LED光質(zhì)對2種石斛蘭組培苗增殖、生根及生長的影響

吳瑤，王再花，李杰，劉海林，段俊，周榮，葉廣英

（1廣東省農(nóng)業(yè)科學院環(huán)境園藝研究所/廣東省園林花卉種質(zhì)創(chuàng)新綜合利用重點實驗室，廣州 510640；2佛山科學技術學院食品科學與工程學院，廣東佛山 510000；3中國科學院華南植物園廣東省應用植物學重點實驗室/華南農(nóng)業(yè)植物分子分析與遺傳改良重點實驗室，廣州 510650）

0 引言

石斛蘭是蘭科石斛屬多年生草本植物[1-2]，其花姿優(yōu)美、花色豐富、開花時間長，被譽為極具觀賞價值的“四大洋蘭”之一[3]；但石斛蘭生長周期長，組培克隆繁殖率低，種苗質(zhì)量參差不齊，嚴重影響石斛蘭產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展?？梢姡岣呤m組培育苗速率，培育優(yōu)質(zhì)種苗是關鍵。石斛蘭是半陰生植物，需要一定的光照，組培需要的光強一般為18～100 μmol/(m2·s)[4-8]，但石斛蘭因品種不同需要的光強有所不同。由于石斛蘭從增殖到出苗需要2～3年時間，組培成本較高，導致生產(chǎn)效率較低。石斛蘭組培效率、增殖效率和生根壯苗情況反映著石斛蘭的生長勢優(yōu)劣。優(yōu)質(zhì)的光源如發(fā)光二極管(light-emitting diode，LED)光可以提高金線蓮、蝴蝶蘭、鐵皮石斛等的生長速率和繁殖效率，在組培中應用廣泛。LED是一種能發(fā)光的半導體電子元件，具有光譜可控、體積小巧、節(jié)能效果好，且與植物所需要的光譜相吻合等優(yōu)勢[10-11]，在組培中主要有提高生長勢、促進增殖、生根、提高干物質(zhì)含量和次生代謝物質(zhì)含量等作用[12-13]，但不同植物對光質(zhì)的敏感性不一樣，因此確定有效的LED 光源配方成為當前研究的熱點。常用于組培的LED 光有紅光、藍光和白光，一般單純的紅光或藍光不利于植株的組培生長。不同波段對植物的生長具有顯著差異，紅光有利于光合產(chǎn)物的積累、提高植物體內(nèi)赤霉素的含量，從而有利于植物莖與葉片生長；藍光有利于葉綠體發(fā)育，提高IAA氧化酶的活性，從而降低IAA 的水平，抑制植物的伸長生長，促進橫向生長，可使植株矮化[14-16]；綠光對植物的作用主要在于增加酚類物質(zhì)的積累，而對氨基酸等次生代謝物沒有顯著的刺激作用[6]。當前有關光質(zhì)的報道主要為蔬菜、觀賞植物和藥用植物等[14-16]，石斛方面有關光質(zhì)報道的有鐵皮石斛、霍山石斛、金釵石斛等藥用石斛[9,18-21]，對其生長、活性物質(zhì)積累具有積極作用，但有關觀賞用的石斛蘭克隆苗組培快繁及LED 光質(zhì)對其生長影響的報道比較少見。

‘甜心’石斛和‘紅粉天宮’兜唇石斛為南方市場熱銷的2個品種，花色淡雅，花量大，價值較高，備受蘭友喜歡。但由于組培過程中增殖速率較低，產(chǎn)業(yè)化程度不高，加上組培克隆中植物生長調(diào)節(jié)劑用量過高或繼代次數(shù)過多，容易導致變異，影響種苗的質(zhì)量。筆者采用紅藍綠3 種LED 作為光源，研究它們對2 種石斛組培苗增殖和生根的影響，以掌握石斛組織培養(yǎng)對光質(zhì)的需求，為石斛組培生產(chǎn)提供技術參考。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試驗材料選用廣東省農(nóng)業(yè)科學院環(huán)境園藝研究所選育和繁殖的2 種石斛?！t粉天宮’兜唇石斛是從云南原生兜唇石斛花色變異單株選擇、組培擴繁而成，花色更為紅艷；‘甜心’石斛為日本引進的春石斛品種，花色淡雅，花朵數(shù)量多，開花整齊。選取同批量且大小相似的組培苗進行LED 增殖試驗。試驗于2021 年1月—2022年2月在廣東省農(nóng)業(yè)科學院白云基地組培室進行。

1.1.2 光源藍光、綠光、紅光LED 以及光質(zhì)的不同比例如表1。單顆燈珠1.5 W，RBG 各0.5 W，1 條燈功率24 W，R(red)是波長為620 nm 的純紅光，B(blue)是波長為460 nm的純藍光，G(green)的波長520 nm的純綠光，W(white)為對照白色熒光燈，不同處理分別是R6B3G0、R6B3G1、R6B3G3、R3B6G0、R3B6G1、R3B6G3、R3B3G3。LED燈管由仲愷農(nóng)業(yè)工程學院精準農(nóng)業(yè)智能裝備實驗室提供，通過電腦控制其比例，使用光譜儀（群智ALP-01）測定光照強度。

表1 LED不同光質(zhì)配比表

1.1.3 培養(yǎng)基石斛芽增殖培養(yǎng)基為改良MS+蔗糖30 g/L+瓊脂7 g/L+香蕉50 g/L+活性炭0.1 g/L+NAA 0.05 mg/L+6-BA 3.0 mg/L。石斛芽生根壯苗培養(yǎng)基為改良1/2MS+NAA 0.2 mg/L+蔗糖30 g/L+瓊脂7 g/L+香蕉50 g/L+活性炭0.1 g/L。

1.2 方法

1.2.1 石斛增殖及生根壯苗增殖培養(yǎng)時，將石斛蘭組培苗切成2個節(jié)間的莖段，接種到增殖培養(yǎng)基，每瓶接種15個莖段，每個光質(zhì)每個品種重復4瓶；隨機置于8組不同光質(zhì)的LED燈下培養(yǎng)45 d。生根壯苗時，將增殖后長勢相似的單芽接種至生根培養(yǎng)基，每瓶接種15個單芽，每個光質(zhì)每個品種重復4瓶，隨機放于8組不同光質(zhì)的LED光下培養(yǎng)45 d。除LED光源的不同，其他培養(yǎng)條件一致。光強均為20 μmol/(m2·s)，每天光照時間12 h，培養(yǎng)溫度(24±2)℃。

1.2.2 統(tǒng)計及數(shù)據(jù)處理增殖階段統(tǒng)計每個莖段萌芽的數(shù)量即為增殖系數(shù)[式(1)]，每個莖段干重、鮮重以及干物質(zhì)含量；生根壯苗階段統(tǒng)計根數(shù)、平均根長、莖粗、新芽數(shù)、株高、葉數(shù)。所有數(shù)據(jù)采用SAS 8.0 軟件的Duncan方法檢驗不同處理間的差異顯著性，顯著水平P＜0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同LED光質(zhì)對2種石斛增殖的影響

石斛蘭克隆過程中，增殖的新芽數(shù)多，則繁殖快，育苗周期縮短，大大節(jié)約生產(chǎn)成本。不同LED光質(zhì)條件下，‘甜心’石斛和‘紅粉天宮’兜唇石斛的增殖系數(shù)、干鮮重和干物質(zhì)含量見表2～3及圖1～2。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，同樣的LED 光質(zhì)處理對不同石斛品種的增殖效果差異較大。

圖1 不同LED的光質(zhì)下‘甜心’石斛增殖情況

圖2 不同LED的光質(zhì)下‘紅粉天宮’兜唇石斛增殖情況

表2 不同光質(zhì)的LED處理對‘甜心’石斛增殖的影響

表3 不同光質(zhì)的LED處理對‘紅粉天宮’兜唇石斛增殖的影響

‘甜心’石斛在R6B3G1的光質(zhì)處理下增殖綜合效果最好，增殖系數(shù)達2.55個/株，鮮重、干重和干物質(zhì)含量分別為0.540 g/株、0.053 g/株和9.80%。其次為R6B3G0、R3B6G1、R3B6G0，上述4 個光質(zhì)處理間增殖系數(shù)差異不顯著，但明顯高于其他處理和對照W，最高比對照高出43.5%。紅藍光比例6:3時，增加一定光強的綠光處理可以明顯提高干物質(zhì)含量，其中R6B3G1 的干物質(zhì)含量明顯高出R6B3G0 處理18.8%，此外，紅藍光比例3:6時，一定的綠光也對其紅藍組合光增殖及干物質(zhì)積累有一定促進作用，如R3B6G1。推測適當?shù)木G光對萌芽和次生代謝物的積累有促進作用；但綠光的繼續(xù)增加則顯著降低干物質(zhì)含量，如R6B3G3和R3B6G3處理。綜合比較可知，‘甜心’石斛增殖階段使用R6B3G1光質(zhì)最佳。

‘紅粉天宮’兜唇石斛在R6B3G3光質(zhì)處理下增殖效果最佳，增殖系數(shù)為1.19個/株，鮮重、干重和干物質(zhì)含量分別為0.718 g/株、0.0548 g/株和7.91%，其次為R6B3G1，而W 對干物質(zhì)含量增加影響顯著，但R6B3G0 增殖效果最差。該種石斛在紅藍光比例6:3或3:6時補充一定綠光，也可明顯增加干物質(zhì)含量，與‘甜心’石斛得到類似的結(jié)論，R6B3G1和R3B6G1明顯好于無綠光處理R6B3G0和R3B6G0。

文獻中已有不少關于LED 光促進植物增殖的報道。尚文倩等[21]認為紅藍光1:1 對鐵皮石斛試管苗生長發(fā)育有利；王玉英等[22]發(fā)現(xiàn)R4B2G1對百合增殖效果最好；楊艷敏等[23]發(fā)現(xiàn)固定綠光，紅光比例越高，藍光比例越低，藍莓組培苗增殖不定芽達到43.61個；劉慧雯[15]發(fā)現(xiàn)R3B1 處理下鐵皮石斛原球莖增殖系數(shù)達到4.7，且顏色和長勢相當不錯；任桂萍等[16]研究表明紅光更有利于蝴蝶蘭單芽的增殖。說明在植物組培中紅光促進芽增殖具有普遍性，而增加一定綠光也可促進芽的增殖，本研究得到類似的結(jié)論。在本試驗中還發(fā)現(xiàn)，紅藍綠3 種光質(zhì)進行組合后，綠光不宜增加過多，否則會影響增殖效率和干物質(zhì)的積累。以上結(jié)果表明，不同品種石斛蘭在組培增殖擴繁中，需要的光質(zhì)有所不同?！鹦摹m增殖較佳的光質(zhì)組合分別為R6B3G1、R6B3G0、R3B6G1；‘紅粉天宮’兜唇石斛增殖較佳的光質(zhì)組合分別為R6B3G3、R6B3G1?？梢?，較高比例的紅藍光(R6B3)適度增加綠光利于石斛蘭的增殖和干物質(zhì)的積累。

2.2 不同的LED光質(zhì)對2種石斛生根壯苗的影響

在石斛的組培快繁中，石斛的生根情況和長勢決定石斛出苗的存活率和質(zhì)量，因此該階段把控種苗質(zhì)量尤為重要。LED不同光質(zhì)組合處理對2個石斛品種的生根壯苗存在一定差異（表4～5 及圖3～4）。從各生長指標整體考慮，‘甜心’石斛在R6B3G3 的光質(zhì)處理下最佳，根數(shù)和平均最長根長分別為11.36 根/株和2.64 cm，其中根數(shù)比對照W 高出32.1%；其次為R6B3G1 和R3B6G3，盡管根數(shù)和平均最長根長在R3B6G3光質(zhì)處理下最高，但三者均無顯著差異，此外R3B6G3 處理下新芽數(shù)明顯低于R6B3G3。但前三者生根情況明顯高于W、R3B3G3 和R3B6G1；而莖粗和株高在各處理中差異均不明顯。

圖3 不同光質(zhì)的LED下‘甜心’石斛生根壯苗情況

圖4 不同光質(zhì)的LED下‘紅粉天宮’兜唇石斛生根壯苗情況

表4 不同光質(zhì)的LED處理對‘甜心’石斛生根壯苗的影響

表5 不同光質(zhì)的LED處理對‘紅粉天宮’兜唇石斛生根壯苗的影響

‘紅粉天宮’兜唇石斛在8 種光質(zhì)的處理下，以R6B3G1 生根效果最佳，根數(shù)和平均最長根長分別為17.34 根/株和4.10 cm，分別比對照高出18.4%和113.5%；其次為R6B3G3，生根效果最差的為W 和R3B6G3?！t粉天宮’兜唇石斛的新芽數(shù)、株高、葉數(shù)在各光質(zhì)組合處理下無顯著差異。

前人對LED 在多種植物生根壯苗的應用上已有報道。宋羽[24]研究表明，光是通過調(diào)節(jié)生物膜系統(tǒng)結(jié)構的透性，改變結(jié)構功能影響番茄的生長代謝；劉慧雯[15]報道紅光使鐵皮石斛組培苗根數(shù)達到最多最長，主要原因是紅光促進了植物體內(nèi)赤霉素等激素的分泌，紅光有利于生根，藍光提高了植物體內(nèi)IAA 氧化酶的活性，能降低IAA的水平，抑制植物的頂端生長，從而促進了橫向生長，使得藍光促進石斛莖長粗，多種光質(zhì)組合會更加符合植物生根壯苗的生長需要；婁鈺姣[20]試驗表明在R3B2 處理下，鐵皮石斛株高最佳，在組合R4B1 處理下，莖粗最大；任桂萍等[16]發(fā)現(xiàn)紅光更有利于蝴蝶蘭株高的增加，藍光影響根系的活力，組合R3B6Fr1 光質(zhì)更加適合植物的生根壯苗的需求，其中紅光占比多促進植物伸長，藍光占比多促進植物莖長粗。但在本試驗中發(fā)現(xiàn)，紅藍綠3種光質(zhì)進行組合后，‘甜心’石斛的根長在紅光比例多的情況下，會隨著綠光的增加而伸長，但莖粗無顯著差異，故‘甜心’石斛的生根壯苗在R6B3G3 和R6B3G1 組合光中效果最好；而藍光比例多時，增加同比例綠光，如R3B6G3生根效果也較佳?！t粉天宮’兜唇石斛的根長在紅光比例大、綠光占比適中時達到最大值，如R6B3G1，莖粗也出現(xiàn)相同趨勢，故‘紅粉天宮’兜唇石斛生根壯苗階段在R6B3G1效果最好。

綜上，不同品種的石斛蘭在組培生根壯苗過程中對光質(zhì)有不同的要求?！鹦摹赗6B3G3、R6B6G1 組合光質(zhì)生根壯苗效果較好，‘紅粉天宮’兜唇石斛在R6B3G1、R6B3G3組合光質(zhì)生根壯苗效果較好，總體2種石斛對紅藍光質(zhì)需求相似，補充一定綠光均有利于其生根壯苗。

3 結(jié)論與討論

光、熱、水、氣、肥是直接影響植物生長的因子。光作為植物能量的獨特來源[25]，直接影響植物的生長發(fā)育。根據(jù)植物生理結(jié)構的不同，光質(zhì)對不同植物品種的生長過程有著不同的效果，并且在不同的生長階段，光質(zhì)效果也呈現(xiàn)出不同[26]。本研究結(jié)果表明，‘甜心’石斛在R6B3G1 組合光質(zhì)增殖效果最好，在R6B3G3組合光質(zhì)生根壯苗效果最好；‘紅粉天宮’兜唇石斛在R6B3G3光質(zhì)組合下增殖效果好，在R6B3G1組合光質(zhì)下生根壯苗效果最好。2種石斛雖然組培快繁過程相近，但在增殖和生根壯苗各階段有綠光的添加會比只有紅藍光效果明顯好，具體作用機制還不明晰，特別是這些光質(zhì)組合處理對石斛活性成分及次生代謝物的積累還不明確，下一步將繼續(xù)開展這方面的研究工作。