LED不同光質(zhì)對煙草組培苗生長發(fā)育的影響

王玉英，丁緒杰，劉昳雯

(1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)園林園藝學(xué)院花卉研究所，云南昆明 650201；2.云南省昆明市科技局，云南昆明 650500)

?

LED不同光質(zhì)對煙草組培苗生長發(fā)育的影響

王玉英1，丁緒杰2，劉昳雯1

(1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)園林園藝學(xué)院花卉研究所，云南昆明 650201；2.云南省昆明市科技局，云南昆明 650500)

[目的]研究LED新型光源的不同光質(zhì)對煙草組培苗增殖的影響，為植物組織培養(yǎng)專用LED光源的研發(fā)提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支持。[方法]以云煙“87”號為試材，通過組織培養(yǎng)方式研究LED光源發(fā)射的單色光譜紅光、藍(lán)光、綠光等不同光質(zhì)配比組合，以熒光燈作為對照的光質(zhì)對煙草組培苗生長增殖效果的影響。[結(jié)果]紅藍(lán)綠(RBG)光質(zhì)處理下的煙草組培苗增殖率最高，顯著高于對照熒光燈(W2)127.2%(P<0.05)。[結(jié)論]LED紅藍(lán)綠(RBG)組合光質(zhì)是煙草組織培養(yǎng)增殖階段的最佳光源。

LED；煙草；組織培養(yǎng)

光對植物的生長發(fā)育起著重要的作用。相關(guān)研究表明，不同光質(zhì)對不同種類植物的生長發(fā)育有明顯的影響[1-2]。煙草屬于喜光植物，不同光源的光(白光、紅光、黃光、藍(lán)光和紫光)對煙草葉片的生長發(fā)育、形態(tài)建成、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和光合特性等都有顯著影響[3]。在植物組織培養(yǎng)中，光合光量子通量密度(Photosynthetic photon flux density，PPFD)、光照周期和光譜分布對植物的光合作用和形態(tài)建成起重要作用。發(fā)光二極管(LED) 具有節(jié)能環(huán)保、發(fā)熱量少、易于分散或組合控制等許多不同于其他電光源的重要特點[4]。在植物組織培養(yǎng)中采用LED提供照明、調(diào)控光質(zhì)和PPFD，不僅能夠調(diào)控組織培養(yǎng)植物的生長發(fā)育和形態(tài)建成、縮短培養(yǎng)周期、提高品質(zhì)，而且能夠減少能耗，降低成本[5]。

LED在植物組織培養(yǎng)中的應(yīng)用是基于LED技術(shù)的發(fā)展和植物組織培養(yǎng)環(huán)境調(diào)控而發(fā)展起來的[6-7]。在國內(nèi)外LED已經(jīng)被應(yīng)用于許多植物光合生理領(lǐng)域的研究，如葉綠素合成[8]、光形態(tài)發(fā)生[9]、光合作用[10]、植物的栽培[11]等。目前已見到其在菊花[12]、洋桔梗[13]、紫皮石斛[14]等組培苗上的相關(guān)報道，但有關(guān)LED不同光質(zhì)配比組合對煙草組培苗生長發(fā)育的增殖培養(yǎng)研究尚未見報道。因此，筆者采用LED光源發(fā)射的單色光譜紅光、藍(lán)光、白光和綠光進(jìn)行不同光質(zhì)配比組合，比較不同光質(zhì)處理下煙草組培苗生長發(fā)育的增殖培養(yǎng)的差異，旨在為煙草栽培提供新方法和可靠的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗時間和地點 試驗于2013年5～7月在云南農(nóng)業(yè)大學(xué)園林園藝學(xué)院花卉研究所LED組培室進(jìn)行。

1.2 試驗材料 試驗材料選用煙草品種‘云煙87’(Nicotianatabacum. L) 的組培生根苗?！茻?7’是由云南省煙草科學(xué)研究所與中國煙草育種研究中心聯(lián)合育成，是以云煙2號為母本、K326為父本通過雜交的方式選育而成，并于2000年12月由國家品種委員會審定通過，‘云煙87’屬于紅花種，品種性狀比較穩(wěn)定，其變異系數(shù)較父本K326小。

1.3 試驗方法

1.3.1 光質(zhì)控制系統(tǒng)。光質(zhì)控制系統(tǒng)由云南電子工業(yè)研究所提供。由于目前植物組培工廠內(nèi)主要采用熒光燈(日光燈)作為人工光源，其光譜分布不符合植物生長需求，生物能效極低。LED光質(zhì)較純，生物能效較高。參考已發(fā)表的相關(guān)文獻(xiàn)，擬將熒光燈作為對照，比較不同LED光質(zhì)對煙草組培苗生長和生理特性方面的差異，探索煙草組培苗生長的最適宜光源。LEDs的光質(zhì)控制系統(tǒng)如表1所示。將生根階段組培苗預(yù)培養(yǎng)7 d后隨機(jī)分成8組，每組12瓶，每瓶5株苗，分別置于7種LEDs光源小區(qū)和1個熒光燈對照區(qū)。調(diào)節(jié)電流及光源與植株的距離，使光強(qiáng)保持一致(800 lx)；光照周期12 h/d，照射時間為每天8:00～20:00。熒光光源為深圳市來田實業(yè)有限公司生產(chǎn)的Philips牌功率40 W的普通照明燈。不同層間用1 cm厚紙殼隔離，所有處理間到達(dá)瓶苗上表面的光強(qiáng)基本保持一致。

1.3.2 組織培養(yǎng)的增殖。首先將初代培養(yǎng)獲得的株高約為1.5 cm，并且有2對小葉的組培苗接種到繼代增殖的培養(yǎng)基中，每瓶5株。繼代增殖培養(yǎng)基配方為MS+BA 2.0 mg/L+NAA 0.15 mg/L+30 g/L蔗糖+7.5 g/L瓊脂，高壓滅菌前調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的pH至5.8。設(shè)定培養(yǎng)室的相對濕度為(75±5)%，溫度為(25±2)℃ ，將測定的煙草組培在各光質(zhì)下培養(yǎng)30 d后，測定其增殖率。

表1 試驗光源控制系統(tǒng)

注：R.紅光；B.藍(lán)光；G.綠光；W.白光；F.熒光。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析 數(shù)據(jù)采用SPSS 16.0 統(tǒng)計軟件的方差分析(ANOVA)和Duncan’s多重比較法進(jìn)行分析，使用Excel 2003制圖。

2 結(jié)果與分析

從圖1可以看出，不同光質(zhì)對煙草組培苗的增殖倍數(shù)的效果不同。其中，紅藍(lán)綠(RBG)光質(zhì)對煙草組培苗的叢芽增殖倍數(shù)最高，紅藍(lán)復(fù)合光(1RB)和對照處理光質(zhì)日光燈(W2)對煙草組培苗的叢芽增殖倍數(shù)最低，二者差異不顯著(P≥0.05)。紅藍(lán)綠(RBG)光質(zhì)處理下的煙草組培苗增殖倍數(shù)分別比處理光質(zhì)紅藍(lán)白(RBW)、紅藍(lán)復(fù)合光(2RB)、單色紅光(R)、白光(W1)、單色藍(lán)光(B)、紅藍(lán)配光(1RB)和對照處理日光燈(W2)高12.4%、38.7%、59.9%、68.3%、82.3%、127.2%和127.2%，且差異均達(dá)到顯著水平(P<0.05)。這說明LED光質(zhì)對煙草組培苗叢芽的增殖效果較日光燈效果優(yōu)，且LED復(fù)合光較單一光質(zhì)效果好。不同光質(zhì)對煙草組培苗叢芽增殖倍數(shù)變化規(guī)律為:RBG>RBW>2RB>R>W1>B>1RB>W2。

3 結(jié)論與討論

光質(zhì)對植物離體快繁過程中的影響，主要表現(xiàn)在光質(zhì)、光周期和光強(qiáng)等3個方面。楊長娟等認(rèn)為光質(zhì)是不同的波長的光譜成分，對于植物細(xì)胞分裂和器官分化的作用是不同的[13]。該試驗培養(yǎng)基中添加的植物激素成分和濃度比值均為煙草組織培養(yǎng)的合適配比組合，在同一培養(yǎng)基中經(jīng)過不同光質(zhì)照射后煙草芽的增殖率出現(xiàn)明顯差異，說明光質(zhì)在煙草的離體培養(yǎng)中具有關(guān)鍵作用。

近年來，國內(nèi)外學(xué)者開展了許多光質(zhì)在植物離體培養(yǎng)中的作用的相關(guān)工作，有學(xué)者認(rèn)為光質(zhì)抑制了許多植物根和芽的生長[15]，也有學(xué)者認(rèn)為光質(zhì)是莖發(fā)端和根生長過程中的關(guān)鍵因子[16]，還有學(xué)者認(rèn)為光質(zhì)對植物組織培養(yǎng)物的生長和器官分化的影響只表現(xiàn)在數(shù)量上方面的差異和器官分化的影響，但不影響質(zhì)的變化，影響質(zhì)變主要的是光照的有無和培養(yǎng)基中添加的激素種類[17]等。

筆者認(rèn)為不同光質(zhì)對植物增殖效果的差異可能是由不同的光質(zhì)對植物的差異作用所致。LED紅藍(lán)綠(RBG)光質(zhì)較對照的熒光燈增殖率最高，煙草的增殖率還可能與愈傷組織產(chǎn)生的量有關(guān)，具體相關(guān)機(jī)理則有待進(jìn)一步研究。

[1] MACED A F,LEAL-COSTA M V,TAVARES E S,et al.The effect of light quality on leaf production and development of in vitro-cultured plants ofAlternantherabrasilianaKuntze[J].Environ Exp Bot,2011,70(1):43-50.

[2] IACONA C,MULEO R.Light quality affectsinvitroadventitious rooting andexvitroperformance of cherry root stock Colt[J].Sci Hortic,2010,125:630-636.

[3] 柯學(xué)，李軍營，李向陽，等．不同光質(zhì)對煙草葉片生長及光合作用的影響[J]．植物生理學(xué)報，20l1，47(5):512-520．

[4] 王聲學(xué),吳廣寧,蔣偉.LED 原理及其照明應(yīng)用[J].燈與照明,2006,30(4):32-35.

[5] JORDAN K A,ONO E,NORIKANE J,et al.Control of LEDs to achieve light quality and intensity in tissue culture and micro-propagation studies[J].Acta-Horticulturae,2001,562:135-140.

[6] LANGHANS R W.A growth chamber manual[M].Ithaca,NY:Comstock Pub.Associates,1978.

[7] TIBBITTS T W,KOZLOWSKI T T.Controlled environment guidelines for plant research[M].New York:Academic,1979.

[8] TRIPATHY B C,BROWN C S.Root-shoot interaction in the greening of wheat seedings grown under red light[J].Plant Physiology,1995,107:407-411.

[9] HOENECKE M E,BULAR J,TIBBITS T W.Importance of "Blue" photon levels for lettuce seedlings grown under red-light-emitting diodes[J].Hortscience,1992,27(5):427-430.

[10] TENNESSEN D J,BULA R J,SHARKEY T D.Efficiency of photosynthesis in continuous and pulsed light emitting diode irradiation[J].Photosynthesis Research,1995,44(3):261-269.

[11] 吳家森,付順華,鄭軍,等.發(fā)光二極管光源對綠蘿生長及光合特性的影響[J].浙江林學(xué)院學(xué)報,2008,25(6):739-742.

[12] 魏星,顧清,戴艷嬌,等.不同光質(zhì)對菊花組培苗生長的影響[J].中國農(nóng)學(xué)通報,2008,24(12):344-349 .

[13] 楊長娟，凌青，任興平，等.LED不同光質(zhì)對洋桔梗組培苗增值的影響[J].北方園藝，2011(18):154-156.

[14] 孫啟文.LED不同光質(zhì)對紫皮石斛組培苗光合特性及生長的影響[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè),2013(7):10-12.

[15] 譚文澄,戴策剛.觀賞植物組織培養(yǎng)技術(shù)[M].北京:中國林業(yè)出版社,1991:235-246.

[16] 龐基良.激素、光照對仙客來葉片愈傷組織誘導(dǎo)、分化及試管苗生長的影響[J].園藝學(xué)報,1994,21(1):103.

[17] 倪德祥,曹勇偉,張丕方,等.毛地黃葉離體培養(yǎng)過程中光質(zhì)與培養(yǎng)基對器官發(fā)生的交互作用[J].植物生理學(xué)報,1987,13(4):359-364.

The Effects of LED Different Light Qualities on Growth and Development of Tobaccoinvitro

WANG Yu-ying1, DING Xu-jie2, LIU Yi-wen1

(1. Institute of Landscape Plants,Yunnan Agricultural University, Kunming, Yunnan 650201; 2. Kunming Bureau of Science and Technology, Kunming, Yunnan 650500)

[Objective] The effects of different light qualities on growth of tobaccoinvitrounder light-emitting diodes (LEDs) were investigated. [Method] By arraying tobacco plants with the different wave length and ratio of light emitting diodes (LEDs), fluorescent lamp (W2) light as control, the effects of light quality on physiological characteristics and growth were investigated. [Result] The proliferation rate of plant tissue ofNicotianatabacumL. is the highest under Red-blue-green LED light (RBG), which is significantly higher than W2 127.2% (P<0.05). [Conclusion] The RBG-light will be the best light source in proliferation stage.

Light emitting diode; Tobacco; Plant tissue culture

王玉英(1980-)，女，云南大理人，講師，博士，從事植物資源的利用和創(chuàng)新研究。

2015-04-20

S 572

A

0517-6611(2015)17-038-02