光質(zhì)影響植物離體再生培養(yǎng)的研究進展

廖禎妮，于曉英，符紅艷

（湖南農(nóng)業(yè)大學園藝園林學院，湖南 長沙 410128）

自1955年De[1]首次報道在向日葵等組織培養(yǎng)中引進光因子的應用以來，許多國內(nèi)外科學工作者相繼開展了這方面的研究工作，有關(guān)光質(zhì)在植物離體再生培養(yǎng)中的作用研究也逐漸成為熱點。光在植物細胞的若干分化過程中具有特殊的重要地位，光質(zhì)對植物離體再生培養(yǎng)過程中組培苗的生長控制、形態(tài)發(fā)生、光形態(tài)建成及其各反應機理都具有顯著的影響。它除了作為一種能源來控制光合作用，還作為一種誘導信號影響組織的生長，光信號被組培苗體內(nèi)不同的光受體感知，進而影響組培苗的生長發(fā)育、光合特性及性狀表現(xiàn)。目前，在眾多植物材料的組織培養(yǎng)研究中，不同材料的光質(zhì)影響結(jié)果有一定的差異，可能是不同種類的植物、不同發(fā)育年齡或狀態(tài)、不同組織或器官對同一光質(zhì)的反應有所不同所致，這也表現(xiàn)出光生物學反應的復雜性?，F(xiàn)將相關(guān)研究進展綜述如下。

1 光質(zhì)對植物愈傷組織誘導與生長分化的影響

1.1 光質(zhì)對植物愈傷組織誘導的影響

在不同光質(zhì)條件下，愈傷組織形成的時間、生長狀況及誘導率都有明顯的差異。馬琳等[2]以蒼山蒜蒜瓣為培養(yǎng)材料，在LED紅、藍、紅藍組合光和普通日光燈（白光）4種不同的光照培養(yǎng)條件下對大蒜莖盤進行愈傷組織誘導，研究發(fā)現(xiàn)各種光質(zhì)下均能誘導出愈傷組織，誘導率從高到低依次為紅光>紅藍混合光>藍光>白光，其中以紅光出愈時間最短，10 d即有愈傷發(fā)生，誘導率為75.78%，紅光、藍光與紅藍混合光培養(yǎng)18 d，愈傷組織才大量發(fā)生。劉浩等[3]研究表明LED白、紅、黃、藍、綠和藍紅6種不同光質(zhì)對蘿卜下胚軸愈傷組織的誘導效應影響顯著（P<0.05），誘導率大小順序依次為黃光>紅光>藍紅光>白光>藍光>綠光；在黃光和白光條件下，接種10 d后下胚軸有少量的顆粒狀愈傷組織出現(xiàn)，在紅光、藍光、綠光和藍紅光條件下，12 d后下胚軸也有少量的愈傷組織產(chǎn)生；藍光、黃光和紅光有利于子葉愈傷組織的誘導。黃麗華等[4]研究發(fā)現(xiàn)在紅光和白光下較適合辣椒愈傷組織的形成，其愈傷組織出現(xiàn)的時間早，接種7 d可見淡黃色的愈傷組織，且增殖也很快，誘導率可達100%，但藍光對辣椒子葉的誘導率僅為10%，在4種光質(zhì)中，紅光和白光對辣椒子葉愈傷組織的誘導有促進作用，綠光和藍光則起抑制作用。焦海華等[5]研究表明紅光、綠光、藍光、黃光對一品紅愈傷組織的誘導均有促進作用，其誘導率大小順序為紅光>綠光>黃光、藍光>白光>黑暗；出現(xiàn)愈傷組織的時間快慢為白光、紅光＞黑暗、藍光＞黃光。許桂芳[6]在華黃愈傷組織誘導分化的研究中發(fā)現(xiàn)藍光在華黃葉片的脫分化、愈傷組織增殖中起促進作用。

1.2 光質(zhì)對植物愈傷組織增殖生長、分化的影響

不同光質(zhì)下，植物愈傷組織的增殖和品質(zhì)存在著明顯差異，同時植物愈傷組織在不同光質(zhì)下也表現(xiàn)出不同的分化效果。馬琳等[2]的研究表明不同光質(zhì)下愈傷組織誘導率和愈傷組織品質(zhì)存在明顯差異，各種光質(zhì)下大蒜愈傷組織的增殖均呈“S”形增長。蒜瓣接種后5 d內(nèi)培養(yǎng)物凈增量為負值，5 d后開始緩慢增量。各種光質(zhì)下增量速度也開始呈現(xiàn)差異，14～15 d進入指數(shù)生長期，愈傷組織大量發(fā)生，經(jīng)過10～12 d的迅速生長后，愈傷組織增量減緩，最后所達到的最大鮮質(zhì)量從大到小的順序依次為紅光>紅藍混合光>藍光>白光。在紅光下，愈傷組織質(zhì)量最好，顏色淡黃，質(zhì)地較致密，白光下誘導的愈傷組織顏色淡黃發(fā)白，質(zhì)地疏松，紅藍混合光下誘導產(chǎn)生的愈傷組織顏色為黃綠色，質(zhì)地疏松，藍光下產(chǎn)生的愈傷組織為黃褐色，質(zhì)地致密。不同光質(zhì)對大蒜愈傷組織出芽的影響效果以紅光出芽率最高，達到25%，白光次之，為17%，藍光和紅藍混合光對大蒜愈傷組織的出芽存在抑制作用，以藍光的抑制作用最強，出芽率僅3%。熊麗等[7]研究發(fā)現(xiàn)不同光質(zhì)處理的石刁柏繼代愈傷組織生長曲線同樣均呈“S”形，其凈增鮮重大小順序依次為藍光＞紅光＞黃光＞白光＞綠光＞黑暗。毛學文等[8]研究發(fā)現(xiàn)不同光質(zhì)對毛地黃愈傷組織增殖大小順序為藍光>綠光>黃光>紅光>白光>黑暗，其增殖曲線也為“S”形。劉浩等[3]研究發(fā)現(xiàn)不同光質(zhì)下蘿卜愈傷組織的長勢情況為紅光＞黃光＞白光、藍紅光＞藍光＞綠光；20～30 d期間，紅光下愈傷組織生長量最高，愈傷組織呈淡綠色瘤狀，表面濕潤，適合不定芽的分化，白光、紅光和藍光下愈傷組織也先后開始褐化，藍紅光下部分愈傷組織出現(xiàn)褐化，黃光和綠光下愈傷組織呈乳白色水浸狀，且結(jié)構(gòu)緊密，不能作為理想的分化材料。黃麗華等[4]研究表明適合辣椒愈傷組織分化不定芽的光質(zhì)條件為紅光，其不定芽的分化率為85%，其次為白光、藍光、綠光。這一結(jié)果與瑪咖[9]、甘蔗[10]、一品紅[5]愈傷組織的分化結(jié)果一致。許桂芳[6]在華黃愈傷組織誘導分化的研究中發(fā)現(xiàn)，藍光在華黃葉片愈傷組織增殖及根、芽誘導的全過程中起促進作用。郭君麗等[11]發(fā)現(xiàn)在懷山藥愈傷組織分化過程中，藍光的促進作用最強，紅光和白光次之，綠光和黃光較低，黑暗最差。此外，劉媛等[12]研究表明，葡萄品種“黑比諾”的葉片誘導成愈傷組織后，在不同光質(zhì)下的相同培養(yǎng)基中，其增殖倍數(shù)順序依次為黃光>綠光>紅光>藍光>白光，當肉桂酸與不同光質(zhì)共同作用時，葡萄愈傷組織的增殖倍數(shù)順序依次為綠光>紅光>藍光>黃光>白光，黃光對愈傷組織的增長效應明顯減弱。趙德修等[13]研究表明雪蓮愈傷組織隨光照時間延長，藍光對愈傷組織生長的抑制增大；白光、遠紅光除8 h光照愈傷組織生長降低外，隨著光照時間延長，愈傷組織生長增加，紅光在連續(xù)24 h照射時明顯促進愈傷組織生長；每天藍光/白光交替處理，分別為0/24、8/16、16/8、24/0（h/h）4種循環(huán)方式照射，其表現(xiàn)出全部藍光和全部白光下愈傷組織生長略優(yōu)于8/16、16/8（h/h）的處理。由此可見，在離體再生培養(yǎng)中，光質(zhì)和其他培養(yǎng)條件共同影響著愈傷組織的生長與分化，它們是交互疊加的。

2 光質(zhì)對組培苗生長的影響

2.1 光質(zhì)對組培苗生長性狀的影響

Seibert等[14]研究表明，同一光譜區(qū)中波長不同以及輻照度的差異，會導致培養(yǎng)物生長性狀的不同，甚至相反。蘇秀紅等[15]發(fā)現(xiàn)繼代冬凌草組培苗在白光及綠光培養(yǎng)下，再生植株生長情況及植株增重最大，在綠光培養(yǎng)下的植株增高率最高，紅光和黑暗條件下相對來說植株增高率較低。羅曉錚等[16]將冬凌草的種子在不同光質(zhì)中培養(yǎng)出無菌苗，發(fā)現(xiàn)無菌苗在白光下長勢最好，葉片較多且為綠色，在紅光下無菌苗長勢其次，葉色為深綠色，在黃光、綠光、藍光條件下長勢較差，而紅光促進無菌苗的莖間伸生長效應最明顯，藍光抑制生長，這與Kim 等[17]、Yanagi等[18]、Kong 等[19]研究認為紅光更利于根和莖間的伸長生長的結(jié)果相似，但與蘇秀紅[17]的實驗結(jié)果略有不同，可能與無菌苗是直接由種子萌發(fā)有關(guān)。另外，高亭亭等[20]在光質(zhì)和種質(zhì)間對鐵皮石斛試管苗影響進行了研究，結(jié)果表明，紅光有利于鐵皮石斛試管苗高生長，藍光則抑制高生長而有利于莖的橫向加粗，黃光有利于側(cè)芽的產(chǎn)生，對生長性狀的影響大小均為光質(zhì)＞種質(zhì)，說明光質(zhì)是主要影響因素。趙玉國等[21]也發(fā)現(xiàn)紅光能使諸葛菜和油菜的組培苗節(jié)間及葉柄伸長，植株較高，藍光使組培苗節(jié)間縮短，植株較矮，白光和紅藍混合光處理的組培苗生長正常，植株較壯。黃麗華等[4]研究結(jié)果表明，光質(zhì)對辣椒不定芽伸長率大小影響為白光＞紅光＞藍光＞綠光，綠光不但抑制不定芽的伸長，而且使不定芽再次形成愈傷組織。Meijer[22]認為植物的伸長不僅是紅光作用的結(jié)果，還與藍光缺乏有關(guān)。藍光抑制植物縱向生長的作用機理可能是藍光影響了植物的內(nèi)源激素含量的高低，在水稻幼苗[23]的研究中發(fā)現(xiàn)，藍光使自由態(tài)的 IAA、GA1、玉米素和二氫玉米素下降，ABA含量和乙烯釋放明顯增加，IAA被認為是光敏素被激活后的一個傳播因子，參與信號傳導，玉米胚芽鞘中的IAA會在紅光照射后降低，這個反應會被遠紅光逆轉(zhuǎn)。由此可見，實際受光調(diào)控的是光敏色素和隱花色素。

不同光質(zhì)配比對組培苗生長的影響也有報道。何小弟等[24]對5個菊花品種做了5個不同的光質(zhì)（白光、白光+紅光、白光+藍光、白光+綠光、紅光）處理，在白光+綠光的條件下，試管苗的生長效應極顯著高于其他光質(zhì)處理，而白光下試管苗的生長效應最弱。邸秀茹等[25]研究表明高紅光/遠紅光（2∶1）處理的植株最高，且顯著高于其他光質(zhì)光處理的組培苗，遠紅光和藍光處理的植株矮小，紅藍組合光質(zhì)光處理的菊花組培苗單株葉片數(shù)和節(jié)間數(shù)均高于白光處理，且顯著大于其他光質(zhì)光處理的組培苗。魏星等[26]認為菊花組培苗在紅光下生長最高，但葉片數(shù)相對少，藍光、紅藍組合光質(zhì)處理下組培苗矮壯，但葉片數(shù)多。從以上有關(guān)菊花組培苗的生長性狀可推測，不同植物種類的紅/藍光受體與隱花色素之間存在協(xié)同交互效應，從而促進或抑制莖的生長。楊長娟等[27]在LED不同光質(zhì)對洋桔梗組培苗增殖的研究中發(fā)現(xiàn)，增殖率變化規(guī)律與增殖量變化規(guī)律相似，均為紅藍配光＞紅藍復合光＞白光＞紅光+藍光+綠光＞紅光+藍光+白光＞紅光＞日光燈＞藍光。柳金鳳等[28]研究表明，紅藍光（7∶1）+白光環(huán)境下培養(yǎng)的枸杞苗生長長勢最好，整齊且高而壯，紅藍光（7∶9）次之，紅光下組培苗的株高增長量達到2.54 cm，藍光下枸杞的生長變化不大。姚立平[29]在研究中發(fā)現(xiàn)促進菩提樹組培苗不定芽再生的有利光質(zhì)是紫光和黃光，紅光和橙光則在促進菩提樹組培苗伸長效應上最強。鄒英寧[30]認為紅光（30 d）+白光（30 d）組合或者白光（30 d）+紅光（30 d）組合能提高外植體增殖倍數(shù)，生長較快，但葉片中間葉脈顏色突出，綠光（30 d）+白光（30 d）培養(yǎng)條件下，增殖倍數(shù)最低，長勢較差，在白光（30 d）+黑暗（30 d）和白光（30 d）+綠光（30 d）培養(yǎng)環(huán)境下，長勢較差，嫩莖抽長緩慢，黃化現(xiàn)象嚴重，外植體逐漸死亡。由上可知，植株在不同光質(zhì)組合及光質(zhì)的配比條件下其生長性狀都表現(xiàn)出明顯差異。

2.2 光質(zhì)對組培苗不定根誘導與生長的影響

近年來，不少研究者采用不同光質(zhì)對植物離體再生培養(yǎng)進行根誘導，結(jié)果表明光質(zhì)對根系的誘導及生長的效應因光的波長、植物材料不同而差異較大。齊香君等[31]將黃芩的毛狀根接入MS液體培養(yǎng)基中培養(yǎng)50 d后發(fā)現(xiàn)，白光和藍光條件培養(yǎng)的毛狀根生物量無明顯差異，黑暗條件培養(yǎng)的毛狀根生物量達到最高，同時，藍光與黑暗條件培養(yǎng)的毛狀根為黃色，而白光條件培養(yǎng)的毛狀根為黃綠色。柳金鳳等[28]研究發(fā)現(xiàn)，在紅、藍光（7∶9）條件下的枸杞苗生根率最高，且根數(shù)多而壯，在紅、藍光（7∶1）+白光下的枸杞生根率達到94.4%，較次于紅、藍光（7∶9），然而單色光效果均未有紅藍光組合明顯，紅光下試管苗生根快且多而密，但較細弱，藍光對枸杞生根的影響不大。何小弟等[24]發(fā)現(xiàn)不同光質(zhì)條件對菊花試管苗誘導生根效應差異不顯著，僅品種間存在極顯著差異，雙因素互作效果差異亦不顯著。魏星等[26]研究證明紅、藍光（1∶1）對菊花組培苗根的誘導率最高，紅光及熒光處理下的根長最大，單色藍光處理菊花苗根系活力最大，紅藍光（1∶2）、紅光+藍光+綠光、紅光+藍光+遠紅處理的根系活力較低。李勝[32]等研究也證明短波光不利于葡萄試管苗的生根和生長，而長波光有利于難生根的試管苗生根。研究發(fā)現(xiàn)不同光質(zhì)對小蒼蘭試管苗誘導根有影響，紅光有利于根的分化和生長，白光使生根受到明顯抑制[33]。

3 展望

國內(nèi)外就光質(zhì)對植物離體再生培養(yǎng)的影響已進行了大量的研究工作，但組培微環(huán)境控制技術(shù)有別于傳統(tǒng)組培技術(shù)，它將整個培養(yǎng)環(huán)境看作一個微型生態(tài)系統(tǒng)，對微型生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)指標進行控制，如光、溫度、濕度等，來增強植株的光合自養(yǎng)能力。目前對不同光質(zhì)的研究多集中于生理生化方面，缺乏對光質(zhì)效應的深入研究。因此，今后的研究應該集中在以下兩個方面：一是采用多種研究方法，如分子生物學、細胞學等，并將其結(jié)合起來，以求全面了解光質(zhì)效應，為深入研究光質(zhì)效應機理奠定基礎(chǔ)。二是擴大研究范圍，在對藍光、紅光等常見光效應研究的同時，進一步研究其他非常見波長的光和不同光質(zhì)的配比在調(diào)控作物生長發(fā)育等方面的作用，不斷完善光質(zhì)效應理論。如果把光質(zhì)效應理論應用于農(nóng)林作物、經(jīng)濟作物和觀賞植物等領(lǐng)域，可能會有助于新品種的選育、提高農(nóng)作物的產(chǎn)量、品質(zhì)及觀賞植物的應用價值。此外，最新研究發(fā)現(xiàn)，光質(zhì)比例與光照強度可調(diào)的LEDs（尤其是紅光LED和藍光LED）比熒光燈能更有效地調(diào)控植物的光合作用，LEDs光照系統(tǒng)有望在未來代替熒光燈成為植物組織培養(yǎng)的培養(yǎng)光質(zhì)，在實際生產(chǎn)中，如果使用LEDs成本能進一步降低，則應用前景將更為廣闊。

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