不同光質對杉木組培苗葉綠素含量及熒光參數的影響

周錦業 彭珠清 許珊珊 丁國昌 林思祖

摘 要 研究不同單、復色LED光源對杉木組培苗葉綠素含量及熒光參數的影響。結果表明：單色LED處理下，杉木組培苗葉綠素a、葉綠素b以及葉綠素總量均以30 μmol/（m2·s）藍光處理的最大，而FV/Fm和FV/F0值均以70 μmol/（m2·s）藍光處理的最大。不同復色LED光源對杉木組培苗葉綠素a、葉綠素總量以及FV/F0值作用大小順序均為：R>B>G；對葉綠素b含量和FV/Fm值作用大小順序均為：R>G=B。促進杉木葉綠素積累的最優光色光強組合為70 μmol/（m2·s）R+60 μmol/（m2·s）G+30 μmol/（m2·s）B，而有效提高FV/Fm和FV/F0值的最優光色光強組合為60 μmol/（m2·s）R+50 μmol/（m2·s）G+40 μmol/（m2·s）B。

關鍵詞 杉木；組織培養；LED；葉綠素；葉綠素熒光

中圖分類號 S791.27 文獻標識碼 A

杉木（Cunninghamia lanceolata）屬于杉科杉木屬，是中國南方主要用材樹種之一，在木材產業中占據重要地位。目前杉木人工林營建以實生苗為主，但實生苗存在育苗周期較長、人工成本高且母本優良性狀不易保存等問題。因此近些年眾多學者在杉木無性繁殖方面進行了深入研究，并取得了良好的研究成果，但是研究主要集中于培養基的選擇和優化，對于組培微環境研究較少[1-2]。然而組織培養過程不僅應注重培養基的研究，同時需改善組培苗生長環境以提高其生長速度和質量[3]。

光是組培育苗不可或缺的環境因子之一，由于室內光強不足以支撐植物正常生長，因此需采用人工光源進行適當補光[4]。杉木組培人工光源目前以熒光燈為主，但熒光燈光能利用率較低，且工作過程中發熱嚴重，造成控制溫度的成本增加，因此開發新型人工光源成為提升杉木組培苗質量和降低組培成本的重要途徑之一。LED（light emitting diode）以其體積小、能耗低、壽命長、發光穩定等特點而逐漸占領組培人工光源市場[5]，在觀賞植物[6-12]、藥用植物[13-15]及蔬菜果樹[16-22]等種苗繁育中均有應用，但在杉木組培快繁中的應用研究鮮見報道。本試驗旨在通過研究不同光質對杉木組培苗葉綠素含量及熒光參數的影響，探索其在杉木組培快繁中的應用前景，以期為尋求杉木組培快繁中的新型人工光源提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

研究選用材料為4號杉木無性系，試驗地點位于國家林業局杉木工程技術研究中心組培室，培養條件為：溫度（25±2）℃、光照周期12 h/d。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計 試驗分為單色和復色2個實驗。光色分為紅光（R）、綠光（G）和藍光（B）3種，其中紅、綠和藍光主波長分別為630、505、460 nm。單色光實驗光強分別為70、50、30 μmol/（m2·s）的RGB光色的9組試驗，處理結果1～9依次為70 μmol/（m2·s）R、70 μmol/（m2·s）G、70 μmol/（m2·s）B、50 μmol/（m2·s）R、50 μmol/（m2·s）G、50 μmol/（m2·s）B、30 μmol/（m2·s）R、30 μmol/（m2·s）G和30 μmol/（m2·s）B。復色光實驗采用正交設計，選用L9（34）正交表，各處理因子和水平如表1所示。對照組（處理0）為三雄極光照明的28W熒光燈，光照度1 000～2 000 lx，光強18～25 μmol/（m2·s）[23]，每組處理重復3次，培養30 d后測定各項指標。

1.2.2 參數測定 （1）葉綠素含量：準確稱取0.05 g杉木組培苗并剪碎，加入5 mL丙酮、乙醇和水的混合液（V ∶ V ∶ V=63.3 ∶ 31.7 ∶ 5），在暗處浸提12 h后，測定浸提液在A645和A663波長處的吸光度值[24]。

葉綠素a含量（mg/g）：Chla=0.005×（12.7×A663-2.69×A645）/0.05

葉綠素b含量（mg/g）：Chlb=0.005×（22.9×A645-4.68×A663）/0.05

葉綠素總含量（mg/g）：Chl（a+b）=Chla+Chlb

（2）葉綠素熒光特性：葉綠素熒光參數采用PSI公司的Handy Fluor Cam熒光成像儀測定[15，25]：其中，F0為暗反應下的初始熒光，Fm為暗反應下的最大熒光，FV=Fm-F0為可變熒光，FV/Fm為PSⅡ（光系統Ⅱ）最大光化學效率，Fm/F0為PSⅡ電子傳遞情況。

1.3 數據處理

采用Microsoft Excel對試驗結果進行基本處理，用DPS7.05版數據處理軟件進行方差、極差和多重比較分析。

2 結果與分析

2.1 不同單色LED光源對杉木組培苗葉綠素含量及熒光參數的影響

2.1.1 不同單色LED光源對杉木組培苗葉綠素含量的影響 利用不同單色LED光源培養杉木組培苗30 d后，測定葉片中葉綠素含量。結果顯示（表2），處理9葉綠素a、葉綠素b和葉綠素總量均最大，分別達到0.526、0.194、0.720 mg/g，與對照相比分別提高了23.50%、32.88%和26.09%；其余各處理組葉綠素a、葉綠素b及葉綠素總量值均低于對照，其中以處理8含量最小，僅分別為0.070、0.022、0.092 mg/g，與對照相比分別降低了83.10%、84.93%和83.89%。分析同一光色不同光強處理下杉木組培苗葉綠素含量的差異可知，葉綠素a、葉綠素b和葉綠素總量隨光強的變化趨勢一致，R和G處理下葉綠素含量隨著光強增加而增加，其中R處理下葉綠素a、葉綠素b和葉綠素總量的最大最小值之間分別相差111.11%、85.45%和102.62%，G處理相差274.29%、313.64%和282.61%；B處理下葉綠素含量隨著光強的增強而減小，最大最小值間的差異分別為76.51%、65.81%和73.49%。同一光強不同光色處理時，杉木組培苗葉綠素a、葉綠素b和葉綠素總量的大小均表現為B>R>G。

杉木組培苗葉綠素含量的多重比較分析結果顯示（表2），9組處理的葉綠素a、葉綠素b和葉綠素總量與對照相比差異均達到顯著水平。同一光色不同光強處理時，R和G的3個處理組的葉綠素a和葉綠素總含量均達到顯著差異水平；B中的處理9與處理3、6兩組相比葉綠素含量差異顯著。同一光強不同光色處理后，70 μmol/（m2·s）的G與B相比葉綠素含量差異顯著；30 μmol/（m2·s）的RGB兩兩處理間葉綠素含量均差異顯著。

2.1.2 不同單色LED光源對杉木組培苗葉綠素熒光參數的影響 利用不同單色LED光源培養杉木組培苗30 d后，測定組培苗PSⅡ最大光能轉換效率（FV/Fm）以及PSⅡ潛在活性（FV/F0）值。結果顯示（表3），組培苗FV/Fm和FV/F0值均以處理3[70 μmol/（m2·s）B]的最大，分別為0.870和6.671，與對照相比分別提高了0.81%和6.34%；處理7最小，僅分別為0.841和5.275，與對照相比分別降低了2.55%和15.91%。同一光色不同光強處理時，R處理的FV/Fm值隨著光強增加先增后減；G處理的FV/Fm值無變化；B處理的FV/Fm隨著光強的增強先減后增。通過分析FV/F0值的變化可知，R處理的FV/F0值隨著光強增加而增大；G和B處理FV/F0值隨著光強增加均為先減后增。就同一光強不同光色處理而言，70 μmol/（m2·s）和30 μmol/（m2·s）處理下，杉木組培苗FV/Fm和FV/F0值大小均為B>G>R；而50 μmol/（m2·s）處理則表現為G>B>R。

對杉木組培苗葉綠素熒光參數值進行多重比較分析（表3）可知，處理1、3、4、6和7的FV/Fm和FV/F0值與對照相比差異顯著。就同一光色不同光強而言，R中的處理7和處理1、4相比差異顯著；G的不同光強處理間差異均不顯著；B中的處理6與處理3、9相比差異顯著。同一光強不同光色處理，70 μmol/（m2·s）時R的FV/Fm與G、B相比差異顯著，FV/F0值兩兩間差異顯著；50 μmol/（m2·s）時G和R、B相比FV/Fm和FV/F0值均差異顯著；30 μmol/（m2·s）時R處理的FV/Fm和FV/F0值與G、B相比差異顯著。

2.2 不同復色LED光源對杉木組培苗葉綠素含量及熒光參數的影響

2.2.1 不同復色LED光源對杉木組培苗葉綠素含量的影響 利用不同復色LED光源培養的杉木組培苗葉綠素含量測定結果如表4所示。結果表明，處理3的葉綠素a和葉綠素總量最大，分別為0.478、0.643 mg/g，與對照相比分別提高了14.35%和12.81%；而處理2的葉綠素b含量最大，為0.175 mg/g，與對照相比提高了15.13%。處理9的葉綠素a、葉綠素b和葉綠素總量均最小，分別僅為0.369、0.139、0.508 mg/g，與對照相比分別降低了11.72%、8.55%和10.88%。杉木組培苗葉綠素含量值的極差分析顯示，3種處理因子對組培苗葉綠素a和葉綠素總量作用大小均為：R>B>G，表明R對杉木組培苗葉綠素a和葉綠素總量影響最大，其次為B，G影響最小；3種處理因子對葉綠素b含量作用大小為R>G=B，說明R對葉綠素b含量影響最大，B、G作用小。根據極值分析可知，提高杉木組培苗葉綠素a、葉綠素b和葉綠素總量的優化光照組合均為R1G2B3，即70 μmol/（m2·s）R+60 μmol/（m2·s）G+30 μmol/（m2·s）B。

2.2.2 不同復色LED光源對杉木組培苗熒光參數的影響 測定不同復色LED光源下的杉木組培苗葉綠素熒光參數，結果表明（表5），處理2、3、4、5和6的FV/Fm和FV/F0值均高于對照組，其中處理2、3、4和6的FV/Fm最大，均為0.869，與對照組比提高了0.46%；處理3的FV/F0值最大，達到6.63，與對照組相比提高了3.27%。其余各處理的熒光參數值均小于或等于對照，其中以處理8最小，FV/Fm和FV/F0值分別為0.864和6.34，與對照相比降低了0.12%和1.25%。對葉綠素熒光參數值進行極差分析，結果顯示，3種處理因子對組培苗FV/Fm作用大小為：R>G=B，表明R對組培苗FV/Fm影響最大，G和B影響較小；3種處理因子對FV/F0作用大小為R>B>G，說明R對組培苗FV/F0值影響最大，B次之，G影響最小。根據極值分析可知，提高組培苗FV/Fm以及FV/F0值的優化光照組合為R2G3B2，對應處理因子水平為：60 μmol/（m2·s）R+50 μmol/（m2·s）G+40 μmol/（m2·s）B。

3 討論與結論

植物光合作用是將光能轉化為化學能，而植物的光形態建成反應主要是包括紅光反應和藍光反應[26]。紅光反應是指植物通過以吸收紅光及遠紅光為主的光敏色素參與光形態建成的過程；而藍光反應是指植物感受外界光質和光方向，并將信號轉導成為植物代謝及遺傳的過程，繼而使植物改變其生長以適應外界環境的變化[27-31]。葉綠素是參與植物光合作用的重要物質，可以吸收自然光中的可見波段用于光合作用。不同葉綠素種類所吸收的光譜也有所差異，葉綠素a最大的吸收光波長集中于420～663 nm，葉綠素b則集中在460～645 nm，因此植物體內葉綠素含量及其熒光參數值大小直接關系到植株的光合作用能力[15，25]。

本研究初步探明了不同光質光強對杉木組培苗葉綠素含量及熒光參數的作用效果。與熒光燈相比，單色LED光照試驗僅有30 μmol/（m2·s）藍光處理的葉綠素含量值明顯高于對照，表明低強度藍光有利于杉木組培苗葉綠素含量積累，紅光和綠光則有抑制作用，這與部分研究結果類似。趙娟等[32]發現利用藍膜覆蓋后煙草幼苗葉綠素含量值最高，藍光與白光處理相比可以顯著提高豌豆苗葉片中葉綠素a、b含量[33]；陳祥偉等[20]對小白菜進行研究，結果認為藍光處理下葉綠素含量最高；劉敏玲等[13]和周錦業等[15]研究發現，藍光有利于金線蓮組培苗葉綠素積累；但是陳祥偉等[18]和余陽等[19]對烏塌菜和葡萄進行研究后卻認為，紅光有利于提高葉綠素含量。綠光處理對植物生長影響較小，主要由于植物對綠光波譜的吸收量較小，葉秀妹等[34]指出綠光照射的六棱景天組培苗生長狀況最差，馬紹英等[35]指出綠光照射下葡萄組培苗光合作用速率為負值。

杉木組培苗葉片的PSⅡ最大光能轉換效率和PSⅡ潛在活性可以反映出其潛在光合作用能力，不同單色光處理下FV/Fm值變化較小，而FV/F0值間有一定差異。紅光處理下FV/F0值隨著光強增加而增大，表明低強度紅光照射的植株PSⅡ最大光能轉換率偏低；綠光處理的FV/F0值變化幅度較小，表明綠光光強變化不會對植株PSⅡ最大光能轉換效率造成影響；藍光處理下FV/F0值隨著光強的增加先減后增，說明中等強度藍光照射的杉木PSⅡ最大光能轉換效率較低，70 μmol/（m2·s）的藍光能夠提高杉木葉片FV/Fm和FV/F0值。柯學等[36]研究也發現，藍膜覆蓋的煙草葉片葉綠素a/b、凈光合速率、FV/Fm、PSⅡ實際光化學量子效率（ΦPSⅡ）均較高。

不同復色光照處理下的杉木組培苗生長狀況均良好，可以滿足杉木組培苗光合作用需求，和單色光照相比，其葉綠素含量和熒光參數與對照的差異值均減小。不同光色對杉木組培苗葉綠素a、葉綠素總量以及FV/F0值作用大小均為：R>B>G，表明紅光對其影響最大，其次為藍光，綠光影響最小；光質對葉綠素b含量和FV/Fm值作用大小均為：R>G=B。提高杉木組培苗葉綠素含量的最優光色光強組合為：70 μmol/（m2·s）R+60 μmol/（m2·s）G+30 μmol/（m2·s）B；提高FV/Fm和FV/F0值的最優光色光強組合為60 μmol/（m2·s）R+50 μmol/（m2·s）G+40 μmol/（m2·s）B。陳祥偉等[18]也指出，紅 ∶ 藍光=7 ∶ 1為增加烏塌菜葉片光合色素的最優組合；紅藍黃綠紫復合光對牡丹葉片色素積累最有利[6]；紅藍光比例為4 ∶ 1時黃瓜葉綠素含量最高[21]；紅藍白復合光有利于大花蕙蘭組培苗葉綠素合成[8]；鐵皮石斛試管苗的葉綠素a、葉綠素b和葉綠素總量在50%R+50%B處理下均達到最大值[14]。

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