LED光源不同比例光質對紅葉石楠組培苗生長的影響

王政 馬杰 何松林

摘要：以紅葉石楠“紅羅賓”試管組培苗為材料，以普通熒光燈光源為對照（CK），研究100% R、80% R+20% B、70% R+30% B、50% R+50% B、100% B等5種紅（R）、藍（B）不同比例光質發(fā)光二極管（LED）光源對紅葉石楠組培苗生長的影響。結果表明，LED光源為全紅光（100% R）時紅葉石楠組培苗的株高相對較高，為22.0 cm，整株干質量、鮮質量相對較大，分別為201.3、46.6 mg/株;LED光源為80% R+20% B時，紅葉石楠組培苗的葉長相對較長，為24.9 mm;光源為70% R+30% B時，紅葉石楠組培苗的葉寬、根數(shù)、根長、地上部干物率、葉綠素（SPAD值）、根系活力等指標值相對較大，分別為 10.7 mm、3.6根、62.9 mm、25.53%、67.0、10.5 mg/（g·h），葉片下表皮氣孔面積和開放程度優(yōu)于其他處理;光源為傳統(tǒng)的三基色熒光燈時，紅葉石楠組培苗的葉片數(shù)相對較多，為13.9張。因此，LED紅光、藍光以70% R+30% B進行處理時有助于紅葉石楠組培苗的生長。

關鍵詞：紅葉石楠;LED;熒光燈;組培苗;光質;氣孔特征

中圖分類號：S687.01 ?文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2019）07-0152-04

植物生長發(fā)育主要受遺傳信息和環(huán)境信息調控，遺傳信息決定個體發(fā)育的潛在模式，在很大程度上受控于環(huán)境信息[1]。光是農作物生長發(fā)育的必要條件，光環(huán)境的改變往往能夠引起植物生長環(huán)境中其他影響因子的改變[2]。光環(huán)境對植物生長的影響主要有光照度、光質、光照周期等3個方面，其中光質是影響植物生長發(fā)育及品質形成的重要因素[3]。植物對可見光的吸收波長主要集中在400～510 nm的藍紫光區(qū)和610～720 nm的紅橙光區(qū)，使用紅色、藍色發(fā)光二極管（light emitting diode，簡稱LED）作為光源就可以培養(yǎng)植物[4-5]。

LED是一種新型光源，具有光能利用效率高、光譜窄、耗能低、體積小、壽命長、無污染等優(yōu)點[6]，可控制其輻射光譜全部為紅光、藍光波段，并根據(jù)不同植物對紅藍光質比的不同需求進行調整，使其輻射能量完全被植物吸收利用，生物能效大大提高[1]。近年來，LED在白掌、紅掌、草莓、鐵皮石斛等多種植物的組培上已廣泛應用[7-10]，而目前有關紅葉石楠組織培養(yǎng)方面的研究大多集中在外植體消毒方法、培養(yǎng)基選擇、愈傷組織誘導等方面[11-14]，關于LED光源不同比例光質對其生長影響的研究還鮮見報道。本試驗以紅葉石楠試管組培苗為材料，研究LED不同紅藍光質比例對其形態(tài)和生理特性的影響，以探討適宜紅葉石楠組培苗生長的最佳光質，以期為高品質紅葉石楠組培苗的商業(yè)化生產提供理論依據(jù)和技術參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料的準備

紅葉石楠“紅羅賓”（Photinia×fraseri ‘Red Robin）組培苗，高約1.5 cm，于2017年4月17日購自河南省鄢陵北方花卉集團。將購買的組培苗接種于MS+6-芐氨基腺嘌呤（6-BA）1.0 mg/L+α-萘乙酸（NAA）0.2 mg/L+蔗糖 30.0 g/L+瓊脂8.0 g/L、pH值為5.8的固體培養(yǎng)基上，接種容器為250 mL三角瓶，在溫度為（25±1） ℃、光照度為 25 μmol/（m2·s）、光照時間為16 h/d的常規(guī)培養(yǎng)條件下增殖培養(yǎng)20 d;按組培苗大小進行分級，轉入新的培養(yǎng)基上進行繼代培養(yǎng)30 d;選取生長狀況及規(guī)格基本一致、株高約 2.5 cm 的組培苗作為供試材料。LED光照培養(yǎng)箱[15]，由河南農業(yè)大學林學院園林植物實驗室自主研發(fā);以普通熒光燈為光源的培養(yǎng)箱，購自寧波萊?？萍加邢薰?。

1.2 試驗處理

根據(jù)不同紅（R）、藍（L）光質比例，試驗共設置5種LED光源處理，分別為100% R、80% R+20% B、70% R+30% B、50% R+50% B、100% B，以普通熒光燈作對照（CK）。將選取出的組培苗接種到1/2MS+NAA 0.5 mg/L+吲哚乙酸（IAA）0.5 mg/L+蔗糖 30.0 g/L+瓊脂8.0 g/L+活性炭 0.8 g/L、pH值為5.8的生根培養(yǎng)基上，每個250 mL三角瓶中接種5株，每個處理接種10瓶;置于不同光源的光照培養(yǎng)箱內進行培養(yǎng)60 d，培養(yǎng)溫度為 （25±1） ℃，光照度為 25 μmol/（m2·s），光照時數(shù)為 14 h/d，光照時段為06：00—20：00。

1.3 測定內容及方法

1.3.1 形態(tài)及生物指標 隨機選取15株組培苗，采用直尺分別測量株高、自下而上第3張葉片的葉長、葉寬及最長根長，統(tǒng)計根數(shù)、葉片數(shù);采用天平分別稱量整株、地上部、根部的鮮、干物質質量，統(tǒng)計整株、地上部、根部干物率。測定干物質質量時，用剪刀將組培苗的根全部剪下，分地上部、根部分別進行烘干、稱量。烘干時，先將植物材料在105 ℃殺青 30 min，再在恒溫干燥箱中60 ℃加熱干燥48 h。

1.3.2 葉綠素含量（SPAD值） 使用美國產Minoita SPAD 502葉綠素儀測定組培苗自下而上第3張葉片的SPAD值，每張葉片重復3次，取平均值。

1.3.3 葉片下表皮氣孔 采用Dami等的指甲油印模法[16]觀察葉片下表皮氣孔，在10×4倍光學顯微鏡下，每個處理隨機選取10個視野觀察統(tǒng)計葉片下表皮的氣孔密度，在10×10倍光學顯微鏡下，隨機選取10個氣孔，測定氣孔的長度和寬度。

1.3.4 根系活力 采用氯化三苯基四氮唑（TTC）法[17]測定根系活力。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

采用DPS 3.01、Excel 2003軟件對試驗數(shù)據(jù)進行處理統(tǒng)計;采用鄧肯氏新復極差測驗法（SSR法）進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 不同光質比例光源對紅葉石楠組培苗形態(tài)及生物指標的影響

2.1.1 形態(tài)及質量 由表1可知，100% R光源下紅葉石楠組培苗植株株高相對較高，為22.0 cm，其后依次為CK、80% R+20% B、50% R+50% B、70% R+30% B，100% B光源下組培苗株高相對較矮，為16.0 cm;以PGF為光源的紅葉石楠組培苗的葉片相對較多，為13.9張;5個LED光源處理的組培苗的葉長、葉寬、根長基本上均高于對照，根數(shù)也相對較多，其中，70% R+30% B光源處理的組培苗葉寬、根數(shù)、根長等指標值相對較大，分別為10.7 mm、3.6根、62.9 mm，80% R+20% B光源處理的組培苗葉長相對較長，為 24.9 mm;100% R光源處理的紅葉石楠組培苗整株干質量、鮮質量相對較高，分別為201.3、46.6 mg/株，其次為 70% R+30% B光源處理，與100% R光源處理的相互間差異不顯著，顯著高于其他4個處理（P<0.05）。

2.1.2 干物率 由圖1可知，100%R光源處理的紅葉石楠組培苗根部干物率相對較大，為19.06%，顯著高于其他處理（P<0.05）;70% R+30% B光源處理的組培苗地上部干物率相對較大，為25.53%，100% B光源處理的地上部干物率最低，為22.90%，兩者之間差異顯著（P<0.05）;80% R+20% B光源處理的組培苗整株干物率相對較大，為22.76%，除與100%B處理差異顯著外，與其他處理相互間差異不顯著。綜合而言，在100% R、80% R+20% B、70% R+30% B光源處理即紅光比例大時，更有利于紅葉石楠組培苗的生長及干物質的積累。

2.2 不同光質比例光源對紅葉石楠組培苗葉綠素含量的影響

由圖2可知，與CK相比，5種不同光質比例LED光源處理的紅葉石楠組培苗的葉綠素含量相對較高，其中，70% R+30% B光源處理的紅葉石楠組培苗葉綠素含量最高，其SPAD值為67.0，顯著高于其他處理（P<0.05）。因此，LED光源70% R+30% B處理更有利于組培苗葉綠素的合成，效果相對最佳。

2.3 不同光質比例光源對紅葉石楠組培苗根系活力的影響

植物根系雖然不直接受光的照射，但會受到植物光環(huán)境及光受體調節(jié)的影響，由植物地上部作用到地下根系，進而實現(xiàn)對植株生長發(fā)育的調控。由圖3可知，在LED光源下，隨紅光比例的降低，紅葉石楠組培苗根系活力大致呈先增加后降低的趨勢，70% R+30% B光源處理時根系活力最高，其相應指標值為10.5 mg/（g·h），顯著高于其他處理（P<0.05）;在單一光色光源作用下，紅光處理顯著優(yōu)于藍光，說明紅光能明顯促進紅葉石楠組培苗根系活力的提高。

2.4 不同光質比例光源對紅葉石楠組培苗葉片氣孔特征的影響

由表2、圖4可知，各處理的組培苗葉片下表皮細胞的氣孔密度和單孔大小差異相對較小;隨著紅光比例的降低，氣孔密度大致呈先增加后降低的趨勢，單一紅光作用的氣孔密度優(yōu)于單一藍光;50% R+50% B光源處理的氣孔大多處于開放狀態(tài)，70% R+30% B光源處理的氣孔大多處于開放或半開放狀態(tài)，而其他處理的氣孔開度明顯減小，多數(shù)處于半關閉或關閉狀態(tài)。

3 結論與討論

光作為植物生長發(fā)育的一個環(huán)境因子，除光照度、光照時間會對植物生長發(fā)育產生影響外，光質也是影響植物生長發(fā)育的一個重要因子。本試驗將紅葉石楠組培苗置于不同光質比例的LED光源下進行培養(yǎng)，研究其對紅葉石楠組培苗生長發(fā)育的影響，結果表明，全紅光處理（100% R）的紅葉石楠組培苗，其植株株高相對較高，而全藍光處理（100% B）的組培苗植株株高相對較矮，說明紅光對紅葉石楠植株的生長有促進作用，而藍光有一定的抑制作用，這與尚文倩等的研究結論[10，18-21]吻合;除葉片數(shù)外，70% R+30% B光源處理的石楠組培苗葉寬、根數(shù)、根長等形態(tài)指標相對較大，這與張婕等的研究結果[22-23]一致;100% R、70% R+30% B光源處理的石楠組培苗整株干質量、鮮質量及干物率相對較高，說明適宜的紅光有利于紅葉石楠組培苗干物質的積累，這與張立偉等的研究結果[24-25]一致。

葉綠素是植物進行光合作用的物質基礎，其含量高低與組成將會影響葉片的光合速率大小。本試驗結果表明，以紅光為主的70% R+30% B光源處理紅葉石楠組培苗，其葉綠素含量相對較高，顯著高于其他處理（P<0.05），這與王政等的研究結論[26-29]較為吻合。在根系活力方面，70% R+30% B光源處理的紅葉石楠組培苗根系活力相對較高，顯著優(yōu)于80% R+20% B、50% R+50% B處理，且單一紅光處理明顯優(yōu)于單一藍光，說明紅光對根系活力有一定的促進作用，這與尚文倩等的研究結論[30-31]一致。許莉等研究表明，不同光譜能夠誘導葉片中保衛(wèi)細胞葉綠體產生隱花色素和光敏色素，從而感應不同光質成分以調節(jié)葉片氣孔大小和數(shù)量[32-34]。本試驗結果表明，以紅光為主的70% R+30% B光源處理紅葉石楠組培苗，其氣孔密度相對較大，且大多處于開放或半開放狀態(tài)，這有利于光合作用的進行。Hogewoning等研究表明，隨藍光劑量的增加，紅藍組合光下的黃瓜葉片近軸端氣孔數(shù)量增加，植物氣孔對藍光刺激反應更為靈敏[35]，本試驗研究結論與之不一致，可能與選擇觀察的氣孔位置不同有關。

因此，與單一紅光、藍光、白色熒光相比，LED以紅、藍光不同光質配比為光源培養(yǎng)紅葉石楠組培苗相對更具優(yōu)勢，其中，以70% R+30% B處理最佳，可以明顯改善紅葉石楠組培苗的生長狀況，提高組培苗品質。

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