不同光源對柚木組培苗生長發育的影響

裘珍飛 曾炳山 郭光生 劉英

摘要： 該研究采用不同光源處理柚木組培繼代苗，通過測定株高、葉寬、葉鮮重、全株干重、葉綠素含量和觀察葉片上下表皮結構，研究不同光源對柚木組培苗生長發育的影響，并篩選適宜其快速生長發育的光環境。結果表明：不同光照下頂芽培養的植株高生長順序為HFL﹥H1RB﹥HS﹥H2RB﹥H3RB﹥HD，莖段培養的腋芽高生長順序為hFL﹥hS﹥hD﹥h1RB﹥h2RB﹥h3RB。LED紅藍組合燈（2RB、3RB）處理下植株最大葉寬顯著大于熒光燈（FL）、全光譜燈（S）和無補光設備（D）處理，并隨RB光強增加，最大葉寬及葉鮮重顯著增加。全株干重以D和S光照處理顯著低于其它光照處理。RB系列和S光照處理下的葉綠素總含量高于對照FL和D處理組。2RB和3RB光照處理下葉片的上表皮細胞不規則多角形，相互鑲嵌排列，其它光照處理下上表皮細胞呈圓形。下表皮氣孔數量在有補光設備處理（S、RB、FL）時是無補光設備處理（D）的1.5倍以上，2RB和3RB光照處理下氣孔張開度大于對照FL和D處理組，且保衛細胞呈井型突起。參試光源中，柚木組培苗增殖階段選擇熒光燈或全光譜燈為好，高生長顯著，腋芽分化和生長快，有利于提高增殖率；而RB紅藍組合燈（3RB、2RB）適合壯苗培養，葉大苗壯，全株生物量大，且葉表面結構發育成熟，有利于提高光合作用。

關鍵詞： 柚木組培苗，光照，生長，葉表面結構

中圖分類號： Q943.1， S792.3

文獻標識碼： A

文章編號： 10003142（2017）05059207

Abstract： The development and application of lightemittingdiodes（LEDs） provide more light sources for plant tissue culture. In this study， the subculture plantlets of Tectona grandis were treated by different LEDs， then the growth index（plant height， leaf width， fresh leaf mass and wholeplant dry weight） and chlorophyll content were measured and the leaf surface structures were observed underelectron microscopy， in order to discover the effects of LED lights on the growth and development of plantlets and to find the optimal light environment for their rapid growth. The results showed that the plantlet height was HFL﹥H1RB﹥HS﹥H2RB﹥H3RB﹥HD and the axillary bud height was hFL﹥hs﹥hd﹥h1RB﹥h2RB﹥h3RB， under the following six different lights： fluorescent lamp（FL）， three mixtures of R plus B LED（1RB， 2RB， 3RB）， full spectrum light LED（S） and scattered light（D）. The maximum leaf width was significantly larger in plantlets that were cultured under 2RB and 3RB than those under FL， S and D. Moreover， the maximum leaf width and fresh leaf mass increased significantly aslight intensity of RB increased. Undercondition D and S lights， the plant dry weights were significantly lighter than those under the other LEDs. Chlorophyll contents were greater in plantlets under RB and S than those under condition FL and condition D. The adaxial epidermal cells of plantlets under 2RB and 3RB were in the shape of irregular polygonand inlaid each other， while those under other conditions appeared in the shape of circles. The stomata amounts on the abaxial of plantlets under lights（FL， RB， S） were 1.5 times more than that under no lighting equipment（D）. The stomatal pores of plantlets under 2RB and 3RB opened more widely than those under condition FL and D， the guard cells appeared as welltype protuberance. Overall， the fluorescent light and the full spectrum light LED were suitable for Tectona grandis multiplication culture according to significant height growth of plantlets and fast differentiation of axillary bud， and further contributed to increase the proliferation rate. On the other hand， mixtures of R plus B LED （3RB， 2RB） were beneficial in strong seedling culture with big leaf sizes， strong seedling， high biomass， fullydeveloped leaf epidermal structure， contributing to increase photosynthesis.

Key words： Tectona grandis plantlets， illumination， growth， leaf surface structure

柚木（Tectona grandis）原產于印度、印度尼西亞、緬甸、泰國等東南亞國家，是世界上著名的珍貴用材樹種，素有“萬木之王”的美稱，具有生長快、紋理美觀和用途廣的特點，木材價格昂貴。我國云南、海南、廣東、廣西、福建等省區均有引種栽培。20世紀80年代起，印度、泰國及我國通過選育優良種源、家系，開展組培快繁技術研究，通過以芽繁芽，快繁優良無性系已達到規?；剑愋弁サ?，2001；裘珍飛等，2001；Palanisamy et al， 2009）。光質對植物的生長、形態建成、光合作用、物質代謝均有調控作用。傳統植物組培設施中使用的光源一般是熒光燈，隨著LED光源的開發應用，因其具有節能、光質純、可調節性強等特點，且LED具有體積小、質量輕、壽命長等優點，已在植物組織培養得到廣泛應用。國內外學者研究了LED不同光質和光強對植物生長的影響（KuanHung et al， 2013；王亞沉等，2013），并在部分植物的培養中得到肯定（魏星等，2008；邸秀茹等，2008）。LED燈在植物組織培養中的應用日益擴大并呈現良好的發展前景。

光源對植物生長的影響多集中在生長和生理生化方面（王亞沉等，2013；邸秀茹等，2008）。由于電子顯微鏡的廣泛應用和試驗技術的發展，通過植物形態結構指標評價可為光源選擇提供依據。本研究以不同光強和光質的LED燈為光源，通過生長、葉綠素含量和葉表面結構等指標評價柚木組培苗的生長發育，篩選出符合柚木組培生產的改進光源，為傳統組培室光源更新換代提供理論依據。

1材料與方法

1.1 材料

材料為柚木優良無性系71-14組培苗。選擇生長一致，苗高為5.0 cm的繼代苗，轉接時剪切成1.5 cm的頂芽和帶1對葉的中間莖段，分別接入相同培養基（MS+6BA0.5 mg·L1+30 g·L1蔗糖+6 g·L1瓊脂）中。培養基高壓滅菌前調節酸堿度至pH 6.0。培養室相對濕度（75±5）%，溫度（25 ± 2）℃。

1.2 方法

1.2.1 光照處理把原有組培室培養架（層高35 cm，單層培養面積130 cm × 65 cm）改建成試驗設計光源（表1），LED紅藍組合燈（1RB、2RB、3RB）由深圳一宸華節能照明有限公司提供，全光譜燈（S）從濟南騰昊科學儀器有限公司購買，為篩選不同光強LED光源，利用培養室散射光即無補光設備（D）為對照，而不同光質光源篩選采用熒光燈為對照。每光照處理接種頂芽和中間莖段各12瓶，每瓶8株，共96株，分別裝入50 cm × 60 cm × 15 cm的隔光泡沫盒（無蓋）中，放入培養架中心位子，光照時間10 h·d1，培養時間30 d。

1.2.2 測定指標在各光照下生長30 d后，頂芽和莖段培養隨機選取各6瓶，共48株，用直尺測量每苗株高、最大葉葉長和葉寬，以瓶為單位剪切葉、莖和基部愈傷組織，電子天平稱量鮮重后，放入105 ℃烘箱殺青15 min，烘干至恒重，稱量干重。隨機選取頂芽苗木，選擇頂端向下取最大葉片，在葉中部靠近主脈處剪取0.5 cm × 0.5 cm小塊，采用無水乙醇提取測定葉綠素。葉表面結構觀察取樣方式同葉綠素，放入2.5%戊二醛固定，經不同梯度乙醇和叔丁醇脫水，臨界點干燥后，置鍍膜儀上噴金，在KYKY2008B掃描電鏡下觀察拍照。用Eruler軟件測量氣孔、腺體大小，并根據單位面積內個數計算密度。

1.3 數據處理

采用Excel、SPSS軟件進行數據統計和分析。

2結果與分析

2.1 不同光照對芽生長的影響

柚木試管苗在不同光照處理培養30 d后，苗木形態產生分化（表2）。頂芽培養中，苗木生長高度以FL對照處理組為最高，D處理組最低，三種RB處理中，1RB最高，其次是2RB、3RB。腋芽培養中，腋芽生長高度仍以FL對照處理組最高，其次為S處理組，第三為D處理組，RB系列光源下腋芽高生長最低的原因主要是腋芽萌發時間晚3 ～ 5 d，說明RB光源會延遲腋芽萌發。從頂芽的葉數和最大葉分析，D處理組葉生長指標顯著低下，說明組培條件下，無補光設備對葉的生長和發育不利，在RB系列光照處理下，葉生長指標有明顯優勢，特別是3RB處理，每苗葉數和最大葉葉寬、長都顯著最高。從外觀形態上，D處理下植株矮小、細弱， 2RB、3RB處理下植株矮壯，葉子寬厚，S、1RB和FL光照處理下植株高挑，生長舒展（圖1）。

2.2 不同光照對植株生物量的影響

不同光照對生物量的影響主要體現在葉生物量上，由于葉鮮重和干重的差異導致全株鮮重和干重的差異，莖和愈傷組織的鮮重和干重各處理間沒有顯著差異（表3）。3RB光照處理下葉生物量指標比其它所有處理有顯著優勢，2RB光照處理下葉生物量及全株生物量和FL對照組差異不顯著。三種RB處理中，從1RB到3RB隨光強的增加，每瓶葉鮮重、干重和全株鮮重顯著增加，D處理下葉生物量指標顯著低于所有處理。

2.3 不同光照處理對葉綠素含量的影響

不同光照葉綠素含量顯示，1RB和S光照處理組葉綠素a、 b和總含量較高， D處理組葉綠素所有

指標偏低。從1RB到3RB，隨著光強的增加，葉綠素a、b和總含量呈逐漸降低的趨勢，a/b值逐漸升高。4種參試光照處理的葉綠素總含量均高于2種對照處理（表4），說明RB各光強處理不會導致葉片的葉綠素合成受阻。

2.4 不同光照處理葉表皮結構

2.4.1 不同光照下的上表皮結構D、1RB、S和FL光照處理下，上表皮細胞為圓形，細胞相連處皺褶成脊，而2RB和3RB處理細胞不規則多角形，周緣局部外突并與鄰近細胞外突嵌合，細胞相連處成溝，D和S處理表面附有不規則白色雪花狀蠟質和透明膜狀蠟質，3RB光照處理表面附透明膠狀蠟質（圖2）。

2.4.2 不同光照的下表皮結構柚木下表皮分布有較多數量的氣孔和球形腺體，2RB、3RB氣孔的保衛細胞呈井型凸起，護衛細胞結構顯著，氣孔開度大，FL和D對照處理組氣孔器與表皮細胞相平，氣孔開度小，D處理下的氣孔著生稀疏，表面附有大量白色雪花狀蠟質。柚木組培苗葉片下表皮結構中都有球

形腺體，呈隨機散落分布，大小不一，鮮葉時呈紫紅色，固定后有些球形腺體皺縮（圖3）。

2.4.3 不同光照對氣孔和球形腺體數量和大小的影響氣孔數量以D處理組最少， 其它光照下氣孔數

在570 ～ 614個·mm2之間（表5），說明在組培條件下，有一定的光源補光，柚木組培苗葉片氣孔數量處于一個較穩定的數量。氣孔密度越大越有利于蒸騰散熱和增強被動吸水的能力，同時有利于氣體交換，保持較強的光合作用。氣孔長軸以FL對照處理組最大，氣孔短軸以3RB處理組最大，說明FL處理下氣孔開度較小，3RB處理下氣孔開度大。球形腺體的數量以2RB和3RB光照處理組較多，1RB和

FL處理組其次，S和D處理組較少，而球形腺體的平均直徑以3RB光照處理組最大，FL和1RB處理組較小。

3討論

目前組培室廣泛使用的熒光燈，其有效生理輻射能的分布與配比不很合理，存在效能的較大浪費。全光譜燈模擬太陽光譜研發而成，市場上稱為植物生長燈，其特點是有效生理輻射能的分布與配比合理，但有效生理輻射效能低（徐志剛等，2001）。LED燈根據植物光合特性設置波長，植物光合效能最高的輻射區集中在藍光區（波長440 ～ 480 nm）和紅光區（波長640 ～ 680 nm），因此植物組培中對紅藍組合的LED燈應用和研究較多。本研究從適合柚木組培苗生長發育評價：柚木組培苗增殖方式為分段增殖，增殖率的大小主要取決于苗木高度和腋芽萌發，因此在增殖階段，熒光燈和全光譜燈為較合適光源，有利于柚木植株高生長及腋芽萌發。這可能是不同光譜輻射對植物生長具有相互協同的作用，一些光合效能較低的光譜，如黃光、紫光能提高光能利用效率（劉曉英等，2010），白光和綠光更具穿透性，對促進下層葉片光合作用產生作用（KuanHung et al， 2013；邸秀茹等，2008）。然而，LED紅藍組合燈光合效能高也在本研究中得到體現，3RB光照處理組的葉鮮重，干重，全株葉數、最大葉長、寬都顯著高于所有處理，與紅掌組培苗在紅藍組合燈下獲得葉片寬、厚，葉片生物量及全株生物量大的結果（陳穎等，2013）相似。這說明LED紅藍組合燈可使葉片伸長加寬，以吸收更多的光能進行光合作用，合成及貯存光合產物。

組培條件下，不同光源對葉綠素含量影響隨不同植物變化較大，冬青在紅藍混合光下葉綠素含量與熒光燈差異不顯著（邸秀茹等，2008），菊花組培在熒光燈下葉綠素含量高于紅藍混合燈處理（魏星等，2008），而紅掌以紅藍（1∶1）復合燈處理葉綠素各指標顯著高于熒光燈（陳穎等，2013）。由此反應出不同植物對不同光質和光強的敏感性及響應不同。本研究柚木組培苗中，4種參試光源處理下的葉綠素總含量均高于2種對照處理，說明參試光源處理不會導致葉片的葉綠素合成受阻。三種RB光源中，隨光強增加，葉綠素a、b和總含量呈下降趨勢。這可能與葉綠素合成所需要的光強較低有關。

在組培條件下，溫度和濕度相對穩定，葉片的形態結構較多反映了植物對光的反應，其表皮細胞、氣孔和附屬結構的形態差異可見植物自身對光的適應性。本研究中2RB和3RB光照處理下，上表皮細胞不規則多角形，周緣局部外突并與鄰近細胞外突嵌合，細胞相連處成溝，而其它光照處理，上表皮細胞為圓形，細胞相連處皺褶成脊。對比槐樹組培苗移栽馴化中葉表皮細胞結構（王喆之和胡正海，1996），2RB和3RB光照處理類似移植馴化二期，而其它光照處理類似未經馴化的試管苗，反應出2RB和3RB光照處理類似于移植馴化早期的環境。柚木組培苗氣孔主要分布在下表皮，有補光設備時氣孔數量比無補光設備時大1.5倍以上，然而不同光質對氣孔數量的影響本試驗中沒有明顯的規律。本研究2RB和3RB光照處理的氣孔張開程度大于對照熒光燈和其它處理。這與油菜籽組培苗紅藍光氣孔開度大于熒光燈（Huimin et al，2013）相似。在高濕的環境下，氣孔開度大，可消除氣孔對CO2進入的限制，以增強光合作用對CO2的固定作用（張驍等，2012），這也可能是2RB和3RB光照處理葉生物量較大的原因之一。因此，從葉表面結構分析，2RB和3RB光照處理可成為柚木壯苗培育的較好光源。

本研究中，隨著1RB到3RB光照增強，植株變得更為矮壯，葉表面結構更趨向成熟，有利于光合作用。這符合了壯苗培育的要求，但增殖率不如熒光燈和全光譜燈。為使LED燈得到更完美的應用，根據紅光有利于莖的伸長生長，藍光下莖粗壯等特性，以后試驗時可適當提高紅光的比例，或者在紅藍光譜的基礎上適當添加綠、黃、紫光，以便改進光源時更加完善。

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