LED不同光质对兰花‘霞光’组培苗生长及生理特性的影响

李夏媛 王玉英 苏畅 茅云枫 李枝林

摘 要 以兰花‘霞光组培苗为试验材料，采用LED光源发射的单色光谱红光（R）、蓝光（B）、绿光（G）和白光（W）等不同光质的配比组合光对组培苗进行处理，以荧光灯为对照（CK），研究不同光质对兰花‘霞光组培苗生长和生理特性的影响。结果表明：（1）与CK相比，红蓝绿复合光（RBG）、单色红光（R）和红蓝复合光（1RB）对组培苗的株高、叶长、叶数、根长、根数等有影响，但与对照差异并不显著；1RB处理下植株的干重显著高于CK。（2）与CK相比，在白光光源（W）下，植株的可溶性蛋白含量最高，但与对照差异并不显著；在不同光质处理下，可溶性糖含量差异不显著。（3）红蓝白复合光（RBW）处理下，‘霞光组培苗叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素的含量最高，显著高于其他处理。相比之下，LED红蓝白复合光（RBW）处理下的‘霞光组培苗长势最好，可替代普通荧光灯光源，作为‘霞光组培苗生长的理想光源。

关键词 LED光质 ；兰花‘霞光 ；组织培养 ；生长 ；生理特性

中图分类号 S682.31 文献标识码 A Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2016.05.013

Abstract Effects of light quality on physiological characteristics and growth of Cymbidium‘xiaguangplantlets was studied with the different wave length and ratio of light emitting diodes （LEDs） and contrasting with fluorescent lamp （CK） light. The results showed that Red-Blue-Green （RBG）、Red （R） and 1Red-Blue （1RB） light have effect on height、leaf length、leaf number、root length、number of root compared with the CK light，but the differences are not significant. Compared with the CK light， the soluble protein content was highest，but not significantly than CK light treatments under White （W） light. Cymbidium‘xiaguanghas higher Chlorophyll a、chlorophyll b and carotenoid， and significantly higher than other treatments. In comparison，RBW light has obvious effect on growth and metabolic of tissue of Cymbidium‘xiaguang， so LED light system would be the best light source for production.

Keywords LED light quality ； Cymbidium‘xiaguang； tissue culture ； growth ； physiological characteristics.

光在植物生长过程中起着至关重要的作用，不同的光质组合对植物的生长发育状况有不同的影响[1-2]。植物组培所需要的光主要来源于电光源，传统电光源对植物的生物能效极低并且发热量大，用电占整个电费成本的65%[3]左右，是植物组织培养中最高的非人力成本之一[4]。LED是发光二极管的简称，是半导体二极管的一种，是一种高效、节能的新型组培光源，它的优点之一是可控性好，可以根据不同的需要对光源进行调整，节约能源。因此，在植物组织培养中采用不同的LED光质组合及配比照明，不仅能够调控植物的生长发育和形态建成、缩短培养周期、提高品质，而且能够大大降低能耗，节约成本[5]。

LED在植物组织培养中的应用是在LED技术发展和植物组织培养环境调控的基础上发展起来的[3，6]。在国内外，LED已被应用于许多植物的光合生理研究，如光合作用[7]、叶绿素合成[8]、光形态建成[9]、植物栽培[10]等。目前在虎雪兰[11]、菊花[12]、洋桔梗[13]、烟草[14]、紫皮石斛[15]、白及[16]、金线莲[17]等组培苗上已有相关报道，并且在番茄[18]、鱼腥草[19]、韭菜[20]等幼苗上也有相关报道。兰花‘霞光[21]是由西藏虎头兰‘黄素花（Cymbidium tracyanum L. Castle）（作为母本）和大雪兰（Cymbidium mastersii）（作为父本）杂交选育而成的兰花新品种。有关LED不同光质配比组合对‘霞光组培苗生长及其生理特性的研究尚未见报道。因此，本研究采用LED光源发射的几种单色光谱（红光、蓝光、白光和绿光）进行不同光质配比组合，比较不同光质处理下，‘霞光组培苗生长和生理特性方面的差异，为组培苗的规模化生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

试验材料为‘霞光组培苗，生根培养基配方为1/2 MS+蔗糖30 g/L+花宝4号1 g/L+NAA （0.5～1.0）mg/L+6-BA（0.5～1.0）mg/L，pH 5.8，培养室相对湿度（75±5）%，温度（25±2）℃，在生根阶段培养70 d，测定各项生长以及生理指标。

1.2 方法

1.2.1 试验设计

通过对相关文献进行查阅，本研究拟将荧光灯作为对照，比较LED不同光质处理下的‘霞光组培苗的生长和生理特性，筛选出适宜‘霞光组培苗生长的光源。LED光质控制系统如表1所示，将生根阶段的组培苗预培养7 d，之后将其随机分成8组，每组12瓶，每瓶5株苗，分别置于7种LED光源区和1种荧光区（对照）。调节植株与光源之间的高度，使光强基本一致（800 lx）；光照周期调整为14 h/d，荧光光源为40 W的普通照明灯。各处理区间用1 cm的厚纸壳隔离，尽量使所有处理区瓶苗上表面的光强保持一致。

1.2.2 测定指标与方法

（1）生长指标。待生根阶段培养的兰花‘霞光组培苗在各光质下生长70 d后，分别测量其株高、根长、根数、叶长和叶片数等。株高是从植株基部开始到最长叶片的长度，叶长是叶尖至叶痕处的长度，根长是从根颈直至根尖处的长度，以上指标都用直尺测量。最后，分别称取10 g材料于120 ℃烘箱中杀青20 min，然后将温度调至80℃，并把材料烘干24 h至恒重，用分析天平称重。

（2）生理指标。叶绿素含量采用比色法[22]测定；可溶性蛋白质含量采用考马斯亮蓝法[23]测定；可溶性糖含量采用蒽酮-乙酸乙酯比色法[24]测定。

1.3 数据分析

用Excel 2003进行数据整理，用DPS进行方差分析，用LSD法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同光质对‘霞光组培苗植株生长的影响

不同光质对‘霞光组培苗株高、根长、根数、叶长、叶数及干重等的影响见表2。由表2可以看出，各光质对‘霞光组培苗株高的影响差异都不显著，但对干重的影响差异显著（p< 0.05）。R处理下的根长和根数分别与2RB处理下的根长和RBG、B、W处理下的根数差异显著，但与CK处理均无显著差异。RBG处理下的叶长、叶数值最高，分别为11.82 cm和8.48 片，分别与B处理下的叶长和W处理下的叶数差异显著。株高、根长、根数、叶长、叶数及干重在各LED光质处理区的最高值分别比荧光灯（CK）增加了15.34%、24.28%、46.97%、13.37%、30.46%、25.00%。

2.2 不同光质对‘霞光组培苗叶绿素含量的影响

不同光质处理对‘霞光组培苗叶绿素含量的影响差异显著（表3）。RBW处理的‘霞光组培苗叶绿素a、b及类胡萝卜素的含量最高，分别为0.677、0.448 、0.063 mg/g，而R、1RB、B处理下的叶绿素含量较低，显著低于对照。其中，RBW处理下的叶绿素a、b及类胡萝卜素含量分别比荧光（CK）增加了60.81%、74.31%、36.96%（p<0.05）。

2.3 不同光质对‘霞光组培苗可溶性糖、蛋白含量的影响

由图1-A可以看出，在不同光质处理下，‘霞光组培苗的可溶性糖含量差异不显著，但在RBW处理下，可溶性糖含量最高。

植物组织中可溶性蛋白含量的测定对于了解植物的代谢过程有一定意义。LED不同光质对‘霞光组培苗叶片可溶性蛋白含量有显著影响。如图1-B所示，LED白光光源（W）处理下的组培苗叶片可溶性蛋白含量最高，但与RBG、R、1RB、RBW和CK处理差异不显著，与B和2RB处理差异显著。其中，白光光源（W）处理的‘霞光组培苗叶片可溶性蛋白含量分别较RBW、CK、RBG、R、1RB、B和2RB处理高48.03%、49.43%、68.05%、96.64%、133.17%、153.36%和211.98%。

3 讨论与结论

刘文科等[25]以豌豆为试验材料，研究发现，蓝光与红蓝光对提高豌豆苗地上部分生物量有显著促进作用。刘晓英等[26]用莴苣作试验材料，结果表明，光质能够显著影响叶用莴苣的品质。刘敏玲等[17]以金线莲为材料，结果发现，红光与绿光均有利于金线莲株高的增长，而蓝光有利于植株叶片的增长和叶绿素含量的增加。可见，不同光质对植物的生长发育有显著影响。Moreira 等[27]研究发现，蓝光抑制Azorinavidalii叶片扩大，并降低植株高度。杜洪涛等[28]的研究也发现，蓝光对作物茎的生长有抑制作用。本研究发现，在RBG处理下，组培苗的株高、叶长、叶数值均达到最大，但与CK处理差异不显著。在R处理下，组培苗的根长最长，根数最多；CK处理下的根长较长、根数较多，R和CK处理下的根长、根数差异均不显著。单色蓝光（B）处理下的株高、根数、叶长、叶数虽然与对照处理无显著差异，但在其余各处理中均为最低值，说明蓝光对‘霞光组培苗的生长有一定的抑制作用。

光合色素具有吸收、传递和转换光能的作用，是植物进行光合作用的物质基础，光合色素含量的多少直接影响着光合作用的速率[29]。叶绿素a主要吸收波长为640～660 nm的红橙光，叶绿素b主要吸收波长为430～450 nm的蓝紫光，LED发射的单色红光光谱和蓝光光谱分别与叶绿素a和叶绿素b吸收的光波长相匹配[30]。本研究结果表明，RBW处理下，‘霞光组培苗的叶绿素a、叶绿素b及类胡萝卜素含量最高，显著高于其它光质处理，这与郭莹等[31]的研究结果相一致。王丹等[32]的研究发现，碧玉兰×独占春组培苗在单色红光（R）处理下的叶绿素a、叶绿素b含量最低。但本研究结果发现，在单色蓝光（B）处理下，组培苗叶绿素a、叶绿素b的含量最低，这与其它一些相似植物的试验结果不完全一致，主要原因可能是由于不同种类或品种的植物对不同光质的吸收程度和比例不同，或者是由于不同植物或同一植物在不同发育时期以及长期适应某种生态环境的过程中形成了各自的生理特性；与此同时，植物对光环境改变的反应有明显的再适应和自我调节能力，以防止生长受阻，从而表现出对不同光质反应的复杂性；除此之外，也可能与植物的生长状态（活体与离体）不同有关[12，30]。

可溶性糖是光合作用的直接产物，同时也是植物体内有机物质合成的碳架和能量来源，因此可溶性糖含量的变化反映了该植株营养代谢的状况。石镇源等[11]研究发现，R（红）∶B（蓝）=1∶1处理下的虎雪兰组培苗可溶性糖含量最高。王婷等[33]研究结果表明，R（红）∶B（蓝）∶Y（黄）=7∶2∶1处理显著提高了不结球白菜可溶性糖含量，有利于干物质的积累。王丹等[32]发现，蓝光处理的碧玉兰×独占春组培苗可溶性糖含量显著高于对照，说明蓝光有利于其可溶性糖的积累。本研究发现，在红蓝白复合光（RBW）处理下，‘霞光组培苗的可溶性糖含量最高，最有利于干物质的积累；在单色红光（R）处理下，可溶性糖含量最低，但二者差异不显著。

有很多研究结果显示，蓝光有利于蛋白质含量的积累，如张微慧等[34]研究发现，在不同光质处理下，蓝光最能促进果树中蛋白质含量的积累；唐大为等[35]研究表明，蓝光能促进黄瓜幼苗叶片可溶性蛋白质含量的提高；倪德祥等[36]的研究结果表明，蓝光可显著提高康乃馨中可溶性蛋白质的含量。其中的原因主要有：一是蓝光有促进蛋白质合成的作用[37]；二是蓝光有阻止蛋白质丧失的作用[38]。本研究结果表明，‘霞光组培苗在白光光源（W）下的可溶性蛋白积累量最高；红蓝白复合光（RBW）、红蓝绿复合光（RBG）处理下的可溶性蛋白的含量较高，但二者差异不显著。而单色蓝光（B）处理下的组培苗可溶性蛋白积累量却较低，这与前人的研究结果不相符。可能是由于不同种类植物、不同生长发育阶段、不同组织或器官对同一光质反应不同所引起的，这也体现了光生物学反应的复杂性[39]。

综合比较来看，LED光源有利于兰花‘霞光组培苗的生长及物质的积累，其中RBW处理下综合效果最好，可作为‘霞光组培苗生长的理想光源。随着研究的深入和LED技术的不断发展，LED光源将会替代荧光灯光源，作为植物组培的理想光源。

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