高山杜鹃叶片再生和试管苗生长对不同LED光质的响应特征

刘晓青， 苏家乐， 陈尚平， 李 畅， 项立平， 何丽斯

(江苏省农业科学院园艺研究所，江苏 南京 210014)

高山杜鹃是杜鹃花科杜鹃花属中常绿阔叶类杜鹃以及其杂交后代的总称［1］，其花序硕大、花团锦簇、花瓣晶莹剔透、叶色四季常青，具有较高的观赏价值和经济价值，深受人们的喜爱，是高档的年宵花卉和园林绿化植物，具有广阔的市场开发前景［2］。由于高山杜鹃枝粗叶少，扦插生根十分困难，为满足高山杜鹃与日俱增的市场需求量，组织培养作为高山杜鹃优良品种高效繁殖的重要手段越来越受到重视［3］。光源是组织培养中最重要的实验因子之一，为植物光合作用提供辐射能，还为植物提供信号调节。新型LED(Light emitting diodes)光源具有波长具体、波普宽度小、光谱性能好、光效高、寿命较长、节能等一系列传统电光源技术无法比拟的优势，逐渐成为植物组织培养研究的重要光源之一［4］。目前，国内外已有部分研究将LED光源应用到组织培养上［5-7］，但LED光源对高山杜鹃叶片再生的研究未见报道。本研究采用LED光源发射的单色光谱红光(630 nm)和蓝光(445 nm)，进行不同光质配比组合，研究高山杜鹃叶片再生及试管苗生长对不同LED光质组合的响应特征，以期为新型LED光源在组织培养中的应用和推广提供技术依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料为高山杜鹃品种粉金蝶(Rhododendron hybrids‘Cosmopolitan’)的组织培养无菌苗。

1.2 培养基

叶片再生培养基:WPM+1.0 mg/L噻苯隆 +0.5 mg/L吲哚丁酸+30.0 g/L蔗糖。

生根培养基［3］:1/2 WPM+0.25 mg/L 萘乙酸+0.25 mg/L吲哚丁酸+15.00 g/L蔗糖。

以上培养基在调pH值为5.2～5.7后，添加琼脂6 g/L，经高压灭菌锅121℃灭菌20 min。

1.3 试验方法

将无菌苗从培养瓶中取出，并在超净工作台上将其叶片切成0.5 cm×0.5 cm的小块，以叶片远轴面接触培养基的方式将其接种到叶片再生培养基上，先经过14 d的黑暗培养，然后分别置于不同的光质(表1)处理下培养45 d后统计相关指标，每种光质下处理50块叶片。

表1 不同LED光质的主要技术参数Table 1 Major technical parameters of different LED light treatments

待各种光质处理下形成的不定芽生长至0.5～1.0 cm时，选取生长健壮的不定芽并在超净工作台上将其切下，接种到生根培养基中，置于原光质下培养45 d后统计相关指标，每种光质下处理50株不定芽。

培养室温度为(23±2)℃，1 d光照时间为12 h，光照度为 50 μmol/(m2·s)。

1.4 指标测定及数据分析

在再生培养基中结束培养后，统计不定芽再生率、再生芽数;在生根培养基中结束培养后统计植株的生根率、株高、叶片数、茎粗、叶长、叶宽、干质量、鲜质量、生根率、叶片色素含量和根系活力［8］等指标，其中叶长和叶宽是统计植株倒5叶的长和宽。

数据分析和制图采用Excel 2003和SPSS 13.0分析软件进行，同类型数据显著性差异运用Duncan’s检验法进行多重比较。

2 结果

2.1 不同LED光质配比对高山杜鹃叶片再生的影响

不同LED光质配比处理的高山杜鹃叶片不定芽再生情况(表2)显示，红蓝光组合(3∶1)处理的高山杜鹃叶片不定芽再生效果最好，其叶片不定芽再生率比荧光灯处理(对照)的高出9.1个百分点(P＜0.05)，平均再生芽数比对照多3.9个(P＜0.05)。100%蓝光处理下高山杜鹃叶片不定芽再生效果最差。红蓝光组合(3∶1、2∶1和1∶1)处理的高山杜鹃叶片不定芽再生效果均显著好于100%红光和蓝光(P＜0.05)，表明红蓝光组合配比处理对叶片不定芽的分化起促进作用。

表2 不同LED光质配比对高山杜鹃叶片再生不定芽的影响Table 2 Effects of different combinations of red light and blue light on the shoot regeneration from Rhododendron leaf

2.2 不同LED光质配比对高山杜鹃试管苗生长的影响

从表3可以看出，不同LED光质配比对高山杜鹃试管苗的株高、茎粗、叶片数、叶长、叶宽、干质量和鲜质量的影响均存在一定的差异。其中，100%红光处理下植株的株高、叶长和叶宽均显著高于对照，茎粗显著低于对照，说明100%红光处理下植株有一定的徒长现象。100%蓝光处理植株的株高显著低于其他处理，茎粗显著高于其他处理(除了对照)，干质量和鲜质量均较小;红蓝光组合(3∶1、2∶1和1∶1)处理下的植株生长茂盛，株高、叶片数、叶长和叶宽均高于荧光灯对照，且以红蓝光组合(3∶1)的效果好，其株高、叶片数和叶宽均显著高于对照。以上分析表明，红蓝复色光更有利于高山杜鹃试管苗的形态建成、生长发育，尤其以较高的红光比例为好。

表3 不同LED光质配比对高山杜鹃试管苗生长的影响Table 3 Effects of different combinations of red light and blue light on the growth of Rhododendron seedlings in vitro

2.3 不同LED光质配比对高山杜鹃试管苗叶片色素含量的影响

由表4可知，红蓝光组合处理下的试管苗叶片叶绿素a、叶绿素b和叶绿素a+b均显著高于对照;类胡萝卜素含量在各个处理之间差异不显著;100%红光处理下的叶绿素a/b值最高，其次是荧光灯对照，3种红蓝光组合的叶绿素a/b值均显著低于100%红光处理和荧光灯对照。

表4 不同LED光质配比对高山杜鹃试管苗叶片色素含量的影响Table 4 Effects of different combinations of red light and blue light on the pigment contents of Rhododendron seedlings in vitro

2.4 不同LED光质配比对高山杜鹃试管苗根系生长的影响

图1是不同LED光质配比对高山杜鹃试管苗生根率和根系活力的影响。结果显示，100%红光处理下试管苗生根率最高，为100%，但其根系活力最低;而100%蓝光处理下试管苗生根率显著低于其他处理，比对照少20.7个百分点，但其根系活力最强。3种红蓝光组合处理下的生根率和根系活力与荧光灯对照均无显著差异，这表明红蓝复色光对试管苗根系生长无不良影响。由此可以看出，对于生根比较困难的试管苗，在前期可以用红光进行生根诱导，而在后期适当的添加蓝光能增加根系活力。

图1 不同LED光质配比对高山杜鹃试管苗生根率(A)和根系活力(B)的影响Fig.1 Effects of different combinations of red light and blue light on the rooting rate and root vigor of Rhododendron seedlings in vitro

3 讨论

光质是影响试管苗生长发育的关键环境因素之一，对植株的形态建成、生理代谢、信号转导等都有着重要的调节作用。在植物体内的色素中主要有2种色素(光敏色素和隐花色素)在调节植物对光的反应中起着关键性的作用，这2种色素分别对610～700 nm红光和425～490 nm蓝光有较强的吸收作用［6］。因此，LED红光、LED蓝光及其不同配比的组合光质成为目前组织培养中新型光源的研究热点［9-11］。秦永华等［12］研究了不同有色膜对草莓叶片再生的影响，认为绿膜和红膜对不定芽再生有明显的促进作用，而蓝膜和黄膜则不利于芽的分化;周厚成等［13］等研究结果表明，红膜、绿膜、黄膜均能显著提高草莓叶片再生率，而蓝膜对再生率无影响。本试验结果显示，与荧光灯对照相比，单色红光或蓝光对高山杜鹃叶片不定芽再生率均有显著的抑制作用，而红蓝光组合配比更利于高山杜鹃叶片不定芽的形成，这可能是因为红蓝光结合更有利于光合色素对光的响应，从而更好的调节激素水平而影响不定芽的分化。

本研究结果表明，单色红光处理下的高山杜鹃试管苗植株细高、叶片较细长，有一定的徒长现象;单色蓝色处理下的植株茎干较粗，株高最矮，叶片数目最少;而较高比例的红蓝复色光组合(3∶1)处理下，植株形态较正常，且植株的干质量和鲜质量均比对照高，这与Poudel等［14］报道的红光和蓝光组合处理后试管苗生长健壮等结果一致，相似的结果也出现在冬青［15］、番茄［16］、油菜［17］的研究中。

叶绿素含量是光合能力的重要指标，类胡萝卜素保护叶绿素免受光氧化，增强其抗光抑制能力［18］。在本研究中，红蓝光组合处理下的高山杜鹃试管苗叶片叶绿素含量显著高于对照，这表明LED复色光不仅不会对高山杜鹃试管苗植株色素的形成、叶绿素的发育等造成影响，反而对色素的合成有一定的促进作用，这与邸秀茹等［19］在菊花的研究中发现单色蓝光处理下叶绿素含量最高的结果不一致，而与戴艳娇等［20］在蝴蝶兰中的研究结果相一致，这可能的原因是红光促进植株叶片的生长但降低了叶绿素的含量，而红蓝光组合与光敏色素和隐花色素的交互作用更利于植物对光的响应［21］。

植物根系是最主要的吸收器官和合成器官之一，其活力的强弱与植株地上部分的生长和发育密切相关。蒲高斌等［22］在番茄的研究中发现蓝光处理下植株根系活力高，植株健壮。本研究发现，高山杜鹃试管苗在蓝光处理下根系活力高，但植株的生根率较低，而红光处理下植株生根率较高，但根系活力弱，这说明蓝光在提高植株根系活力的同时抑制试管苗生根，而红光对试管苗生根诱导有一定的促进作用［5，23］。因此，对于组织培养生根比较困难的高山杜鹃，可以在生根培养前期适当的增加红光以诱导根系形成，而在后期适当的增加蓝光的比例，以促进根系的健壮生长，提高根系活力［15］。

复合LED光质对试管苗生长的效果优于荧光灯光质，其能效是荧光灯的3～9倍，且寿命长，突显了LED用于植物组培和工厂化快繁育苗产业的高能效特征，是替代荧光灯的理想光源［15］。本研究试验结果与大部分研究者的结论类似或一致，这证明了LED光质对植株的形态建成和生长发育有着重要的影响，并通过研究高山杜鹃组织培养中叶片再生和试管苗生长对不同光质配比组合的响应特点，为组织培养上利用LED光源提供理论依据和技术参数。

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