不同LED光質(zhì)對(duì)玉簪組培苗增殖和生根的影響

陳　菲，李　黎，韓　輝，熊燕，楊立賓，曲彥婷

（黑龍江省科學(xué)院自然與生態(tài)研究所濕地與生態(tài)保育國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱150040）

不同LED光質(zhì)對(duì)玉簪組培苗增殖和生根的影響

陳菲，李黎，韓輝，熊燕，楊立賓，曲彥婷*

（黑龍江省科學(xué)院自然與生態(tài)研究所濕地與生態(tài)保育國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱150040）

以玉簪組培苗為試驗(yàn)材料，以LED燈作為光源，進(jìn)行不同光質(zhì)的配比組合，研究其對(duì)玉簪組培苗的株高、增殖系數(shù)、生根的影響。結(jié)果表明：紅藍(lán)復(fù)合光（2RB）處理的玉簪組培苗生長(zhǎng)健壯，株高最高，增殖系數(shù)最大，生根率高，因此紅藍(lán)復(fù)合光（2RB）是玉簪組培苗繼代增殖和生根的理想光源。

玉簪；LED光質(zhì)；組織培養(yǎng)

光是植物生長(zhǎng)最重要的環(huán)境因子之一，光照對(duì)植物組織培養(yǎng)中細(xì)胞、組織、器官的生長(zhǎng)和分化有著重要的作用，主要表現(xiàn)在光照強(qiáng)度、光質(zhì)、光周期等方面。光質(zhì)主要影響細(xì)胞分裂、器官分化，對(duì)愈傷組織誘導(dǎo)、增殖也有顯著影響［1］。不同光質(zhì)的生物學(xué)效應(yīng)也存在顯著差異［2-4］，光質(zhì)可以通過(guò)光敏色素影響植物體內(nèi)內(nèi)源激素水平，從而調(diào)節(jié)植株的生長(zhǎng)，光敏色素（紅光—遠(yuǎn)紅光受體）和隱花色素（藍(lán)光—近紫外光受體）調(diào)節(jié)植物從營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)轉(zhuǎn)變到生殖生長(zhǎng)。

高效率人工光源的發(fā)展是植物組織培養(yǎng)研究中重要的課題之一，目前普遍使用的光源是日光燈、高壓鈉燈等。但是，這類人工光源存在壽命短、發(fā)熱量大、發(fā)光效率不理想等缺點(diǎn)，而且在規(guī)?；a(chǎn)中，大量使用日光燈不僅耗費(fèi)大量能源，還會(huì)增加生產(chǎn)成本，影響組織培養(yǎng)的經(jīng)濟(jì)效益［5］。

20世紀(jì)80年代中期以來(lái)，LED光源開(kāi)始應(yīng)用于植物生長(zhǎng)的研究當(dāng)中［1］。此后，隨著光電技術(shù)的不斷發(fā)展，LED光源在植物組織培養(yǎng)中應(yīng)用越來(lái)越多。由于其體積小，可直接安裝在培養(yǎng)架上方，大大節(jié)省了空間，比傳統(tǒng)方法增加有效培養(yǎng)空間3倍以上；耗能低，幾乎不發(fā)熱，非常利于培養(yǎng)間的溫度控制，節(jié)約能源。LED的有效發(fā)光能也明顯高于普通日光燈。LED獨(dú)有的優(yōu)點(diǎn)，使其成為植物組織培養(yǎng)研究的重要光源之一。國(guó)內(nèi)外許多科學(xué)家開(kāi)始嘗試用LED光源作為組培光源來(lái)進(jìn)行提高組織培養(yǎng)效果的研究［6-8］。LED已經(jīng)被成功應(yīng)用于草莓、萵苣、馬鈴薯、胡椒、胡瓜、桉樹(shù)和白鶴芋等多種植物的組織培養(yǎng)中。隨著LED技術(shù)的迅速發(fā)展，LED光源開(kāi)始廣泛應(yīng)用于植物組織培養(yǎng)，但是LED光質(zhì)對(duì)玉簪組培苗增殖和生根影響的研究報(bào)道卻不多見(jiàn)。

本試驗(yàn)采用發(fā)光二極管（LED）作為光源，用不同的LED光質(zhì)對(duì)玉簪組培苗進(jìn)行補(bǔ)光，研究不同LED光質(zhì)對(duì)玉簪組培苗增殖及生根影響的實(shí)驗(yàn)，旨在研究LED光源在玉簪組織培養(yǎng)中的有效性，以及不同LED光質(zhì)對(duì)玉簪組培苗增殖和生根的影響，為玉簪在工廠化生產(chǎn)中選擇適宜的補(bǔ)光光源提供數(shù)據(jù)支持和理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

供試材料為玉簪（Hosta）組培苗，由黑龍江省科學(xué)院自然與生態(tài)研究所組培室提供。

1.2培養(yǎng)基

增殖培養(yǎng)基：MS+BA2.0mg/L+NAA0.1mg/L

生根培養(yǎng)基：1/2MS+NAA0.5mg/L

培養(yǎng)基添加瓊脂粉5g/L，蔗糖30g/L，將酸堿度調(diào)節(jié)至pH 5.8，高壓滅菌鍋121℃滅菌20min。

1.3試驗(yàn)方法

試驗(yàn)在黑龍江省科學(xué)院自然與生態(tài)研究所組培室LED光源區(qū)進(jìn)行，LED光源由黑龍江省愛(ài)普照明電器有限公司提供。

1.3.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)光質(zhì)條件共設(shè)8個(gè)試驗(yàn)組，每組20瓶，每瓶5株，將玉簪組培苗分別放置在7個(gè)LEDs光源區(qū)和日光燈對(duì)照區(qū)，調(diào)節(jié)電流、占空比、光源與植株的距離，使光量保持一致；LEDs光質(zhì)控制系統(tǒng)見(jiàn)表1，光照周期為12h/d，培養(yǎng)室溫度為（25±2）℃。

1.3.2指標(biāo)測(cè)定

將玉簪組培苗接種在繼代增殖培養(yǎng)基上，在不同LEDs光源區(qū)生長(zhǎng)30d后統(tǒng)計(jì)增殖率，進(jìn)行形態(tài)指標(biāo)的測(cè)定，測(cè)量株高、葉數(shù)、葉長(zhǎng)（選完全展開(kāi)的試管苗自下而上的第2片葉）、葉寬。

將玉簪組培苗接種在生根培養(yǎng)基上，在不同LEDs光源區(qū)生長(zhǎng)30d后統(tǒng)計(jì)植株的生根率、株高、葉片數(shù)、葉長(zhǎng)（試管苗自下而上的第2片葉）、葉寬、根數(shù)和根系活力等指標(biāo)，根系活力的測(cè)定采用李合生（2000）的TTC測(cè)定法。

1.4數(shù)據(jù)分析

每個(gè)處理的培養(yǎng)時(shí)間為30天，3次重復(fù)，所有數(shù)據(jù)用Excel軟件進(jìn)行整理分析，用DPS進(jìn)行方差分析，LSD進(jìn)行多重比較，顯著水平P＜0.05。

表1　LEDs光質(zhì)控制系統(tǒng)

2　結(jié)果與分析

2.1不同LED光質(zhì)對(duì)玉簪組培苗生長(zhǎng)形態(tài)的影響

在不同光質(zhì)比例的LED光源下經(jīng)過(guò)30d培養(yǎng)后的玉簪組培苗，其生長(zhǎng)狀況的測(cè)定結(jié)果如表2所示。不同LED光質(zhì)對(duì)玉簪組培苗生長(zhǎng)形態(tài)指標(biāo)影響差異顯著。由表2可以看出，最大株高出現(xiàn)在單色紅光（R）處理中，單色紅光（R）處理的玉簪組培苗植株細(xì)高，葉片較細(xì)長(zhǎng)，有一定的徒長(zhǎng)現(xiàn)象；株高表現(xiàn)出很明顯的隨著紅光比例的增加而增大趨勢(shì)。單色藍(lán)光（B）處理的玉簪組培苗株高最矮，明顯低于對(duì)照組，葉片數(shù)目最少，紅藍(lán)配比光（2RB）處理的玉簪株高低于單色紅光（R），但生長(zhǎng)狀況健壯。

就葉數(shù)而言，葉數(shù)最大值出現(xiàn)在紅藍(lán)配比光（2RB）處理中，單色紅光（R）處理的葉片數(shù)多于單色藍(lán)光（B）處理，不同LEDS光質(zhì)組合處理的玉簪組培苗的葉長(zhǎng)、葉寬均顯著大于對(duì)照組（CK）。綜合各個(gè)形態(tài)指標(biāo)特征，由此推斷適宜玉簪組培苗繼代生長(zhǎng)的最佳生長(zhǎng)光源是紅藍(lán)復(fù)合光（2RB）。

2.2不同LED光質(zhì)對(duì)玉簪組培苗增殖的影響

不同LED光質(zhì)對(duì)玉簪組培苗的增殖影響差異顯著，結(jié)果見(jiàn)表3。紅藍(lán)配比光（2RB）處理玉簪組培苗增殖量最高。不同復(fù)合光處理的玉簪組培苗增殖量比單色光處理的增殖量高，而單色紅光（R）處理玉簪組培苗的增殖量高于單色藍(lán)光（B）處理，且各個(gè)不同LED光質(zhì)處理玉簪組培苗的增殖量均顯著高于對(duì)照組（CK）處理。

由表3同時(shí)可以看出，紅藍(lán)配比光（2RB）處理的玉簪組培苗增殖系數(shù)最大，是單色藍(lán)光（B）處理的1.868倍，是對(duì)照組（CK）處理的2.114倍，是紅藍(lán)復(fù)合光（1RB）處理的1.152倍。單色白光（W）處理玉簪組培苗增殖率是對(duì)照組處理的1.437倍。不同LED光質(zhì)處理玉簪組培苗的增殖率大小依次為：

由此推斷：紅藍(lán)復(fù)合光（2RB）是適宜玉簪組培苗增殖的最佳紅藍(lán)光配比。

2.3不同LED光質(zhì)對(duì)玉簪組培苗根系生長(zhǎng)的影響

如表4所示，不同LED光質(zhì)對(duì)玉簪組培苗的根長(zhǎng)和根系活力影響差異顯著。結(jié)果表明，紅藍(lán)復(fù)合光（2RB）處理的玉簪組培苗生根率高，單株根數(shù)也高于其他處理及對(duì)照。單色紅光處理下的玉簪組培苗生根率最高，根長(zhǎng)最長(zhǎng)，但根系活力最低；單色藍(lán)光處理的玉簪組培苗生根率低于其他不同處理，但其根系活力最強(qiáng)。其他復(fù)合光（1RB、RBG、RBW）和單色白光（W）處理的玉簪組培苗的生根率和根系活力與對(duì)照無(wú)顯著差異。由此可以得出，紅藍(lán)復(fù)合光（2RB）是適宜玉簪組培苗生根的最佳光源。玉簪組培苗在生根培養(yǎng)階段，前期可用單色紅光進(jìn)行生根誘導(dǎo)，促進(jìn)根系生長(zhǎng)，而在后期適當(dāng)補(bǔ)充單色藍(lán)光，使其根系活力加強(qiáng)。

表2　不同光質(zhì)對(duì)玉簪組培苗生長(zhǎng)形態(tài)的影響

表3　不同光質(zhì)對(duì)玉簪組培苗增殖量及增殖率的影響

3　結(jié)論

光質(zhì)對(duì)玉簪組培苗各項(xiàng)形態(tài)指標(biāo)影響差異顯著。在不同光質(zhì)比例的LED光源下經(jīng)過(guò)30d培養(yǎng)后的玉簪組培苗，葉長(zhǎng)、葉寬均顯著大于對(duì)照組（CK）。單色紅光（R）處理的玉簪組培苗植株最高，有一定的徒長(zhǎng)現(xiàn)象；紅藍(lán)配比光（2RB）處理的玉簪株高低于單色紅光（R），但生長(zhǎng)狀況健壯。就葉數(shù)而言，葉數(shù)最大值出現(xiàn)在紅藍(lán)配比光（2RB）處理中，綜合各個(gè)形態(tài)指標(biāo)特征，由此推斷紅藍(lán)復(fù)合光（2RB）是適宜玉簪組培苗繼代生長(zhǎng)的最佳光源。

表4　不同光質(zhì)對(duì)玉簪組培苗生根的影響

不同LED光質(zhì)對(duì)玉簪組培苗的增殖量影響差異顯著。紅藍(lán)配比光（2RB）處理的玉簪組培苗增殖系數(shù)最大，是單色藍(lán)光（B）處理的1.868倍，是對(duì)照組（CK）處理的2.114倍，是紅藍(lán)復(fù)合光（1RB）處理的1.152倍。單色白光（W）處理玉簪組培苗增殖率是對(duì)照組處理的1.437倍。不同LED光質(zhì)處理玉簪組培苗的增殖率大小依次為：

由此推斷：紅藍(lán)復(fù)合光（2RB）是適宜玉簪組培苗增殖的最佳紅藍(lán)光配比。

不同LED光質(zhì)對(duì)玉簪組培苗生根影響差異顯著。不同LED光質(zhì)對(duì)玉簪組培苗根長(zhǎng)和根系活力影響差異顯著。紅藍(lán)復(fù)合光（2RB）處理的玉簪組培苗生根率高，單株根數(shù)也高于其他處理及對(duì)照。單色紅光處理下的玉簪組培苗生根情況良好，根長(zhǎng)最長(zhǎng)，生根率最高，但根系活力最低；單色藍(lán)光處理的玉簪組培苗生根率低于其他不同處理，但其根系活力最強(qiáng)。其他復(fù)合光（1RB、RBG、RBW）和單色白光（W）處理的玉簪組培苗的生根率和根系活力與對(duì)照無(wú)明顯差異。綜上所述，紅藍(lán)復(fù)合光（2RB）是適宜玉簪組培苗生根的最佳光源。玉簪組培苗在生根培養(yǎng)階段，前期可用單色紅光進(jìn)行生根誘導(dǎo)，促進(jìn)根系生長(zhǎng)，而在后期適當(dāng)補(bǔ)充單色藍(lán)光，使其根系活力加強(qiáng)。

4　討論

本實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，單色光處理下，玉簪組培苗會(huì)出現(xiàn)徒長(zhǎng)現(xiàn)象，節(jié)間增大從而導(dǎo)致植株過(guò)高，而紅藍(lán)配比光處理的玉簪植株較矮，這與Kim［9］等的結(jié)果相似，植物種類不同，其紅/藍(lán)光受體與隱花色素之間存在協(xié)同交互效應(yīng)，從而促進(jìn)或抑制莖的延長(zhǎng)。研究還發(fā)現(xiàn)，不同LED光質(zhì)處理的玉簪組培苗葉片葉長(zhǎng)、葉寬均大于對(duì)照組，由此可知LED照射會(huì)使葉片伸展面積增大，利于捕獲更多的光能進(jìn)行光合作用，從而來(lái)合成并貯存光合產(chǎn)物。

根系是植物主要的吸收器官和合成器官，植株地上部分的生長(zhǎng)和發(fā)育與植物根系活力的強(qiáng)弱密切相關(guān)，蒲高斌等［10］在番茄的研究中發(fā)現(xiàn)藍(lán)光處理的植株生長(zhǎng)健壯，根系活力高。本研究發(fā)現(xiàn)，玉簪組培苗在單色藍(lán)光處理下根系活力強(qiáng)，但生根率較低；而單色紅光處理下根系活力弱，但生根率較高。說(shuō)明單色藍(lán)光可以提高植株根系活力，但同時(shí)抑制植株生根，紅光對(duì)組培苗生根誘導(dǎo)則有一定的促進(jìn)作用［11，12］。因此，對(duì)于玉簪組培苗在生根培養(yǎng)階段，在前期可以考慮用單色紅光處理進(jìn)行生根誘導(dǎo)，而在后期適當(dāng)添加單色藍(lán)光處理增加根系活力。

有研究認(rèn)為不同光質(zhì)對(duì)植物組織培養(yǎng)生長(zhǎng)及器官分化的影響表現(xiàn)在數(shù)量上的差異，而不影響質(zhì)變，影響質(zhì)變是光的有無(wú)和培養(yǎng)基中的激素配比［13］等。本實(shí)驗(yàn)研究認(rèn)為：可能是不同光質(zhì)作用和植物種類不同對(duì)不同因素處理產(chǎn)生的差異所致。紅藍(lán)復(fù)合光處理比對(duì)照處理的玉簪組培苗增殖率要高，增殖率高低是否只與培養(yǎng)基中激素種類配比有關(guān)，這部分機(jī)理還不明確，有待進(jìn)一步試驗(yàn)研究。

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（2016-06-19收稿劉曉佳編輯）

The Effects of LED Different Light Qualities on G row th of Hosta plantaginea

CHEN Fei et al
（Institute of Natural Resources and Ecology，HAS.National and Provincial Joint Engineering Laboratory of Wetlands and Ecological Conservation，Harbin 150040，China）

Tissue culture seedlings of Hosta p lantaginea were used as test material，Different combinations were formed by arraying the different light qualities at different proportions based on LED monochromatic spectrum including red，blue and green with fluorescent lamp as the control.The effects of different light qualities generated by LED on growth and physiological characteristic index of Hosta p lantaginea were studied.The results showed that the red-blue complex of LED（2RB）light will be the major light source for plant tissue culture of Hosta plantaginea in future.

Hosta plantaginea；LED light quality；Tissue culture

S603.8

A

1003-7853（2016）04-0094-03

黑龍江省應(yīng)用技術(shù)研究與開(kāi)發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（GA13A403）

陳菲（1977-），女，高級(jí)工程師，碩士，研究方向：園林植物生物技術(shù)。

曲彥婷。