不同色溫LED白光對(duì)鐵皮石斛組培苗生長(zhǎng)的影響

陳志，汪一婷，呂永平，牟豪杰

(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)

隨著鐵皮石斛(DendrobiumofficinaleKimura et Migo)消費(fèi)市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大和種苗組培技術(shù)的日益成熟，越來(lái)越多的企業(yè)參與到鐵皮石斛種苗產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)中來(lái)，據(jù)互聯(lián)網(wǎng)資料，目前國(guó)內(nèi)進(jìn)行鐵皮石斛種苗產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的企業(yè)約有80家，組培苗年總生產(chǎn)規(guī)模超過(guò)50億株，組培室規(guī)模超過(guò)10萬(wàn)m2。目前種苗企業(yè)在植物培養(yǎng)過(guò)程中普遍使用熒光燈照明，但熒光燈發(fā)熱量大、能耗高的缺點(diǎn)在能源緊缺的現(xiàn)階段也越來(lái)越突出，已有研究表明，用于照明消耗的能源費(fèi)用約占植物組織培養(yǎng)工廠運(yùn)行全部費(fèi)用的20%～40%[1]。

LED燈具在節(jié)能方面具有巨大優(yōu)勢(shì)，已有很多關(guān)于LED燈具代替熒光燈應(yīng)用在植物組培方面的報(bào)道，不少研究者也對(duì)LED燈具應(yīng)用于鐵皮石斛種苗培養(yǎng)的可行性進(jìn)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(zhì)(R7B3)；尚文倩等[3]研究認(rèn)為L(zhǎng)ED (R1B1)較熒光燈更利于鐵皮石斛組織培養(yǎng)；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(jié)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(zhì)和糖的積累；尹翠翠等[6]研究認(rèn)為，紅光有利于植株伸長(zhǎng)生長(zhǎng)，藍(lán)光則有利于莖的橫向加粗，紅藍(lán)組合對(duì)于鐵皮石斛生長(zhǎng)最為重要，既可以促進(jìn)伸長(zhǎng)生長(zhǎng)，又可以促進(jìn)橫向加粗。多數(shù)研究報(bào)道都集中于紅、藍(lán)單色光或紅藍(lán)光配比的使用，而且多數(shù)研究測(cè)試指標(biāo)與生產(chǎn)實(shí)際脫節(jié)較大，研究成果難以迅速得到應(yīng)用。另外，實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，利用紅、藍(lán)單色光源及紅藍(lán)光配比光源都存在對(duì)人眼存在嚴(yán)重的刺激，不利于人在光源下進(jìn)行作業(yè)，同時(shí)培養(yǎng)室污染情況也難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)，兩方面原因極大限制了LED燈具在植物組培中的應(yīng)用推廣。

本研究首次以3種不同色溫LED白光為光源，對(duì)鐵皮石斛組培苗的生長(zhǎng)情況進(jìn)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(huán)境中工作人員的人體舒適度，為白光LED燈具在組培中應(yīng)用推廣奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 植物材料

供試材料為本實(shí)驗(yàn)室培育并保存的雁蕩山鐵皮石斛種子萌發(fā)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T(mén)8管狀燈具。

1.3 培養(yǎng)環(huán)境

光照強(qiáng)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(yǎng)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(huán)境下放置10瓶植物材料。培養(yǎng)3個(gè)月后，對(duì)不同處理下的組培苗的株高、莖粗、根數(shù)及葉片數(shù)量指標(biāo)進(jìn)行記錄。隨機(jī)選取30株組培苗，分別測(cè)量并記錄組培苗的株高、莖粗、根數(shù)及葉片數(shù)量，3次重復(fù)。光質(zhì)及光照時(shí)間處理設(shè)置詳見(jiàn)表1。

表1 光質(zhì)及光照時(shí)間試驗(yàn)設(shè)置

1.5 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2007進(jìn)行平均值、標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算及圖表繪制，利用DPS 7.05進(jìn)行Duncan’s多重比較(P=0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 光照環(huán)境對(duì)鐵皮石斛組培苗株高的影響

如表2所示，當(dāng)光質(zhì)處理?xiàng)l件相同時(shí)，在色溫3 000 K處理下，光照14 h處理下培養(yǎng)材料的株高顯著低于熒光燈12 h下的培養(yǎng)材料，光照12 h和16 h處理下培養(yǎng)材料的株高均顯著高于熒光燈12 h下的培養(yǎng)材料；在色溫5 000 K處理下，組培苗株高變化的基本趨勢(shì)與3 000 K處理下的基本一致，光照12 h和16 h處理下培養(yǎng)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(yǎng)材料；色溫5 700 K處理下不同培養(yǎng)時(shí)間組培苗的株高變化趨勢(shì)與3 000 K 和5 000 K處理有所不同，在光照16 h處理下培養(yǎng)材料的株高顯著高于熒光燈12 h下的培養(yǎng)材料，而光照12 h、14 h處理下和熒光燈12 h下培養(yǎng)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(yǎng)12 h的相近，在色溫3 000 K和5 000 K處理下培養(yǎng)材料的株高優(yōu)于熒光燈12 h下的培養(yǎng)材料。

表2 光質(zhì)及光照時(shí)間對(duì)鐵皮石斛組培苗株高和莖粗的影響

注：表中同一列數(shù)據(jù)后沒(méi)有相同字母表示差異顯著(P<0.05)。

在光照時(shí)間一致的條件下，如光照12 h時(shí)，色溫3 000 K處理下的培養(yǎng)材料株高顯著高于色溫5 000 K、5 700 K及熒光燈下的培養(yǎng)材料，同樣，色溫5 000 K處理下培養(yǎng)材料株高顯著高于色溫5 700 K及熒光燈下的培養(yǎng)材料，色溫5 700 K處理下培養(yǎng)材料株高與熒光燈下培養(yǎng)材料間差異不顯著。光照14 h的結(jié)果表明，色溫3 000 K處理下培養(yǎng)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(yǎng)材料，其他光質(zhì)處理間差異不顯著。光照16 h時(shí)，色溫5 700 K處理下培養(yǎng)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(yǎng)材料的株高無(wú)顯著差異，但均顯著高于熒光燈下的培養(yǎng)材料。

從各處理中篩選出組培苗株高最高的3種處理?xiàng)l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(yǎng)材料的株高均顯著優(yōu)于熒光燈下培養(yǎng)材料，而其中色溫3 000 K光照12 h處理下培養(yǎng)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(wú)顯著差異。

2.2 光照環(huán)境對(duì)鐵皮石斛組培苗莖粗的影響

由表2可以看出，當(dāng)光質(zhì)條件相同時(shí)，如色溫3 000 K處理下，光照12 h 和14 h下培養(yǎng)材料的莖粗與熒光燈12 h下的培養(yǎng)材料差異不顯著，而光照16 h處理下培養(yǎng)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(shí)間下的鐵皮石斛組培苗莖粗與熒光燈下培養(yǎng)材料均無(wú)顯著差異，而光照14 h處理下培養(yǎng)材料的莖粗顯著高于光照16 h處理下的培養(yǎng)材料。色溫5 700 K處理下，光照12 h下培養(yǎng)材料的莖粗顯著高于熒光燈下培養(yǎng)材料，光照14 h 和16 h下培養(yǎng)材料均與熒光燈12 h下培養(yǎng)材料差異不顯著。

當(dāng)光照時(shí)間相同時(shí)，如光照12 h處理下，色溫5 700 K處理下培養(yǎng)材料的莖粗顯著高于色溫5 000 K處理及熒光燈下的培養(yǎng)材料，而色溫3 000 K與5 700 K處理下培養(yǎng)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(yǎng)材料的莖粗差異不顯著。光照14 h處理下，各處理培養(yǎng)材料的莖粗差異不顯著，與熒光燈下培養(yǎng)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(yǎng)材料的莖粗顯著高于其他處理下的培養(yǎng)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(yǎng)材料莖粗均無(wú)顯著差異，且優(yōu)于熒光燈下培養(yǎng)材料。

2.3 光照環(huán)境對(duì)鐵皮石斛組培苗根數(shù)的影響

不同光照環(huán)境下鐵皮石斛組培苗生根數(shù)量如表2所示，不同色溫光照12 h和16 h處理下培養(yǎng)材料的生根數(shù)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(yǎng)材料。當(dāng)光照時(shí)間為12 h時(shí)，3種色溫處理下培養(yǎng)材料的生根數(shù)量與熒光燈下差異不顯著。

2.4 光照環(huán)境對(duì)鐵皮石斛組培苗葉數(shù)的影響

如表2所示，與根數(shù)比較結(jié)果相似，不同色溫光照12 h和16 h處理下培養(yǎng)材料的葉片數(shù)量差異不顯著，但均高于光照14 h處理下的培養(yǎng)材料。當(dāng)光照時(shí)間為12 h時(shí)，色溫3 000 K和5 000 K處理下鐵皮石斛組培苗的葉片數(shù)量顯著高于熒光燈下的培養(yǎng)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(huán)境中鐵皮石斛的生長(zhǎng)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(zhǎng)狀況要優(yōu)于熒光燈12 h處理下的培養(yǎng)材料，主要表現(xiàn)為節(jié)間更長(zhǎng)，不定根數(shù)量差異不顯著，符合組培苗移栽要求。

圖1 LED(A)和熒光(B)環(huán)境下 鐵皮石斛組培苗情況

3 討論

3.1 光環(huán)境對(duì)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(duì)不同色溫LED光質(zhì)不同培養(yǎng)時(shí)間處理下株高最佳表現(xiàn)的組合進(jìn)行比較，結(jié)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(wú)顯著差異，均顯著優(yōu)于熒光燈下的培養(yǎng)材料，基于節(jié)省生產(chǎn)成本的考慮，本研究認(rèn)為色溫3 000 K光照12 h是鐵皮石斛組織培養(yǎng)的最佳光照環(huán)境。

婁鈺絞[7]研究報(bào)告中指出，LED白光(720 nm)較紅藍(lán)混合光更有利促進(jìn)鐵皮石斛組培苗生長(zhǎng)；劉慧雯[8]研究報(bào)告認(rèn)為，LED白光(300～700 nm)下培養(yǎng)鐵皮石斛組培苗株高要稍差于LED紅藍(lán)混合光下培養(yǎng)材料，但莖粗反而更好；李夏媛等[9]研究報(bào)道表明，LED白光(720 nm)下培養(yǎng)蘭花組培苗苗高與LED紅藍(lán)混合光和熒光燈下培養(yǎng)材料無(wú)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(yǎng)材料差異不顯著。本研究結(jié)果表明，在不同色溫LED光環(huán)境中，鐵皮石斛組培苗的高均顯著優(yōu)于熒光燈下培養(yǎng)材料，也表明LED代替熒光燈應(yīng)用于鐵皮石斛組織培養(yǎng)是切實(shí)可行的。

3.2 光環(huán)境對(duì)鐵皮石斛組培苗莖粗的影響

劉慧雯[8]研究報(bào)告認(rèn)為，LED白光(300～700 nm)下培養(yǎng)鐵皮石斛組培苗莖粗顯著優(yōu)于LED紅藍(lán)混合光下培養(yǎng)材料；聞?dòng)阑鄣萚11]研究報(bào)道表明，LED白光(720 nm)下培養(yǎng)白芨四倍體在莖粗方面與熒光燈及LED紅藍(lán)混合光下培養(yǎng)材料差異不顯著，而二倍體則是顯著優(yōu)于LED紅藍(lán)混合光下培養(yǎng)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(yǎng)鐵皮石斛與LED紅藍(lán)混合光下差異不顯著。本研究結(jié)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(xiàn)在光照16 h處理下，色溫5 000 K處理下最大莖粗出現(xiàn)在光照14 h處理下，色溫5 700 K處理下各光照時(shí)間間培養(yǎng)材料的莖粗差異不顯著，但各處理?xiàng)l件下鐵皮石斛組培苗的莖粗與熒光燈下無(wú)顯著差異。因此，白光LED可替代LED紅、藍(lán)混合光用于鐵皮石斛組織培養(yǎng)。

3.3 光環(huán)境對(duì)鐵皮石斛組培苗生根數(shù)量的影響

光質(zhì)對(duì)于鐵皮石斛生根數(shù)量方面報(bào)道較少。劉慧雯[8]報(bào)道，鐵皮石斛組培苗在LED RB 3∶1環(huán)境下生根數(shù)量顯著高RB 7∶1、RB 2∶1和熒光燈下培養(yǎng)材料，而RB 7∶1、RB 2∶1和熒光燈下培養(yǎng)材料生根數(shù)量無(wú)顯著差異(光照時(shí)間為12 h)。李夏媛等[13]研究報(bào)道表明，LED白光(720 nm)下培養(yǎng)蘭花組培苗生根數(shù)量與LED紅藍(lán)混合光和熒光燈下培養(yǎng)材料無(wú)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(shù)量與熒光燈下培養(yǎng)材料差異不顯著。本研究中，不同光環(huán)境處理下鐵皮石斛組培苗的最低生根數(shù)量均大于5條，達(dá)到《無(wú)公害鐵皮石斛 第2部分：種子種苗》(DB 33/635.2—2007)中對(duì)優(yōu)質(zhì)苗的根數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，且色溫3 000 K光照12 h處理下組培苗的生根數(shù)量與熒光燈下無(wú)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(shù)量未見(jiàn)顯著差異，僅在色溫5 000 K光照14 h處理下培養(yǎng)材料的根數(shù)顯著高于色溫3 000 K處理，與劉慧雯[8]的研究結(jié)果略有出入，可能與光質(zhì)差異有關(guān)。