LED光質(zhì)對彩色馬蹄蓮組培苗生長及生理特性的影響

楊 貞,張永春,王藝程,李青竹,楊柳燕

(上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院林木果樹研究所,上海市設(shè)施園藝技術(shù)重點實驗室,上海 201403)

彩色馬蹄蓮(Zantedeschia hybrida)為天南星科馬蹄蓮屬多年生球根花卉,是馬蹄蓮(Zantedeschia aethiopica)的近緣種。彩色馬蹄蓮花、葉都具有較強的觀賞性,花色有紅、黃、銀星、紫斑等,其鮮切花和盆栽花都深受人們喜愛,在國際花卉市場上占有重要的地位[1]。

彩色馬蹄蓮的傳統(tǒng)栽培方式有分球法和塊莖分割法,但這兩種方式均存在周期長、繁殖系數(shù)低的問題,無法滿足生產(chǎn)需求[2-3]。組織培養(yǎng)方法繁殖速度快,周期短,可快速獲得彩色馬蹄蓮幼苗。LED 光源(Light-Emitting Diode)具有光能利用率高、耗電量少、壽命長、發(fā)熱少、光色純正等優(yōu)點[4-5],目前,已在植物研究中廣泛應(yīng)用。關(guān)于光質(zhì)對植物生長及發(fā)育的影響方面的研究較多,如小白菜[6-7]、黃瓜[8-9]、青蒜苗[10]、油菜[11]、菠菜[12]、甜椒[13]以及金線蓮[14]、靈芝[15]、杜鵑[16]等。而關(guān)于彩色馬蹄蓮的研究主要集中在組織培養(yǎng)、雜交育種、栽培技術(shù)及觀賞品質(zhì)等方面,對組培快繁過程中光質(zhì)條件進行優(yōu)化的報道較少。王政等[17]研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)光照強度大于45 μmol·m-2·s-1時,增加光強可明顯促進彩色馬蹄蓮試管苗的生長。唐鳳鸞等[18]研究發(fā)現(xiàn),在自然光照條件外補照6 h 的黃光和2 h 的藍光,馬蹄蓮生長情況最好。本研究通過設(shè)置不同LED 光質(zhì)對彩色馬蹄蓮組培苗進行處理,對其增殖、生長特性和生理指標特性進行綜合分析,旨在為優(yōu)質(zhì)、高效的彩色馬蹄蓮種苗產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)提供技術(shù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

彩色馬蹄蓮組培苗(Zantedeschia hybrida,標本編號1714)由上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院林木果樹研究所提供。試驗在上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院林木果樹研究所組織培養(yǎng)室進行,室溫為(22 ±2)℃,光照強度為60 μmol·m-2·s-1,光照時間為12 h∕12 h。主要使用的儀器有光譜測量儀、超凈工作臺、組合LED 燈管、高溫高壓滅菌鍋等。

1.2 試驗設(shè)計

以白光為對照(CK),設(shè)計5 種LED 光質(zhì)處理(表1)。選取株高相同的彩色馬蹄蓮增殖苗(株高1.5 cm)和彩色馬蹄蓮生根苗(株高1.5 cm),于不同光質(zhì)條件下各處理100 顆彩色馬蹄蓮增殖苗及生根苗,處理時間為8 周。重復(fù)3 次。

表1 試驗設(shè)置LED 光源參數(shù)Table 1 The light quality parameters of experiment

1.3 指標測定

1.3.1 彩色馬蹄蓮增殖苗統(tǒng)計

每兩周統(tǒng)計各光質(zhì)處理下彩色馬蹄蓮增殖苗的總數(shù)并計算增殖率(統(tǒng)計時間節(jié)點為處理后0 周、2 周、4 周、6 周、8 周)。增殖率=(彩色馬蹄蓮苗總數(shù)-100)∕100 ×100%。

1.3.2 生長量測定

光質(zhì)處理30 d 后,每種光質(zhì)處理下隨機選擇5 株,測量其株高、鮮重、塊莖直徑、葉片長、葉片寬、根長、根數(shù),把植株置于105 ℃的烘箱殺青20 min 后,在80 ℃的恒溫條件下烘干至恒重,測量其干重并計算其含水量。相對含水量=(Wf-Wd)∕Wf×100%,Wf 為鮮重(g),Wd 為干重(g)。

1.3.3 營養(yǎng)物質(zhì)含量及生理指標測定

光質(zhì)處理30 d 后,每種光質(zhì)處理下隨機選擇5 株。用分光光度計比色法對葉綠素含量進行測量[19]；用考馬斯亮藍法測定彩色馬蹄蓮塊莖中的可溶性蛋白含量[20]；用蒽酮比色法對可溶性總糖和淀粉含量進行測定[20]；用氮藍四唑法測定超氧物歧化酶(SOD)的活性[20]；用硫代巴比妥酸法測定丙二醛(MDA)含量[20]；用愈創(chuàng)木酚法測定過氧化物酶(POD)的活性[21]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 19.0 軟件對試驗數(shù)據(jù)進行處理,采用單因素方差分析(One-way ANOVA)和LSD 法進行差異顯著性分析,顯著性水平為P＜0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 光質(zhì)對彩色馬蹄蓮苗增殖的影響

由圖1 可知,處理8 周后,復(fù)合光質(zhì)R∕B(2∕1)、R∕B(1∕1)、R∕B(1∕2)條件下馬蹄蓮的增殖率分別為40%、38%、38%。復(fù)合光質(zhì)處理下,彩色馬蹄蓮苗的增殖率均高于單一光質(zhì)。其中在復(fù)合光質(zhì)R∕B(2∕1)處理下,彩色馬蹄蓮苗的增殖率最佳,比CK 處理高42.9%,比R 處理高122.2%,比B 處理高11.1%。表明復(fù)合光質(zhì)比單一光質(zhì)處理更有利于馬蹄蓮苗的增殖,馬蹄蓮苗增殖最佳光質(zhì)條件為R∕B(2∕1)。

圖1 彩色馬蹄蓮增殖率Fig.1 Proliferation rate of Zantedeschia hybrida

2.2 不同光質(zhì)處理對彩色馬蹄蓮幼苗生長的影響

由表2 可知,R∕B(2∕1)處理下,植株的株高、鮮重、葉長和葉寬最大,分別比CK 處理高87.0%、42.3%、101.9%和108.8%,比B 處理高48.3%、60.3%、56.0%和59.0%,比R 處理高30.3%、29.5%、31.4%和21.0%。在R∕B(2∕1)處理和R 處理下,植株的直徑最大,兩處理之間差異不顯著,和其他處理呈顯著性差異。R 處理有利于彩色馬蹄蓮苗根的生長,根長最大,為14.17 cm,與其他處理呈顯著性差異；B 處理下彩色馬蹄蓮的根長最短。綜上,紅光有促進根生長的作用?；旌瞎赓|(zhì)R∕B(2∕1)處理能夠促進彩色馬蹄蓮苗的生長發(fā)育,是彩色馬蹄蓮苗生長發(fā)育的最適光質(zhì)處理。

表2 不同光質(zhì)處理對彩色馬蹄蓮苗形態(tài)指標的影響Table 2 The morphological index of Zantedeschia hybrida plants under different light quality

2.3 不同光質(zhì)處理對彩色馬蹄蓮幼苗葉綠素、可溶性總糖、淀粉和可溶性蛋白含量的影響

在R∕B(1∕2)光質(zhì)處理下,彩色馬蹄蓮苗的葉綠素含量最高,與其他光質(zhì)處理呈顯著性差異,是CK 處理的1.22 倍；R∕B(1∕1)、R∕B(2∕1)和R 光質(zhì)處理下植株的葉綠素含量差異不顯著,其葉綠素含量分別是CK 處理的1.04 倍、1.1 倍和1.05 倍；B 處理下,葉綠素的含量最低(圖2)。表明復(fù)合光質(zhì)有利于提高植株的葉綠素含量,其中R∕B(1∕2)光質(zhì)處理最有利于促進彩色馬蹄蓮苗葉綠素的合成。

圖2 不同光質(zhì)處理對彩色馬蹄蓮葉綠素含量的影響Fig.2 Chlorophyll content of Zantedeschia hybrida under different light treatment

由圖3 可知,R∕B(2∕1)光質(zhì)處理下,彩色馬蹄蓮苗的可溶性總糖含量最高,與R∕B(1∕1)光質(zhì)處理差異不顯著,與其他光質(zhì)處理呈顯著性差異。R 處理下可溶性總糖含量最低。在復(fù)合光質(zhì)處理中,隨著紅光比例的增高,彩色馬蹄蓮苗中的可溶性總糖含量升高。B 處理條件下,彩色馬蹄蓮苗中的淀粉含量最高,與其他處理呈顯著性差異,其余四種光質(zhì)處理之間差異性不顯著(圖4)。B 處理下,彩色馬蹄蓮苗的可溶性蛋白含量最高,與R∕B(1∕2)、CK 和R∕B(1∕1)差異不顯著,與R∕B(2∕1)和R 處理呈顯著性差異(圖5)。

圖3 不同光質(zhì)處理對彩色馬蹄蓮可溶性總糖含量的影響Fig.3 Soluble total sugar content of Zantedeschia hybrida under different light treatment

圖4 不同光質(zhì)處理對彩色馬蹄蓮淀粉含量的影響Fig.4 Starch content of Zantedeschia hybrida under different light treatment

圖5 不同光質(zhì)處理對彩色馬蹄蓮可溶性蛋白含量的影響Fig.5 Soluble protein content of Zantedeschia hybrida under different light treatment

2.4 不同光質(zhì)處理對彩色馬蹄蓮幼苗生理指標的影響

不同光質(zhì)處理下,R∕B(1∕2)處理彩色馬蹄蓮幼苗的POD 含量最高,和其他處理呈顯著性差異；其次為R∕B(2∕1)處理(圖6)。

圖6 不同光質(zhì)處理對彩色馬蹄蓮過氧化物酶活性的影響Fig.6 POD activity of Zantedeschia hybrida under different light treatment

由圖7 可知,紅藍復(fù)合光質(zhì)R∕B(1∕2)、R∕B(1∕1)和R∕B(2∕1)處理下彩色馬蹄蓮幼苗的SOD 含量最高。R∕B(1∕2)和R∕B(1∕1)處理下SOD 含量是CK 處理的1.15 倍；R∕B(2∕1)處理下SOD 含量是CK 處理的1.08 倍。

圖7 不同光質(zhì)處理對彩色馬蹄蓮超氧物歧化物活性的影響Fig.7 SOD activity of Zantedeschia hybrida under different light treatment

CK 處理下,彩色馬蹄蓮苗的MDA 含量最高；R∕B(1∕1)和R 處理下,彩色馬蹄蓮苗的MDA 含量最低,和另外四種處理呈顯著性差異；CK 處理下,MDA 含量是純紅光R 處理的1.41 倍(圖8)。

圖8 不同光質(zhì)處理對彩色馬蹄蓮丙二醛含量的影響Fig.8 MDA content of Zantedeschia hybrida under different light treatment

3 討論與結(jié)論

項蕾蕾等[22]研究表明,普通熒光+LED 暖黃光處理下,香蕉組培苗的增殖系數(shù)最大,普通熒光+LED藍光處理下香蕉苗的增殖系數(shù)最小。廖多思等[23]研究認為,純紅光和純藍光分別為Bob’s yellow 和黃杯杜鵑增殖的最適光質(zhì)。聞永慧等[24]研究發(fā)現(xiàn),1RB(紅∶藍=1∶1)處理下,白及組培苗的增殖率最高。孫翊等[25]研究表明,紅藍復(fù)合光質(zhì)有利于非洲菊組培苗的增殖,其中紅藍復(fù)合光質(zhì)RB4(紅藍光比例為4∶1)處理下,非洲菊組培苗的增殖系數(shù)最高。本研究中,復(fù)合光質(zhì)比單一光質(zhì)更有利于彩色馬蹄蓮苗的增殖,其中彩色馬蹄蓮苗增殖最佳的光質(zhì)條件為R∕B(2∕1)。

不同光質(zhì)處理對植物的生長有一定的影響。李青竹等[26]研究發(fā)現(xiàn),紅藍復(fù)合光可以加快促進石蒜幼苗的生長,紅藍光比1∶2是石蒜幼苗生長的最佳光質(zhì)條件,紅藍光比2∶1的光質(zhì)處理對石蒜幼苗可溶性糖的積累起到促進作用,藍光能夠提高其可溶性蛋白的含量。紅藍組合光處理能夠促進茄子的生長,藍光處理下茄子的可溶性蛋白含量最高,紅藍組合光處理下可溶性糖含量最高,其次為紅光處理[27]。紅藍復(fù)合光質(zhì)有利于促進葉菜植物[28]、礬根組培苗[29]、長莖葡萄蕨藻[30]和竹葉蘭[31]的生長。與以上結(jié)果類似,本研究中,在紅藍復(fù)合光R∕B(2∕1)處理下,彩色馬蹄蓮苗中的可溶性總糖含量最高；在純藍光處理下,彩色馬蹄蓮苗的可溶性蛋白含量最高,同時,紅藍復(fù)合光R∕B(2∕1)處理對馬蹄蓮的株高、鮮重、葉片長和葉片寬有促進作用,紅藍復(fù)合光R∕B(2∕1)是彩色馬蹄蓮苗生長的最適光質(zhì)。與石蒜苗最適的光質(zhì)配比不同可能是因為不同植物種類對光質(zhì)的需求有所不同[32]。王婷[33]研究發(fā)現(xiàn),紅光利于不結(jié)球白菜根系的生長,復(fù)合光質(zhì)處理有利于不結(jié)球白菜的壯苗及干物質(zhì)的積累,與本研究結(jié)論一致。

光質(zhì)對不同植物類型造成的影響存在差異性[34]。陳地杰等[35]研究發(fā)現(xiàn),LED 紅∕藍光配比為7∶1時兩種冷季型草坪草生長較好,CAT 和APX 活性較高,MDA 和過氧化氫含量最低,增加紅光或者藍光的比例均會對草坪草產(chǎn)生脅迫。紅藍光比例8∶1處理下,水培生菜的脯氨酸、SOD 酶含量顯著高于其他處理[36]。紅藍光比1∶2處理下石蒜幼苗的MDA 含量顯著降低,紅藍光比1∶2處理可以顯著降低石蒜苗的膜脂過氧化程度[26]。本研究中,在紅藍光比為1∶2和2∶1時,彩色馬蹄蓮幼苗的POD 含量最高,三種紅藍復(fù)合光質(zhì)處理下的SOD 含量較單一光質(zhì)高。

綜上所述,復(fù)合光質(zhì)R∕B(2∕1)條件下彩色馬蹄蓮組培苗的生長情況最佳。從生長指標上來看,在該光質(zhì)處理下,彩色馬蹄蓮組培苗的增殖率最高,植株的株高、鮮重、葉長和葉寬最大,生長狀態(tài)最優(yōu),植株健壯。從生理指標上來看,復(fù)合光質(zhì)R∕B(2∕1)處理有利于彩色馬蹄蓮組培苗可溶性總糖的積累,減輕彩色馬蹄蓮植株膜質(zhì)的受傷害程度,過氧化物酶和超氧物歧化酶的活性較高。綜上,混合光質(zhì)處理R∕B(2∕1)是彩色馬蹄蓮苗生長發(fā)育的最適光質(zhì)條件。