高山杜鵑葉片再生和試管苗生長對不同LED光質的響應特征

劉曉青， 蘇家樂， 陳尚平， 李 暢， 項立平， 何麗斯

(江蘇省農業科學院園藝研究所，江蘇 南京 210014)

高山杜鵑是杜鵑花科杜鵑花屬中常綠闊葉類杜鵑以及其雜交后代的總稱［1］，其花序碩大、花團錦簇、花瓣晶瑩剔透、葉色四季常青，具有較高的觀賞價值和經濟價值，深受人們的喜愛，是高檔的年宵花卉和園林綠化植物，具有廣闊的市場開發前景［2］。由于高山杜鵑枝粗葉少，扦插生根十分困難，為滿足高山杜鵑與日俱增的市場需求量，組織培養作為高山杜鵑優良品種高效繁殖的重要手段越來越受到重視［3］。光源是組織培養中最重要的實驗因子之一，為植物光合作用提供輻射能，還為植物提供信號調節。新型LED(Light emitting diodes)光源具有波長具體、波普寬度小、光譜性能好、光效高、壽命較長、節能等一系列傳統電光源技術無法比擬的優勢，逐漸成為植物組織培養研究的重要光源之一［4］。目前，國內外已有部分研究將LED光源應用到組織培養上［5-7］，但LED光源對高山杜鵑葉片再生的研究未見報道。本研究采用LED光源發射的單色光譜紅光(630 nm)和藍光(445 nm)，進行不同光質配比組合，研究高山杜鵑葉片再生及試管苗生長對不同LED光質組合的響應特征，以期為新型LED光源在組織培養中的應用和推廣提供技術依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為高山杜鵑品種粉金蝶(Rhododendron hybrids‘Cosmopolitan’)的組織培養無菌苗。

1.2 培養基

葉片再生培養基:WPM+1.0 mg/L噻苯隆 +0.5 mg/L吲哚丁酸+30.0 g/L蔗糖。

生根培養基［3］:1/2 WPM+0.25 mg/L 萘乙酸+0.25 mg/L吲哚丁酸+15.00 g/L蔗糖。

以上培養基在調pH值為5.2～5.7后，添加瓊脂6 g/L，經高壓滅菌鍋121℃滅菌20 min。

1.3 試驗方法

將無菌苗從培養瓶中取出，并在超凈工作臺上將其葉片切成0.5 cm×0.5 cm的小塊，以葉片遠軸面接觸培養基的方式將其接種到葉片再生培養基上，先經過14 d的黑暗培養，然后分別置于不同的光質(表1)處理下培養45 d后統計相關指標，每種光質下處理50塊葉片。

表1 不同LED光質的主要技術參數Table 1 Major technical parameters of different LED light treatments

待各種光質處理下形成的不定芽生長至0.5～1.0 cm時，選取生長健壯的不定芽并在超凈工作臺上將其切下，接種到生根培養基中，置于原光質下培養45 d后統計相關指標，每種光質下處理50株不定芽。

培養室溫度為(23±2)℃，1 d光照時間為12 h，光照度為 50 μmol/(m2·s)。

1.4 指標測定及數據分析

在再生培養基中結束培養后，統計不定芽再生率、再生芽數;在生根培養基中結束培養后統計植株的生根率、株高、葉片數、莖粗、葉長、葉寬、干質量、鮮質量、生根率、葉片色素含量和根系活力［8］等指標，其中葉長和葉寬是統計植株倒5葉的長和寬。

數據分析和制圖采用Excel 2003和SPSS 13.0分析軟件進行，同類型數據顯著性差異運用Duncan’s檢驗法進行多重比較。

2 結果

2.1 不同LED光質配比對高山杜鵑葉片再生的影響

不同LED光質配比處理的高山杜鵑葉片不定芽再生情況(表2)顯示，紅藍光組合(3∶1)處理的高山杜鵑葉片不定芽再生效果最好，其葉片不定芽再生率比熒光燈處理(對照)的高出9.1個百分點(P＜0.05)，平均再生芽數比對照多3.9個(P＜0.05)。100%藍光處理下高山杜鵑葉片不定芽再生效果最差。紅藍光組合(3∶1、2∶1和1∶1)處理的高山杜鵑葉片不定芽再生效果均顯著好于100%紅光和藍光(P＜0.05)，表明紅藍光組合配比處理對葉片不定芽的分化起促進作用。

表2 不同LED光質配比對高山杜鵑葉片再生不定芽的影響Table 2 Effects of different combinations of red light and blue light on the shoot regeneration from Rhododendron leaf

2.2 不同LED光質配比對高山杜鵑試管苗生長的影響

從表3可以看出，不同LED光質配比對高山杜鵑試管苗的株高、莖粗、葉片數、葉長、葉寬、干質量和鮮質量的影響均存在一定的差異。其中，100%紅光處理下植株的株高、葉長和葉寬均顯著高于對照，莖粗顯著低于對照，說明100%紅光處理下植株有一定的徒長現象。100%藍光處理植株的株高顯著低于其他處理，莖粗顯著高于其他處理(除了對照)，干質量和鮮質量均較小;紅藍光組合(3∶1、2∶1和1∶1)處理下的植株生長茂盛，株高、葉片數、葉長和葉寬均高于熒光燈對照，且以紅藍光組合(3∶1)的效果好，其株高、葉片數和葉寬均顯著高于對照。以上分析表明，紅藍復色光更有利于高山杜鵑試管苗的形態建成、生長發育，尤其以較高的紅光比例為好。

表3 不同LED光質配比對高山杜鵑試管苗生長的影響Table 3 Effects of different combinations of red light and blue light on the growth of Rhododendron seedlings in vitro

2.3 不同LED光質配比對高山杜鵑試管苗葉片色素含量的影響

由表4可知，紅藍光組合處理下的試管苗葉片葉綠素a、葉綠素b和葉綠素a+b均顯著高于對照;類胡蘿卜素含量在各個處理之間差異不顯著;100%紅光處理下的葉綠素a/b值最高，其次是熒光燈對照，3種紅藍光組合的葉綠素a/b值均顯著低于100%紅光處理和熒光燈對照。

表4 不同LED光質配比對高山杜鵑試管苗葉片色素含量的影響Table 4 Effects of different combinations of red light and blue light on the pigment contents of Rhododendron seedlings in vitro

2.4 不同LED光質配比對高山杜鵑試管苗根系生長的影響

圖1是不同LED光質配比對高山杜鵑試管苗生根率和根系活力的影響。結果顯示，100%紅光處理下試管苗生根率最高，為100%，但其根系活力最低;而100%藍光處理下試管苗生根率顯著低于其他處理，比對照少20.7個百分點，但其根系活力最強。3種紅藍光組合處理下的生根率和根系活力與熒光燈對照均無顯著差異，這表明紅藍復色光對試管苗根系生長無不良影響。由此可以看出，對于生根比較困難的試管苗，在前期可以用紅光進行生根誘導，而在后期適當的添加藍光能增加根系活力。

圖1 不同LED光質配比對高山杜鵑試管苗生根率(A)和根系活力(B)的影響Fig.1 Effects of different combinations of red light and blue light on the rooting rate and root vigor of Rhododendron seedlings in vitro

3 討論

光質是影響試管苗生長發育的關鍵環境因素之一，對植株的形態建成、生理代謝、信號轉導等都有著重要的調節作用。在植物體內的色素中主要有2種色素(光敏色素和隱花色素)在調節植物對光的反應中起著關鍵性的作用，這2種色素分別對610～700 nm紅光和425～490 nm藍光有較強的吸收作用［6］。因此，LED紅光、LED藍光及其不同配比的組合光質成為目前組織培養中新型光源的研究熱點［9-11］。秦永華等［12］研究了不同有色膜對草莓葉片再生的影響，認為綠膜和紅膜對不定芽再生有明顯的促進作用，而藍膜和黃膜則不利于芽的分化;周厚成等［13］等研究結果表明，紅膜、綠膜、黃膜均能顯著提高草莓葉片再生率，而藍膜對再生率無影響。本試驗結果顯示，與熒光燈對照相比，單色紅光或藍光對高山杜鵑葉片不定芽再生率均有顯著的抑制作用，而紅藍光組合配比更利于高山杜鵑葉片不定芽的形成，這可能是因為紅藍光結合更有利于光合色素對光的響應，從而更好的調節激素水平而影響不定芽的分化。

本研究結果表明，單色紅光處理下的高山杜鵑試管苗植株細高、葉片較細長，有一定的徒長現象;單色藍色處理下的植株莖干較粗，株高最矮，葉片數目最少;而較高比例的紅藍復色光組合(3∶1)處理下，植株形態較正常，且植株的干質量和鮮質量均比對照高，這與Poudel等［14］報道的紅光和藍光組合處理后試管苗生長健壯等結果一致，相似的結果也出現在冬青［15］、番茄［16］、油菜［17］的研究中。

葉綠素含量是光合能力的重要指標，類胡蘿卜素保護葉綠素免受光氧化，增強其抗光抑制能力［18］。在本研究中，紅藍光組合處理下的高山杜鵑試管苗葉片葉綠素含量顯著高于對照，這表明LED復色光不僅不會對高山杜鵑試管苗植株色素的形成、葉綠素的發育等造成影響，反而對色素的合成有一定的促進作用，這與邸秀茹等［19］在菊花的研究中發現單色藍光處理下葉綠素含量最高的結果不一致，而與戴艷嬌等［20］在蝴蝶蘭中的研究結果相一致，這可能的原因是紅光促進植株葉片的生長但降低了葉綠素的含量，而紅藍光組合與光敏色素和隱花色素的交互作用更利于植物對光的響應［21］。

植物根系是最主要的吸收器官和合成器官之一，其活力的強弱與植株地上部分的生長和發育密切相關。蒲高斌等［22］在番茄的研究中發現藍光處理下植株根系活力高，植株健壯。本研究發現，高山杜鵑試管苗在藍光處理下根系活力高，但植株的生根率較低，而紅光處理下植株生根率較高，但根系活力弱，這說明藍光在提高植株根系活力的同時抑制試管苗生根，而紅光對試管苗生根誘導有一定的促進作用［5，23］。因此，對于組織培養生根比較困難的高山杜鵑，可以在生根培養前期適當的增加紅光以誘導根系形成，而在后期適當的增加藍光的比例，以促進根系的健壯生長，提高根系活力［15］。

復合LED光質對試管苗生長的效果優于熒光燈光質，其能效是熒光燈的3～9倍，且壽命長，突顯了LED用于植物組培和工廠化快繁育苗產業的高能效特征，是替代熒光燈的理想光源［15］。本研究試驗結果與大部分研究者的結論類似或一致，這證明了LED光質對植株的形態建成和生長發育有著重要的影響，并通過研究高山杜鵑組織培養中葉片再生和試管苗生長對不同光質配比組合的響應特點，為組織培養上利用LED光源提供理論依據和技術參數。

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