光質(zhì)對杉木組培苗增殖及生根生長的影響

何平　厲月橋　李迎超　馮慧　謝健楊　孫建軍

摘 要：為了解杉木組培苗增殖及生根過程中的適宜光質(zhì)，以杉木繼代組培苗為試材，研究了不同光質(zhì)處理對杉木繼代組培苗的形態(tài)、干重、增殖系數(shù)、生根率以及抗氧化酶活性特征等的影響。結(jié)果表明：隨著組培中紅藍光比例（R/B）的增加，杉木組培苗的增殖系數(shù)、叢生芽長度呈逐漸變小的趨勢，基莖粗、葉面積、生根率、根長、POD活性以及根系活力值呈先增加后減小的趨勢，而細胞內(nèi)SOD、CAT及MDA的酶活性表現(xiàn)出逐步遞增的趨勢;R/4B處理時杉木繼代組培苗的增殖系數(shù)最大為4.93，4R/B處理時叢生芽長達最大值為2.54cm，2R/B處理條件下的生根率與根長達最大值，分別為0.76和1.65cm，均與對照普通光源（W）差異達極顯著水平。研究結(jié)果可以為杉木組培苗繼代培養(yǎng)的光質(zhì)選擇提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：光質(zhì);杉木;組培苗;增殖;生根

中圖分類號 S79文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2019）15-0025-04

Effect of Light Quality on Growth and Rooting Growth of Chinese Fir Tissue Culture Plantlets

He Ping1 et al.

（1Experimental Center of Subtropical Forestry，Chinese Academy of Forestry，F(xiàn)enyi 336600，China）

Abstract：In order to clarify the suitable light quality in the process of proliferation and rooting of? the tissue culture seedling of Chinese fir，Chinese fir tissue-cultured seedlings as test materials，the morphology，dry weight，multiplication coefficient，rooting rate and antioxidant enzyme activity of Chinese fir subcultured seedlings under different light quality treatments were studied.The results showed that the proliferation coefficient and cluster bud length of Chinese fir tissue-cultured seedlings decreased gradually with the increase of the ratio of red to blue light （R/B） in tissue culture.The basal stem diameter，leaf area，rooting rate，root length，POD activity and root activity? in reducing trend after first increase，while SOD，CAT and MDA activity in cells increased gradually.The proliferation coefficient of Chinese fir tissue culture seedling was the highest under R/4B treatment （4.93），the cluster bud length reached the maximum under 4R/B treatment （2.54 cm），and the rooting rate and root length reached the maximum under 2R/B treatment.The large values （0.76 cm，1.65 cm） were significantly different from those of the control common light source （W）.The results can provide a basis for the selection of light quality in subculture of Chinese fir seedlings.

Key words：Light quality;Chinese fir;Tissue culture plantlets;Proliferation;Root

杉木（Cunninghamia lanceolata）屬杉科杉木屬樹種，栽培歷史悠久，分布范圍廣，生長迅速，材質(zhì)優(yōu)良，其經(jīng)濟價值在我國林業(yè)產(chǎn)業(yè)中占據(jù)重要位置[1]。優(yōu)質(zhì)苗木是培育杉木人工林的基礎(chǔ)。杉木組培育苗技術(shù)具有保持良種優(yōu)良性狀、繁殖速度快的特點，在林業(yè)生產(chǎn)中，組培苗造林正逐步得到推廣[2-4]。自20世紀80年代起，我國學者對杉木組培快繁技術(shù)開展了一系列的研究，建立了比較完整的組培快繁技術(shù)體系，但目前的研究多集中在杉木基因型選擇和培養(yǎng)基優(yōu)化等方面[4-5]。

光是組培育苗中不可或缺的環(huán)境因子之一，調(diào)控植物的生長、形態(tài)建成、物質(zhì)代謝及基因表達等[6-7]。目前，林木組培人工光源主要以熒光燈為主，但其發(fā)熱嚴重且光能利用率低，增加了組培成本。LED作為一種新型冷光源，不僅具有體積小、重量輕、發(fā)熱量少、安全可靠、節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點，而且具有光譜峰值可調(diào)性的特點，成為了替代傳統(tǒng)組培光源的理想光源[8]。目前，對于不同光質(zhì)對組培苗的影響研究，在玉簪[9]、金線蓮[10]等多種植物組培中逐步得到了研究和應用，取得了良好的效果，而光質(zhì)對杉木組培中的應用研究則剛剛起步。

紅光和藍光是植物吸收最多的光質(zhì)，約占吸收總光量的90%，在植物形態(tài)建成中發(fā)揮著重要的作用[]。徐圓圓等研究了紅藍光配為2∶1～10∶1時，光質(zhì)對杉木組培苗生根和生理生化特征的影響[12]，韓吉思研究了紅藍光配為4∶1～8∶1時，LED光質(zhì)配比對紅心杉組培苗生根及抗氧化酶的影響[13]。這些試驗設(shè)計的紅藍光質(zhì)配比均大于1.0，尚不能全面揭示紅藍光配比LEDS光質(zhì)對杉木增殖、生根及生理生化指標的影響。為此，本研究開展了紅藍光配比為R/4B、R/B、2R/B、4R/B、8R/B和10R/B光質(zhì)對杉木組培苗表型性狀和生理生化特征的影響試驗，以期為今后杉木組培苗的規(guī)模化生產(chǎn)中LED光源的選用提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與材料 試驗于2018年4—6月在河北省南和縣河北至高點農(nóng)業(yè)科技有限公司組培室進行。供試材料為杉木優(yōu)良無性系洋061繼代組培苗。

1.2 光源及光質(zhì)處理 采用中國林業(yè)研究院研制的可調(diào)控LEDs光源設(shè)備開展試驗。試驗以白色LED熒光燈為對照，設(shè)置紅藍光（R/B）比為：10∶1、8∶1、4∶1、1∶4、2∶1和1∶1，共7組光質(zhì)處理，分別用W、10R/B、8R/B、4R/B、R/4B、2R/B和R/B表示。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗設(shè)計 選擇生長一致的杉木繼代無菌組培苗，剪取長度為1cm左右的莖段，轉(zhuǎn)接在增殖培養(yǎng)基為MS+0.5mg/L6BA+0.1mg/LNAA+5.0g/瓊脂L+30.0g/L蔗糖;生根培養(yǎng)基1/2MS+0.2mg/LNAA+0.3mg/LIBA+5.0g/L瓊脂+20.0g/L蔗糖中，滅菌前調(diào)整pH至5.8，組培瓶容積240mL，每瓶內(nèi)均勻放置5株杉木組培苗，進行7d的預培養(yǎng)。試驗采用隨機區(qū)組試驗設(shè)計，7種LEDs光質(zhì)處理，每種處理重復3次，光質(zhì)之間用黑色薄膜隔開。培養(yǎng)室溫度（25±2）℃，濕度（50±5）%，每日光照16h，光照強度2000lx。

1.3.2 測定指標 處理40d后，調(diào)查統(tǒng)計增殖組培苗的增殖系數(shù)和叢芽長度，以及生根組培苗的苗高、基徑、葉面積、生根率、根長、干鮮重超氧化物岐化酶活性（SOD）、過氧化物酶活性（POD）、過氧化氫酶活性（CAT）、丙二醛（MDA）和根系活性。杉木組培苗苗高、根系和基莖用游標卡尺測定，精確到0.01cm，葉面積用硫酸紙法進行測定，精確到0.01cm2;用NBT（氮藍四唑）光化學還原法測定SOD活性，愈創(chuàng)木酚法測定POD活性，高錳酸鉀滴定法測定CAT活性，TTC法測定根系活力[5]。上述形態(tài)指標重復測定5次，生理指標重復3次。

1.4 數(shù)據(jù)處理 采用SPSS軟件進行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和分析，采用LSD法進行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 光質(zhì)對杉木幼苗增殖的影響 由表1可知，杉木組培苗的增殖系數(shù)隨R/B的增加呈逐漸減小的趨勢，最大值與最小值間相差4.92倍。其中，在R/4B處理下，組培苗增值系數(shù)達到最大值（4.93），顯著（P<0.05）或極顯著（p<0.01）高于其他處理;在10R/B處理下，增值系數(shù)最小值（1.03），與8R/B光質(zhì)處理間差異不顯著（P>0.01），但極顯著小于其他處理。從杉木組培苗叢生芽的生長狀況來看，與增殖系數(shù)隨光源比例的變化趨勢不一致，叢生芽長度隨R/B增加呈先增大后下降的趨勢，光質(zhì)為4R/B時叢生芽長達最大值（2.54cm），與2R/B、8R/B間差異不顯著，但顯著或極顯著高于其他處理。說明大比例的藍光有利于杉木組培苗的增殖，在一定范圍內(nèi)，紅光比例越高，越有利于叢生芽的伸長，但超過一定的范圍則會抑制叢生芽的生長。如本實驗中紅光與藍光的比例小于4∶1時，最有利于叢生芽的生長，而R/B超過4∶1時則會抑制叢生芽的生長。

2.2 光質(zhì)對杉木生根組培苗生長和根系的影響 由表2可知，光質(zhì)對杉木組培苗生根和根系形態(tài)有著明顯的影響，株高隨著R/B值的增大呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，4R/B光質(zhì)處理時株高最高為2.93cm，是對照處理W的1.26倍，是10R/B處理的1.74倍。可見，適度增加R/B比，會促進杉木生根組培苗的株高生長;基莖則隨R/B的增加呈逐漸減小的趨勢，R/4B處理下基徑達到最大值為0.30cm，與對照W差異達到顯著水平，其余光質(zhì)處理和對照W間則均無顯著差異，可知紅光的增強會抑制苗木變粗;葉面積與基莖的生長受光質(zhì)影響的表現(xiàn)一致，均隨R/B的增加而減小，R/4B處理下葉面積最大（1.92cm2），與對照W的差異達極顯著水平;生根率和根系長度對光質(zhì)的響應規(guī)律相似，隨R/B的增大呈現(xiàn)先增加后逐漸減小的變化趨勢，2R/B處理下表現(xiàn)為最大值（0.76、1.65cm），10R/B處理下為最小值（0.30、0.87cm），可知，在一定范圍內(nèi)R/B比對組培苗生根率與根長度的影響顯著;杉木生根組培苗鮮重與干重變化規(guī)律相同，隨著R/B的增加逐漸降低，R/4B處理下達最大值（2.29g、1.14g），10R/B的比例下表現(xiàn)為最小值（1.18g、0.54g）。

2.3 光質(zhì)對杉木幼苗葉部抗氧化酶的影響 由表3可知，杉木幼苗葉片的SOD和CAT活性均隨R/B值的增加而升高，在10R/B處理時，達最大值，分別為13.27OD·g-1FW和36.39H2O2mg·g-1FW）。方差分析表明，4R/B、8R/B和10R/B3種光質(zhì)條件下的SOD和CAT值均極顯著高于對照，而其他3種光質(zhì)下的SOD和CAT活性與W間差異不顯著。說明在大比例紅光下，由于光脅迫程度加強，杉木幼苗通過提高體內(nèi)SOD和CAT2種抗氧化酶的活性清除超氧自由基，催化分解細胞內(nèi)的H2O2，以降低光照對細胞質(zhì)的損傷。杉木幼苗POD活性則隨著R/B的提高表現(xiàn)為先升高后下降的趨勢，在4R/B光質(zhì)條件時達最大值為18.38OD·g-1FW，其他紅藍光處理與對照W差異達到極顯著水平。表明在不同光質(zhì)條件下，細胞內(nèi)抗氧化酶的含量主導程度不同，形成了不同的清除過量活性氧，保護膜結(jié)構(gòu)的機制。

2.4 光質(zhì)對杉木幼苗葉片丙二醛含量的影響 由表4可知，杉木生根組培苗葉中MDA濃度隨R/B值的增加而升高，在10R/B處理下最大，為15.75nmol·g-1FW，是R/4B處理下的1.88倍，與8R/B處理無顯著差異，極顯著大于其他處理。可見，當紅光增加到一定程度時，對葉片丙二醛的含量影響不大;紅藍復合光處理的丙二醛含量均極顯著大于對照。其原因在于紅藍復合光更能促使杉木幼苗葉內(nèi)產(chǎn)生自由基，使細胞膜質(zhì)中不飽和脂肪酸膜質(zhì)過氧化程度提高，增加了細胞內(nèi)MDA含量。因此，在一定的R/B比例范圍內(nèi)，紅光比例越高，MDA增加的效果越明顯。

2.5 光質(zhì)對杉木生根組培苗根系活力的影響 由表5可知，杉木的根系活力隨著R/B的增加呈現(xiàn)先增強后減弱的趨勢，變化幅度在10.34～43.59TTF·g-1·h-1。其中，在2R/B處理下最大（43.59·gTTF·g-1·h-1），是最低值的4.217倍，極顯著高于其他處理，且紅光比例越高，杉木生根組培苗的根系活力反而越低;在10R/B處理下最小（10.34·gTTF·g-1·h-1），與W間差異不顯著，極顯著低于其他處理。因此，適量的增加紅光比例會促使生根苗提高根系活力，但并非紅光比例越大越好。

3 結(jié)論與討論

由本次研究表明，隨著紅藍光質(zhì)比例的變化，幼苗的表型和生理指標均呈現(xiàn)規(guī)律性變化，適宜的紅藍復合光質(zhì)對杉木組培苗增殖、生根的各項表型以及生理指標均具有明顯的促進作用。總體來看，組培光質(zhì)中增加藍光比例，有助于杉木組培苗的增殖系數(shù)的提高;增加紅光比例，有助于促進組培幼苗的高生長;但當紅藍復合光比例高于4時，會對組培苗造成生長抑制。

SOD、POD和CAT是植物細胞內(nèi)重要的抗氧化酶，能夠清除植物新陳代謝和逆境時產(chǎn)生的過量氧自由基，避免過氧化作用給細胞帶來的損傷。MDA是反映細胞膜質(zhì)過氧化程度的指標。本研究發(fā)現(xiàn)，隨R/B的增加，杉木組培苗葉部SOD、CAT呈逐漸增加的趨勢，POD呈先上升后下降的趨勢，MDA呈逐漸上升的趨勢，各種紅藍復合光照處理下的MDA含量均極顯著高于對照。說明紅光照射會使細胞產(chǎn)生過量的氧自由基，盡管抗氧化活性酶增加，但仍不能完全清除，使細胞MDA含量不斷增加。造成POD呈先上升后下降的趨勢的是由于抗氧化活性酶間存在著協(xié)同保護效應。韓吉思[13]等研究表明，4R/B時有利于促進紅心杉組培苗SOD和CAT活性的增加，抑制POD活性。本研究中杉木組培苗葉部在紅藍復合光為4R/B時，POD含量處于最高水平，其原因可能是由于杉木基因型對光質(zhì)的響應略有不同引起的。

因此，從組培的光質(zhì)的精準調(diào)控來看，杉木組培苗繼代增殖不同階段選擇適宜的光照條件，在叢生芽誘導、高生長、生根和壯苗培養(yǎng)階段適宜的紅藍復合光光質(zhì)條件依次為R/4B、4R/B、2R/B。但從紅藍復合光光質(zhì)對杉木組培苗增殖、生根，細胞組織保護和光質(zhì)調(diào)控方便程度綜合考慮，紅藍復合光有利于杉木組培苗增殖和根系生長，在R/4B處理下，杉木生根組培苗的性狀表現(xiàn)較優(yōu)，細胞受損程度最小，可以用紅藍復合光質(zhì)LED代替白光LED。

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（責編：張宏民）