LED光源對蝴蝶蘭花卉生長發育影響研究進展

王建兵 王金濤 蘇利英 王盾 肖河章

摘要 通過文獻調研與實際調查，綜述了近年來國內外LED光源對蝴蝶蘭光合特性、組織培養、幼苗生長、花芽分化、花期調控等方面影響的研究進展，并展望了LED光源在蝴蝶蘭生產應用上今后的研究方向。

關鍵詞 生長發育；觀賞花卉；蝴蝶蘭；LED光源

中圖分類號 S682.31 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2017）07-0006-03

Review on Effect of LED Light on Growing Development of Moth Orchid （Phalaenopsis ssp.）

WANG Jian-bing1， WANG Jin-tao2 ， SU Li-ying1 et al

（1.Huizhou University， Huizhou，Guangdong 516007；2.College of Horticulture and Landscaple Architecture of Hainan University， Haikou，Hainan 570228）

Abstract We reviewed research approach and achievements of LED effect on plant′s photosynthetic characteristic，tissue culture， seedling growth， flower bud differentiation， florescence control through the investigation on documents and reality situation， and gave a advice on moth orchid （Phalaenopsis ssp.） production and research in the future.

Key words Growing development；Ornamental flower；Moth orchid（Phalaenopsis ssp）；LED light

蝴蝶蘭（Phalaenopsis ssp.）為蘭科蝴蝶蘭屬植物，原產于中國臺灣、菲律賓、印尼、泰國、馬來西亞等地。其株型美觀，花型奇特似蝶，花色鮮艷，花期持久，在熱帶蘭中有“蘭花皇后”之美譽，有較高的觀賞和經濟價值，深受國內外花卉市場的歡迎[1]。

蝴蝶蘭盆花（切花）在廣東珠江三角洲一帶是重要的花卉生產種類，在其花卉產業中占有重要地位。珠江三角洲夏季天氣炎熱，夏季長約200 d，特別是雨水多，4—10月總雨量在1 300～1 500 mm，而且強降雨往往較多，年平均暴雨日數在6 d以上；熱帶氣旋影響頻繁，年平均可達2.4次，其中達到臺風級的有0.7次[2]。露天栽培蝴蝶蘭受夏季高溫高濕的惡劣氣象因素影響，切花生長發育過快、花枝短、花苞直徑小、花的顏色暗、病蟲危害嚴重、切花產品質量低劣，所以夏季的災害性天氣往往對蝴蝶蘭花卉產業造成毀滅性的損失。作為切花蝴蝶蘭商品，要求產品具備很高的質量，可是在這種條件下生產的蝴蝶蘭鮮切花很難符合要求，特別是當云南的鮮切花產品進入市場后，原來勉強上市的珠江三角洲切花因產品質量差、成本高等原因基本上退出了花卉市場。為了解決上述問題，運用設施農業可在室內或大棚進行工廠化生產，通過人工補光和降溫控濕等措施滿足花卉生長的需求，避免災害性天氣對蝴蝶蘭生產的影響，培養出產品質量上乘的蝴蝶蘭商品花卉，近年來國內外圍繞這一課題在設施農業上運用人工光源對蝴蝶蘭的生長發育影響方面開展了一系列研究，特別是新型半導體光源LED在蝴蝶蘭培養方面的運用。筆者綜述了近年來LED光源對蝴蝶蘭花卉生長發育影響方面的研究進展，并展望了今后LED光源在蝴蝶蘭生產應用中的研究方向，旨在為蘭花生產提供參考。

1 植物與光的研究

光是一切生物的主要能量來源，在一定條件下，光強度增加，光合速率也會增加，直到一個最適當的強度為止；若超過此強度，光合速率又會逐漸降低。根據植物對光照強度的要求可分為陽性植物、陰性植物和耐陰植物3大類型[3]。光對植物具有重要的生理作用，植物對光的反應可以分為光合作用和光形態建成2類。光合作用是指利用光能合成有機物的反應。光形態建成是指光作為信號而被利用所引起的形態反應[4]。給植物帶來影響的光的要素主要有光質、光強、光照時間（或明期）。光質通過不同的光照強度對植物發生作用，因而形成的形態建成反應是各不相同的，并影響其發育。一般說來，光質對植物生長的影響是植物在日光的完全光譜下才能正常生長發育，同時不同波長的光對植物生長發育的影響也不同。植物進行光合作用過程中，只有能被植物光合色素吸收的有效光能才可用于光合生產。不同波長的光對光合作用具有不同的效能，且直接影響光合產物的成分。光譜對植物的生長發育、形態建成、光合作用、物質代謝以及基因表達均有調控作用[5]，通過光質調節和控制植株形態建成和生長發育、花芽分化。花芽分化是植物開花的重要生理過程，只有有效的花芽分化才能使植物開花茂盛，提高商品的觀賞價值，從而使植株在一定程度上滿足人們生產需要。蝴蝶蘭培養過程中，使用的光源一般是金屬鹵化物燈、熒光燈、高壓鈉燈和白熾燈。然而這些光源的光譜能量分布設計主要是依據人對光的高效需求原則進行的，含有很多不必要的波長，所以對植物生長促進作用很少。新型半導體光源LED因具有波長具體、波譜寬度小、光譜性能好、光效高、系統發熱少、質量和體積較小、壽命較長、占用空間小等一系列傳統電光源技術無可比擬的優勢而受到人們的青睞[6-7]。單色光的LED被用于有關光質和植物的研究。需要加以說明的是，這里所提到的單色光并不是指嚴密單波長，而是指把自然光分成紫外光、藍色光、綠色光、紅色光、遠紅外光的情況下，只含有特定波段[8]。 如藍光則有利于蛋白質的合成，紅光有利于糖類化合物的合成。不同波長的光在誘導向光性、形態生成、色素形成等方面，其作用也不相同。紫外線能誘導植物體內某些花青素的形成[9]。青光、藍光、紫光能抑制植物延長生成和幼芽的分化，使植物形成粗矮的形態，并引起向光性的敏感和促進花青素的形成；某些植物要求經歷一定的光周期才能形成花芽的現象是由于植物對于周期性的晝夜間光暗交替變化及光暗時間長短的生理響應。根據開花與光周期的關系可將植物分為短日植物、長日植物、中日性植物、日照中性植物4種類型。

2 LED在設施農業切花、盆花生產中的應用

在設施農業切花、盆花生產中，人工光源通常所采用的是熒光燈與高壓鈉燈。如何補光、提高補光的均勻度、調整光質與開發具有更高效率的人工光源一直是該領域研究的課題。近年來隨著光電科學技術的發展，由于人們研發的發光二極管大幅提高了其亮度與效率，使得這種光源在設施農業生產中被廣泛應用。發光二極管具有高光電轉換效率、使用直流電、壽命長、體積小、波長固定與低發熱等眾多優點，相比于目前所使用高壓鈉及熒光燈等人工光源系統具有光質、光強可調整、冷卻負荷低并可提高單位面積栽培量等優點，因此，對封閉可調控的設施農業切花、盆花生產環境是一種非常適合的人工光源。早在1968年發光二極管（簡稱LED）的相關產品就已經問世，只是當時輻射強度低且種類少，所以應用上仍局限于觀賞或標示等用途。經過這些年光電科技技術的進步，在20世紀80年代中期市場上不但出現了高亮度的LED，而且在1993年日本日亞公司更成功開發出高亮度藍光LED，使得全彩化的LED產品得以實現，也拓展了其用途，包括通訊產品、汽車、交通信號、資訊產品、照明及生物農業等，其中生物產業上的用途就是近幾年來相當熱門的一個領域[10]。光為植物生長中重要的環境因子之一，主要來自于太陽的輻射能。隨著科技進步及農業生產型態的改變，導入人工光源來取代或補充自然日光的不足已是設施農業切花、盆花生產中的常規方法，使用的人工光源包括LED、熒光燈、高壓納燈、金屬鹵素燈及燈泡等。LED的特點對于研究和促進切花植物的光形態建成和光合作用、花芽分化有非常重要的意義[11]。

3 蝴蝶蘭與LED光的關系研究

3.1 光對蝴蝶蘭光合特性的影響研究

吳根良等[12]以卡特蘭和蝴蝶蘭為材料，研究其葉片在不同光照條件下[全光照（處理1）、36%光照（處理2）和18%光照（處理3）]凈光合速率和葉綠素熒光參數日變化。結果表明，在上述3種光照條件下，卡特蘭和蝴蝶蘭凈光合速率變化呈“V”型。從10∶00開始，處理1和處理2光照下蝴蝶蘭和卡特蘭凈光合速率開始下降為負值，到18∶00處理1仍為負值，處理2恢復為正值。處理3在午間其光合速率下降幅度低于處理2光照及處理1光照，恢復速度快于前兩者。葉綠素熒光參數日變化表明，在處理1條件下，蝴蝶蘭和卡特蘭葉片PS Ⅱ 非環式電子傳遞光化學量子產量（ΦPS Ⅱ）、PS Ⅱ 光化學效率（Fv/Fm）、光化學猝滅系數（qP）隨光強增加而降低，到18∶00時未能恢復至08∶00時的值，光合器官受到傷害。在處理2光照處理下，ΦPS Ⅱ 、Fv/Fm、qP隨光強增加而降低，至18∶00時基本恢復至08∶00時的值。處理3光照處理，各值均較穩定。在處理2光照及處理3條件下，光PS Ⅱ 電子傳遞速率隨光強增加而增加，處理1則相反，因此，蝴蝶蘭和卡特蘭在500 μmol/（m2·s） 以上光照強度下受到嚴重光抑制，能忍受310 μmol/（m2·s）的光照強度，在160 μmol/（m2·s）光照強度下，蝴蝶蘭和卡特蘭未受光抑制，生長良好。在生產實踐中可采用增加遮陽網，因為處理1光照條件有利于蝴蝶蘭和卡特蘭的生長。趙伶俐等[13]、朱懿等[14]在不同光照強度培養條件下研究了蝴蝶蘭初代培養過程中總酚含量、外植體內多酚氧化酶（PPO）活性以及褐化百分率的變化規律。結果表明：2 000 lx光強培養的外植體褐化嚴重且PPO 活性高于其他2個處理，差異顯著，1 000和3 000 lx 光強培養可降低褐化率；3個處理間總酚含量差異不顯著。二者相關性分析表明，PPO 活性與外植體中總酚含量呈中等相關。

3.2 LED光對蝴蝶蘭組培苗生長的影響研究

戴艷嬌等[1]以紅藍等光的新型光源LED進行不同光質配比組合后，對蝴蝶蘭組培苗進行照射，研究其形態、碳氮代謝、色素含量及抗氧化酶系活性等檢測指標的變化，結果RBG（紅光/藍光/綠光）處理組全部生根，而單色紅光處理的蝴蝶蘭組培苗徒長，單色藍光處理的組培苗根系活力最高。單色藍光和紅藍組合處理的葉片色素含量高于白光，葉綠素a/類胡蘿卜素比值、葉綠素a/b比值隨著R/B比率的降低而減小。可溶性糖、游離氨基酸、蔗糖和淀粉的含量及C/N（碳氮比）在單色藍光下均高于單色紅光處理。

3.3 LED光對蝴蝶蘭幼苗生長的影響研究

蔣要衛[15]以蝴蝶蘭和大花蕙蘭試管苗為試驗材料，以具有低透濕性、高透氣性的樹脂膜為材料制作新型培養容器C（P），開展在新型組培光源（LED）條件下用常規培養、施用CO2對蝴蝶蘭和大花蕙蘭試管苗進行培養研究。結果表明：用自行研制的光質比例和光量子數可調的紅光與藍光LED燈作為人工光源，培養蝴蝶蘭和大花蕙蘭試管苗，在常規培養條件下，比例為25%藍光+75%紅光 LED光源照射大花蕙蘭試管苗，其生長優于傳統的用熒光燈培養的試管苗；在CO2施肥條件下，比例為20%藍光+80%紅光LED光源對大花蕙蘭試管苗生長和葉片氣孔特征的影響明顯優于傳統組織培養用熒光燈。LED在常規培養和CO2施用條件下對蝴蝶蘭試管苗主要測定指標的影響上，傳統組織培養用熒光燈的影響明顯優于LED，且生長在LED光源下的蝴蝶蘭試管苗葉片形態異常，出現皺縮現象。但與傳統光源相比，該新型光源可提高蝴蝶蘭試管苗的葉綠素指數和干物率。

3.4 LED光對蝴蝶蘭花芽分化及開花的影響研究

王秀美[16]在智能化溫室中，通過盆栽試驗，采用指標測量、差異顯著性檢驗等方法，發現不同日溫、光照等條件對蝴蝶蘭的生長和開花均有顯著影響，蝴蝶蘭最適宜的栽培日溫是26 ℃，當室外光強超過20 000 lx時開始遮光，小于20 000 lx時合攏遮陽幕，植株長勢和開花性狀最好。任桂萍等[17]將培養了540 d后的蝴蝶蘭栽培種‘小飛象送到廣東省從化區良口鎮進行高山越夏，低溫催溫處理3個月后，以抽梗的成苗為試驗培養材料，采用LED的純紅光、純藍光以及用不同比例的紅藍組合的LED光源對蝴蝶蘭成苗進行照射，采用白色熒光燈作為對照，研究不同光質對蝴蝶蘭開花時間及品質的影響。結果表明，單色光（包括純紅光和純藍光）更利于蝴蝶蘭花序發育，促進開花，純紅光和純藍光分別比對照提前4.71和5.29 d，紅光比例較高的紅藍組合光（R7B3）更有利于花朵的發育，表現為花朵最大、花色素苷含量最高，提高了蝴蝶蘭花卉的品質。

4 展望

蝴蝶蘭是人們喜愛的春節年花種類之一，不論是盆花或鮮切花，需求量非常大，特別對于提高出口創匯、增加花農的經濟收入具有重要意義，因此，蝴蝶蘭在我國蘭花產業中具有重要地位。如何使蝴蝶蘭花卉產業實行工廠化生產，克服季節和氣候的影響，按照人們的期望進行花期調控，研究LED光源對蝴蝶蘭的生長發育具有十分重要的理論意義和實踐意義。廣大蘭花生產和科技工作者應在LED光源對蝴蝶蘭的花苗的良種選育、組織培養、花卉栽培、花期調控等方面開展更多研究。雖然研究者已在光質、光強、光期對蝴蝶蘭的植物光合特性、幼苗生長、組織培養、花芽分化、開花機理方面進行深入研究，并取得一定的成果，但關于LED光源對蝴蝶蘭生長發育的影響還有一系列問題需要研究：①在研究方法上，國內關于LED光源對蝴蝶蘭生長發育的影響研究較零碎，只是對某幾個指標進行檢測比較，缺乏更深入的系統研究，特別是伴隨著LED光源的其他生態影響因子，例如溫度、栽培基質、空氣質量、濕度以及全LED光源與自然光結合、LED光源補光的關系等系列因子的綜合作用機理尚不明確。目前的主要研究試驗還停留在少量盆栽試驗上，缺乏大規模的工廠化試驗數據的驗證結果，所以要推廣LED光源在蝴蝶蘭上的應用，特別是實現規模化生產還需深入研究，蘭花工作者也應加強重視。②如何在已有的理論研究基礎上開展全方位的深入研究，得出更多具有實用價值的科研成果，使LED光源對蝴蝶蘭的培育應用技術日臻成熟并廣泛應用于我國蝴蝶蘭的花卉生產，建立完善我國蝴蝶蘭工廠化生產的栽培技術體系和標準化工廠生產標準，以及開展相關系列的研究，實現蝴蝶蘭生產工廠化、自動化、標準化、現代化是我國蝴蝶蘭產業乃至整個蘭花產業需長期而深入研究的課題任務，也是我國今后蘭花產業努力的方向。

參考文獻

[1] 戴艷嬌，王瓊麗，張歡，等.不同光譜的LEDs對蝴蝶蘭組培苗生長的影響[J].江蘇農業科學，2010（5）：227-231.

[2] 鄺禹洲.珠江三角洲可成為我國冬季切花生產基地[J].廣東園林，2001（1）：34-35.

[3] 曹儀植.植物分子生物學[M].北京：高等教育出版社，2002：267-279.

[4] BARCEL M，EL-MANSOURI I，MERCADO J A，et al.Regeneration and transformation via Agrobacterium tumefaciens of the strawberry cultivar Chandler[J].Plant Cell，Tissue Organ Cult，1998，54（1）：29-36.

[5] FUKUDA N，KOBAYASHI-YOSHINAKA M，UBUKAWA M，et al.Effects of light quality，intensity and duration from different artificial light sources on the growth of petunia（Petunia×hybrida Vilm.）[J].Japan Soc Horticult Sci，2002，71（4）：509-516.

[6] BULA R J，MORROW R C，TIBBITTS T W，et al.Light-emitting diodes as a radiation source for plants[J].HortScience，1991，26（2）：203-205.

[7] BROWN C S，SCHUERGER A C，SAGER J C.Growth and photomorphogenesis of pepper plants under red light-emitting diodes with supplemental blue or far-red lighting[J].J American Soc Hort Sci，1995，120（5）：808-813.

[8] PASSEY J，BARRETT K J，JAMES D J.Adventitious shoot regeneration from seven commercial strawberry cultivars（Fragaria×ananassa Duch.）using a range of explant types[J].Plant Cell Rep，2003，21（5）：397-401.

[9] STOWE-EVANS E L，HARPER R M，MOTCHOULSKI A V，et al.NPH4，a conditional modulator of auxin-dependent differential growth responses in Arabidopsis[J].Plant Physiol，1998，118（4）：1265-1275.

[10] 于海業，王永志，張蕾.LED在設施農業中的應用[J].農機化研究，2009，31（5）：190-192.

[11] 王永志.君子蘭栽培光環境機理與調控的研究[D].長春：吉林大學，2009：15-28.

[12] 吳根良，何勇，王永傳，等.不同光照條件下卡特蘭和蝴蝶蘭光合作用和葉綠素熒光參數日變化[J].杭州農業科技，2007（3）：14-17.

[13] 趙伶俐，葛紅，范崇輝，等.不同光照強度對蝴蝶蘭組培中外植體褐化的影響[J].北方園藝，2006（4）：160-161.

[14] 朱懿，嚴紅.蝴蝶蘭組織培養研究進展[J].安徽農業科學，2008，36（5）：1783-1785，1787.

[15] 蔣要衛.大花蕙蘭、蝴蝶蘭試管苗光合自養培養體系初步建立[D].鄭州：河南農業大學，2006：1-10.

[16] 王秀美.設施內日溫與光照對蝴蝶蘭生長發育的影響[J].山東林業科技，2009，39（4）：18-20.

[17] 任桂萍，王小菁，朱根發.不同光質的LED對蝴蝶蘭‘小飛象開花時間及品質的影響[C]//中國園藝學會、中國園藝學會觀賞園藝專業委員會.花卉優質、高產、高效標準化栽培技術交流會論文匯編.昆明：中國園藝學會、中國園藝學會觀賞園藝專業委員會，2014：7.