不同LED 光質組合對兩種觀賞石斛組培及生長影響

吳 瑤，王再花，葉廣英，楊 意，劉厚誠，周 榮

（1.佛山科學技術學院食品科學與工程學院，廣東 佛山 528000；2.廣東省農業科學院環境園藝研究所/廣東省園林花卉種質創新綜合利用重點實驗室，廣東 廣州 510640；3.華南農業大學電子工程學院，廣東 廣州 510642；4.華南農業大學園藝學院，廣東 廣州 510642）

【研究意義】‘迷你’秋石斛（DendrobiumMiniRed）和‘口袋情人’春石斛（D.Angel Baby‘Love Pocket’）屬于中小型觀賞石斛，其花色雅致，精巧迷人且花期長，是當前市場上暢銷的秋石斛和春石斛品種，但由于上述兩種石斛增殖速率較低，生長周期長。在組培過程中主要依靠調節培養基的植物生長調節劑來實現芽的克隆和繁殖，一旦植物生長調節劑用量過高或繼代次數過多，則容易出現變異，從而影響種苗出苗質量，導致產業化程度不高。本文主要通過LED光質組合處理，篩選適宜石斛克隆苗增殖和生根壯苗的最佳光質組合，提升種苗質量，加快組培生產進程，對促進石斛種苗的標準化生產具有重要意義。【前人研究進展】光是植物生長最重要的環境因子之一，影響其生長發育全程。LED 燈具有壽命長、節能效果好、可控制、具全光譜光質等優點［1］，在植物組培快繁實驗和生產過程中運用較為廣泛。LED 光質在蔬菜、花卉、藥用植物等多種作物繁殖中應用并取得了良好效果［2-8］。特別是在粗肋草、菊花、白掌、紅掌、白及等花卉園藝作物中應用廣泛，且篩選出了適宜組培的光質組合，如‘如意皇后’粗肋草在R7 ∶B3 光質下增殖效果最好；白掌、菊花和甘蔗在R1 ∶B1 ∶Y1 光質下增殖效果最好［9-14］。而LED 光質在石斛組培中也有應用，如鐵皮石斛、霍山石斛、金釵石斛等。前人報道指出，鐵皮石斛經單紅光45 d 處理后轉入R2 ∶B3 光質下，其多糖含量最高；金釵石斛在R1 ∶B2 光質培養下多糖和生物堿含量分別較對照增加66.1%、42.1%［15-18］。不同作物品種對光質的需求存在一定差異，但紅、藍、綠光質組合更有利于其組培生長和次生代謝物質積累［19-20］。最近研究表明，LED 復合光質3R1B1G、4R1B1G 培養的藍莓組培苗增殖倍數較對照分別提高28.50%、27.54%。綠光能參與并影響植物光合作用，比紅、藍光更能深入植物冠層，有利于光合作用，因此，在紅藍光中適當增加綠光，可進一步提高種苗葉片的光合色素含量、可溶性糖含量、根系活性等［21］。此外，為保證種苗質量，研究者和生產者一般通過種苗分級來實現，可以根據實際生產要求人為分級或PCA 聚類分級。在生產上越來越多的人在試管苗出苗時開始進行分級，剔除長勢不佳、成活率低的種苗，篩選出優質種苗，以保證植物后期生產的質量和產量。石斛種苗分級相關的報道主要為藥用石斛如鐵皮石斛、金釵石斛等［22-26］，有關觀賞石斛的種苗分級鮮見報道。【本研究切入點】已有文獻報道，LED 光質對多種植物組培生長有明顯的促進作用，常用于組培的LED 光質包括紅光、藍光、黃光、白光和綠光等。紅光有利于光合產物的積累、減緩植物細胞內的膜脂過氧化作用明顯，提高抗逆性；藍光對莖的伸長有明顯促進作用；一般情況下單一光質不利于植物的組培生長，而紅藍光的組合報道較為常見，與大部分植物光合作用所需要的光譜相似；近年來，綠光在植物中的重要性被逐漸認可，其對植物光合作用具有一定的積極作用。伍潔等［27］發現紅藍R6 ∶B4 處理中，加入綠光，植物可溶性糖的含量顯著提高；樊小雪等［28］發現綠光照射下蕃茄幼苗IAA 含量最高。不同光質可以影響植株的生理過程與形態特征，但有關LED 光質對觀賞石斛的組培快繁和種苗分級的影響報道比較少見。【擬解決的關鍵問題】本文采用紅、藍、綠3 種LED 光源，以組合光R3B6G0、R3B6G1、R3B6G3、R6B3G0、R6B3G1、R6B3G3、R3B3G3和白光（W）共8 種不同光質配比，研究其對兩種觀賞石斛組培苗增殖、生根壯苗和生長的效果，并結合PCA 主成分分析等輔助方法進行種苗分級，以掌握優質石斛種苗組培的光質條件，為石斛的標準化生產提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以廣東省農業科學院環境園藝研究所繁殖的‘迷你’秋石斛（D.Mini Red）和‘口袋情人’春石斛（D.Angel Baby ‘Love Pocket’）為材料，選取大小接近的組培苗進行LED 光質處理。于2021 年1 月—2022 年8 月在廣東省農業科學院白云基地組培室和溫室大棚開展試驗。

本試驗的LED 單顆燈珠1.5 W，RBG 各0.5 W，一條燈功率24 W。使用紅光、藍光、綠光進行組合，形成R6B3G0、R6B3G1、R6B3G3、R3B6G3、R3B6G1、R3B6G0、R3B3G3（字母后數字表示紅、藍、綠光照強度比例）光質，W（白光）為對照，共8 種光質組合。R 表示波長為620 nm的純紅光；B 表示波長為460 nm 的純藍光；G 表示波長為520 nm 的純綠光；W 表示白色熒光燈（400～750 nm）。LED 燈管由仲愷農業工程學院精準農業智能裝備實驗室提供；采用光譜儀（型號為群智ALP-01）測定其光照強度。

1.2 試驗方法

1.2.1 增殖和生根壯苗培養 增殖培養：切取石斛克隆苗2 節莖段接種到增殖培養基上，每瓶接種15 個莖段，每個處理4 次重復，共32 瓶，隨機置于8 組不同光質的LED 燈下培養45 d，石斛增殖培養基為改良的MS+蔗糖30 g/L+瓊脂7 g/L+香蕉50 g/L+活性炭0.1 g/L+NAA0.05 mg/L+6-BA 3.0 mg/L。

生根壯苗培養：將增殖后長勢相似的單芽接種至生根培養基，每瓶接種15 個單芽，每個處理4 次重復，共32 瓶，隨機置于8 組不同光質的LED 光下培養45 d，石斛生根壯苗培養基為改良1/2 MS+NAA0.2 mg/L+蔗糖30 g/L+瓊脂7 g/L+香蕉50 g/L+活性炭0.1 g/L。各處理除光源不同外，其他條件一致。光強為20 μmol/m2·s，每天光照時間12 h，培養溫度為24（±2）℃。

1.2.2 形態指標測定和種苗分級 增殖系數為重復測定每瓶組培苗15 個莖段萌芽的數量（4 次重復），增殖系數=新芽總數/接種莖段數。莖段鮮重、干重（70 ℃烘干48 h 至恒重）為每瓶組培苗15 株植株的干重和鮮重（4 次重復）。

生根壯苗統計每瓶組培苗15 株植株根數、平均根長、莖粗、新芽數、株高、葉數（4 次重復）。將石斛生根壯苗統計的數據采用ORIGIN—PCA主因子成分分析，然后將該階段的苗結合生產實際進行人為分級處理。

1.2.3 石斛分級種苗馴化及生長勢統計 石斛種苗出瓶后，用水草種植于直徑5 cm 營養杯中，置于水簾溫室中培養。每個分級苗種植30 株，3 次重復，各90 株。出瓶栽培180 d，統計每個等級苗的成活率、株高和莖粗。

1.3 數據處理

數據采用SAS8.0 軟件Duncan 方法檢驗不同處理間的差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 不同LED 光質對兩種石斛增殖的影響

不同LED 光質條件下，‘迷你’秋石斛和‘口袋情人’春石斛的增殖系數、干鮮重和干物質含量見表1～表2、圖1～圖2。‘迷你’秋石斛在R6B3G0 光質下增殖效果最好，培養45 d 后增殖系數比對照提高29.8 %，達2.35 個/株，鮮重、干重和干物質含量分別為3.941、0.273 g/株和7.06%。其次為R3B6G3、R3B6G1 處理，3 種光質處理間增殖系數差異不顯著，但明顯高于其他處理和對照，R6B3G1 和R6B3G3 處理的效果最差。紅藍光比例為6 ∶3 時，隨著綠光增加，增殖系數下降，但干物質含量有明顯增加，在R6B3G3 光質下，干物質含量達到8.61%；而紅藍光比例為3 ∶6 時，隨著綠光的增加，增殖系數上升，干物質含量呈現先下降又上升的現象。‘口袋情人’春石斛在R3B6G0 光質組合增殖效果最好，增殖系數達到3.11 個/株，明顯高于其他處理，比對照提高76.7%，鮮重、干重和干物質含量分別為0.258、0.022 g/株和8.58%，其次為R3B3G3，而R6B3G0、R3B6G3 效果較差。紅、藍光比例為6 ∶3 時，隨著綠光增加，增殖系數上升；而紅、藍光比例在3 ∶6 時，隨著綠光增加，增殖系數下降，與‘迷你’秋石斛的增殖效果相反；但該種石斛在紅藍光比例6 ∶3 或3 ∶6 時，補充一定綠光，也可明顯增加干物質含量，與‘迷你’秋石斛結果類似。

圖1 不同LED 光質下的‘迷你’秋石斛增殖表型Fig.1 Effects of different LED light qualities on proliferation of Dendrobium ‘Mini’ Red

圖2 不同LED 光質下的‘口袋情人’春石斛增殖表型Fig.2 Effects of different LED light qualities on proliferation of Dendrobium Angel Baby ‘Love Pocket’

表1 不同LED 光質對‘迷你’秋石斛增殖的影響Table 1 Effects of different LED light quality treatments on the proliferation of Dendrobium Mini Red

表2 不同LED 光質對‘口袋情人’春石斛增殖的影響Table 2 Effects of different LED light quality treatments on the proliferation of Dendrobium Angel Baby ‘Love Pocket’

2.2 不同LED 光質對兩種石斛生根壯苗的影響

從表3、表4 可以看出，不同LED 光質組合處理對兩種石斛的生根壯苗存在一定差異。‘迷你’秋石斛在R6B3G3 組合光質處理下效果最佳，根數和平均根長分別為14.20 根/株和2.81 cm，分別比對照提高63.4%和18.6%；處理效果較好的為R3B6G1 和R3B6G3，與前者無顯著差異。在紅、藍光比例為6 ∶3 情況下，隨著綠光增加，根數也增加；紅、藍光比例為3 ∶6 時，增加適當綠光，根數增加；而對照和R6B3G0 生根壯苗效果最差（圖3）。‘口袋情人’春石斛在R6B3G0 組合光質處理下生根壯苗效果最好，根數高達10.98 根/株，比對照提高1.2 倍，其次為R6B3G3，且兩種光質處理效果無顯著差異，再次為R3B3G3 組合，莖粗和葉數顯著低于上述兩種光質，其他指標無顯著差異。在紅、藍光比例為6 ∶3 或3 ∶3 時，增加與藍光比例相同的綠光將會促進根數增加；在紅、藍光比例為3 ∶6時，增加適量的綠光會增加根數，但綠光過強的R3B6G3 光質下該石斛的根數明顯減少，與對照根數差異不明顯，不利于該石斛的生根壯苗（圖4）。

圖3 不同LED 光質下的‘迷你’秋石斛生根壯苗表型Fig.3 Rooting and strengthening seedlings of Dendrobium Mini Red under different light quality LEDs

圖4 不同LED 光質下的‘口袋情人’春石斛生根壯苗表型Fig.4 Effects of different LED light qualities on rooting and seedlings strengthening of Dendrobium Angel Baby ‘Love Pocket

表3 不同LED 光質對‘迷你’秋石斛生根壯苗的影響Table 3 Effects of different LED light qualities on rooting and shoot strengthening of Dendrobium Mini Red

表4 不同LED 光質對‘口袋情人’春石斛生根壯苗的影響Table 4 Effects of different LED light qualities on rooting and shoot strengthening of Dendrobium Angel Baby 'Love Pocket'

2.3 不同LED 光質的石斛試管苗分級

生根壯苗階段的石斛試管苗直接影響出瓶苗的質量和產量，運用科學的分級標準對不同LED光質培養的石斛生根苗進行分級分析，對于其種苗的標準化生產非常必要。如表5 所示，‘迷你’秋石斛前4 個特征值累計貢獻率達到84.06%，表明前4 個主要成分包含絕大部分信息，在PC1中根數、莖粗、葉數指標的系數最大，起主要作用，為‘迷你’秋石斛的試管苗分級的主要指標。‘口袋情人’春石斛前4 個特征值累計貢獻率達到85.31%，說明前4 個主要成分包含絕大信息，在PC1 中根數、新芽數、葉數指標的系數最大，起主要作用，為該石斛試管苗分級的主要指標（表6）。

表5 ‘迷你’秋石斛試管苗主要成分分析特征根、積累方差貢獻率及特征向量Table 5 Principal component analysis of eigenroot,cumulative variance contribution rates and eigenvectors of test-tube seedlings of Dendrobium Mini Red

表6 ‘口袋情人’春石斛試管苗主要成分分析特征根、積累方差貢獻率及特征向量Table 6 Principal component analysis of eigenroot,cumulative variance contribution rates and eigenvectors of test-tube seedlings of Dendrobium Angel Baby ‘Love Pocket’

根據多種石斛［11-25］以及植物［22,29］分級文獻，結合生產實際要求，確定‘迷你’秋石斛和‘口袋情人’春石斛試管苗的分級標準（表7）。‘迷你’秋石斛試管苗分級標準為，一級苗：根數＞13 根、莖粗＞0.6 cm、葉數＞6 片；二級苗：根數9～13 根、莖粗0.3～0.6 cm、葉數4～6 片；三級苗：根數＜9根、莖粗＜0.3 cm、葉數＜4 片；‘口袋情人’春石斛試管苗分級標準為，一級苗：根數＞8 根、芽數＞3 個、葉數＞5 片；二級苗：根數3～8 根、芽數2～3 個、葉數2～5 片；三級苗：根數＜3 根、芽數＜2 個、葉數＜2 片。

表7 ‘迷你’秋石斛和‘口袋情人’春石斛組培苗形態指標分級標準Table 7 Grading Standard for morphological indexes of tissue culture seedlings of Dendrobium Mini Red and Dendrobium Angel Baby ‘Love Pocket’

根據試管苗的分級標準，對不同LED 光質培養下的‘迷你’秋石斛進行分級，結果如表8 所示，光質R3B6G1、R3B3G3、R3B6G3 處理的一級苗，占比分別為53.3%、46.8%和43.3%；R6B3G1、R6B3G3、R3B6G0、R3B3G3、W 光質處理的三級苗，占比為50%～76.8%；三級苗為R6B3G0 光質處理的苗，占比為56.7%。對‘口袋情人’春石斛進行分級，R6B3G0 光質處理的一級苗，占比為53.3%；R6B3G1、R6B3G3、R3B6G0、R3B6G1、R3B3G3 光質處理的二級苗，占比為46.7%～66.8%；R3B6G3、W 光質處理的三級苗占比最高（表8）。種植180 d 后，對各等級石斛苗進行成活率和生長勢的統計，‘迷你’秋石斛一級苗成活率為100%、顯著高于二、三級苗，其中株高分別比二、三級苗高35.8%和50.2%，莖粗比三級苗高47.4%。‘口袋情人’春石斛一級苗成活率100%，其中成活率、株高顯著高于二、三級苗，分別比三級苗高25.4%和49.7%，莖粗比三級苗高45.5%（表9）。

表8 LED 光質下‘迷你’秋石斛和‘口袋情人’春石斛試管苗的分級Table 8 Grading of test-tube seedlings of Dendrobium Mini Red and Dendrobium Angel Baby ‘Love Pocket’ under LED light quality

表9 ‘迷你’秋石斛和‘口袋情人’春石斛不同等級苗生長統計Table 9 Statistics of survival rates after grading of Dendrobium Mini Red and Dendrobium Angel Baby ‘Love Pocket’

綜上所述，適當比例的紅、藍、綠LED 光質組合促進石斛生根壯苗和優質種苗生產，‘迷你’秋石斛在R3B3G3、R3B6G1、R3B6G3 光質下可培育更多優質的一級試管苗，在R6B3G3 光質下可培育更多的二級以上優質苗；‘口袋情人’春石斛在R6B3G0 光質下可培育更多優質的一級試管苗，與生根壯苗的結果基本一致。可見，通過光質組合處理，兩種石斛的增殖和生長效果遠好于對照，且能保證石斛的成活率和生長長勢，種苗繁殖速度加快，種苗質量提升，從而降低生產成本。

3 討論

3.1 不同LED 光質對觀賞石斛增殖的效果

前人已有不少關于LED 光質促進植物組培增殖的報道，李林山等［14］研究表明，使用紅、藍光7 ∶3 對粗肋草的增殖效果最好；劉慧雯［30］發現紅、藍光比例3 ∶1 時，鐵皮石斛原球莖增殖效果最好；李夏媛等［31］發現在R6B1W1 培養下蘭花‘霞光’的增殖效果最好；伍潔［27］研究表明，增加綠光提高生菜品質，在R36 ∶B24 ∶G40 時生物量含量最高。說明不同紅藍比例的組合光質會根據植物種類不同，增殖效果不同，且綠光能增加植物的干物質含量，這和本試驗結果研究一致。‘迷你’秋石斛和‘口袋情人’春石斛在增殖試驗中相同紅藍光比例的試驗結果差異顯著，這與品種特性有關，但結果均表明增加一定量的綠光會增加干物質的含量。據推測適當的綠光能增加‘迷你’秋石斛的代謝產物，紅、藍光和綠光組合也會增加干物質的含量，但最為理想的光質比例及其影響的石斛干物質積累效果還有待進一步探究。

3.2 不同LED 光質對觀賞石斛生根壯苗的影響

前人對LED 光質在多種植物生根壯苗的應用已有報道，余義強［32］研究表明，藍光有利于粉蕉生根壯苗的整體綜合指標提升；王智杰［33］報道指出，藍光抑制金線蓮根系生長，綠光抑制根系數量增加，紅光促進根系伸長，B3R1 最有利于根系數量的增加，促進根系干重鮮重的積累；梁娟等［34］發現R2W3 促進‘藍鼠耳’玉簪生根，達17.54 根/株，且有效促進根系的伸長。可見，光質對不同植物生根壯苗的效果差異顯著。在不同紅藍光質比例下，綠光增加會增加生根壯苗的效果，且不同光質下，綠光增加的臨界點不同。本研究發現，紅、藍、綠3 種光質進行組合后，在紅藍光質中加入不同比例的綠色光質，都會增加‘迷你’秋石斛和‘口袋情人’春石斛生根壯苗的效果，但具體的作用機制還不明晰，特別是這些光質組合處理對石斛活性成分及次生代謝物的積累還不明確，下一步我們將繼續深入研究。

3.3 不同LED 光質對觀賞石斛試管苗分級

前人對種苗的主成分分析及分級已有報道，化海霞等［24］為測定鐵皮石斛不同生長時期試管苗及移栽苗的生長指標，建立了分級標準；唐玲等［25］制定了金釵石斛種苗質量標準。可見，在試管苗階段進行分級對其種苗田間生產起關鍵作用。本試驗試管苗分級是對生根壯苗階段結果的一種分析，據試驗后期石斛一、二、三級苗的成活率和生長情況可知，主成分測定的分級法能有效地了解這兩種石斛生根壯苗階段的最適LED 光質組合，從而獲得更多優質種苗，為石斛種苗的標準化生產提供參考依據。

4 結論

不同紅、藍、綠LED 光質組合對‘迷你’秋石斛和‘口袋情人’春石斛克隆苗的增殖和生根壯苗有著不同效果。‘迷你’秋石斛在R6B3G0光質組合增殖效果最好，增殖系數比對照提高29.8%；在R6B3G3、R3B6G1(G3)光質組合生根壯苗效果最好，根數比對照提高62.8%～63.4%；‘口袋情人’春石斛在R3B6G0 組合光質下增殖效果好，增殖系數比對照提高76.7%；在R6B3G0(G3)和R3B3G3 光質組合下生根壯苗效果最好，根數比對照提高81.5%～120.0%，在此光質培養下‘迷你’秋石斛和‘口袋情人’春石斛種苗分別有91.1%、82.3%達到一、二級苗標準，生長長勢和成活率明顯提高。可見，適宜的紅藍綠LED 光質組合培養可大大提高這兩種石斛的增殖效率和生根效果，從而促進優質種苗的生產。