不同光質(zhì)LED對觀光木苗木根系的影響

韋秋梅+龍波+張海東+吳道念+楊梅

摘要：以觀光木（Tsoongiodendronodorum）苗木為試驗材料，研究了不同光質(zhì)的LED單色光及紅藍(lán)光組合（白光、紅光、藍(lán)光、紅藍(lán)=2∶1、紅藍(lán)=4∶1、紅藍(lán)=8∶1、紅藍(lán)=10∶1，即CK、R、B、2R/1B、4R/1B、6R/1B、10R/1B）培養(yǎng)過程中對觀光木根系生長、根系活力及干物質(zhì)積累。結(jié)果表明：不同光質(zhì)處理對觀光木苗木根系總根長、表面積、根尖數(shù)及根系活力等形態(tài)及生理指標(biāo)的影響存在差異，其中以紅藍(lán)=2∶1（2R/1B）和藍(lán)光（B）處理較佳，2R/1B光質(zhì)處理下觀光木根系總根長和根尖數(shù)分別是CK的2.6和1.5倍，10R/1B處理下則顯著低于白光（CK）。除紅光外，不同光質(zhì)處理觀光木根系干物質(zhì)有不同程度的增加，總體呈現(xiàn)隨藍(lán)光比例的增大而增加的趨勢。根系干物質(zhì)與根系活力、根尖數(shù)等指標(biāo)均呈顯著正相關(guān)關(guān)系。

關(guān)鍵詞：觀光木；光質(zhì)；根系形態(tài)；根干物質(zhì)

中圖分類號：S687

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：16749944（2017）15012104

1 引言

光是植物生長發(fā)育過程中重要的環(huán)境因子，也是植物生長的主要能量來源之一。光對植物的生長、形態(tài)建成、光合作用、物質(zhì)代謝、結(jié)構(gòu)特征以及基因表達(dá)等均有調(diào)控作用[1～3]，對植物影響較大的光環(huán)境主要有3個部分：光質(zhì)、光強(qiáng)以及光周期。其中光質(zhì)對植物的影響較為重要與復(fù)雜，它不僅作為能源調(diào)控光合作用，包括可見光對植物葉片生長、氣孔運(yùn)動、光合色素、光合碳同化等的調(diào)節(jié)[4，5]，還作為觸發(fā)信號影響植物的生長，不同光質(zhì)觸發(fā)相應(yīng)光受體，進(jìn)而影響植物的生長發(fā)育、光合特性、抗逆和衰老等[6～8]。光可通過地上部分向根系傳遞信息進(jìn)行間接調(diào)控，不同光質(zhì)的生物學(xué)效應(yīng)互異，因而對植物及其根系生長的影響也有區(qū)別。如，R/B/Y（7/2/1）能顯著提高草莓的根系活力[9]；紅光對鐵皮石斛組培苗根系的伸長均表現(xiàn)出促進(jìn)作用[10]；熒光和藍(lán)光有利于香莢蘭組培苗根系的生長[11]。

觀光木（Tsoongiodendronodorum）屬木蘭科（Magnoliaceae）觀光木屬（Tsoongiodendron），是國家二級保護(hù)植物。國內(nèi)主要分布在福建、海南、廣東、廣西、貴州、湖南、云南東南部、江西南部等地區(qū)[12]，其樹形優(yōu)美，花期長且芬芳，景觀價值高，是園林綠化中理想的樹種之一[13]。干行通直，材質(zhì)優(yōu)良，抗蟲耐腐，是工藝品、家具、建筑等行業(yè)的優(yōu)質(zhì)用材[14]。觀光木在生態(tài)公益林體系建設(shè)、商品林發(fā)展及城市園林綠化中均發(fā)揮著重要作用，是優(yōu)質(zhì)的多用途樹種。目前，科研人員對其種苗繁育、碳儲量、生產(chǎn)力、木材特性、遺傳多樣性、植物群落[15～20]等方面進(jìn)行了研究，這些研究對觀光木的栽植培育、資源保護(hù)和開發(fā)利用起到巨大的促進(jìn)作用。

近年來，我國南方地區(qū)開始大力推廣和發(fā)展珍貴鄉(xiāng)土樹種。因此培育高質(zhì)量苗木，從而培育優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)林，發(fā)展珍貴樹種，對調(diào)整和優(yōu)化樹種結(jié)構(gòu)、培育優(yōu)質(zhì)戰(zhàn)略資源有重要意義。而目前觀光木苗木培育的主要措施為大田育苗[21]和容器育苗[22]，利用人工光源對觀光木苗木進(jìn)行栽培研究的未見報道。本試驗觀光木苗木為試驗材料，在不同LED光質(zhì)處理條件下進(jìn)行培養(yǎng)，重點分析培養(yǎng)過程中其根系形態(tài)及生理活性，以了解光質(zhì)對觀光木根系生長發(fā)育的影響，為提高珍貴用材樹種育苗技術(shù)和觀光木苗木質(zhì)量提供理論依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 試驗材料

試驗在廣西大學(xué)林學(xué)院試驗基地大棚內(nèi)進(jìn)行，供試材料為2月生實生觀光木幼苗，育苗基為質(zhì)為黃心土∶珍珠巖=8∶2，育苗杯規(guī)格為5 cm×5 cm×12 cm。人工光源LED燈由廣西三贏照明有限責(zé)任公司提供。選取長勢基本一致、無病蟲害的觀光木幼苗置于不同光質(zhì)下培養(yǎng)。

2.2 實驗設(shè)計

試驗采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，LED光源共設(shè)8個處理（表1）：白光（LED）、紅光（R）、藍(lán)光（B）、紅/藍(lán)=2/1、紅/藍(lán)=4/1、紅/藍(lán)=6/1、紅/藍(lán)=10/1，每個處理 3 次重復(fù)，每個重復(fù)10株苗。光周期為12 h/d（7：00～19：00），采用定時器控制開關(guān)，處理為期120 d。光照培養(yǎng)架為鋼架結(jié)構(gòu)，燈管距地面高度為80 cm±5 cm，設(shè)LED植物生長燈2盞，不同的LED光源處理之間均設(shè)有遮光材料，以防光源互相干擾，棚內(nèi)具自動噴灌設(shè)施，每周定期打開遮光材料進(jìn)行通風(fēng)（20：00～23：00），育苗期間進(jìn)行常規(guī)的苗期管理。

2.3 指標(biāo)測定方法

2.3.1 根系干物質(zhì)

將觀光木幼苗取出流水洗凈，吸干根表面水分，用精度為0.001的電子天平測定地上部分與根系鮮重，將各部分放入信封中，放入烘箱中設(shè)置105 ℃殺青30 min，85 ℃烘至恒重，稱干物質(zhì)。

2.3.2 根系形態(tài)指標(biāo)

試驗處理結(jié)束后，每個處理隨機(jī)選取3株，清水沖洗將根系上的土壤，蒸餾水仔細(xì)清洗，用濾紙擦干后采用WinRhizo根系掃描儀（加拿大Regent公司）測定根系總長、根表面積、總體積和根尖數(shù)。

2.3.3 根系活力

每個處理采樣3個重復(fù)，流水沖洗根系表面土壤，蒸餾水洗凈，濾紙吸干表面水，稱取根尖2～3 mm處作為測定樣，采用TTC法測定[23]。

2.3.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及制圖表，采用SPSS軟件進(jìn)行方差分析、多重比較和相關(guān)性分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 對觀光木幼苗根系形態(tài)的影響

不同光質(zhì)對觀光木幼苗根系總長度、根表面積、根體積和根尖數(shù)的影響存在差異。圖1顯示，2R/1B處理下觀光木根系表面積（圖1b）、總體積（圖1c）和根尖數(shù)（圖1d）顯著高于對照組（P<0.05），分別為145.53 cm2、2.56 cm3和662.0個，較對照組（CK）的103.36 cm2、1.87 cm3和250.7個分別高出40.8%、38.1%和57.2%，其次為B處理，高出白光處理（CK）35.8%、34.1%和55.3%，總根長（圖1a）則表現(xiàn)為在B處理下最大，為531.03 cm，是對照組（346.77 cm）的1.53倍，其次為2R/1B（521.14 cm）處理，高出對照組50.3%。在10R/1B光質(zhì)處理下，觀光木根系總根長、表面積、總體積和根尖數(shù)顯著或極顯著低于CK及其他處理，分別低于對照組的37.9%、60.8%、75.5%和40.5%。綜上，2R/1B和B處理能促進(jìn)其根系的生長，10R/1B處理則抑制根系的生長，其他處理對根系生長的影響不顯著。

3.2 對觀光木幼苗根系活力及干物質(zhì)的影響

觀光木幼苗根系活力在8種LED光質(zhì)處理下的結(jié)果顯示（圖2）。2R/1B光質(zhì)處理最有利于其根系活力的提高，該處理下觀光木根系活力極顯著高于對照組（P<0.01），達(dá)到291.83 mg/g·h，高出CK的13.7%。10R/1B光質(zhì)處理和R光質(zhì)處理表現(xiàn)為抑制觀光木根系活力，兩種處理下觀光木根系活力極顯著低于對照組（256.59 mg/g·h）（P<0.01），分別為160.4 mg/g·h和146.34 mg/g·h，低于對照組37.4%和43.0%。

由圖3可知，2R/1B和B光質(zhì)處理下根系干物質(zhì)分別達(dá)到2.41 g/株和2.04 g/株，極顯著高于對照組和其他處理（P<0.01），比對照組高5.02和3.25倍，10R/1B和R光質(zhì)處理下根系干物質(zhì)極顯著低于對照組和其他處理（P<0.01），低于對照組（0.48 g/株）19.7%和20.6%。

3.4 觀光木苗木根系性狀間的相關(guān)分析

對觀光木苗木性狀間的相關(guān)性分析顯示（表2），根系活力與總根長、表面積呈顯著的正相關(guān)關(guān)系（P<0.05），其他根系性狀指標(biāo)間存在極顯著正相關(guān)關(guān)系（P<0.01）。根尖數(shù)與總根長，根系活力與根系干物質(zhì)的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.939和0.708。表明所考察的根系性狀間存在內(nèi)聯(lián)關(guān)系，部分光質(zhì)處理增加了觀光木的根尖數(shù)，提高根系活力，促進(jìn)根系對土壤中水分及養(yǎng)分的吸收，進(jìn)而促進(jìn)了黃瓜觀光木苗木根系干物質(zhì)的積累，為培育珍貴樹種觀光木壯苗奠定了生理基礎(chǔ)。

4 結(jié)論與討論

光通過影響植物的光合作用及光合產(chǎn)物的合成及運(yùn)轉(zhuǎn)，從而對根系的生長發(fā)育及功能產(chǎn)生影響，而LED作為人工光源廣泛應(yīng)用于植物研究領(lǐng)域[24]。研究發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)充紅光顯著增加丹參苗根長、根直徑，而藍(lán)光則增加了其種子苗根系中的有效成分[25]，而光周期對植物根系生長過程中根毛內(nèi)化合物的合成或積累有選擇性的調(diào)節(jié)作用[26]。LED紅藍(lán)光補(bǔ)光能提高烤煙成苗率，干物質(zhì)積累增加[27]。本研究中，紅藍(lán)光比例為2∶1（2R/1B）及純藍(lán)光（B）下觀光木根系總根長、根尖數(shù)等形態(tài)指標(biāo)表現(xiàn)出促進(jìn)作用，當(dāng)光質(zhì)為紅藍(lán)光比例10∶1及純紅光（R）時表現(xiàn)為抑制。與藍(lán)光占主要比例的復(fù)合光對烤煙[27]、蝴蝶蘭[28]作用結(jié)果相似，但紅光及以紅光為主的紅藍(lán)光組合有利于花生根系的生長[29，30]?？梢娭参飳Σ煌庠吹墓獠肮饽苄?yīng)的響應(yīng)有差異性，光源對植物根系組織的分化程度存在物種差異[31]。不同光受體通過感知相應(yīng)波長的光源信號，引起植物生長發(fā)育、內(nèi)含物積累及養(yǎng)分分配等變化[32]，對不同植物地上部分及地下部分的形態(tài)建成及生長產(chǎn)生的影響互異。

植物的根系活力一定程度上體現(xiàn)了其根系的代謝水平，直接影響著植物地上部分和地下部分的生長調(diào)節(jié)及營養(yǎng)狀況，從而影響植物干物質(zhì)的積累及分配。研究發(fā)現(xiàn)，秋葵組培苗在紅藍(lán)黃（BRY=1∶3∶1）處理下根系活力顯著高于熒光燈，根長、干物質(zhì)在該處理下增加量最大[33]。本試驗發(fā)現(xiàn)，藍(lán)光及藍(lán)光所占比例較大的紅藍(lán)光（2R/1B）復(fù)合光質(zhì)下觀光木根系活力和根系干物質(zhì)顯著高于對照組，而紅光則不利于其根系干物質(zhì)的積累。與藍(lán)光處理下蒙古黃芪[34]根系生物量增加的研究結(jié)果基本相似，但冬青試管苗[35]表現(xiàn)為在LED紅光處理下干物質(zhì)、根長、生根率和根冠比最高，而白楊在全光照下根冠比和根系碳儲量最高[36]。植物根系活力的高低受多種因素綜合作用，品種是基本因素，栽培措施及環(huán)境因子也發(fā)揮著重要作用[37]，且植物利用生物量分配策略應(yīng)對環(huán)境的改變以獲得最大資源[38]。觀光木的根系活力及干物質(zhì)在不同光質(zhì)條件下表現(xiàn)出差異，藍(lán)光對線粒體的暗呼吸有明顯的促進(jìn)作用，為氨基酸的合成提供了碳架，對NR也有激活作用，從而為蛋白質(zhì)的合成提供了較多的可同化態(tài)的氮源[39]，為植物干物質(zhì)的積累奠定了基礎(chǔ)。

不同光質(zhì)對觀光木苗木根系生理和形態(tài)的影響存在差異，藍(lán)光以及藍(lán)光占較高比例的紅藍(lán)復(fù)合光（2R/1B）對觀光木苗木表現(xiàn)出促進(jìn)作用明顯，利于其根系生長和干物質(zhì)的積累。因此，在今后的對珍貴樹種觀光木苗木的培育中，可選擇藍(lán)光為主的復(fù)合光進(jìn)行人工光源，或在造林前利用藍(lán)光對造林苗木進(jìn)行補(bǔ)光，以達(dá)到壯根的目的。研究結(jié)果為今后觀光木苗木培育的光調(diào)控提供了理論依據(jù)。

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