不同LED光質(zhì)對構(gòu)樹組織培養(yǎng)苗生物量和營養(yǎng)物質(zhì)含量的影響

黃 婧，周 鵬，隋德宗，張 敏

(江蘇省林業(yè)科學(xué)研究院，江蘇 南京 211153)

木本飼料在飼用植物資源中占有十分重要的地位，是解決我國飼料短缺問題的重要途徑[1]。構(gòu)樹[Broussonetiapapyrifera(L.) vent]為桑科(Moraceae)構(gòu)樹屬落葉喬木，構(gòu)樹作為新型的飼料植物，其蛋白質(zhì)含量高，鈣、鉀、鐵等元素含量豐富，在木本飼料產(chǎn)業(yè)開發(fā)中占有重要的一席之地[2]。在農(nóng)村有用構(gòu)樹葉喂豬的習(xí)慣，研究表明構(gòu)樹葉應(yīng)用在鹿、牛、羊等反芻動(dòng)物的飼料中有非常良好的飼養(yǎng)效果[3]。隨著市場對構(gòu)樹需求量的增加，組織培養(yǎng)已成為快速獲取構(gòu)樹優(yōu)質(zhì)種苗的主要途徑。目前，構(gòu)樹組織培養(yǎng)快速繁殖技術(shù)研究多集中于外植體選擇、基本培養(yǎng)基選擇、植物生長調(diào)節(jié)劑使用等方面[4-6]，通常以白色熒光燈作為培養(yǎng)光源。

光質(zhì)是植物組織培養(yǎng)中光環(huán)境的重要因子，能夠顯著影響植物的組織生長和生理生化特性[7]。新型光源發(fā)光二極管(Light-emitting diodes，LED)波譜寬度較窄，能夠獲取較純正的單色光，能夠滿足不同植物生長所需的光譜[8]。研究顯示適宜的LED光質(zhì)對植物的生長發(fā)育、形態(tài)建成和光合色素合成具有良好的促進(jìn)作用[9]，LED可以作為光源應(yīng)用于植物組織培養(yǎng)。目前LED已成功應(yīng)用于多種木本植物組織培養(yǎng)系統(tǒng)，如藍(lán)莓(Vacciniumcorymbosum)[10]、冬青(IlexchinensisSims)[11]和烏飯樹(VacciniumbracteatumThunb.)[9]等。因此，積極研究適合的LED光源用于構(gòu)樹組織培養(yǎng)生產(chǎn)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

本研究采用6種LED光質(zhì)作為光源，探討不同光質(zhì)對構(gòu)樹組織培養(yǎng)苗生長量和營養(yǎng)物質(zhì)積累的影響，旨在了解構(gòu)樹組織生長、蛋白質(zhì)、全磷、全鉀物質(zhì)積累對光質(zhì)的需求，為通過光環(huán)境調(diào)控提高構(gòu)樹組織培養(yǎng)產(chǎn)量和營養(yǎng)品質(zhì)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 植物材料與培養(yǎng)

以培養(yǎng)30 d的構(gòu)樹無菌苗為試驗(yàn)材料，材料均由江蘇省林業(yè)科學(xué)研究院提供。

1.2 不同色光光源參數(shù)與處理方法

將無菌苗切割成單芽莖段長約2 cm，接種到新的培養(yǎng)基，置于不同光源區(qū)培養(yǎng)。設(shè)置6種色光光源區(qū)和1個(gè)熒光燈對照區(qū)(見表1)，控制光量40 μmol/(m2·s)，光照時(shí)間12 h/d，溫度(25±2)℃，每個(gè)處理接種10瓶，每瓶接種苗5株，設(shè)置3次生物學(xué)重復(fù)。

表1 LED光質(zhì)的主要技術(shù)參數(shù)

1.3 指標(biāo)測定與數(shù)據(jù)處理

1.3.1 生長量測定 組織培養(yǎng)30 d后，每個(gè)處理隨機(jī)選取長勢一致幼苗10株，沖洗干凈并擦干后，分別稱其鮮質(zhì)量，于105 ℃烘箱中殺毒15 min后，75 ℃烘干至恒重，取出稱其干質(zhì)量。每個(gè)處理重復(fù)3次，求平均值。

1.3.2 營養(yǎng)物質(zhì)含量測定 蛋白質(zhì)含量的測定采用凱氏定氮法，全磷的測定采用釩鉬黃吸光光度法，全鉀的測定采用火焰原子吸收分光光度法，具體操作步驟參照中華人民共和國農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) NY/TT 2017-2011植物中氮、磷、鉀的測定[12]。

1.3.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析 所得數(shù)據(jù)采用Excel進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理和作圖，SPSS 16.0進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)(P<0.05)。以蛋白質(zhì)、全磷、全鉀含量為指標(biāo)，采用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)法[13]對不同光質(zhì)培養(yǎng)的構(gòu)樹葉片的營養(yǎng)品質(zhì)進(jìn)行綜合比較，各光質(zhì)處理下的每個(gè)營養(yǎng)指標(biāo)的隸屬函數(shù)值按公式Zij=(Xij-Ximin)/(Ximax-Ximin)計(jì)算，并由此得出平均隸屬函數(shù)值。其中，Zij代表i光質(zhì)處理下的j指標(biāo)的隸屬函數(shù)值；Xij代表i光質(zhì)j指標(biāo)的測定值；Ximin和Ximax分別代表各光質(zhì)下營養(yǎng)物質(zhì)指標(biāo)值的最大值和最小值。

2 結(jié)果與分析

2.1 光質(zhì)對構(gòu)樹組織培養(yǎng)苗生長量的影響

培養(yǎng)30 d后，7種光照處理下構(gòu)樹組織培養(yǎng)苗的生物量情況見圖1，不同光質(zhì)處理對幼苗鮮質(zhì)量、干質(zhì)量和干物率均有顯著影響(P<0.05)。鮮質(zhì)量大小順序是FL>P>R>G>W>B>Y，干質(zhì)量大小順序是FL>B>P>R>G>Y>W，干物率大小順序是B>G>Y>R>P>W>FL。

從圖1可以看出，熒光燈處理時(shí)鮮質(zhì)量和干質(zhì)量均顯著大于6種LED光質(zhì)處理(P<0.05)，干物率卻顯著低于LED光質(zhì)處理(P<0.05),僅為13.88%。LED光源處理下，藍(lán)光下幼苗鮮質(zhì)量較小，干物率最高(P<0.05),為35.67%，是熒光燈處理的2.57倍；紫光處理時(shí)幼苗鮮質(zhì)量最大(P<0.05)，為8.24 g，干物率較低為15.39%；紅光處理時(shí)鮮質(zhì)量較大為6.69 g，干物率較低為15.87%；綠光處理下鮮質(zhì)量和干物率居中等水平；白光處理下鮮質(zhì)量較小，干質(zhì)量最小，干物率最低(P<0.05)，為13.96%；黃光處理鮮質(zhì)量、干質(zhì)量都接近最小值，干物率中等為18.02%。由此可見，熒光燈、紫光、紅光處理下，幼苗含水量較高；藍(lán)光、綠光處理時(shí)，幼苗含水量較低。

注：不同小寫字母分別代表5%(P<0.05)水平差異顯著。圖1 不同光質(zhì)對構(gòu)樹生長量的影響

2.2 光質(zhì)對構(gòu)樹組織培養(yǎng)苗主要營養(yǎng)物質(zhì)含量的影響

不同單色光處理下，構(gòu)樹組織培養(yǎng)苗葉片中營養(yǎng)成分含量情況見表2。6種LED光質(zhì)培養(yǎng)下幼苗的蛋白質(zhì)、全磷和全鉀的含量均顯著高于熒光燈(P<0.05)。蛋白質(zhì)含量的順序?yàn)閅>P>G>B>W>R>FL，全磷和全鉀的含量從多到少順序分別為Y>P>G>B>R>W>FL和G>P>Y>B>W>R>FL。黃光、紫光和綠光處理下，蛋白質(zhì)含量最高(P<0.05)，蛋白質(zhì)含量大于260 mg/g DW，磷和鉀的含量也最多(P<0.05)；藍(lán)光處理下幼苗蛋白質(zhì)、磷和鉀含量中等；熒光燈、紅光和白光處理下蛋白質(zhì)、磷和鉀的含量最低(P<0.05)。

將構(gòu)樹幼苗營養(yǎng)物質(zhì)含量的隸屬函數(shù)值進(jìn)行計(jì)算并取平均值，均值越高代表幼苗綜合營養(yǎng)含量越高，并對不同光質(zhì)處理的隸屬函數(shù)值進(jìn)行排序，結(jié)果表示：各種光質(zhì)處理下幼苗營養(yǎng)物質(zhì)含量的排序?yàn)镻>G>Y>B>W>R>FL，紫光和綠光處理時(shí)，幼苗營養(yǎng)物質(zhì)含量最多，黃光和藍(lán)光次之，白光、紅光和熒光燈處理時(shí)，營養(yǎng)物質(zhì)含量最少。

表2 不同光質(zhì)對構(gòu)樹組培苗營養(yǎng)物質(zhì)含量的影響

3 結(jié)論與討論

光對植物生長與形態(tài)建成通過光合作用與光周期(包括不同光質(zhì))產(chǎn)生影響[14]，而本文研究的是光質(zhì)對構(gòu)樹組織培養(yǎng)苗諸多指標(biāo)的影響。構(gòu)樹作為木本飼料，一般是通過收割其嫩枝及樹葉后通過發(fā)酵制成青貯飼料，因此構(gòu)樹的生長速度和營養(yǎng)成分對其生產(chǎn)應(yīng)用具有重要意義。光質(zhì)是調(diào)控組織培養(yǎng)植物生長發(fā)育的重要環(huán)境因子，對植物的生物量和營養(yǎng)物質(zhì)積累有顯著影響[15]，目前對光質(zhì)影響構(gòu)樹生長的研究較缺乏。本研究顯示，相比于傳統(tǒng)熒光燈源培養(yǎng)，LED光源培養(yǎng)顯著增加了構(gòu)樹組織培養(yǎng)苗的干物率(P<0.05)，同時(shí)，顯著增加了幼苗蛋白質(zhì)、全磷、全鉀的含量積累(P<0.05)。說明熒光燈處理下幼苗鮮嫩，含水量較多，合成的有機(jī)物質(zhì)少；而LED光質(zhì)處理下，幼苗的營養(yǎng)物質(zhì)吸收、合成、運(yùn)輸?shù)男曙@著高于熒光燈處理，此結(jié)果與前人在豌豆芽苗菜[16]、生菜[17]植物中的研究結(jié)果類似。

前人的研究結(jié)果顯示，不同光質(zhì)處理對植物產(chǎn)量和品質(zhì)有不同的效果。紅光處理下番茄和生菜的產(chǎn)量顯著提高[18-19]，藍(lán)光處理下黃瓜和萵苣的產(chǎn)量顯著提高[20-21]；藍(lán)光處理可提高櫻桃番茄和苜蓿芽苗菜的營養(yǎng)品質(zhì)[22-23]。本研究中藍(lán)光和綠光顯著增加了構(gòu)樹組織培養(yǎng)苗干物質(zhì)的積累(P<0.05)；通過隸屬函數(shù)法進(jìn)行分析得到，紫光和綠光處理下構(gòu)樹幼苗的蛋白質(zhì)、全磷、全鉀營養(yǎng)物質(zhì)綜合排序最前。因此，在今后的構(gòu)樹組織培養(yǎng)光環(huán)境改善中，可以考慮綠光、藍(lán)光和紫光的應(yīng)用。

綜上，本研究采用LED光源研究不同光質(zhì)對構(gòu)樹組織培養(yǎng)苗生物量和營養(yǎng)物質(zhì)含量積累的影響，結(jié)果顯示，相比傳統(tǒng)熒光燈光源，LED光質(zhì)可以顯著提高構(gòu)樹幼苗干物質(zhì)的積累和氮、磷、鉀營養(yǎng)成分的含量，有效提升了構(gòu)樹組織培養(yǎng)苗的營養(yǎng)品質(zhì)，為今后合理應(yīng)用光質(zhì)提高飼用型構(gòu)樹幼苗品質(zhì)提供一定的參考依據(jù)。