LED光源不同光質對馬鈴薯試管苗生長的影響

姜麗麗，孟佳美，楊丹婷，李 晗，張桂芝，金光輝

（黑龍江八一農墾大學農學院，黑龍江 大慶 163319）

馬鈴薯（Solanum tuberosum L.）是中國第四大主糧作物，馬鈴薯試管苗無性繁殖是種質資源保存及種苗擴繁的主要方式[1]。光是植物生命活動的能量來源，也是影響植物生長發(fā)育的重要環(huán)境因子之一[2]。光質不僅能影響植物的生長[3]、形態(tài)建成[3]和光合作用[4]，同時光對植物的物質代謝[5]、內源激素水平[6]以及基因的表達[7]也具有調控作用。開發(fā)低耗能、高效率、光質佳的人工光源，是馬鈴薯試管苗保存和擴繁的發(fā)展趨勢。

LED（Light emitting diode），即發(fā)光二極管，具有節(jié)能高效、穩(wěn)定性強等優(yōu)點，廣泛應用于可控設施環(huán)境中的植物栽培，如植物組織培養(yǎng)、工廠化育苗與設施園藝等[8]。LED光源光質純合，可根據培養(yǎng)需求獲得純正單色光或復合光譜，LED光源波長與植物光形態(tài)建成的光譜范圍吻合[9]。本研究以馬鈴薯‘克新13號’試管苗為材料，研究LED光源不同光質比例對其形態(tài)和生理特性的影響，明確適宜‘克新13號’試管苗生長的最佳光質，為新光源在植物組織培養(yǎng)和溫室設施栽培中的推廣應用提供理論依據和技術依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

馬鈴薯品種‘克新13號’脫毒試管苗由黑龍江八一農墾大學馬鈴薯研究所提供。光源處理為飛利浦公司Green Power LED科研模組，共設置6個光源處理，分別為熒光燈（CK），紅光燈（100R），藍光燈（100B），紅藍光混合光源（50R/50B、80R/20B、70R/30B），各光源參數見表1。

1.2 培養(yǎng)條件及培養(yǎng)方法

試驗于2017年3月1日起在黑龍江八一農墾大學馬鈴薯研究所進行，以250 mL玻璃方瓶為培養(yǎng)容器，培養(yǎng)基為MS培養(yǎng)基添加蔗糖3%，瓊脂0.7%，pH5.8。

在無菌條件下，將‘克新13號’脫毒試管苗接種至培養(yǎng)基中，每瓶接種20個莖段，每個光源處理4次重復。將接種后的脫毒苗置于培養(yǎng)室中進行培養(yǎng)，培養(yǎng)溫度為25℃，光照時間為16 h，黑暗時間為8 h。

1.3 測定項目及指標

1.3.1 形態(tài)指標

分別在培養(yǎng)7，14和28 d觀察試管苗生長狀況，并測量株高、根長、鮮重等指標，記錄所測數據。

1.3.2 葉綠素含量的測定

采用無水乙醇和丙酮混合液提取法[10]。

葉綠素提取：將培養(yǎng)28 d的試管苗新鮮綠色葉片取出，洗凈吸干葉表面水分。稱取5 g葉片，加入10 mL 80%丙酮，加少許石英砂研磨成糊狀，逐步加入20 mL 80%丙酮，離心（3 000 r/min）10 min。

葉綠素含量的測定：使用Shimadzu紫外分光光度計UV-1203，以80%丙酮溶液為空白，在波長663和645 nm處測定葉綠素提取液的光密度值。

1.3.3 可溶性糖含量測定

培養(yǎng)28 d的試管苗新鮮植株取出，采用蒽酮比色法進行測定[11]。

表1 LED光質控制系統(tǒng)Table 1 LED light quality control system

2 結果與分析

2.1 LED不同光質配比對馬鈴薯‘克新13號’試管苗株高的影響

不同光質對‘克新13號’試管苗株高變化的影響見表2。‘克新13號’脫毒試管苗不同光源下生長7 d后，50R/50B處理下株高最高，與對照（熒光燈）相比差異顯著，其余光源處理下（除了100R與100B）株高差異不顯著；培養(yǎng)28 d后各處理間株高差異顯著，100R處理下株高最高，為13.34 cm。100R處理下‘克新13號’生長速率最大為0.52 cm/d，對照生長速率為0.27 cm/d，50R/50B處理下生長速率最小為0.14 cm/d。100R處理下植株株高生長速率快，然而植株較細弱。

2.2 LED不同光質配比對馬鈴薯‘克新13號’試管苗根長的影響

不同光質對‘克新13號’試管苗根長的影響見表3。‘克新13號’培養(yǎng)7 d后，各光源處理下試管苗生根狀況表現(xiàn)出顯著差異，70R/30B處理根系生長最快，與對照處理差異顯著，100R處理根長最短；培養(yǎng)14 d后100B處理根長最長，80R/20B、70R/30B和50R/50B處理間根長差異不顯著。就生長速率而言紅藍混合光處理下根系生長較快，其中以50R/50B處理下，根系生長速率最快為0.27 cm/d。

表2 LED不同光質配比對‘克新13號’脫毒試管苗株高的影響Table 2 Effects of different light quality ratios of LED on plant height of'Kexin 13'plantlets in vitro

表3 LED不同光質配比對‘克新13號’脫毒試管苗根長的影響Table 3 Effects of different light quality ratios of LED on root length of'Kexin 13'plantlets in vitro

2.3 LED不同光質配比對馬鈴薯‘克新13號’試管苗鮮重的影響

‘克新13號’試管苗植株鮮重在不同光源處理下7～28 d變化情況見表4。紅藍光混合處理下培養(yǎng)的植株在各個階段植株鮮重均顯著高于其他處理，培養(yǎng)28 d后，50R/50B處理下‘克新13號’植株鮮重最大為0.259 g，80R/20B和70R/30B處理下鮮重次之，100B處理下鮮重最小。從生長速率也可以看出80R/20B、50R/50B處理均為0.009 g/d，高于其他光源處理。

2.4 LED不同光質配比對馬鈴薯‘克新13號’試管苗葉綠素含量的影響

不同光質對‘克新13號’試管苗培養(yǎng)28 d后的葉綠素含量影響如表5所示。葉綠素a、葉綠素b、總葉綠素含量均在50R/50B處理下達到最大值，分別為0.493，0.151和0.644 mg/g，葉綠素b最小值出現(xiàn)在100R處理下。紅藍光混合處理下總葉綠素含量與對照差異顯著，高于單色光處理，隨著紅光比例的增大，葉綠素a/b呈下降趨勢。

2.5 LED不同光質配比對馬鈴薯‘克新13號’試管苗可溶性糖含量的影響

不同光質對‘克新13號’試管苗培養(yǎng)28 d后的可溶性糖含量的影響見圖1。不同光質處理下‘克新13號’試管苗可溶性糖含量差異顯著，50R/50B處理下可溶性糖含量最高，為0.244%；100R處理下可溶性糖含量最低為0.165%；紅藍混合光處理下可溶性糖含量均高于對照，80R/20B和70R/30B處理之間差異不顯著，在紅藍混合光處理中，隨著藍光比例的增加，可溶性糖含量也呈增加趨勢。

表4 LED不同光質配比對‘克新13號’脫毒試管苗鮮重的影響Table 4 Effects of different light quality ratios of LED on fresh weight of'Kexin 13'plantlets in vitro

表5 LED不同光質配比對‘克新13號’脫毒試管苗葉綠素含量的影響Table 5 Effects of different light quality ratios of LED on chlorophyll content of'Kexin 13'plantlets in vitro

圖1 LED不同光質配比對‘克新13號’脫毒試管苗可溶性糖含量的影響Figure 1 Effects of different light quality ratios of LED on soluble sugar content of'Kexin 13'plantlets in vitro

3討 論

LED光源具有體積小、壽命長、光效率高、能耗小、安全、不易色衰等優(yōu)點，因此在植物培養(yǎng)中廣泛應用[8]。Wilken等[12]研究表明，與熒光燈相比，應用LED光源培養(yǎng)的植株更為健壯。光質對植物生長影響的研究多以紅光、藍光為主，其他光補償為輔。本研究中，紅光促進馬鈴薯試管苗伸長，藍光則抑制試管苗株高生長，100R處理下植株生長盡管較快，植株生長狀態(tài)并不理想，瘦弱易彎曲；紅藍混合光處理下的植株生長較健壯，植株挺立，這與Poudel等[13]在葡萄中的研究結果一致。本試驗結果表明100R和100B處理下，‘克新13號’根生長受到抑制，50R/50B處理根的生長速率較其他處理快，處理28 d后，‘克新13號’植株鮮重也顯著高于其他處理。Kim等[14]研究表明，紅藍混合光與光敏色素之間相互作用可以促進植株的協(xié)調生長。

光質在植物光合作用中起著重要的作用，光質不僅影響植株的光形態(tài)建成，也調控著光合色素的合成[15]，這是由于光合色素的吸收光譜不同所致。本研究中，紅藍混合光處理下馬鈴薯試管苗總葉綠素含量高于單色光及對照處理，Kong等[16]在蝴蝶蘭的研究中也得到同樣的結論。‘克新13號’試管苗葉綠素a、葉綠素b、總葉綠素含量最大值均出現(xiàn)在50R/50B處理下，這可能是由于在50R/50B處理下，‘克新13號’光合效率最高，且光源的波長與植物葉綠素吸收峰一致。

Kowallik[17]研究表明，光質具有調節(jié)高等植物的碳水化合物代謝的作用。本研究中，‘克新13號’可溶性糖含量在50R/50B處理下最高，這與Li等[18]對陸地棉的研究結果一致。紅藍混合光中，藍光比例越高，植株中的可溶性糖含量越高，由此表明，紅藍光配比有利于可溶性糖的積累，對植株干物質積累具有重要的調控作用。

LED光源中紅藍光的最佳比例與物種密切相關，例如，草莓[19]、紅掌[20]和黃瓜[21]的紅藍光最適比例為70R/30B；陸地棉[18]為50R/50B；香蕉[22]和蝴蝶蘭[23]為80R/20B。本研究中，通過‘克新13號’試管苗生長、形態(tài)、生理等指標分析表明，培養(yǎng)28 d后100R處理下的‘克新13號’試管苗株高最高，但是細弱，葉綠素含量最低，100B處理下的試管苗矮小，生根較慢，可溶性糖含量低；紅藍光配比處理的馬鈴薯試管苗較單一紅藍光有明顯優(yōu)勢，50R/50B處理下‘克新13號’試管苗根長和鮮重生長速率最快，均高于對照，且在此處理下葉綠素含量和可溶性糖含量達到最大值，均顯著高于對照，是適宜馬鈴薯試管苗生長的最佳光質。今后的工作中會進一步研究LED不同光質對馬鈴薯不同品種生理及代謝的影響，彌補本試驗僅選用‘克新13號’一個品種的局限性，以期為提高馬鈴薯試管苗品質提供理論指導。