呂永平,陳 志,李坤峰 ,汪一婷,牟豪杰,陳劍平,*
(1.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 病毒學(xué)與生物技術(shù)研究所,浙江 杭州 310021; 2.浙江大學(xué) 農(nóng)業(yè)試驗(yàn)站,浙江 杭州 310058)
光照環(huán)境對大花月季組織培養(yǎng)的影響
呂永平1,陳 志1,李坤峰2,汪一婷1,牟豪杰1,陳劍平1,*
(1.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 病毒學(xué)與生物技術(shù)研究所,浙江 杭州 310021; 2.浙江大學(xué) 農(nóng)業(yè)試驗(yàn)站,浙江 杭州 310058)
不同色溫白光LED和不同LED紅、藍(lán)配比光質(zhì)對大花月季組培苗影響測試結(jié)果表明,不同LED紅、藍(lán)配比光質(zhì)下,叢生組培苗的苗高整齊度好于熒光燈和所測試白光LED下的培養(yǎng)材料,而不同色溫白光LED和熒光燈下培養(yǎng)材料在所有檢測項(xiàng)目中差異均不顯著。光周期對大花月季組培苗的影響結(jié)果顯示,光照時間不低于14 h·d-1時,所有白光LED下培養(yǎng)材料與熒光燈14和16 h·d-1下培養(yǎng)材料之間無顯著差異。生根試驗(yàn)結(jié)果表明,所有處理中大花月季組培苗生根情況無顯著差異。綜合分析,從生產(chǎn)成本方面考慮,5 000 K白光LED能完全代替熒光燈作為大花月季組織培養(yǎng)的替代光源,光照時間14 h·d-1即可保證種苗質(zhì)量。
光環(huán)境;大花月季;組織培養(yǎng);發(fā)光二極管(LED)
月季為薔薇科薔薇屬植物,被譽(yù)為花中皇后,具有很高的觀賞價值和商業(yè)價值,深受人們喜愛,據(jù)Dutch Horticulture Industry(2008)報告,月季在2007和2008年均占鮮切花銷量首位,盆花第6位,年平均銷售額約8億歐元,約占拍賣總額的約30%。據(jù)農(nóng)業(yè)部資料,我國2004年月季種植面積約為0.76萬hm2,至2013年,達(dá)1.43萬hm2,鮮切花銷售量約48.76億支,排在鮮切花銷量第1位。據(jù)西北苗木網(wǎng)資料,2012年我國月季切花種苗供應(yīng)總量約為1.4億株,但由專業(yè)種苗生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)的種苗占市場總量不到30%,優(yōu)質(zhì)月季種苗供不應(yīng)求,因此,利用植物組織培養(yǎng)方法進(jìn)行月季種苗商業(yè)化生產(chǎn)具有極大的市場。目前,月季組織培養(yǎng)研究報道以不同品種月季快繁體系的建立較多,如Hasegawa[1]對攀援月季Improved fire,Gerard等[2]對豐花月季Queen Elizabeth,閆海霞等[3]對卡羅拉,趙西蘭[4]對福神、香云等,張常青等[5]對地被月季Royal Bassino,閆春霞[6]對藤本月季多特蒙特,錢蕾[7]對豐花月季粉-A,李建平[8]對地被月季雪山嬌霞,馬雪等[9]對樹狀月季2004-4,趙倩[10]對微型月季金太陽,李坤峰等[11]對大花月季Vendela等成功建立了快繁體系。光環(huán)境對月季組織培養(yǎng)影響的報道卻很少見。眾所周知,光環(huán)境對植物生長發(fā)育和形態(tài)建成有著極大的影響,同時,鑒于LED燈具在植物組培中的應(yīng)用可極大降低大規(guī)模植物組培過程中的能耗,從而降低生產(chǎn)成本,因而,本研究對不同光質(zhì)LED光環(huán)境對大花月季組培的影響進(jìn)行研究,旨在探索出適宜的大花月季光照環(huán)境,達(dá)到提升種苗品質(zhì)和降低生產(chǎn)能耗的目的。
1.1 植物材料
本課題組培養(yǎng)的大花月季Vendela組培苗。
1.2 試驗(yàn)光質(zhì)
熒光燈(FL):Philips,TLD 36W/840。LED紅、藍(lán)混合光燈具(RB):LED red 630 nm,LED blue 465 nm。LED白光:3 000、5 000、5 700 K。
1.3 培養(yǎng)環(huán)境
所使用白光LED和熒光燈為管狀光源,LED紅、藍(lán)混合燈具為板狀光源,光照強(qiáng)度50±2 μmol·m-2·s-1,培養(yǎng)溫度為25±2 ℃。
3種白光LED共設(shè)置12、14、和16 h·d-13種光照周期,熒光燈設(shè)置14和16 h·d-12種光照周期,LED紅、藍(lán)混合光質(zhì)光照周期設(shè)置為16 h·d-1。
1.4 試驗(yàn)方法
1.4.1 試驗(yàn)設(shè)置
光環(huán)境對月季組培苗增殖測試:將生長狀態(tài)良好的Vendela不定芽以株為1個單位接種在增殖培養(yǎng)基中,然后置于不同光照環(huán)境中培養(yǎng)。每瓶接種3株,每處理放置5~6瓶,3次重復(fù)。
光環(huán)境對月季組培苗生根測試:將株高2 cm以上的Vendela叢生芽從基部以單株為單位分開,接種在生根培養(yǎng)基中,然后置于不同光照環(huán)境中培養(yǎng)。每瓶接種10株,每處理下放置5~6瓶,3次重復(fù)。
1.4.2 形態(tài)指標(biāo)的測量
試驗(yàn)材料在各種光環(huán)境下培養(yǎng)1個月后進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)的測試。
增殖芽數(shù)測量:不同光環(huán)境下培養(yǎng)的增殖材料,每次隨機(jī)挑取10叢不定芽,計(jì)錄每叢不定芽增殖數(shù)量,共測量30叢。
株高的測量:以不定芽增殖數(shù)量測定完成后的材料為對象,測量每叢植株中第2高的不定芽高作為該叢材料的最高高度,每叢中最低不定芽高度作為該叢的最低高度。
生根數(shù)測量:不同光環(huán)境下在生根培養(yǎng)基中培養(yǎng)的材料,每次隨機(jī)選取5株,3次重復(fù),記錄每株月季苗不定根數(shù)目。
1.4.3 質(zhì)量的測定
鮮質(zhì)量的測定:以增殖培養(yǎng)材料為對象,在不定芽數(shù)量、株高測定完成后,隨機(jī)挑取3叢不定芽為1組,測量每組材料的鮮質(zhì)量,3次重復(fù),精度為0.1 mg。
干質(zhì)量的測定:將稱完鮮質(zhì)量的樣品放入底部放有稱量紙的培養(yǎng)皿,蓋上培養(yǎng)皿后將盛有材料的培養(yǎng)皿于60 ℃烘箱中烘72 h,然后測量樣品干質(zhì)量,3次重復(fù),稱量精度為0.1 mg。
1.4.4 色素含量的測量
色素測量包括葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素,測定方法參見陳志等[12]。
1.5 數(shù)據(jù)處理及分析
試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄、作圖及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)利用Excel 2007完成,利用DPS(V 7.05)統(tǒng)計(jì)分析軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析,不同處理間的效果差異性利用Duncan’s新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較。
2.1 增殖培養(yǎng)階段光質(zhì)對Vendela組培苗的影響
本部分測試階段所有測試LED光質(zhì)的光照時間均為16 h·d-1。
2.1.1 光質(zhì)對不定芽增殖的影響
各光質(zhì)下大花月季Vendela不定芽增殖情況如圖1所示,所有LED光質(zhì)下培養(yǎng)的Vendela組培苗不定芽增殖數(shù)均不低于熒光燈2種不同光照時間下培養(yǎng)的材料。RB 3∶1組合光下材料不定芽增殖與RB 4∶1、RB 5∶1光質(zhì)下培養(yǎng)材料之間的差異不顯著,但顯著高于其他LED光質(zhì)及熒光燈下培養(yǎng)材料;其他LED光質(zhì)下培養(yǎng)材料間不定芽增殖差異均不顯著。
2.1.2 光質(zhì)對組培苗苗高的影響
不同光質(zhì)下培養(yǎng)月季組培苗叢生芽株高情況如圖2所示,最高株高結(jié)果表明,不同LED光質(zhì)下培養(yǎng)材料最高株高與熒光燈下培養(yǎng)材料無顯著性差異。但在叢生苗高度差方面,不同LED紅、藍(lán)混合光質(zhì)下培養(yǎng)材料間高度差不存在顯著性差異,均顯著低于熒光燈及不同白光LED下培養(yǎng)材料。不同色溫白光LED下培養(yǎng)的叢生苗之間高度差也不存在顯著性差異,與熒光燈下培養(yǎng)材料間的差異也不顯著。此外,熒光燈不同光照時間培養(yǎng)材料苗高及苗高度差的差異不顯著。
2.1.3 光質(zhì)對組培苗干、鮮質(zhì)量的影響
不同光質(zhì)下培養(yǎng)大花月季組培苗干、鮮質(zhì)量如圖3所示。所有LED光質(zhì)下培養(yǎng)材料與熒光燈下培養(yǎng)材料的鮮質(zhì)量差異均不顯著。所測試光質(zhì)中,僅在RB 4∶1下培養(yǎng)材料與LED白光 5 700 K下培養(yǎng)材料的鮮質(zhì)量存在顯著性差異,不同比例的LED紅、藍(lán)混合光質(zhì)下培養(yǎng)材料之間不存在顯著性差異; 3種白光LED下培養(yǎng)的組培苗鮮質(zhì)量也不存在顯著性差異。
圖1 不同光質(zhì)下Vendela組培苗的增殖情況Fig.1 Comparision of multiplication of Vendela under different light qualities
圖2 不同的光質(zhì)條件下Vendela叢生苗株高比較Fig.2 Comparision of plant height of Vendela plantlets under different light qualities
圖3 不同光質(zhì)下Vendela叢生苗干、鮮質(zhì)量比較Fig.3 Comparision of dry and fresh weight of Vendela shoot under different light qualities
除RB 4∶1處理外,所有LED光質(zhì)下培養(yǎng)材料的干質(zhì)量均與熒光燈下培養(yǎng)材料無顯著差異。對于不同比例LED紅、藍(lán)混合光質(zhì)下的培養(yǎng)材料,僅RB 4∶1與RB 5∶1處理的干質(zhì)量存在顯著差異,其他的LED紅、藍(lán)混合光質(zhì)處理的干質(zhì)量不存在顯著差異。3種白光LED處理的培養(yǎng)材料干質(zhì)量不存在顯著差異。對比紅藍(lán)混合光和白光處理,僅RB 4∶1和5 700 K白光處理的干質(zhì)量差異達(dá)到顯著水平,其余LED光質(zhì)下干質(zhì)量差異不顯著。
2.1.4 光質(zhì)對月季不定芽色素含量的影響
不同光質(zhì)對增殖階段月季不定芽色素含量的影響如表1所示,所有LED光質(zhì)處理培養(yǎng)材料的葉綠素a和葉綠素b含量都高于熒光燈下培養(yǎng)材料。對于不同的色溫白光LED,5 000 K色溫下培養(yǎng)材料的葉綠素a和葉綠素b含量顯著高于3 000和5 700 K處理,而3 000和5 700 K處理的材料間2種色素含量差異不顯著;RB 5∶1處理的培養(yǎng)材料葉綠素a含量顯著低于其他紅藍(lán)混合光處理,葉綠素b含量顯著低于RB 2∶1處理;總體上,除白光LED 5 000 K處理外,白光LED下培養(yǎng)材料葉綠素a含量低于LED紅、藍(lán)混合光質(zhì)處理,葉綠素b含量差異不顯著。
對不同光質(zhì)下培養(yǎng)材料類胡蘿卜素含量的比較發(fā)現(xiàn),3種不同色溫的白光LED處理的培養(yǎng)材料類胡蘿卜素含量與葉綠素a和葉綠素b含量變化趨勢一致,5 000 K處理的類胡蘿卜素含量顯著高于3 000 和5 700 K處理,同時也高于熒光燈處理,而3 000、5 700 K和熒光燈下培養(yǎng)材料間類胡蘿卜素含量差異不顯著;不同LED紅、藍(lán)混合光質(zhì)處理的培養(yǎng)材料間類胡蘿卜素含量差異不顯著。除白光LED 5 000 K處理的培養(yǎng)材料類胡蘿卜素含量顯著高于熒光燈處理外,所有LED光質(zhì)處理的培養(yǎng)材料類胡蘿卜素含量均不低于熒光燈處理。
2.2 光周期對Vendela增殖培養(yǎng)的影響
2.2.1 光周期對不定芽增殖芽數(shù)的影響
光周期對Vendela增殖的影響如圖4所示,所有測試LED處理培養(yǎng)材料的不定芽增殖數(shù)均與熒光燈處理差異不顯著。光照時間為12 h·d-1時,白光LED 5 700 K處理的培養(yǎng)材料不定芽增殖數(shù)顯著高于3 000 K處理;其他處理的培養(yǎng)材料間不定芽增殖數(shù)差異不顯著。LED光質(zhì)相同時,僅有白光LED 3 000 K、12 h·d-1處理的材料不定芽增殖數(shù)顯著低于14 h·d-1處理,其余處理的培養(yǎng)材料間不定芽增殖數(shù)差異均不顯著。
表1 不同光質(zhì)下培養(yǎng)Vendela組培苗色素含量分析
Table 1 Pigments analysis of Vendela shoots under different light qualities
光質(zhì)Lightqualities色素含量Pigmentsconcentration/(mg·L-1)葉綠素a/Chla葉綠素b/Chlb類胡蘿卜素CarotenoidsFL(14h·d-1)4.832±0.979e1.517±0.330c0.934±0.203bcFL(16h·d-1)4.612±0.381e1.578±0.161bc0.874±0.073c3000K4.668±0.410e1.613±0.271bc0.882±0.100c5000K7.017±0.758a2.319±0.250a1.328±0.141a5700K4.931±0.459cde1.659±0.160bc0.979±0.080bcRB2∶16.670±0.769ab2.137±0.687a1.131±0.387bRB3∶15.523±0.646bcd1.929±0.241abc1.071±0.119bcRB4∶15.820±0.428bc1.970±0.204ab1.112±0.088bRB5∶14.752±0.953de1.560±0.329bc0.922±0.170bc
圖4 不同光環(huán)境下Vendela組培苗的增殖情況Fig.4 Multiplication of Vendela under different light environments
2.2.2 光周期對組培苗長勢的影響
光周期對Vendela叢生苗生長情況的影響如圖5所示,在同種光質(zhì)、不同光周期環(huán)境中培養(yǎng)的月季組培苗之間苗高無顯著性差異;當(dāng)光照時間相同時,不同色溫白光LED處理的培養(yǎng)材料之間苗高差異也不顯著;熒光燈光照16 h·d-1處理的培養(yǎng)材料苗高與其他處理培養(yǎng)材料差異均不顯著,而熒光燈光照14 h·d-1處理的培養(yǎng)材料苗高僅與5 000(12、14 h·d-1)和3 000 K(16 h·d-1)處理差異不顯著,顯著高于其他LED處理。
叢生苗高度差比較結(jié)果顯示,本研究所有測試光環(huán)境下,增殖培養(yǎng)Vendela叢生苗整齊度差異不顯著。
2.3 光環(huán)境對Vendela不定芽生根的影響
不同光環(huán)境下組培苗生根情況如圖6所示。本研究中,不同光質(zhì)、不同光照時間下培養(yǎng)的Vendela不定芽均能夠正常誘導(dǎo)生根,生根數(shù)量和根長度測量數(shù)據(jù)顯示,不同光環(huán)境下組培苗生根情況差異不顯著。
圖5 不同光環(huán)境條件下Vendela叢生苗株高比較Fig.5 Comparision of plant height of Vendela plantlets under different light conditions
A, LED燈下生根情況;B, 熒光燈下生根情況A, Root induction under LEDs; B, Root induction under Fluorescent圖6 不同光質(zhì)下Vendela生根情況Fig.6 Root induction of Vendela plantlets under different light conditions
3.1 不同光質(zhì)對月季增殖的影響
培養(yǎng)材料增殖是新光質(zhì)引入植物組織培養(yǎng)體系的重要考察因素,一般均以熒光燈下培養(yǎng)材料為對照。LED光質(zhì)對洋桔梗組培快繁體系增殖影響結(jié)果表明,LED紅藍(lán)混合光RB 2∶1處理培養(yǎng)的洋桔梗組培苗不定芽增殖數(shù)量最高,其次是LED紅藍(lán)混合光RB 4∶1處理,均優(yōu)于對照光源[13];鄧艷[14]研究LED光質(zhì)應(yīng)用于兔眼藍(lán)莓組培體系增殖的結(jié)果顯示,與熒光燈處理相比,不同比例的LED紅藍(lán)混合光處理的兔眼藍(lán)莓不定芽誘導(dǎo)率和莖段增殖系數(shù)均顯著升高。本研究結(jié)果表明,僅在LED RB 3∶1處理下月季不定芽增殖數(shù)顯著高于熒光燈、LED白光及LED RB 2∶1處理,其余處理的培養(yǎng)材料增殖數(shù)無顯著差異。本研究所用的不同色溫LED白光對植物組培的影響尚未見相關(guān)報道。
3.2 不同光質(zhì)對月季生長形態(tài)及生物量積累的影響
本研究從生產(chǎn)實(shí)際出發(fā),組培體系在一定增殖率的基礎(chǔ)上更注意組培苗的生長一致性,方便后期培養(yǎng)過程,這在已有研究中尚未見到。本研究結(jié)果顯示,雖然不同光環(huán)境下月季組培苗株高差異不顯著,但在組培苗整齊度方面,在LED紅藍(lán)混合光質(zhì)下培養(yǎng)材料整齊度顯著優(yōu)于熒光燈及不同白光LED處理,熒光燈及不同白光LED處理的培養(yǎng)材料在整齊度方面差異不顯著。
已有LED光質(zhì)應(yīng)用與植物組織培養(yǎng)結(jié)果表明,與熒光燈相比,LED紅藍(lán)混合光質(zhì)在生物量積累方面更具優(yōu)勢。曹剛[15]研究結(jié)果顯示,LED紅光可顯著提高黃瓜和結(jié)球甘藍(lán)的生物量,并有利于促進(jìn)結(jié)球甘藍(lán)幼苗的伸長生長和葉片擴(kuò)展;LED藍(lán)光促進(jìn)黃瓜和結(jié)球甘藍(lán)幼苗的加粗生長、干物質(zhì)積累和壯苗指數(shù);閆新房[16]研究表明,LED RB 4∶1光質(zhì)下培養(yǎng)的牡丹試管苗干、鮮物質(zhì)積累明顯優(yōu)于熒光燈處理。本研究所測試的LED光質(zhì)下培養(yǎng)材料的干質(zhì)量、鮮質(zhì)量與熒光燈處理差異均不顯著。
3.3 不同光質(zhì)對月季色素含量的影響
尚文倩等[17]研究結(jié)果顯示,鐵皮石斛組培苗在LED RB 1∶1處理下的葉綠素a含量顯著高于LED RB 7∶3、LED RB 8∶2及LED紅光處理,而與熒光燈及LED藍(lán)光處理差異不顯著;LED RB 1∶1光質(zhì)下培養(yǎng)材料葉綠素b含量顯著高于LED RB 8∶2、LED藍(lán)光和LED紅光處理,但與熒光燈及LED RB 7∶3處理差異不顯著,這表明過高比例的紅光對葉綠素含量有一定的抑制效果,本研究結(jié)果與此一致。邸秀茹等[18]研究表明,不同比例LED紅藍(lán)混合光下菊花組培苗葉綠素含量與熒光燈處理差異不顯著,但均顯著優(yōu)于單色LED紅光處理,本研究結(jié)果也與此一致。
白光LED在植物組織培養(yǎng)中應(yīng)用的報道極少,而且均處于數(shù)據(jù)比較、補(bǔ)充地位。據(jù)孫啟文[19]報道,在白光LED及熒光燈下培養(yǎng)的紫皮石斛葉綠素a、葉綠素b及類胡蘿卜素含量均高于不同LED紅藍(lán)光配比處理,而白光LED下培養(yǎng)材料與熒光燈下培養(yǎng)材料間色素含量差異不顯著,本研究結(jié)果與此不一致。本研究中所有測試LED光環(huán)境下色素含量均不低于熒光燈處理,推測一方面是不同的植物對各種光質(zhì)的響應(yīng)不一樣,另一方面可能是燈具使用差異引起。孫啟文[19]研究中使用的LED白光主波長為720 nm,光照強(qiáng)度及光照時間不明,本研究所用5 000 K白光主波長為510 nm,而波長更長的5 700 K (585 nm)下色素含量反而有所降低。孫慶麗等[20]研究表明,LEDs白光下油菜葉片色素含量明顯高于紅光處理,部分支持了本研究結(jié)果。
3.4 不同光周期對月季增殖的影響
本研究中LED白光不同光周期環(huán)境下培養(yǎng)材料不定芽增殖數(shù)與熒光燈14和16 h·d-1處理差異不顯著。總體上,當(dāng)LED白光光照時間不低于14 h·d-1時,不定芽增殖數(shù)和長勢均與熒光燈下培養(yǎng)材料差異不顯著。
本研究利用不同LED紅、藍(lán)比例燈具、熒光燈及不同色溫LED白光對月季Vendela組培苗生長狀況進(jìn)行了比較。結(jié)果顯示,所有測試LED燈具均可代替熒光燈用于Vendela組織培養(yǎng),但在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用過程中,LED紅、藍(lán)混合光質(zhì)燈具價格遠(yuǎn)高于LED白光燈具,因此,從降低生產(chǎn)企業(yè)前期投入角度出發(fā),本研究認(rèn)為,5 000 K色溫LED可完全代替熒光燈作為月季Vendela組培照明光源,光照時間不低于14 h·d-1,月季組培苗質(zhì)量有保障。
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(責(zé)任編輯 侯春曉)
Influence of light on tissue culture of rose
LYU Yongping1, CHEN Zhi1, LI Kunfeng2, WANG Yiting1, MOU Haojie1, CHEN Jianping1,*
(1.InstituteofVirologyandBiotechnology,ZhejiangAcademyofAgriculturalSciences,Hangzhou310021,China; 2.AgriculturalExperimentStation,ZhejiangUniversity,Hangzhou310058,China)
The effect of different color temperature white LEDs (Light-emitting diodes) and different combinations of red and blue LEDs on the tissue culture of rose were studied. Results showed that growth of plant materials cultured under the red and blue combination light qualities were significantly better than growth of those cultured under fluorescent and white LEDs in plant height uniform, while the growth of plant cultured under different color temperature white LEDs showed no significant difference from the growth of those cultured under fluorescent lamp. The results of photoperiod on tissue culture of rose indicated that when the LEDs illumination time was not shorter than 14 h·d-1, there was no significant difference in the plant material cultured under the white LEDs and the fluorescent material at 14 and 16 h·d-1. The results of rooting induction showed that plant cultured in different light circusmantance had no significant difference in rose rooting indutcion. All the results indicated that 5 000 K white LEDs could completely replace the fluorescent lamp as a rose tissue culture alternative light source, and 14 h·d-1photoperiod was enough.
light; rose; tissue culture; light-emitting diodes (LED)
10.3969/j.issn.1004-1524.2017.08.10
2017-06-05
農(nóng)業(yè)部“引進(jìn)國際先進(jìn)農(nóng)業(yè)技術(shù)”項(xiàng)目(2011-G31,2016-X23)
呂永平(1977—),男,浙江磐安人,助理研究員,主要從事植物組織培養(yǎng)相關(guān)研究。E-mail: lvyongp@163.com
*通信作者,陳劍平,E-mail: jpchen2001@126.com
S685.12
A
1004-1524(2017)08-1297-08
呂永平, 陳志, 李坤峰, 等. 光照環(huán)境對大花月季組織培養(yǎng)的影響[J]. 浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報, 2017, 29(8): 1297-1304.