LED不同光質對蘭花‘霞光’組培苗生長及生理特性的影響

李夏媛 王玉英 蘇暢 茅云楓 李枝林

摘 要 以蘭花‘霞光組培苗為試驗材料，采用LED光源發射的單色光譜紅光（R）、藍光（B）、綠光（G）和白光（W）等不同光質的配比組合光對組培苗進行處理，以熒光燈為對照（CK），研究不同光質對蘭花‘霞光組培苗生長和生理特性的影響。結果表明：（1）與CK相比，紅藍綠復合光（RBG）、單色紅光（R）和紅藍復合光（1RB）對組培苗的株高、葉長、葉數、根長、根數等有影響，但與對照差異并不顯著；1RB處理下植株的干重顯著高于CK。（2）與CK相比，在白光光源（W）下，植株的可溶性蛋白含量最高，但與對照差異并不顯著；在不同光質處理下，可溶性糖含量差異不顯著。（3）紅藍白復合光（RBW）處理下，‘霞光組培苗葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素的含量最高，顯著高于其他處理。相比之下，LED紅藍白復合光（RBW）處理下的‘霞光組培苗長勢最好，可替代普通熒光燈光源，作為‘霞光組培苗生長的理想光源。

關鍵詞 LED光質 ；蘭花‘霞光 ；組織培養 ；生長 ；生理特性

中圖分類號 S682.31 文獻標識碼 A Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2016.05.013

Abstract Effects of light quality on physiological characteristics and growth of Cymbidium‘xiaguangplantlets was studied with the different wave length and ratio of light emitting diodes （LEDs） and contrasting with fluorescent lamp （CK） light. The results showed that Red-Blue-Green （RBG）、Red （R） and 1Red-Blue （1RB） light have effect on height、leaf length、leaf number、root length、number of root compared with the CK light，but the differences are not significant. Compared with the CK light， the soluble protein content was highest，but not significantly than CK light treatments under White （W） light. Cymbidium‘xiaguanghas higher Chlorophyll a、chlorophyll b and carotenoid， and significantly higher than other treatments. In comparison，RBW light has obvious effect on growth and metabolic of tissue of Cymbidium‘xiaguang， so LED light system would be the best light source for production.

Keywords LED light quality ； Cymbidium‘xiaguang； tissue culture ； growth ； physiological characteristics.

光在植物生長過程中起著至關重要的作用，不同的光質組合對植物的生長發育狀況有不同的影響[1-2]。植物組培所需要的光主要來源于電光源，傳統電光源對植物的生物能效極低并且發熱量大，用電占整個電費成本的65%[3]左右，是植物組織培養中最高的非人力成本之一[4]。LED是發光二極管的簡稱，是半導體二極管的一種，是一種高效、節能的新型組培光源，它的優點之一是可控性好，可以根據不同的需要對光源進行調整，節約能源。因此，在植物組織培養中采用不同的LED光質組合及配比照明，不僅能夠調控植物的生長發育和形態建成、縮短培養周期、提高品質，而且能夠大大降低能耗，節約成本[5]。

LED在植物組織培養中的應用是在LED技術發展和植物組織培養環境調控的基礎上發展起來的[3，6]。在國內外，LED已被應用于許多植物的光合生理研究，如光合作用[7]、葉綠素合成[8]、光形態建成[9]、植物栽培[10]等。目前在虎雪蘭[11]、菊花[12]、洋桔梗[13]、煙草[14]、紫皮石斛[15]、白及[16]、金線蓮[17]等組培苗上已有相關報道，并且在番茄[18]、魚腥草[19]、韭菜[20]等幼苗上也有相關報道。蘭花‘霞光[21]是由西藏虎頭蘭‘黃素花（Cymbidium tracyanum L. Castle）（作為母本）和大雪蘭（Cymbidium mastersii）（作為父本）雜交選育而成的蘭花新品種。有關LED不同光質配比組合對‘霞光組培苗生長及其生理特性的研究尚未見報道。因此，本研究采用LED光源發射的幾種單色光譜（紅光、藍光、白光和綠光）進行不同光質配比組合，比較不同光質處理下，‘霞光組培苗生長和生理特性方面的差異，為組培苗的規模化生產提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗材料為‘霞光組培苗，生根培養基配方為1/2 MS+蔗糖30 g/L+花寶4號1 g/L+NAA （0.5～1.0）mg/L+6-BA（0.5～1.0）mg/L，pH 5.8，培養室相對濕度（75±5）%，溫度（25±2）℃，在生根階段培養70 d，測定各項生長以及生理指標。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計

通過對相關文獻進行查閱，本研究擬將熒光燈作為對照，比較LED不同光質處理下的‘霞光組培苗的生長和生理特性，篩選出適宜‘霞光組培苗生長的光源。LED光質控制系統如表1所示，將生根階段的組培苗預培養7 d，之后將其隨機分成8組，每組12瓶，每瓶5株苗，分別置于7種LED光源區和1種熒光區（對照）。調節植株與光源之間的高度，使光強基本一致（800 lx）；光照周期調整為14 h/d，熒光光源為40 W的普通照明燈。各處理區間用1 cm的厚紙殼隔離，盡量使所有處理區瓶苗上表面的光強保持一致。

1.2.2 測定指標與方法

（1）生長指標。待生根階段培養的蘭花‘霞光組培苗在各光質下生長70 d后，分別測量其株高、根長、根數、葉長和葉片數等。株高是從植株基部開始到最長葉片的長度，葉長是葉尖至葉痕處的長度，根長是從根頸直至根尖處的長度，以上指標都用直尺測量。最后，分別稱取10 g材料于120 ℃烘箱中殺青20 min，然后將溫度調至80℃，并把材料烘干24 h至恒重，用分析天平稱重。

（2）生理指標。葉綠素含量采用比色法[22]測定；可溶性蛋白質含量采用考馬斯亮藍法[23]測定；可溶性糖含量采用蒽酮-乙酸乙酯比色法[24]測定。

1.3 數據分析

用Excel 2003進行數據整理，用DPS進行方差分析，用LSD法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同光質對‘霞光組培苗植株生長的影響

不同光質對‘霞光組培苗株高、根長、根數、葉長、葉數及干重等的影響見表2。由表2可以看出，各光質對‘霞光組培苗株高的影響差異都不顯著，但對干重的影響差異顯著（p< 0.05）。R處理下的根長和根數分別與2RB處理下的根長和RBG、B、W處理下的根數差異顯著，但與CK處理均無顯著差異。RBG處理下的葉長、葉數值最高，分別為11.82 cm和8.48 片，分別與B處理下的葉長和W處理下的葉數差異顯著。株高、根長、根數、葉長、葉數及干重在各LED光質處理區的最高值分別比熒光燈（CK）增加了15.34%、24.28%、46.97%、13.37%、30.46%、25.00%。

2.2 不同光質對‘霞光組培苗葉綠素含量的影響

不同光質處理對‘霞光組培苗葉綠素含量的影響差異顯著（表3）。RBW處理的‘霞光組培苗葉綠素a、b及類胡蘿卜素的含量最高，分別為0.677、0.448 、0.063 mg/g，而R、1RB、B處理下的葉綠素含量較低，顯著低于對照。其中，RBW處理下的葉綠素a、b及類胡蘿卜素含量分別比熒光（CK）增加了60.81%、74.31%、36.96%（p<0.05）。

2.3 不同光質對‘霞光組培苗可溶性糖、蛋白含量的影響

由圖1-A可以看出，在不同光質處理下，‘霞光組培苗的可溶性糖含量差異不顯著，但在RBW處理下，可溶性糖含量最高。

植物組織中可溶性蛋白含量的測定對于了解植物的代謝過程有一定意義。LED不同光質對‘霞光組培苗葉片可溶性蛋白含量有顯著影響。如圖1-B所示，LED白光光源（W）處理下的組培苗葉片可溶性蛋白含量最高，但與RBG、R、1RB、RBW和CK處理差異不顯著，與B和2RB處理差異顯著。其中，白光光源（W）處理的‘霞光組培苗葉片可溶性蛋白含量分別較RBW、CK、RBG、R、1RB、B和2RB處理高48.03%、49.43%、68.05%、96.64%、133.17%、153.36%和211.98%。

3 討論與結論

劉文科等[25]以豌豆為試驗材料，研究發現，藍光與紅藍光對提高豌豆苗地上部分生物量有顯著促進作用。劉曉英等[26]用萵苣作試驗材料，結果表明，光質能夠顯著影響葉用萵苣的品質。劉敏玲等[17]以金線蓮為材料，結果發現，紅光與綠光均有利于金線蓮株高的增長，而藍光有利于植株葉片的增長和葉綠素含量的增加。可見，不同光質對植物的生長發育有顯著影響。Moreira 等[27]研究發現，藍光抑制Azorinavidalii葉片擴大，并降低植株高度。杜洪濤等[28]的研究也發現，藍光對作物莖的生長有抑制作用。本研究發現，在RBG處理下，組培苗的株高、葉長、葉數值均達到最大，但與CK處理差異不顯著。在R處理下，組培苗的根長最長，根數最多；CK處理下的根長較長、根數較多，R和CK處理下的根長、根數差異均不顯著。單色藍光（B）處理下的株高、根數、葉長、葉數雖然與對照處理無顯著差異，但在其余各處理中均為最低值，說明藍光對‘霞光組培苗的生長有一定的抑制作用。

光合色素具有吸收、傳遞和轉換光能的作用，是植物進行光合作用的物質基礎，光合色素含量的多少直接影響著光合作用的速率[29]。葉綠素a主要吸收波長為640～660 nm的紅橙光，葉綠素b主要吸收波長為430～450 nm的藍紫光，LED發射的單色紅光光譜和藍光光譜分別與葉綠素a和葉綠素b吸收的光波長相匹配[30]。本研究結果表明，RBW處理下，‘霞光組培苗的葉綠素a、葉綠素b及類胡蘿卜素含量最高，顯著高于其它光質處理，這與郭瑩等[31]的研究結果相一致。王丹等[32]的研究發現，碧玉蘭×獨占春組培苗在單色紅光（R）處理下的葉綠素a、葉綠素b含量最低。但本研究結果發現，在單色藍光（B）處理下，組培苗葉綠素a、葉綠素b的含量最低，這與其它一些相似植物的試驗結果不完全一致，主要原因可能是由于不同種類或品種的植物對不同光質的吸收程度和比例不同，或者是由于不同植物或同一植物在不同發育時期以及長期適應某種生態環境的過程中形成了各自的生理特性；與此同時，植物對光環境改變的反應有明顯的再適應和自我調節能力，以防止生長受阻，從而表現出對不同光質反應的復雜性；除此之外，也可能與植物的生長狀態（活體與離體）不同有關[12，30]。

可溶性糖是光合作用的直接產物，同時也是植物體內有機物質合成的碳架和能量來源，因此可溶性糖含量的變化反映了該植株營養代謝的狀況。石鎮源等[11]研究發現，R（紅）∶B（藍）=1∶1處理下的虎雪蘭組培苗可溶性糖含量最高。王婷等[33]研究結果表明，R（紅）∶B（藍）∶Y（黃）=7∶2∶1處理顯著提高了不結球白菜可溶性糖含量，有利于干物質的積累。王丹等[32]發現，藍光處理的碧玉蘭×獨占春組培苗可溶性糖含量顯著高于對照，說明藍光有利于其可溶性糖的積累。本研究發現，在紅藍白復合光（RBW）處理下，‘霞光組培苗的可溶性糖含量最高，最有利于干物質的積累；在單色紅光（R）處理下，可溶性糖含量最低，但二者差異不顯著。

有很多研究結果顯示，藍光有利于蛋白質含量的積累，如張微慧等[34]研究發現，在不同光質處理下，藍光最能促進果樹中蛋白質含量的積累；唐大為等[35]研究表明，藍光能促進黃瓜幼苗葉片可溶性蛋白質含量的提高；倪德祥等[36]的研究結果表明，藍光可顯著提高康乃馨中可溶性蛋白質的含量。其中的原因主要有：一是藍光有促進蛋白質合成的作用[37]；二是藍光有阻止蛋白質喪失的作用[38]。本研究結果表明，‘霞光組培苗在白光光源（W）下的可溶性蛋白積累量最高；紅藍白復合光（RBW）、紅藍綠復合光（RBG）處理下的可溶性蛋白的含量較高，但二者差異不顯著。而單色藍光（B）處理下的組培苗可溶性蛋白積累量卻較低，這與前人的研究結果不相符。可能是由于不同種類植物、不同生長發育階段、不同組織或器官對同一光質反應不同所引起的，這也體現了光生物學反應的復雜性[39]。

綜合比較來看，LED光源有利于蘭花‘霞光組培苗的生長及物質的積累，其中RBW處理下綜合效果最好，可作為‘霞光組培苗生長的理想光源。隨著研究的深入和LED技術的不斷發展，LED光源將會替代熒光燈光源，作為植物組培的理想光源。

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