biāo)。待生根階段培養(yǎng)的蘭花‘霞光組培苗在各光質(zhì)下生長70 d后，分別測量其株高、根長、根數(shù)、葉長和葉片數(shù)等。株高是從植株基部開始到最長葉片的長度，葉長是葉尖至葉痕處的長度，根長是從根頸直至根尖處的長度，以上指標(biāo)都用直尺測量。最后，分別稱取10 g材料于120 ℃烘箱中殺青20 min，然后將溫度調(diào)至80℃，并把材料烘干24 h至恒重，用分析天平稱重。

（2）生理指標(biāo)。葉綠素含量采用比色法[22]測定；可溶性蛋白質(zhì)含量采用考馬斯亮藍(lán)法[23]測定；可溶性糖含量采用蒽酮-乙酸乙酯比色法[24]測定。

1.3 數(shù)據(jù)分析

用Excel 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，用DPS進(jìn)行方差分析，用LSD法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同光質(zhì)對‘霞光組培苗植株生長的影響

不同光質(zhì)對‘霞光組培苗株高、根長、根數(shù)、葉長、葉數(shù)及干重等的影響見表2。由表2可以看出，各光質(zhì)對‘霞光組培苗株高的影響差異都不顯著，但對干重的影響差異顯著（p< 0.05）。R處理下的根長和根數(shù)分別與2RB處理下的根長和RBG、B、W處理下的根數(shù)差異顯著，但與CK處理均無顯著差異。RBG處理下的葉長、葉數(shù)值最高，分別為11.82 cm和8.48 片，分別與B處理下的葉長和W處理下的葉數(shù)差異顯著。株高、根長、根數(shù)、葉長、葉數(shù)及干重在各LED光質(zhì)處理區(qū)的最高值分別比熒光燈（CK）增加了15.34%、24.28%、46.97%、13.37%、30.46%、25.00%。

2.2 不同光質(zhì)對‘霞光組培苗葉綠素含量的影響

不同光質(zhì)處理對‘霞光組培苗葉綠素含量的影響差異顯著（表3）。RBW處理的‘霞光組培苗葉綠素a、b及類胡蘿卜素的含量最高，分別為0.677、0.448 、0.063 mg/g，而R、1RB、B處理下的葉綠素含量較低，顯著低于對照。其中，RBW處理下的葉綠素a、b及類胡蘿卜素含量分別比熒光（CK）增加了60.81%、74.31%、36.96%（p<0.05）。

2.3 不同光質(zhì)對‘霞光組培苗可溶性糖、蛋白含量的影響

由圖1-A可以看出，在不同光質(zhì)處理下，‘霞光組培苗的可溶性糖含量差異不顯著，但在RBW處理下，可溶性糖含量最高。

植物組織中可溶性蛋白含量的測定對于了解植物的代謝過程有一定意義。LED不同光質(zhì)對‘霞光組培苗葉片可溶性蛋白含量有顯著影響。如圖1-B所示，LED白光光源（W）處理下的組培苗葉片可溶性蛋白含量最高，但與RBG、R、1RB、RBW和CK處理差異不顯著，與B和2RB處理差異顯著。其中，白光光源（W）處理的‘霞光組培苗葉片可溶性蛋白含量分別較RBW、CK、RBG、R、1RB、B和2RB處理高48.03%、49.43%、68.05%、96.64%、133.17%、153.36%和211.98%。

3 討論與結(jié)論

劉文科等[25]以豌豆為試驗(yàn)材料，研究發(fā)現(xiàn)，藍(lán)光與紅藍(lán)光對提高豌豆苗地上部分生物量有顯著促進(jìn)作用。劉曉英等[26]用萵苣作試驗(yàn)材料，結(jié)果表明，光質(zhì)能夠顯著影響葉用萵苣的品質(zhì)。劉敏玲等[17]以金線蓮為材料，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，紅光與綠光均有利于金線蓮株高的增長，而藍(lán)光有利于植株葉片的增長和葉綠素含量的增加?？梢?，不同光質(zhì)對植物的生長發(fā)育有顯著影響。Moreira 等[27]研究發(fā)現(xiàn)，藍(lán)光抑制Azorinavidalii葉片擴(kuò)大，并降低植株高度。杜洪濤等[28]的研究也發(fā)現(xiàn)，藍(lán)光對作物莖的生長有抑制作用。本研究發(fā)現(xiàn)，在RBG處理下，組培苗的株高、葉長、葉數(shù)值均達(dá)到最大，但與CK處理差異不顯著。在R處理下，組培苗的根長最長，根數(shù)最多；CK處理下的根長較長、根數(shù)較多，R和CK處理下的根長、根數(shù)差異均不顯著。單色藍(lán)光（B）處理下的株高、根數(shù)、葉長、葉數(shù)雖然與對照處理無顯著差異，但在其余各處理中均為最低值，說明藍(lán)光對‘霞光組培苗的生長有一定的抑制作用。

光合色素具有吸收、傳遞和轉(zhuǎn)換光能的作用，是植物進(jìn)行光合作用的物質(zhì)基礎(chǔ)，光合色素含量的多少直接影響著光合作用的速率[29]。葉綠素a主要吸收波長為640～660 nm的紅橙光，葉綠素b主要吸收波長為430～450 nm的藍(lán)紫光，LED發(fā)射的單色紅光光譜和藍(lán)光光譜分別與葉綠素a和葉綠素b吸收的光波長相匹配[30]。本研究結(jié)果表明，RBW處理下，‘霞光組培苗的葉綠素a、葉綠素b及類胡蘿卜素含量最高，顯著高于其它光質(zhì)處理，這與郭瑩等[31]的研究結(jié)果相一致。王丹等[32]的研究發(fā)現(xiàn)，碧玉蘭×獨(dú)占春組培苗在單色紅光（R）處理下的葉綠素a、葉綠素b含量最低。但本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在單色藍(lán)光（B）處理下，組培苗葉綠素a、葉綠素b的含量最低，這與其它一些相似植物的試驗(yàn)結(jié)果不完全一致，主要原因可能是由于不同種類或品種的植物對不同光質(zhì)的吸收程度和比例不同，或者是由于不同植物或同一植物在不同發(fā)育時(shí)期以及長期適應(yīng)某種生態(tài)環(huán)境的過程中形成了各自的生理特性；與此同時(shí)，植物對光環(huán)境改變的反應(yīng)有明顯的再適應(yīng)和自我調(diào)節(jié)能力，以防止生長受阻，從而表現(xiàn)出對不同光質(zhì)反應(yīng)的復(fù)雜性；除此之外，也可能與植物的生長狀態(tài)（活體與離體）不同有關(guān)[12，30]。

可溶性糖是光合作用的直接產(chǎn)物，同時(shí)也是植物體內(nèi)有機(jī)物質(zhì)合成的碳架和能量來源，因此可溶性糖含量的變化反映了該植株?duì)I養(yǎng)代謝的狀況。石鎮(zhèn)源等[11]研究發(fā)現(xiàn)，R（紅）∶B（藍(lán)）=1∶1處理下的虎雪蘭組培苗可溶性糖含量最高。王婷等[33]研究結(jié)果表明，R（紅）∶B（藍(lán)）∶Y（黃）=7∶2∶1處理顯著提高了不結(jié)球白菜可溶性糖含量，有利于干物質(zhì)的積累。王丹等[32]發(fā)現(xiàn)，藍(lán)光處理的碧玉蘭×獨(dú)占春組培苗可溶性糖含量顯著高于對照，說明藍(lán)光有利于其可溶性糖的積累。本研究發(fā)現(xiàn)，在紅藍(lán)白復(fù)合光（RBW）處理下，‘霞光組培苗的可溶性糖含量最高，最有利于干物質(zhì)的積累；在單色紅光（R）處理下，可溶性糖含量最低，但二者差異不顯著。

有很多研究結(jié)果顯示，藍(lán)光有利于蛋白質(zhì)含量的積累，如張微慧等[34]研究發(fā)現(xiàn)，在不同光質(zhì)處理下，藍(lán)光最能促進(jìn)果樹中蛋白質(zhì)含量的積累；唐大為等[35]研究表明，藍(lán)光能促進(jìn)黃瓜幼苗葉片可溶性蛋白質(zhì)含量的提高；倪德祥等[36]的研究結(jié)果表明，藍(lán)光可顯著提高康乃馨中可溶性蛋白質(zhì)的含量。其中的原因主要有：一是藍(lán)光有促進(jìn)蛋白質(zhì)合成的作用[37]；二是藍(lán)光有阻止蛋白質(zhì)喪失的作用[38]。本研究結(jié)果表明，‘霞光組培苗在白光光源（W）下的可溶性蛋白積累量最高；紅藍(lán)白復(fù)合光（RBW）、紅藍(lán)綠復(fù)合光（RBG）處理下的可溶性蛋白的含量較高，但二者差異不顯著。而單色藍(lán)光（B）處理下的組培苗可溶性蛋白積累量卻較低，這與前人的研究結(jié)果不相符?？赡苁怯捎诓煌N類植物、不同生長發(fā)育階段、不同組織或器官對同一光質(zhì)反應(yīng)不同所引起的，這也體現(xiàn)了光生物學(xué)反應(yīng)的復(fù)雜性[39]。

綜合比較來看，LED光源有利于蘭花‘霞光組培苗的生長及物質(zhì)的積累，其中RBW處理下綜合效果最好，可作為‘霞光組培苗生長的理想光源。隨著研究的深入和LED技術(shù)的不斷發(fā)展，LED光源將會替代熒光燈光源，作為植物組培的理想光源。

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