不同光源处理对非洲菊组培苗生长的影响

王 政，张丹丹，刘艳楠，尚文倩，贺 丹，何松林

(河南农业大学 林学院，河南 郑州 450002)

不同光源处理对非洲菊组培苗生长的影响

王 政，张丹丹，刘艳楠，尚文倩，贺 丹，何松林*

(河南农业大学 林学院，河南 郑州 450002)

以非洲菊瑞扣为材料，普通荧光灯为对照，研究发光二极管(LED)和冷阴极荧光灯(CCFL)处理对其组培苗生长的影响。结果表明：在红光/蓝光=7/3(光质比)的情况下，LED光源处理下，组培苗地下部、整株鲜质量，叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素含量，可溶性蛋白含量及根系活力均高于其他处理；LED和CCFL光源处理下，组培苗叶长显著高于对照；在根长方面，CCFL光源处理下出现最大值，LED次之，均显著高于对照；LED和对照处理下，根数、地上部鲜质量、地下部干质量均显著高于CCFL处理；CCFL处理下，叶片下表皮气孔面积显著大于其他处理，在气孔密度方面，LED处理略显优势。综合比较，LED光源是用于非洲菊组织培养的最佳光源。

发光二极管； 冷阴极荧光灯； 非洲菊； 组培苗； 组织培养

光是植物生长发育必需的环境因素之一，对植物组培苗的生长发育、形态建成及生理代谢等均具有很大的影响[1]。植物生长所需的光合有效辐射(PAR)在波长400～700 nm，因为红光和蓝光组合光谱与叶绿素的吸收光谱一致，在蓝光区(425～490 nm)和红光区(610～700 nm)植物的光合效率最高[2-3]。在传统组织培养中，使用最广泛的光源有高压钠灯、普通荧光灯和金属卤化物灯，其光源主要集中在蓝紫光范围(450～580 nm)，在红光区域较低，难以有效促进植物生长[4]；并且这些传统光源普遍存在能耗高、寿命短及发热量大等缺点，大大增加了组培苗工厂化生产的成本[5]；同时由于传统光源发热量大的缘故，传统组培架的空间利用率低，单位面积产量严重受到影响。因此，开发新型高效节能光源是组织培养规模化生产研究的热点。

发光二极管(LED)具有安全性高、质量体积小、寿命长、能耗低、发热少，以及光谱波长与植物所需光谱范围相吻合等优点，便于实施近距离照射，进而实现高效能、低热负荷和紧凑空间的集约化植物生产,被认为是替代荧光灯用于植物组织培养、工厂化快繁育苗和航天生态生保系统的新一代节能环保型光源[6-8]。目前LED在植物组织培养上的应用已引起国内外学者的关注[9]，大量研究表明，LED光源可成功用于大花蕙兰[10-11]、蝴蝶兰[11]、菊花[12-13]、马蹄莲[14]、白掌[15]、朵丽蝶兰[16]、牡丹[17]、葡萄[18-19]、草莓[20]等植物组织培养。冷阴极荧光灯(CCFL)，因其独特的优势于2009年被Tanaka等[21]首次应用到兰属植物的组织培养上，研究表明CCFL比普通荧光灯具有明显的优势。之后，Ding等[22]、侯甲男等[23]针对CCFL光源对牡丹和铁皮石斛组培苗生长的影响进行探讨，王政等[24]对不同比例光质CCFL培养后非洲菊组培苗移栽生长情况进行研究，均表示在组织培养中采用CCFL提供照明，不仅能够调控组培苗的生长发育和形态建成，而且能够大大减少能耗，降低成本。

非洲菊，作为五大切花之一，广受人们的喜爱，具有很高的经济价值。筛选出高效节能光源对促进非洲菊组培苗工厂化、规模化生产具有重要意义。因此，采用自主开发的LED和CCFL 2种照光装置，探讨相同条件下LED和CCFL对非洲菊组培苗生长发育及生理特性的影响，以期确定适宜于非洲菊组培苗生长的最佳光源，为提高非洲菊商品质量，进一步降低生产成本，实现非洲菊工业化、规模化生产提供理论依据和技术支持，也为其他植物组织培养中光源的选择提供参考。

1 材料和方法

1.1 材料

非洲菊瑞扣组培苗(苗高约1.5 cm)，购自德州世纪风园艺科技创新有限公司。将其接入MS+0.1 mg/L 6-BA+0.1 mg/L KT+30 g/L 蔗糖的固体培养基上(pH值5.8)，培养条件：光照强度2 000 lx，温度(24±1)℃，光照时间12 h/d。壮苗培养20 d左右，选取生长状况及规格一致的组培苗(展叶3片，苗高约2.5 cm)，切去根后作为供试材料。

1.2 培养方法

无菌条件下，将挑选出的组培苗均匀接入1/2 MS+0.5 mg/L IBA+0.5 mg/L IAA+30 g/L 蔗糖+7 g/L 琼脂的固体培养基上(pH值5.8)，然后将其放于河南农业大学林学院园林植物生物技术实验室自行研制的高效节能LED、CCFL照光系统培养架上，光质均设定为红光/蓝光=7/3，以传统荧光灯组培架作为对照。每个处理接种30株苗，重复3次。培养条件统一为：光照时数16 h/d(8:00—24:00)，培养温度(24±1)℃。

1.3 指标的测定

培养30 d后测定相关形态指标及生理指标。

1.3.1 形态指标 每个处理随机取20株，测定株高，叶数、叶长、叶幅(组培苗自上而下的第 3片叶)，根数、最大根长，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。分别计算各处理的总干物率、地上部干物率、地下部干物率。

总干物率=总干质量/总鲜质量×100%

地上部干物率=地上部干质量/地上部鲜质量×100%

根部干物率=根部干质量/根部鲜质量×100%。

1.3.2 生理指标 叶片下表皮气孔观察采用Dami等[25]描述的指甲油印模法。叶绿素含量的测定采用无水乙醇和丙酮混合液提取法[26]。可溶性蛋白含量测定采用考马斯亮蓝法[27]。根系活力的测定采用李合生的TTC测定法[28]。

1.4 数据处理

采用DPS 3.01和Excel 2007进行数据处理，邓肯氏新复极差测验法(SSR法)测验其差异显著性，显著水平为P<0.05。

2 结果与分析

2.1 不同光源处理对非洲菊组培苗形态的影响

经过30 d的培养后，不同光源处理下非洲菊组培苗生长状况见表1。LED和CCFL光源处理下，组培苗叶长显著高于对照(荧光灯)处理；LED和对照处理下，组培苗根数显著多于CCFL处理；在根长方面，CCFL光源处理下出现最大值(27.35 mm)，LED次之，均显著优于对照处理；3种光源处理对非洲菊组培苗株高、叶数、叶幅影响不大，处理间差异不显著。

表1 不同光源处理对非洲菊组培苗形态的影响

注：同列数据后标不同小写字母者表示差异显著(P<0.05)，下表同。

2.2 不同光源处理对非洲菊组培苗鲜质量、干质量及干物率的影响

不同光源处理对非洲菊组培苗鲜质量、干质量及干物率的影响如表2和图1所示，LED处理下非洲菊组培苗地下部鲜质量和整株鲜质量均显著大于其他处理，地上部分鲜质量与对照组无显著差异，显著大于CCFL处理；对照处理下非洲菊组培苗地上部干质量和整株干质量均显著大于其他处理，LED处理次之，地下部分干质量对照组与LED处理无显著差异，显著大于CCFL处理；对照处理下非洲菊组培苗的干物率整体优于LED和CCFL处理。

表2 不同光源处理对非洲菊组培苗鲜质量、干质量的影响 mg/g

同一指标不同小写字母表示差异显著(P<0.05),下同

2.3 不同光源处理对非洲菊组培苗叶片下表皮气孔的影响

不同光源处理对非洲菊组培苗叶片下表皮气孔的影响如表3所示， CCFL光源处理下，组培苗叶片下表皮气孔的长(L)、宽(W)及面积显著优于其他处理；在气孔密度方面，LED处理略显优势，但差异不显著。

表3 不同光源处理对非洲菊组培苗叶片下表皮气孔的影响

2.4 不同光源处理对非洲菊组培苗叶绿素含量的影响

不同光源处理对非洲菊组培苗叶绿素含量的影响如图2所示，LED处理下，非洲菊组培苗叶片中叶绿素a(0.058 1 mg/g)、叶绿素b(0.022 4 mg/g)和总叶绿素(0.080 5 mg/g)含量显著高于其他处理，CCFL处理次之，对照荧光灯处理最低。

图2 不同光源处理对非洲菊组培苗叶绿素含量的影响

2.5 不同光源处理对非洲菊组培苗可溶性蛋白含量的影响

不同光源处理对非洲菊组培苗可溶性蛋白含量的影响如图3所示，LED光源处理下非洲菊组培苗叶片中可溶性蛋白含量最高，达到39.16 mg/g，比CK高出30%，而CCFL处理下可溶性蛋白含量最低，只有13.73 mg/g。

图3 不同光源处理对非洲菊组培苗可溶性蛋白含量的影响

2.6 不同光源处理对非洲菊组培苗根系活力的影响

不同光源处理对非洲菊组培苗根系活力的影响如图4所示，LED光源处理下非洲菊组培苗的根系活力最高，达到3 226.92 ng/(g·h)，比CK高出83%，而CCFL光源处理下根系活力最低，为325.11 ng/(g·h)。

图4 不同光源处理对非洲菊组培苗根系活力的影响

3 结论与讨论

近年来，在市场需求的驱动下，非洲菊的组织培养技术发展迅速，目前，可用多种外植体(茎尖、嫩叶、花托等)诱导分化出完整植株，方法也日益简便[29]。据统计，在植物组织培养中，光照用电约占整个电费成本的65%，是较高的非人力成本之一[5]，本研究利用实验室自行开发的红光/蓝光=7/3的LED和CCFL光源，探讨了LED、CCFL和普通荧光灯对非洲菊组培苗生长发育及生理特性的影响，为非洲菊组织培养筛选合适的节能光源，减少成本，促进发展。

研究结果表明，红光/蓝光=7/3的LED和CCFL光源处理下，组培苗叶长优于对照(荧光灯)处理，在根长方面，CCFL光源处理下出现最大值，LED次之，均显著优于对照处理，表明LED和CCFL光源处理有利于组培苗叶片和根的伸长，这与陈星星等[30-31]对白掌组培苗的研究结果一致。叶绿素是植物进行光合作用的重要物质基础，其含量直接影响植物光合能力[2]。陈祥伟等[32]利用LED调制光源，研究了红光、蓝光、红光/蓝光(3/1)、红光/蓝光(7/1)、白光/红光/蓝光(3/2/1)5个处理对乌塌菜光合特性及品质的影响，结果表明叶绿素含量以红/蓝(7/1)处理最高，且叶绿素总量与红/蓝光比值呈正相关。本研究中，红光/蓝光=7/3的LED和CCFL光源处理下，非洲菊组培苗叶绿素含量均显著大于荧光灯对照组，这与唐大为等[33]对黄瓜幼苗、Ding等[22]对牡丹的研究一致。此外，本试验结果还表明，LED光源与CCFL光源相比，叶绿素含量有显著提高，表明LED相比CCFL更有利于非洲菊组培苗叶绿素的合成与积累。可溶性蛋白作为多种酶的组成成分，在植物生理过程中发挥着重要作用，其含量的增加标志着植物体旺盛的生命活动，杨红飞等[34]研究表明LED红蓝复合光最有利于洋桔梗组培苗中可溶性蛋白含量的增加，在本研究中，红光/蓝光=7/3的LED光源处理下可溶性蛋白的合成与积累明显高于普通荧光灯处理，进一步证明了LED红蓝复合光对植物中可溶性蛋白形成的作用。邸秀茹等[12]研究表明LED红光和蓝光组合处理的组培苗根系活力明显高于白光处理，尤以高红/蓝配比光处理的组培苗生长健壮，移栽成活率最高，这一点与本研究结果一致，红光/蓝光=7/3的LED光源处理下的非洲菊组培苗根系活力远远大于荧光灯对照组。通过各项指标及相关分析表明，LED光源处理最有利于非洲菊组培苗的生长发育，综合考虑得出LED光源是实现非洲菊组培苗工厂化生产的最佳光源。

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Effects of Different Light Sources on the Growth of Gerbera jamesonii Plantlets in vitro

WANG Zheng，ZHANG Dandan，LIU Yannan，SHANG Wenqian,HE Dan,HE Songlin*

(College of Forestry,Henan Agricultural University,Zhengzhou 450002,China)

The plantlets ofGerberajamesoniivar.‘Ruikou’invitrowere used as experimental materials to examine the effects of different light sources on their growths.Two different light sources were designed with light emitting diodes(LED) and cold cathode fluorescent lamps(CCFL),compared to the treatment of white fluorescent light(CK).The results showed that the indices of plantletsinvitrounder the LED light source treatment were all significantly higher than other treatments,including the fresh weight of total plant and root,the content of chlorophyll a,b,total chlorophyll and soluble protein,and the root activity.The length of leaf under LED and CCFL treatments was better than that of CK treatment.The length of root under CCFL treatment was longest,and then was LED treatment.The number of root,the fresh weight of shoot and the dry weight of root under LED and CK treatments were significantly higher than that of CCFL treatment.The stomatal area of leaf epidermis under CCFL treatment was greatest.The stomatal density under LED treatment was slightly higher than other treatments.Therefore,the LED light source was the best forGerberajamesoniitissue culture.

LED； CCFL；Gerberajamesonii; plantletsinvitro; tissue culture

2016-03-07

国家自然科学基金项目(31272189，31400596)；河南省教育厅基金资助项目(2014A220003)

王 政(1980-)，男，河南南阳人，讲师，博士，主要从事园林植物生物技术研究。E-mail:wzhengt@163.com

*通讯作者：何松林(1963-)，男，河南淮阳人，教授，主要从事园林植物生物技术研究。E-mail:hsl213@163.com

S682.1+1

A

1004-3268(2016)07-0096-05