LED 不同反光及照光方式對非洲菊組培苗生長的影響

王 政，張春玲，何松林，2，尚文倩，賀 丹，申玉曉，劉艷楠，宋盈龍，孫宇科

（1. 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)風(fēng)景園林與藝術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 450002；2. 河南科技學(xué)院園藝園林學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453003；3. 杞縣住房和城鄉(xiāng)規(guī)劃建設(shè)局，河南 杞縣 475299）

非洲菊（Gerbera jamesoniiBolus）是菊科多年生宿根草本植物，又稱扶郎花、燈盞花，是世界著名五大切花之一，因其風(fēng)韻秀美，花形獨(dú)特優(yōu)美，花大而色澤艷麗，花色豐富，廣受人們喜愛[1‐3]。非洲菊于20 世紀(jì)80 年代被引入我國，目前國內(nèi)研究主要集中在切花保鮮、組織快繁、栽培管理等方面[4‐7]。非洲菊組培苗是實(shí)現(xiàn)其產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的重要植物材料，通過調(diào)控組培微環(huán)境來提高非洲菊組培苗的快繁效率是重要的研究方向[8‐9]。

光是調(diào)節(jié)植物生長發(fā)育的重要因子，植物的種子萌發(fā)、生長發(fā)育、開花結(jié)果和衰老死亡都離不開光的調(diào)節(jié)；光質(zhì)、光照強(qiáng)度、光周期、照光方式等因素是光環(huán)境的重要組成成分，對植物的生長發(fā)育都有顯著的影響[10‐13]。在光質(zhì)方面，LED 以其節(jié)能高效環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于紅掌、百合、蝴蝶蘭等植物[14‐22]中。目前，關(guān)于光調(diào)控非洲菊生長發(fā)育的研究大多集中在不同光質(zhì)及光照強(qiáng)度方面[7，9，23]，但有關(guān)不同反光及照光方式對非洲菊的影響研究鮮見報道。鑒于此，以非洲菊為試驗(yàn)材料，研究LED不同反光及照光方式對其組培苗形態(tài)和生理特性的影響，以期為提高非洲菊組培苗的工廠化育苗效率提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料為非洲菊瑞扣（Gerbera jamesoniiBolus），購于山東德州世紀(jì)風(fēng)園藝有限公司。以100 mL 三角瓶為培養(yǎng)容器，將購買的非洲菊試管苗接種于MS+6-BA 0.1 mg/L+KT 0.1 mg/L+蔗糖30 g/L+瓊脂7.0 g/L（pH=5.8）固體培養(yǎng)基上，在常規(guī)培養(yǎng)條件［溫度（24±1）℃，光照強(qiáng)度2 000 μmol/（m2·s），光照時間12 h/d］下進(jìn)行壯苗培養(yǎng)。非洲菊試管苗經(jīng)20 d 左右培養(yǎng)后，選取生長狀況及規(guī)格一致的組培苗（苗高約2.5 cm）切根后作為供試材料。

1.2 試驗(yàn)方法

將無根組培苗在無菌條件下均勻接種在1/2 MS+IBA 0.5 mg/L+IAA 0.5 mg/L+蔗糖30 g/L+瓊脂7.0 g/L（pH=5.8）固體培養(yǎng)基上，以罐頭瓶為培養(yǎng)容器，每瓶接種5 株組培苗。選用紅光和藍(lán)光LED作為照光光源，其中紅光波長（660±20）nm、藍(lán)光波長（460±20）nm[13‐15]，設(shè)計8 種反光及照光結(jié)構(gòu)（不同光源傾斜角度+不同結(jié)構(gòu)反光膜+納米導(dǎo)光板：76.39°+M 形+納米導(dǎo)光板、79.89°+M 形+納米導(dǎo)光板、82.59°+凸形+納米導(dǎo)光板、86.87°+拱形+納米導(dǎo)光板、69.77°+平面形+納米導(dǎo)光板、90°+平面形+納米導(dǎo)光板、180°+納米導(dǎo)光板、180°），將組培苗置于實(shí)驗(yàn)室自行研發(fā)的高效節(jié)能LED 照光系統(tǒng)中進(jìn)行培養(yǎng)，以傳統(tǒng)熒光燈組培架作為對照（CK），處理方式見表1。非洲菊組培苗的培養(yǎng)條件統(tǒng)一設(shè)置為LED 紅藍(lán)光比例8∶2，光照時數(shù)16 h/d（8：00—24：00），培養(yǎng)溫度（24±1）℃，培養(yǎng)時間30 d。

續(xù)表1 不同反光及照光方式對非洲菊組培苗生長影響試驗(yàn)設(shè)計Tab.1（Continued） Experimental design on the effects of different reflecting and lighting methods on the growth of tissue culture seedlings of Gerbera jamesonii

1.3 測定指標(biāo)及方法

經(jīng)30 d 培養(yǎng)后測定非洲菊組培苗的相關(guān)指標(biāo)。形態(tài)指標(biāo)：株高、葉數(shù)、葉長、葉幅（試管苗自上而下的第3 片葉）、根數(shù)、最長根長；總鮮質(zhì)量、地上部鮮質(zhì)量和地下部鮮質(zhì)量；總干質(zhì)量、地上部干質(zhì)量、地下部干質(zhì)量；全干物率、地上部干物率和地下部干物率。葉片下表皮氣孔觀察采用DAMI 等[24]的指甲油印模法；葉綠素含量采用無水乙醇和丙酮混合液提取法測定[25]；可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)法測定[26]；根系活力采用李合生[27]的TTC法測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

每項(xiàng)指標(biāo)測定均設(shè)3 次重復(fù)，取其平均值。試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用鄧肯氏新復(fù)極差測驗(yàn)法（SSR法）測驗(yàn)不同處理的差異顯著性，顯著水平P≤0.05。數(shù)據(jù)采用DPS 7.05、Excel 2016和Origin 2019進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同反光及照光方式對非洲菊組培苗形態(tài)的影響

由表2 可知，不同反光及照光方式處理對非洲菊組培苗株高、葉數(shù)和根長等形態(tài)指標(biāo)的影響存在差異。株高方面，處理2、處理3 的株高高于CK 但差異不顯著，其中，處理2株高最高，達(dá)到43.39 mm；處理5 株高最低，僅為31.70 mm，與CK 差異顯著。葉數(shù)方面，除處理5 外其他7 個反光及照光方式處理的葉數(shù)均高于CK，處理3 葉數(shù)最多，平均葉數(shù)達(dá)到9.50 片，其次為處理7，各處理間差異不顯著。葉長方面，處理5、處理6、處理1 的葉長依次變短，與CK 差異不顯著。除處理5外，其他處理的葉幅均低于CK，處理5 的平均葉幅達(dá)到11.31 mm。根數(shù)方面，CK 的平均根數(shù)達(dá)到5.33 條，優(yōu)于其他各反光及照光方式處理。在最長根長方面，處理1 的最長根長最長，達(dá)到36.53 mm，其次為處理5，達(dá)到33.75 mm，兩者之間沒有顯著差異，但均顯著優(yōu)于其他處理。

表2 不同反光及照光方式對非洲菊組培苗形態(tài)的影響Tab.2 Effects of different reflecting and lighting methods on the morphology of tissue culture seedlings of Gerbera jamesonii

由表3可知，整株鮮質(zhì)量和地上部鮮質(zhì)量方面，處理2 的效果最佳，其整株鮮質(zhì)量為314.82 mg，地上部鮮質(zhì)量為211.53 mg，均高于CK；地下部鮮質(zhì)量方面，處理6、7、2中相對較高，均優(yōu)于CK，但差異不顯著。干質(zhì)量方面，不同反光及照光方式處理下非洲菊組培苗的整株干質(zhì)量、地上部干質(zhì)量和地下部干質(zhì)量均低于CK。

表3 不同反光及照光方式對非洲菊組培苗鮮質(zhì)量和干質(zhì)量的影響Tab.3 Effects of different reflecting and lighting methods on fresh weight and dry weight of tissue culture seedlings of Gerbera jamesonii

由圖1 可知，不同反光及照光處理下非洲菊的總干物率、地上部干物率和地下部干物率均低于CK。除CK 外各處理中，處理5 的地上部干物率和總干物率均最高，分別為12.13%、11.12%，而其地下部干物率為8.47%，略低于處理8和處理1；處理1的地上部干物率及總干物率略低于處理5，但均高于其他處理；處理4 的地下部、總干物率均最低，分別為6.10%、8.62%。

圖1 不同反光及照光方式對非洲菊干物率的影響Fig.1 Effects of different reflecting and lighting methods on dry matter rate of tissue culture seedlings of Gerbera jamesonii

2.2 不同反光及照光方式對非洲菊組培苗葉片下表皮氣孔的影響

由表4 可知，不同反光及照光方式對非洲菊葉片下表皮氣孔的影響存在顯著差異。其中，處理4中氣孔密度最高，達(dá)到126.99 個/mm2，其次為處理7、6、3、2和CK，且差異不顯著，但均顯著高于處理8（99.21 個/mm2）和處理1（73.42 個/mm2）。處理1、5、8 的氣孔大小和氣孔面積均高于其他處理，但三處理間差異不顯著。處理3 中氣孔長度最小，為39.75μm，顯著小于處理1、8、5、CK、2，但與處理4、7、6差異不顯著。氣孔寬度和氣孔面積在處理3、6、CK中相對較小，且顯著低于處理5、8、1、4。

表4 不同反光及照光方式對非洲菊葉片下表皮氣孔的影響Tab.4 Effects of different reflecting and lighting methods on stomata in the lower epidermis of leaves of tissue culture seedlings of Gerbera jamesonii

2.3 不同反光及照光方式對非洲菊組培苗葉綠素含量的影響

由圖2可知，葉綠素a含量在處理4、3、2中相對較高，分別為0.066、0.064、0.062 mg/g，顯著高于CK和處理1。葉綠素b 含量在處理1 和3 中相對較高，分別為0.029、0.028 mg/g，但是各處理間差異不顯著。葉綠素總含量在CK 中最小，且顯著低于其他處理，而其他處理間差異不顯著，在處理3 和4 中相對較大，分別達(dá)到0.092、0.091 mg/g。

2.4 不同反光及照光方式對非洲菊組培苗可溶性蛋白含量的影響

如圖3 所示，不同反光及照光方式對非洲菊可溶性蛋白含量的影響較為顯著。其中，處理8 中可溶性蛋白含量最高，達(dá)到46.99 mg/g，顯著高于其他處理，其次為處理3（40.05 mg/g）、6（39.24 mg/g）、5（36.31 mg/g）。處理1 中可溶性蛋白含量最低，為29.54 mg/g。

圖3 不同反光及照光方式處理對非洲菊組培苗可溶性蛋白含量的影響Fig.3 Effects of different reflecting and lighting methods on soluble protein content of tissue culture seedlings of Gerbera jamesonii

2.5 不同反光及照光方式對非洲菊組培苗根系活力的影響

由圖4 可知，不同反光及照光方式對非洲菊組培苗根系活力具有顯著影響。處理6 根系活力最高，顯著高于其他處理。其次為處理1、4 和CK，均顯著高于處理3、5、8、7 和2。處理2 最小，為913.16 mg/（g·h）。

圖4 不同反光及照光方式處理對非洲菊組培苗根系活力的影響Fig.4 Effects of different reflecting and lighting methods on root activity of tissue culture seedlings of Gerbera jamesonii

3 結(jié)論與討論

研究表明，反光膜因其獨(dú)特的反光特性，可有效提高光能利用率，其在植物培養(yǎng)過程中的充分應(yīng)用，可顯著提升植物光合速率，促進(jìn)初生及次生代謝產(chǎn)物的合成與積累，提高植物的品質(zhì)[28‐30]。本研究探討了不同反光及照光方式對非洲菊組培苗生長的影響，結(jié)果表明，LED 反光及照光方式處理1—8 中非洲菊組培苗的葉數(shù)、葉長、整株鮮質(zhì)量、地下部鮮質(zhì)量、氣孔密度、葉綠素a 含量、葉綠素b 含量、葉綠素總含量及可溶性蛋白含量等整體優(yōu)于CK，說明與傳統(tǒng)熒光燈相比，不同反光及照光方式處理更有利于非洲菊組培苗的生長發(fā)育及代謝產(chǎn)物的合成與累積，這與前人對桃[28]、蘋果[29]、梨[30]、葡萄[31‐32]等研究結(jié)果一致。但是處理1—8對非洲菊根部發(fā)育的影響存在較大差異，其中處理6、1、4 的根系活力均高于CK，但其根數(shù)卻均低于CK，而最長根長在處理1、5、3、2 中表現(xiàn)較佳，說明不同反光及照光方式處理對非洲菊根部發(fā)育的影響較為復(fù)雜，而非單一因素或多因素的疊加效應(yīng)，該現(xiàn)象與李志強(qiáng)等[33]關(guān)于反光膜處理對葡萄根系生長影響的研究結(jié)果相似。

反光處理可增強(qiáng)光照反射，彌補(bǔ)光照不足，改善光照條件，促進(jìn)植物生長發(fā)育[30‐32]。物質(zhì)的合成與積累是衡量植物光合效率的重要指標(biāo)之一。劉林等[31]研究發(fā)現(xiàn)，添加反光膜處理可增強(qiáng)京秀葡萄葉幕下方的光照強(qiáng)度，有助于葡萄鮮質(zhì)量積累，提升果實(shí)品質(zhì)。本研究發(fā)現(xiàn)，處理1—4 中，株高、葉數(shù)、葉幅、根數(shù)、整株鮮質(zhì)量、地上部鮮質(zhì)量、地下部鮮質(zhì)量、整株干質(zhì)量、地上部干質(zhì)量、地下部干質(zhì)量、可溶性蛋白含量等指標(biāo)隨照光光源傾斜角度的增大整體呈先升后降的趨勢；而葉長、最長根長、地上部干物率、地下部干物率、總干物率、氣孔大小、氣孔面積、根系活力呈先降后升或降低趨勢；葉片下表皮氣孔密度、根數(shù)則呈隨之逐漸增大的趨勢。該現(xiàn)象可能是由于隨著照光光源傾斜角度增大，非洲菊組培苗的光照條件發(fā)生改變，使其有效光輻射面積增加，間接提高了其光能利用率和光合作用，加速其生長發(fā)育速率，進(jìn)而促進(jìn)其干物質(zhì)的合成與積累，這與前人研究結(jié)果一致[30‐32]。同時，本研究發(fā)現(xiàn)，8 種反光和照光方式處理中非洲菊組培苗的整株干質(zhì)量均低于CK，與周君等[28]的研究結(jié)果存在差異，可能是由于植物品種及光照環(huán)境存在差異所致。

光合作用是植物生長發(fā)育的基礎(chǔ)，葉片是光合作用的主要場所之一，葉綠素含量的多少與光合速率密切相關(guān)[28，30]。前人研究表明，反光膜處理可提高葉片的葉綠素含量和氣孔導(dǎo)度，進(jìn)而增強(qiáng)其光合效率[30]。魏星等[34]研究發(fā)現(xiàn)，反光處理可有效提高菊花組培苗的葉幅，從而增加其有效光合作用面積。王立如等[32]發(fā)現(xiàn)，反光膜的應(yīng)用可提高巨峰葡萄葉綠素含量及水分利用率。本研究發(fā)現(xiàn)，處理1、5、8 的氣孔大小和氣孔面積均優(yōu)于CK，且其葉綠素a 含量、葉綠素總含量也均高于CK，該結(jié)果與王立如等[32]的鋪設(shè)反光膜可顯著提高葡萄葉片葉綠素含量和光合速率的研究結(jié)果一致。而處理4則對非洲菊氣孔密度、葉綠素a 含量及葉綠素總含量等相關(guān)指標(biāo)的促進(jìn)效果較佳?？梢?，不同反光及照光方式對非洲菊光合效率及初生、次生代謝產(chǎn)物的積累具有復(fù)雜的調(diào)控作用。

綜上所述，LED 不同反光及照光方式處理對非洲菊有效光能利用率及其生長發(fā)育的影響存在顯著的差異。其中，處理4可有效促進(jìn)其氣孔密度、氣孔大小、氣孔面積、葉綠素含量等光合相關(guān)指標(biāo)的提高，說明處理4 為更有利于其光合作用和地上部生長發(fā)育的照光方式；處理1可顯著促進(jìn)其根長、根系活力、地下部干物率及總干物率的提升，說明處理1 為更利于其根系生長和干物質(zhì)積累的照光方式。LED 反光及照光處理對非洲菊組培苗生長的影響并非某一單因素或多因素的簡單疊加效應(yīng)，其調(diào)控機(jī)制相對復(fù)雜，其具體作用機(jī)制有待進(jìn)一步研究探討。