不同色溫LED白光對鐵皮石斛組培苗生長的影響

陳志，汪一婷，呂永平，牟豪杰

(浙江省農業科學院 病毒學與生物技術研究所，浙江 杭州 310021)

隨著鐵皮石斛(DendrobiumofficinaleKimura et Migo)消費市場的不斷擴大和種苗組培技術的日益成熟，越來越多的企業參與到鐵皮石斛種苗產業化生產中來，據互聯網資料，目前國內進行鐵皮石斛種苗產業化生產的企業約有80家，組培苗年總生產規模超過50億株，組培室規模超過10萬m2。目前種苗企業在植物培養過程中普遍使用熒光燈照明，但熒光燈發熱量大、能耗高的缺點在能源緊缺的現階段也越來越突出，已有研究表明，用于照明消耗的能源費用約占植物組織培養工廠運行全部費用的20%～40%[1]。

LED燈具在節能方面具有巨大優勢，已有很多關于LED燈具代替熒光燈應用在植物組培方面的報道，不少研究者也對LED燈具應用于鐵皮石斛種苗培養的可行性進行了研究，如周鵬等[2]篩選了適用于鐵皮石斛組培苗移栽的LED光質(R7B3)；尚文倩等[3]研究認為LED (R1B1)較熒光燈更利于鐵皮石斛組織培養；徐忠傳等[4]研究表明LED紅光較白光更有利于鐵皮石斛原球莖增殖；侯甲男等[5]研究結果顯示LED (R6B4)較熒光燈更有利于鐵皮石斛試管苗光合作用以及干物質和糖的積累；尹翠翠等[6]研究認為，紅光有利于植株伸長生長，藍光則有利于莖的橫向加粗，紅藍組合對于鐵皮石斛生長最為重要，既可以促進伸長生長，又可以促進橫向加粗。多數研究報道都集中于紅、藍單色光或紅藍光配比的使用，而且多數研究測試指標與生產實際脫節較大，研究成果難以迅速得到應用。另外，實際應用過程中發現，利用紅、藍單色光源及紅藍光配比光源都存在對人眼存在嚴重的刺激，不利于人在光源下進行作業，同時培養室污染情況也難以及時發現，兩方面原因極大限制了LED燈具在植物組培中的應用推廣。

本研究首次以3種不同色溫LED白光為光源，對鐵皮石斛組培苗的生長情況進行研究，一方面希望尋找能夠替代熒光燈的LED光源，另一方面希望能提高在LED環境中工作人員的人體舒適度，為白光LED燈具在組培中應用推廣奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 植物材料

供試材料為本實驗室培育并保存的雁蕩山鐵皮石斛種子萌發苗。

1.2 燈具

熒光燈：Philips, TLD 36 W/840 cool white。

LED 白光：3種不同色溫LED白光，色溫值分別為3 000、5 000、5 700 K，所有LED燈具均為T8管狀燈具。

1.3 培養環境

光照強度(40±2)μmol·m-2·s-1，不同色溫白光LED光周期分別為12、14和16 h，熒光燈為12 h，培養溫度(25±2)℃。

1.4 方法

選取苗高2 cm左右的鐵皮石斛組培苗，每瓶接入10株，每種光環境下放置10瓶植物材料。培養3個月后，對不同處理下的組培苗的株高、莖粗、根數及葉片數量指標進行記錄。隨機選取30株組培苗，分別測量并記錄組培苗的株高、莖粗、根數及葉片數量，3次重復。光質及光照時間處理設置詳見表1。

表1 光質及光照時間試驗設置

1.5 數據處理

用Excel 2007進行平均值、標準差計算及圖表繪制，利用DPS 7.05進行Duncan’s多重比較(P=0.05)。

2 結果與分析

2.1 光照環境對鐵皮石斛組培苗株高的影響

如表2所示，當光質處理條件相同時，在色溫3 000 K處理下，光照14 h處理下培養材料的株高顯著低于熒光燈12 h下的培養材料，光照12 h和16 h處理下培養材料的株高均顯著高于熒光燈12 h下的培養材料；在色溫5 000 K處理下，組培苗株高變化的基本趨勢與3 000 K處理下的基本一致，光照12 h和16 h處理下培養材料的株高均顯著高于熒光燈12 h以及光照14 h處理下的培養材料；色溫5 700 K處理下不同培養時間組培苗的株高變化趨勢與3 000 K 和5 000 K處理有所不同，在光照16 h處理下培養材料的株高顯著高于熒光燈12 h下的培養材料，而光照12 h、14 h處理下和熒光燈12 h下培養材料的株高差異不顯著。綜上，不同色溫白光LED 12 h光照處理下鐵皮石斛組培苗的株高與熒光燈下培養12 h的相近，在色溫3 000 K和5 000 K處理下培養材料的株高優于熒光燈12 h下的培養材料。

表2 光質及光照時間對鐵皮石斛組培苗株高和莖粗的影響

注：表中同一列數據后沒有相同字母表示差異顯著(P<0.05)。

在光照時間一致的條件下，如光照12 h時，色溫3 000 K處理下的培養材料株高顯著高于色溫5 000 K、5 700 K及熒光燈下的培養材料，同樣，色溫5 000 K處理下培養材料株高顯著高于色溫5 700 K及熒光燈下的培養材料，色溫5 700 K處理下培養材料株高與熒光燈下培養材料間差異不顯著。光照14 h的結果表明，色溫3 000 K處理下培養材料的株高顯著低于色溫5 000 K、5 700 K及熒光燈下的培養材料，其他光質處理間差異不顯著。光照16 h時，色溫5 700 K處理下培養材料的株高顯著高于其他處理，色溫3 000 K與5 000 K處理下培養材料的株高無顯著差異，但均顯著高于熒光燈下的培養材料。

從各處理中篩選出組培苗株高最高的3種處理條件，即色溫3 000 K光照12 h、色溫5 000 K光照12 h及色溫5 700 K光照16 h 3種組合處理，上述3種處理下培養材料的株高均顯著優于熒光燈下培養材料，而其中色溫3 000 K光照12 h處理下培養材料的株高顯著高于色溫5 000 K光照12 h處理，但與色溫5 700 K光照16 h處理下的株高無顯著差異。

2.2 光照環境對鐵皮石斛組培苗莖粗的影響

由表2可以看出，當光質條件相同時，如色溫3 000 K處理下，光照12 h 和14 h下培養材料的莖粗與熒光燈12 h下的培養材料差異不顯著，而光照16 h處理下培養材料莖粗顯著高于其他處理。色溫5 000 K處理下，3種光照時間下的鐵皮石斛組培苗莖粗與熒光燈下培養材料均無顯著差異，而光照14 h處理下培養材料的莖粗顯著高于光照16 h處理下的培養材料。色溫5 700 K處理下，光照12 h下培養材料的莖粗顯著高于熒光燈下培養材料，光照14 h 和16 h下培養材料均與熒光燈12 h下培養材料差異不顯著。

當光照時間相同時，如光照12 h處理下，色溫5 700 K處理下培養材料的莖粗顯著高于色溫5 000 K處理及熒光燈下的培養材料，而色溫3 000 K與5 700 K處理下培養材料的莖粗差異不顯著，同樣，色溫3 000 K、5 700 K處理與熒光燈下培養材料的莖粗差異不顯著。光照14 h處理下，各處理培養材料的莖粗差異不顯著，與熒光燈下培養材料差異也不顯著。光照16 h處理下，色溫3 000 K處理下培養材料的莖粗顯著高于其他處理下的培養材料，其他3種處理下鐵皮石斛組培苗的莖粗差異不顯著。綜上，色溫3 000 K光照12 h、色溫5 000 K光照14 h與色溫5 700 K光照16 h處理下的培養材料莖粗均無顯著差異，且優于熒光燈下培養材料。

2.3 光照環境對鐵皮石斛組培苗根數的影響

不同光照環境下鐵皮石斛組培苗生根數量如表2所示，不同色溫光照12 h和16 h處理下培養材料的生根數量差異不顯著，但均顯著高于相同色溫光照14 h處理下的培養材料。當光照時間為12 h時，3種色溫處理下培養材料的生根數量與熒光燈下差異不顯著。

2.4 光照環境對鐵皮石斛組培苗葉數的影響

如表2所示，與根數比較結果相似，不同色溫光照12 h和16 h處理下培養材料的葉片數量差異不顯著，但均高于光照14 h處理下的培養材料。當光照時間為12 h時，色溫3 000 K和5 000 K處理下鐵皮石斛組培苗的葉片數量顯著高于熒光燈下的培養材料。

圖1為色溫3 000 K光照12 h和熒光燈12 h兩種光照環境中鐵皮石斛的生長狀況，可明顯看出色溫3 000 K光照12 h處理下鐵皮石斛組培苗的生長狀況要優于熒光燈12 h處理下的培養材料，主要表現為節間更長，不定根數量差異不顯著，符合組培苗移栽要求。

圖1 LED(A)和熒光(B)環境下 鐵皮石斛組培苗情況

3 討論

3.1 光環境對鐵皮石斛組培苗株高的影響

本研究中，在光照12 h條件下，色溫3 000 K處理下的鐵皮石斛組培苗株高顯著高于色溫5 000 K和5 700 K處理，僅在光照16 h條件下，色溫5 700 K處理下的鐵皮石斛組培苗株高顯著高于色溫3 000 K和5 000 K處理。對不同色溫LED光質不同培養時間處理下株高最佳表現的組合進行比較，結果顯示，色溫3 000 K光照12 h和色溫5 700 K光照16 h處理下鐵皮石斛組培苗的株高無顯著差異，均顯著優于熒光燈下的培養材料，基于節省生產成本的考慮，本研究認為色溫3 000 K光照12 h是鐵皮石斛組織培養的最佳光照環境。

婁鈺絞[7]研究報告中指出，LED白光(720 nm)較紅藍混合光更有利促進鐵皮石斛組培苗生長；劉慧雯[8]研究報告認為，LED白光(300～700 nm)下培養鐵皮石斛組培苗株高要稍差于LED紅藍混合光下培養材料，但莖粗反而更好；李夏媛等[9]研究報道表明，LED白光(720 nm)下培養蘭花組培苗苗高與LED紅藍混合光和熒光燈下培養材料無顯著差異；任桂萍等[10]研究也顯示，LED白光下蝴蝶蘭組培苗苗高與熒光燈下培養材料差異不顯著。本研究結果表明，在不同色溫LED光環境中，鐵皮石斛組培苗的高均顯著優于熒光燈下培養材料，也表明LED代替熒光燈應用于鐵皮石斛組織培養是切實可行的。

3.2 光環境對鐵皮石斛組培苗莖粗的影響

劉慧雯[8]研究報告認為，LED白光(300～700 nm)下培養鐵皮石斛組培苗莖粗顯著優于LED紅藍混合光下培養材料；聞永慧等[11]研究報道表明，LED白光(720 nm)下培養白芨四倍體在莖粗方面與熒光燈及LED紅藍混合光下培養材料差異不顯著，而二倍體則是顯著優于LED紅藍混合光下培養材料，但與熒光燈下材料差異不顯著；聞倩等[12]研究顯示，莖粗方面，熒光燈培養鐵皮石斛與LED紅藍混合光下差異不顯著。本研究結果表明，色溫3 000 K處理下鐵皮石斛組培苗的最大莖粗出現在光照16 h處理下，色溫5 000 K處理下最大莖粗出現在光照14 h處理下，色溫5 700 K處理下各光照時間間培養材料的莖粗差異不顯著，但各處理條件下鐵皮石斛組培苗的莖粗與熒光燈下無顯著差異。因此，白光LED可替代LED紅、藍混合光用于鐵皮石斛組織培養。

3.3 光環境對鐵皮石斛組培苗生根數量的影響

光質對于鐵皮石斛生根數量方面報道較少。劉慧雯[8]報道，鐵皮石斛組培苗在LED RB 3∶1環境下生根數量顯著高RB 7∶1、RB 2∶1和熒光燈下培養材料，而RB 7∶1、RB 2∶1和熒光燈下培養材料生根數量無顯著差異(光照時間為12 h)。李夏媛等[13]研究報道表明，LED白光(720 nm)下培養蘭花組培苗生根數量與LED紅藍混合光和熒光燈下培養材料無顯著差異。任桂萍等[10]研究也顯示，LED白光下蝴蝶蘭組培苗生根數量與熒光燈下培養材料差異不顯著。本研究中，不同光環境處理下鐵皮石斛組培苗的最低生根數量均大于5條，達到《無公害鐵皮石斛 第2部分：種子種苗》(DB 33/635.2—2007)中對優質苗的根數標準，且色溫3 000 K光照12 h處理下組培苗的生根數量與熒光燈下無顯著差異。在光照12 h和16 h處理下，鐵皮石斛組培苗生根數量未見顯著差異，僅在色溫5 000 K光照14 h處理下培養材料的根數顯著高于色溫3 000 K處理，與劉慧雯[8]的研究結果略有出入，可能與光質差異有關。