LED光源對(duì)蝴蝶蘭花卉生長(zhǎng)發(fā)育影響研究進(jìn)展

王建兵 王金濤 蘇利英 王盾 肖河章

摘要 通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研與實(shí)際調(diào)查，綜述了近年來(lái)國(guó)內(nèi)外LED光源對(duì)蝴蝶蘭光合特性、組織培養(yǎng)、幼苗生長(zhǎng)、花芽分化、花期調(diào)控等方面影響的研究進(jìn)展，并展望了LED光源在蝴蝶蘭生產(chǎn)應(yīng)用上今后的研究方向。

關(guān)鍵詞 生長(zhǎng)發(fā)育；觀賞花卉；蝴蝶蘭；LED光源

中圖分類號(hào) S682.31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2017）07-0006-03

Review on Effect of LED Light on Growing Development of Moth Orchid （Phalaenopsis ssp.）

WANG Jian-bing1， WANG Jin-tao2 ， SU Li-ying1 et al

（1.Huizhou University， Huizhou，Guangdong 516007；2.College of Horticulture and Landscaple Architecture of Hainan University， Haikou，Hainan 570228）

Abstract We reviewed research approach and achievements of LED effect on plant′s photosynthetic characteristic，tissue culture， seedling growth， flower bud differentiation， florescence control through the investigation on documents and reality situation， and gave a advice on moth orchid （Phalaenopsis ssp.） production and research in the future.

Key words Growing development；Ornamental flower；Moth orchid（Phalaenopsis ssp）；LED light

蝴蝶蘭（Phalaenopsis ssp.）為蘭科蝴蝶蘭屬植物，原產(chǎn)于中國(guó)臺(tái)灣、菲律賓、印尼、泰國(guó)、馬來(lái)西亞等地。其株型美觀，花型奇特似蝶，花色鮮艷，花期持久，在熱帶蘭中有“蘭花皇后”之美譽(yù)，有較高的觀賞和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，深受國(guó)內(nèi)外花卉市場(chǎng)的歡迎[1]。

蝴蝶蘭盆花（切花）在廣東珠江三角洲一帶是重要的花卉生產(chǎn)種類，在其花卉產(chǎn)業(yè)中占有重要地位。珠江三角洲夏季天氣炎熱，夏季長(zhǎng)約200 d，特別是雨水多，4—10月總雨量在1 300～1 500 mm，而且強(qiáng)降雨往往較多，年平均暴雨日數(shù)在6 d以上；熱帶氣旋影響頻繁，年平均可達(dá)2.4次，其中達(dá)到臺(tái)風(fēng)級(jí)的有0.7次[2]。露天栽培蝴蝶蘭受夏季高溫高濕的惡劣氣象因素影響，切花生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)快、花枝短、花苞直徑小、花的顏色暗、病蟲(chóng)危害嚴(yán)重、切花產(chǎn)品質(zhì)量低劣，所以夏季的災(zāi)害性天氣往往對(duì)蝴蝶蘭花卉產(chǎn)業(yè)造成毀滅性的損失。作為切花蝴蝶蘭商品，要求產(chǎn)品具備很高的質(zhì)量，可是在這種條件下生產(chǎn)的蝴蝶蘭鮮切花很難符合要求，特別是當(dāng)云南的鮮切花產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)后，原來(lái)勉強(qiáng)上市的珠江三角洲切花因產(chǎn)品質(zhì)量差、成本高等原因基本上退出了花卉市場(chǎng)。為了解決上述問(wèn)題，運(yùn)用設(shè)施農(nóng)業(yè)可在室內(nèi)或大棚進(jìn)行工廠化生產(chǎn)，通過(guò)人工補(bǔ)光和降溫控濕等措施滿足花卉生長(zhǎng)的需求，避免災(zāi)害性天氣對(duì)蝴蝶蘭生產(chǎn)的影響，培養(yǎng)出產(chǎn)品質(zhì)量上乘的蝴蝶蘭商品花卉，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外圍繞這一課題在設(shè)施農(nóng)業(yè)上運(yùn)用人工光源對(duì)蝴蝶蘭的生長(zhǎng)發(fā)育影響方面開(kāi)展了一系列研究，特別是新型半導(dǎo)體光源LED在蝴蝶蘭培養(yǎng)方面的運(yùn)用。筆者綜述了近年來(lái)LED光源對(duì)蝴蝶蘭花卉生長(zhǎng)發(fā)育影響方面的研究進(jìn)展，并展望了今后LED光源在蝴蝶蘭生產(chǎn)應(yīng)用中的研究方向，旨在為蘭花生產(chǎn)提供參考。

1 植物與光的研究

光是一切生物的主要能量來(lái)源，在一定條件下，光強(qiáng)度增加，光合速率也會(huì)增加，直到一個(gè)最適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度為止；若超過(guò)此強(qiáng)度，光合速率又會(huì)逐漸降低。根據(jù)植物對(duì)光照強(qiáng)度的要求可分為陽(yáng)性植物、陰性植物和耐陰植物3大類型[3]。光對(duì)植物具有重要的生理作用，植物對(duì)光的反應(yīng)可以分為光合作用和光形態(tài)建成2類。光合作用是指利用光能合成有機(jī)物的反應(yīng)。光形態(tài)建成是指光作為信號(hào)而被利用所引起的形態(tài)反應(yīng)[4]。給植物帶來(lái)影響的光的要素主要有光質(zhì)、光強(qiáng)、光照時(shí)間（或明期）。光質(zhì)通過(guò)不同的光照強(qiáng)度對(duì)植物發(fā)生作用，因而形成的形態(tài)建成反應(yīng)是各不相同的，并影響其發(fā)育。一般說(shuō)來(lái)，光質(zhì)對(duì)植物生長(zhǎng)的影響是植物在日光的完全光譜下才能正常生長(zhǎng)發(fā)育，同時(shí)不同波長(zhǎng)的光對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的影響也不同。植物進(jìn)行光合作用過(guò)程中，只有能被植物光合色素吸收的有效光能才可用于光合生產(chǎn)。不同波長(zhǎng)的光對(duì)光合作用具有不同的效能，且直接影響光合產(chǎn)物的成分。光譜對(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)均有調(diào)控作用[5]，通過(guò)光質(zhì)調(diào)節(jié)和控制植株形態(tài)建成和生長(zhǎng)發(fā)育、花芽分化。花芽分化是植物開(kāi)花的重要生理過(guò)程，只有有效的花芽分化才能使植物開(kāi)花茂盛，提高商品的觀賞價(jià)值，從而使植株在一定程度上滿足人們生產(chǎn)需要。蝴蝶蘭培養(yǎng)過(guò)程中，使用的光源一般是金屬鹵化物燈、熒光燈、高壓鈉燈和白熾燈。然而這些光源的光譜能量分布設(shè)計(jì)主要是依據(jù)人對(duì)光的高效需求原則進(jìn)行的，含有很多不必要的波長(zhǎng)，所以對(duì)植物生長(zhǎng)促進(jìn)作用很少。新型半導(dǎo)體光源LED因具有波長(zhǎng)具體、波譜寬度小、光譜性能好、光效高、系統(tǒng)發(fā)熱少、質(zhì)量和體積較小、壽命較長(zhǎng)、占用空間小等一系列傳統(tǒng)電光源技術(shù)無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)而受到人們的青睞[6-7]。單色光的LED被用于有關(guān)光質(zhì)和植物的研究。需要加以說(shuō)明的是，這里所提到的單色光并不是指嚴(yán)密單波長(zhǎng)，而是指把自然光分成紫外光、藍(lán)色光、綠色光、紅色光、遠(yuǎn)紅外光的情況下，只含有特定波段[8]。 如藍(lán)光則有利于蛋白質(zhì)的合成，紅光有利于糖類化合物的合成。不同波長(zhǎng)的光在誘導(dǎo)向光性、形態(tài)生成、色素形成等方面，其作用也不相同。紫外線能誘導(dǎo)植物體內(nèi)某些花青素的形成[9]。青光、藍(lán)光、紫光能抑制植物延長(zhǎng)生成和幼芽的分化，使植物形成粗矮的形態(tài)，并引起向光性的敏感和促進(jìn)花青素的形成；某些植物要求經(jīng)歷一定的光周期才能形成花芽的現(xiàn)象是由于植物對(duì)于周期性的晝夜間光暗交替變化及光暗時(shí)間長(zhǎng)短的生理響應(yīng)。根據(jù)開(kāi)花與光周期的關(guān)系可將植物分為短日植物、長(zhǎng)日植物、中日性植物、日照中性植物4種類型。

2 LED在設(shè)施農(nóng)業(yè)切花、盆花生產(chǎn)中的應(yīng)用

在設(shè)施農(nóng)業(yè)切花、盆花生產(chǎn)中，人工光源通常所采用的是熒光燈與高壓鈉燈。如何補(bǔ)光、提高補(bǔ)光的均勻度、調(diào)整光質(zhì)與開(kāi)發(fā)具有更高效率的人工光源一直是該領(lǐng)域研究的課題。近年來(lái)隨著光電科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，由于人們研發(fā)的發(fā)光二極管大幅提高了其亮度與效率，使得這種光源在設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。發(fā)光二極管具有高光電轉(zhuǎn)換效率、使用直流電、壽命長(zhǎng)、體積小、波長(zhǎng)固定與低發(fā)熱等眾多優(yōu)點(diǎn)，相比于目前所使用高壓鈉及熒光燈等人工光源系統(tǒng)具有光質(zhì)、光強(qiáng)可調(diào)整、冷卻負(fù)荷低并可提高單位面積栽培量等優(yōu)點(diǎn)，因此，對(duì)封閉可調(diào)控的設(shè)施農(nóng)業(yè)切花、盆花生產(chǎn)環(huán)境是一種非常適合的人工光源。早在1968年發(fā)光二極管（簡(jiǎn)稱LED）的相關(guān)產(chǎn)品就已經(jīng)問(wèn)世，只是當(dāng)時(shí)輻射強(qiáng)度低且種類少，所以應(yīng)用上仍局限于觀賞或標(biāo)示等用途。經(jīng)過(guò)這些年光電科技技術(shù)的進(jìn)步，在20世紀(jì)80年代中期市場(chǎng)上不但出現(xiàn)了高亮度的LED，而且在1993年日本日亞公司更成功開(kāi)發(fā)出高亮度藍(lán)光LED，使得全彩化的LED產(chǎn)品得以實(shí)現(xiàn)，也拓展了其用途，包括通訊產(chǎn)品、汽車、交通信號(hào)、資訊產(chǎn)品、照明及生物農(nóng)業(yè)等，其中生物產(chǎn)業(yè)上的用途就是近幾年來(lái)相當(dāng)熱門(mén)的一個(gè)領(lǐng)域[10]。光為植物生長(zhǎng)中重要的環(huán)境因子之一，主要來(lái)自于太陽(yáng)的輻射能。隨著科技進(jìn)步及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)型態(tài)的改變，導(dǎo)入人工光源來(lái)取代或補(bǔ)充自然日光的不足已是設(shè)施農(nóng)業(yè)切花、盆花生產(chǎn)中的常規(guī)方法，使用的人工光源包括LED、熒光燈、高壓納燈、金屬鹵素?zé)艏盁襞莸取ED的特點(diǎn)對(duì)于研究和促進(jìn)切花植物的光形態(tài)建成和光合作用、花芽分化有非常重要的意義[11]。

3 蝴蝶蘭與LED光的關(guān)系研究

3.1 光對(duì)蝴蝶蘭光合特性的影響研究

吳根良等[12]以卡特蘭和蝴蝶蘭為材料，研究其葉片在不同光照條件下[全光照（處理1）、36%光照（處理2）和18%光照（處理3）]凈光合速率和葉綠素?zé)晒鈪?shù)日變化。結(jié)果表明，在上述3種光照條件下，卡特蘭和蝴蝶蘭凈光合速率變化呈“V”型。從10∶00開(kāi)始，處理1和處理2光照下蝴蝶蘭和卡特蘭凈光合速率開(kāi)始下降為負(fù)值，到18∶00處理1仍為負(fù)值，處理2恢復(fù)為正值。處理3在午間其光合速率下降幅度低于處理2光照及處理1光照，恢復(fù)速度快于前兩者。葉綠素?zé)晒鈪?shù)日變化表明，在處理1條件下，蝴蝶蘭和卡特蘭葉片PS Ⅱ 非環(huán)式電子傳遞光化學(xué)量子產(chǎn)量（ΦPS Ⅱ）、PS Ⅱ 光化學(xué)效率（Fv/Fm）、光化學(xué)猝滅系數(shù)（qP）隨光強(qiáng)增加而降低，到18∶00時(shí)未能恢復(fù)至08∶00時(shí)的值，光合器官受到傷害。在處理2光照處理下，ΦPS Ⅱ 、Fv/Fm、qP隨光強(qiáng)增加而降低，至18∶00時(shí)基本恢復(fù)至08∶00時(shí)的值。處理3光照處理，各值均較穩(wěn)定。在處理2光照及處理3條件下，光PS Ⅱ 電子傳遞速率隨光強(qiáng)增加而增加，處理1則相反，因此，蝴蝶蘭和卡特蘭在500 μmol/（m2·s） 以上光照強(qiáng)度下受到嚴(yán)重光抑制，能忍受310 μmol/（m2·s）的光照強(qiáng)度，在160 μmol/（m2·s）光照強(qiáng)度下，蝴蝶蘭和卡特蘭未受光抑制，生長(zhǎng)良好。在生產(chǎn)實(shí)踐中可采用增加遮陽(yáng)網(wǎng)，因?yàn)樘幚?光照條件有利于蝴蝶蘭和卡特蘭的生長(zhǎng)。趙伶俐等[13]、朱懿等[14]在不同光照強(qiáng)度培養(yǎng)條件下研究了蝴蝶蘭初代培養(yǎng)過(guò)程中總酚含量、外植體內(nèi)多酚氧化酶（PPO）活性以及褐化百分率的變化規(guī)律。結(jié)果表明：2 000 lx光強(qiáng)培養(yǎng)的外植體褐化嚴(yán)重且PPO 活性高于其他2個(gè)處理，差異顯著，1 000和3 000 lx 光強(qiáng)培養(yǎng)可降低褐化率；3個(gè)處理間總酚含量差異不顯著。二者相關(guān)性分析表明，PPO 活性與外植體中總酚含量呈中等相關(guān)。

3.2 LED光對(duì)蝴蝶蘭組培苗生長(zhǎng)的影響研究

戴艷嬌等[1]以紅藍(lán)等光的新型光源LED進(jìn)行不同光質(zhì)配比組合后，對(duì)蝴蝶蘭組培苗進(jìn)行照射，研究其形態(tài)、碳氮代謝、色素含量及抗氧化酶系活性等檢測(cè)指標(biāo)的變化，結(jié)果RBG（紅光/藍(lán)光/綠光）處理組全部生根，而單色紅光處理的蝴蝶蘭組培苗徒長(zhǎng)，單色藍(lán)光處理的組培苗根系活力最高。單色藍(lán)光和紅藍(lán)組合處理的葉片色素含量高于白光，葉綠素a/類胡蘿卜素比值、葉綠素a/b比值隨著R/B比率的降低而減小。可溶性糖、游離氨基酸、蔗糖和淀粉的含量及C/N（碳氮比）在單色藍(lán)光下均高于單色紅光處理。

3.3 LED光對(duì)蝴蝶蘭幼苗生長(zhǎng)的影響研究

蔣要衛(wèi)[15]以蝴蝶蘭和大花蕙蘭試管苗為試驗(yàn)材料，以具有低透濕性、高透氣性的樹(shù)脂膜為材料制作新型培養(yǎng)容器C（P），開(kāi)展在新型組培光源（LED）條件下用常規(guī)培養(yǎng)、施用CO2對(duì)蝴蝶蘭和大花蕙蘭試管苗進(jìn)行培養(yǎng)研究。結(jié)果表明：用自行研制的光質(zhì)比例和光量子數(shù)可調(diào)的紅光與藍(lán)光LED燈作為人工光源，培養(yǎng)蝴蝶蘭和大花蕙蘭試管苗，在常規(guī)培養(yǎng)條件下，比例為25%藍(lán)光+75%紅光 LED光源照射大花蕙蘭試管苗，其生長(zhǎng)優(yōu)于傳統(tǒng)的用熒光燈培養(yǎng)的試管苗；在CO2施肥條件下，比例為20%藍(lán)光+80%紅光LED光源對(duì)大花蕙蘭試管苗生長(zhǎng)和葉片氣孔特征的影響明顯優(yōu)于傳統(tǒng)組織培養(yǎng)用熒光燈。LED在常規(guī)培養(yǎng)和CO2施用條件下對(duì)蝴蝶蘭試管苗主要測(cè)定指標(biāo)的影響上，傳統(tǒng)組織培養(yǎng)用熒光燈的影響明顯優(yōu)于LED，且生長(zhǎng)在LED光源下的蝴蝶蘭試管苗葉片形態(tài)異常，出現(xiàn)皺縮現(xiàn)象。但與傳統(tǒng)光源相比，該新型光源可提高蝴蝶蘭試管苗的葉綠素指數(shù)和干物率。

3.4 LED光對(duì)蝴蝶蘭花芽分化及開(kāi)花的影響研究

王秀美[16]在智能化溫室中，通過(guò)盆栽試驗(yàn)，采用指標(biāo)測(cè)量、差異顯著性檢驗(yàn)等方法，發(fā)現(xiàn)不同日溫、光照等條件對(duì)蝴蝶蘭的生長(zhǎng)和開(kāi)花均有顯著影響，蝴蝶蘭最適宜的栽培日溫是26 ℃，當(dāng)室外光強(qiáng)超過(guò)20 000 lx時(shí)開(kāi)始遮光，小于20 000 lx時(shí)合攏遮陽(yáng)幕，植株長(zhǎng)勢(shì)和開(kāi)花性狀最好。任桂萍等[17]將培養(yǎng)了540 d后的蝴蝶蘭栽培種‘小飛象送到廣東省從化區(qū)良口鎮(zhèn)進(jìn)行高山越夏，低溫催溫處理3個(gè)月后，以抽梗的成苗為試驗(yàn)培養(yǎng)材料，采用LED的純紅光、純藍(lán)光以及用不同比例的紅藍(lán)組合的LED光源對(duì)蝴蝶蘭成苗進(jìn)行照射，采用白色熒光燈作為對(duì)照，研究不同光質(zhì)對(duì)蝴蝶蘭開(kāi)花時(shí)間及品質(zhì)的影響。結(jié)果表明，單色光（包括純紅光和純藍(lán)光）更利于蝴蝶蘭花序發(fā)育，促進(jìn)開(kāi)花，純紅光和純藍(lán)光分別比對(duì)照提前4.71和5.29 d，紅光比例較高的紅藍(lán)組合光（R7B3）更有利于花朵的發(fā)育，表現(xiàn)為花朵最大、花色素苷含量最高，提高了蝴蝶蘭花卉的品質(zhì)。

4 展望

蝴蝶蘭是人們喜愛(ài)的春節(jié)年花種類之一，不論是盆花或鮮切花，需求量非常大，特別對(duì)于提高出口創(chuàng)匯、增加花農(nóng)的經(jīng)濟(jì)收入具有重要意義，因此，蝴蝶蘭在我國(guó)蘭花產(chǎn)業(yè)中具有重要地位。如何使蝴蝶蘭花卉產(chǎn)業(yè)實(shí)行工廠化生產(chǎn)，克服季節(jié)和氣候的影響，按照人們的期望進(jìn)行花期調(diào)控，研究LED光源對(duì)蝴蝶蘭的生長(zhǎng)發(fā)育具有十分重要的理論意義和實(shí)踐意義。廣大蘭花生產(chǎn)和科技工作者應(yīng)在LED光源對(duì)蝴蝶蘭的花苗的良種選育、組織培養(yǎng)、花卉栽培、花期調(diào)控等方面開(kāi)展更多研究。雖然研究者已在光質(zhì)、光強(qiáng)、光期對(duì)蝴蝶蘭的植物光合特性、幼苗生長(zhǎng)、組織培養(yǎng)、花芽分化、開(kāi)花機(jī)理方面進(jìn)行深入研究，并取得一定的成果，但關(guān)于LED光源對(duì)蝴蝶蘭生長(zhǎng)發(fā)育的影響還有一系列問(wèn)題需要研究：①在研究方法上，國(guó)內(nèi)關(guān)于LED光源對(duì)蝴蝶蘭生長(zhǎng)發(fā)育的影響研究較零碎，只是對(duì)某幾個(gè)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)比較，缺乏更深入的系統(tǒng)研究，特別是伴隨著LED光源的其他生態(tài)影響因子，例如溫度、栽培基質(zhì)、空氣質(zhì)量、濕度以及全LED光源與自然光結(jié)合、LED光源補(bǔ)光的關(guān)系等系列因子的綜合作用機(jī)理尚不明確。目前的主要研究試驗(yàn)還停留在少量盆栽試驗(yàn)上，缺乏大規(guī)模的工廠化試驗(yàn)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證結(jié)果，所以要推廣LED光源在蝴蝶蘭上的應(yīng)用，特別是實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)還需深入研究，蘭花工作者也應(yīng)加強(qiáng)重視。②如何在已有的理論研究基礎(chǔ)上開(kāi)展全方位的深入研究，得出更多具有實(shí)用價(jià)值的科研成果，使LED光源對(duì)蝴蝶蘭的培育應(yīng)用技術(shù)日臻成熟并廣泛應(yīng)用于我國(guó)蝴蝶蘭的花卉生產(chǎn)，建立完善我國(guó)蝴蝶蘭工廠化生產(chǎn)的栽培技術(shù)體系和標(biāo)準(zhǔn)化工廠生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，以及開(kāi)展相關(guān)系列的研究，實(shí)現(xiàn)蝴蝶蘭生產(chǎn)工廠化、自動(dòng)化、標(biāo)準(zhǔn)化、現(xiàn)代化是我國(guó)蝴蝶蘭產(chǎn)業(yè)乃至整個(gè)蘭花產(chǎn)業(yè)需長(zhǎng)期而深入研究的課題任務(wù)，也是我國(guó)今后蘭花產(chǎn)業(yè)努力的方向。

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