LED光源不同光质比例对红掌试管苗生长的影响

陈 颖，王 政，纪思羽，何松林*，夏玉玲

(1.河南农业大学 林学院，河南 郑州 450002;2.河南石油勘探局，河南 南阳 474780)

红掌(Anthurium andraeanum)又名花烛、安祖花，属天南星科花烛属多年生常绿草本植物，观叶观花俱佳，是近几年国内外十分流行的花卉之一［1］。由于常规分株、播种繁殖效率偏低，难以扩大红掌生产规模，采用组织培养工厂化育苗提供红掌种苗是满足市场需要的最佳手段，进一步研究组织培养环境调控因素对促进植物试管苗的生长发育意义重大。

光是植物生长发育的基本因素之一，光质对植物的生长、形态建成、光合作用、物质代谢均有调控作用［2］。传统植物设施栽培中使用的光源一般是荧光灯、金属卤化物灯，这些光源是依据人眼对光的适应性所选择的，其光谱有很多不必要的波长，对植物生长的促进作用少［3］。植物在波长为610～720 nm的红橙光及波长为400～510 nm的蓝紫光下呈现吸收高峰。因此，近年来研究不同光质及其比例对试管苗生长的影响成为学者们争相研究的热点。LED(light emitting diode)又称发光二级管，具有体积小、质量轻、寿命长等优点，在植物组织培养中的应用正日益扩大并呈现良好的发展前景［4］。目前国内外已有学者研究了LED光质比例对蝴蝶兰［5］、菊花［6］等试管苗生长的影响，而对红掌试管苗生长和生理特性的研究尚未见报道。本试验以红掌试管苗为材料，研究LED不同光质比例对其形态和生理特性的影响，探讨了适宜红掌试管苗生长的最佳光质比例，以期为高品质红掌试管苗的商业化生产提供技术参考，进一步为植物组织培养专用LED光源的研发提供数据支持和理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

本试验供试材料为红掌品种“骄阳”，选取生长健壮的红掌品种苗，采用刚展开的幼嫩叶片作为外植体，经消毒后诱导愈伤组织，由此诱导丛生芽，进而增殖培养，最后进行壮苗生根培养。试管苗按下述方法培养成试验用苗:

(1)以100mL三角瓶为培养容器，将购买的组培苗接种于1/2 MS+0.2 mg/L 6－BA+30 g/L蔗糖+7 g/L琼脂(pH=5.8)的固体培养基上，在常规培养条件温度(24±1)℃，光照强度36 μmol/(m2·s)，光照时间12 h/d下壮苗培养。

(2)试管苗经2个月左右培养后(苗高约2 cm)，选取生长状况及规格一致的试管苗作为供试材料。

1.2 培养方法及培养条件

以100mL三角瓶为培养容器，将供试试管苗在无菌条件下接种于1/2 MS+0.5 mg/L 6－BA+0.2 mg/L BA+30 g/L蔗糖 +7 g/L琼脂(pH=5.8)的固体培养基上，每瓶接种5株试管苗，每个处理接种30瓶。预培养1周后分别在100%R、80%R+20%B、70%R+30%B、50%R+50%B、100%B 5种不同光质的光照系统中培养，此系统由河南农业大学自主设计［7］，并与普通荧光灯(PGFL)作为对照，培养90 d后统计结果。

1.3 指标测定及统计分析

培养90 d后测定相关形态指标及生理指标:

(1)形态指标:株高、叶数、最大叶长(自上而下第三片叶)，最大根长、总鲜质量、地上部鲜质量、地下部鲜质量，测干质量时，先将其放入105℃的烘箱内杀青30min，之后在60℃条件下恒温干燥48 h后测定总干质量、地上部干质量、地下部干质量，然后计算干物率，公式为:

(2)叶绿素含量的测定:采用无水乙醇和丙酮混合液提取法［8］。

(3)根系活力的测定方法:采用李合生［9］TTC测定法测定根系活力。

(4)可溶性糖含量测定:采用李合生［9］苯酚法测定。

所有数据处理，均采用采用邓肯氏新复极差测验法(SSR法)测验其差异显著性，显著水平P≤0.05。数据统计采用DPS软件3.01版和Excel 2003进行数据处理。

2 结果与分析

2.1 不同光质比对红掌试管苗形态的影响

经过90 d培养后，LED不同光质比对红掌试管苗形态的影响如表1所示。红掌试管苗株高在70%R+30%B处理下达到最大值58.51mm，与对照组差异显著;最小株高出现在100%B处理中，与对照组差异不明显;叶数在80%R+20%B处理下达到最大值，其次为70%R+30%B处理下，且与其它光质处理差异不明显;叶长在光质比为50%R+50%B时达到最大值20.74mm，与对照处理和100%B处理间有显著性差异，但与其它处理间差异不显著，且随着蓝光比例的增大，叶长出现逐渐减小的趋势;50%R+50%B处理的叶幅最大，且与其他处理间存在显著性差异，最小值出现在对照组处理中;根数的最大值出现在80%R+20%B处理中，且与70%R+30%B，50%R+50%B两个处理差异不显著，根数的最小值出现在100%R处理中，且100%R，100%B两个处理差异不显著;根长的最大值出现在80%R+20%B处理中，随着红光比例的增大，出现逐渐增加的趋势，且与其它光质处理间无显著性差异。

表1 LED光源不同光质比例对红掌试管苗形态的影响Tab.1 Effects of different light quality ratios of LED on the morphology of Anthurium andraeanum test-tube plantlets

2.2 不同光质比对红掌试管苗鲜质量、干质量及干物率的影响

如表2所示，红掌试管苗的总鲜质量、地上部鲜质量、根部鲜质量均在70%R+30%B处理中达到最大值，80%R+20%处理下次之，且在红蓝光比例一定的处理下，鲜质量明显优于对照，最小值均出现在100%B处理中，与其它光质处理差异显著;在干质量方面:总干质量、地上部干质量、根部干质量的最大值同样出现在70%R+30%B处理中，最小值出现在100%B处理中，且与其它处理间存在显著差异。

表2 LED光源不同光质比例对白掌试管苗鲜质量、干质量的影响Tab.2 Effects of different light quality ratios of LED on the fresh weight，dry weight of Anthurium andraeanum test-tube plantlets

如图1所示，在干物率方面:随着蓝光比例的增大，总干物率、地上部干物率、根部干物率整体均呈现出逐渐上升的趋势，在100%B处理下达到最大值，分别为10.40%、9.73%和11.72%。

2.3 不同光质比对红掌试管苗叶绿素含量的影响

由图2可知，叶绿素a、叶绿素a+b、叶绿素a/b均在50%R+50%B处理下达到最大值，分别为1.64，2.19，2.97，叶绿素b最小值出现在100%B处理下。在一定红蓝光配比的处理下叶绿素含量达到最大，且随着红光比例的增大，叶绿素a/b呈下降趋势。

图1 LED光源不同光质比例对红掌试管苗干物率的影响Fig.1 Effects of different light quality ratios of LED on the dry matter ratio of Anthurium andraeanum test-tube plantlets

图2 LED光源不同光质比例对红掌试管苗叶绿素含量的影响Fig.2 Effects of different light quality ratios of LED on the chlorophyll content of Anthuriumandraeanum test-tube plantlets

2.4 不同光质比对红掌试管苗根系活力的影响

如图3所示，LED光源下五种光质比例及荧光灯条件下红掌试管苗的根系活力最大值出现在70%R+30%B处理中，其次是80%R+20%B处理，与其他处理有显著性差异;其中100%R、100%B处理下的根系活力均明显低于对照。

图3 LED光源不同光质比例对红掌试管苗根系活力的影响Fig.3 Effects of different light quality ratios of LED on the root activity of Anthurium andraeanum test-tube plantlets

2.5 不同光质比对红掌试管苗可溶性糖的影响

由图4可以看出，红掌试管苗在80%R+20%B处理下可溶性糖含量达到最大，100%R处理下次之，最小值出现在100%B处理中，随着红光比例的增大，可溶性糖含量呈增加趋势趋。

图4 LED光源不同光质比例对红掌试管苗可溶性糖含量的影响Fig.4 Effects of different light quality ratios of LED on the soluble sugar content of Anthurium andraeanum test-tube plantlets

3 结论与讨论

本研究使用自行开发的、光质比例可调的LED光源进行红掌试管苗培养，比较LED不同光质比例对红掌试管苗生长的影响。结果表明:红掌试管苗的株高、叶数、总鲜质量、地上部鲜质量、地下部鲜质量、总干质量、地上部干质量、地下部干质量，最大值均出现在70%R+30%B处理中，都显著高于对照，这与张婕［6］、王婷［10］等、唐大为［11］等以菊花、不结球白菜及黄瓜幼苗为材料研究的结果一致。在80%R+20%处理中根长的值最大，且随红光比例的减少呈下降趋势，表明红光有利于植物根的伸长生长，促进植株形态建成，蓝光抑制茎的伸长，处理下的植株矮小。叶长、叶幅都在50%R+50%B处理下达到最大值，与对照组差异显著，说明LED照射可使叶片伸长，以吸收更多的光能从而进行光合作用，合成并储存光合产物，魏星［12］以菊花为材料的研究结果验证了这一点:LED处理的组培苗叶片数、叶长、叶幅均高于对照。50%R+50%B光质处理下并不是所有指标的值都最大，但其与最大值之间不存在显著差异，结果表明50%R+50%B光质处理最有利于红掌试管苗的形态生长。总体而言，一定光质比例的红蓝光处理有助于促进红掌试管苗的生长，单一的红蓝光处理下的试管苗长势较弱。

叶绿素含量体现了植物对光能的利用和调节能力，光质不仅影响植株的光形态建成，同时也调控光合色素的合成，这是因为不同光合色素吸收的光谱不同［13］。本实验中，不同光质比例对红掌叶片中叶绿素含量的影响不同，叶绿素a、叶绿素a+b、叶绿素a/b最大值均出现在50%R+50%B处理中，随着蓝光比值的增大，叶绿素a+b呈现逐渐下降趋势，叶绿素a/b呈现逐渐上升趋势，与对照差异显著，100%B处理下的叶绿素b，叶绿素a+b最低，这与刘晓英［14］等、徐凯［15］等、陈强［16］的研究结果一致，红光有助于提高叶片中叶绿素含量，相对而言蓝光下叶片中叶绿素含量较低，但蓝光处理升高了叶绿素a/b比值。结果表明:叶绿素a/b与R/B比值呈负相关。

在本研究中，试管苗根系活力最大值出现在70%R+30%B处理中，一定红蓝光配比下的根系活力明显高于单一的红蓝光处理及对照，而100%B处理下的根系活力最低，显著低于对照，说明蓝光处理不利于试管苗根系生长。这与王婷［10］、唐大为［11］以不结球白菜、黄瓜为实验材料研究的结果一致。

红掌可溶性糖含量在80%R+20%B处理中达到最大值，这与邸秀茹［17］的研究结果一致:红光照射的叶片中可溶性糖含量较高，高R/B配比光照射的叶片中可溶性糖含量最高。由此表明，红光有利于叶片中可溶性糖的积累，如果补充一定量的蓝光则更有利。说明红光对干物质积累有重要的调控作用。

本研究中，通过各项指标相关分析表明，LED不同比例光质的使用对促进红掌试管苗的生长效果明显，且显著优于对照。红蓝组合光处理的红掌试管苗较单一红蓝光有明显优势，在50%R+50%B处理下最有利于红掌试管苗的形态生长，叶绿素a、叶绿素a+b、叶绿素a/b最大值均出现在50%R+50%B处理中，且此处理下根系活力、可溶性糖含量显著高于对照，是适宜红掌试管苗生长的最佳红蓝光配比。研究LED不同光质比例对其形态和生理特性的影响，以期为提高红掌试管苗品质提供理论指导。

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