LED不同光质对墨兰×大花蕙兰F1代组培苗生长及生理指标的影响

张宇欢　李夏媛　王玉英　宋莲　陈淑英　李枝林

摘 要 以墨兰‘绿墨素×大花蕙兰‘世界和平F1代组培苗为试材，采用LED光源不同光质配比组合，以普通荧光光源为对照，研究LED光源对组培苗生长及生理指标的影响。结果表明：（1）单色红光（R）处理下株高、叶长、干重达到最高值，与对照组CK相比差异显著，红蓝复合光（2RB）有利于促进生根；（2）2RB处理下总叶绿素、叶绿素a、类胡萝卜素含量均最高，且与其他光源处理下差异显著，红蓝白复合光（RBW）照射下，叶绿素b的含量高于其他处理，单色蓝光（B）处理下，叶绿素a/b比值最高；（3）红蓝复合光（2RB）有利于组培苗可溶性糖合成；LED白光光源（W）处理下游离氨基酸含量最高，差异显著（p<0.05）。说明LED不同光质对组培苗生长影响明显，综合比较各项指标，LED红蓝复合光（2RB）可作为墨兰‘绿墨素×大花蕙兰‘世界和平 F1代组培苗生长的理想光源。

关键词 LED ；墨兰 ；大花蕙兰 ；组织培养 ；生长 ；生理指标

中图分类号 S682.31 文献标识码 A Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2016.09.001

Abstract F1 generation of Cymbidium sinense 'Lvmosu' ×Cymbidium hybridum 'Shijieheping' was used as explant and tissue cultured under different lights of light emitting diodes （LEDs）， with fluorescent lamp as the control to determine the effects of LEDs light qualities on the growth and physiological index of tissue-cultured plantlets. The LEDs lights include red （R）， blue （B） and white （W）. Under the red LEDs ， the tissue cultured plantlets were the highest in physical growth， plant height， leaf length and dry weight， significantly different from others of the control， and the 2RB LEDs promoted rooting of the plantlets. The tissue cultured plantlets under the 2RB LEDs contained the highest total chlorophyll， chlorophyll a and carotenoid content， significantly different from those of other treatments. The plantlets cultured under the RBW LEDs contained higher chlorophyll b than those of other treatments. The chlorophyll a/b was the highest in the plantlets under the B LEDs. The 2RB LEDs promoted soluble sugar synthesis of the plantlets； Under the W LEDs， the free amino acid content was the highest in the plantlets with significant difference（p<0.05）. All these results indicated that different LEDs light quality gave obvious influence on the growth and development of tissue cultured plants， and the 2RB LEDs can be used as an optimal light for tissue culture of F1 generaion of C. sinense 'Lvmosu' ×C. hybridum 'Shijieheping'.

Keywords LED ； Cymbidium sinense ； Cymbidium hybridum ； tissue culture； growth ； physiological indices

光照是地球上各种生物生长发育的能量与信号来源，动植物的形态建成与新陈代谢过程与光照关系密切[1]。它不仅是光合作用的基本能源，而且是植物生长发育的重要调节因子[2]。LED是Light-Emitting Diode的英文缩写，中文名为发光二极管，是一种半导体元件[3]，具有节能、环保、安全、可靠、适合于易变的环境等优点。LED具有较窄波谱，在±20 nm左右，能被制造出波长正好与植物光合成和光形态建成相吻合的光谱范围。因此，LED被认为是21世纪农业领域最有前景的人工光源[4-6]。

墨兰（Cymbidium sinense）又名报岁兰、丰岁兰、拜岁兰，兰科兰属的多年生草本花卉，花瓣香气浓郁、花色多变、叶形独特，花期冬季至早春，具有很高的观赏价值，中国有悠久的栽培历史[7-8]。大花蕙兰（Cymbidium grandiflorium）又称虎头兰、喜姆比兰，是以兰属（Cymbidium）部分大花型附生种类多代杂交选育出来的优良品种群，已经成为五大盆栽兰花（大花蕙兰、蝴蝶兰、石斛兰、卡特兰、中国兰）之一，也是重要的切花兰花种类之一[9-10]。利用传统杂交育种技术，获得墨兰×大花蕙兰 F1代植株，以期选育出具有国兰的香和洋兰的艳的兰花新品系。目前，国内外已经有利用LED光源对红芽芋试管苗[11]、番茄幼苗[12]、碧玉兰×独占春组培苗[13]、姜黄[14]、‘夏黑葡萄[15]、洛阳红[16]等生长发育影响研究的报道，但对墨兰‘绿墨素×大花蕙兰‘世界和平F1代组培苗生长及生理指标影响的研究未见报道。因此，本试验以墨兰‘绿墨素×大花蕙兰‘世界和平F1代组培苗为试材，探究LED不同光质配比组合对其组培苗生长及若干生理指标的影响，以期能找到能耗较低，最适宜组织培养的专用光源，为规模化生产提供理论依据及参考。

1 材料与方法

1.1 材料

供试材料为墨兰‘绿墨素×大花蕙兰‘世界和平F1代组培苗，由云南农业大学花卉研究所提供。

1.2 方法

1.2.1 前期准备和LED光源控制系统

本试验在云南农业大学花卉研究所LED组培室内进行。选取生长状况以及大小基本一致的墨兰‘绿墨素×大花蕙兰‘世界和平F1代组培苗转接到生根培养基中，配方为1/2 MS+蔗糖30 g/L +NAA 0.5～1.0 mg/L+6-BA 1.0～1.5 mg/L+香蕉泥30 g/L，pH 5.8，共15瓶，每瓶5株。所有试验材料均在普通荧光灯下预培养7 d后转入LED光照室内，将预培养材料进行随机分组，分别置于7种LED光源区和1个白色荧光灯对照区。调节电流、占空比及光源与植株的距离，使光强保持一致（64.8 μmol/m2·s）；14 h/d的光照周期。LED光源控制系统由云南电子工业研究所提供，不同光质配比组合如表1所示。其中，白色荧光灯对照组采用40 W的普通照明灯。为保证所有杂交组培苗光强处理基本一致，减小试验误差，采用1 cm塑料泡沫板将各处理区间隔开来。调节培养室相对湿度（75±5）%，温度（25±2）℃。在生根阶段培养120 d后，测定各项生长及生理指标。

1.2.2 测定指标及方法

生长指标主要测量植物的株高、根长、根数、叶长、叶数，组培苗在LED光照培养120 d后，每个处理区随机抽取5株苗测定；株高、根长、叶长采用卷尺直接进行测量，统计叶数、根数；将材料称取10 g放在120℃烘箱杀青20 min，然后降至80℃烘干24 h至恒重，用分析天平测量干重。生理指标主要测定叶绿素、可溶性糖、游离氨基酸。叶绿素测定采用分光光度计比色法[17]；可溶性糖含量参照林加涵等[17]蒽酮—硫酸法；游离氨基酸含量测定采用茚三酮显色法[17]。

1.2.3 数据统计

采用Excel 2003进行数据整理，SPSS 20.0进行方差分析，采用LSD进行多重比较，p<0.05。

2 结果与分析

2.1 不同光质对墨兰‘绿墨素×大花蕙兰‘世界和平F1代组培苗形态指标的影响

由表2可知，不同光质处理对组培苗株高、根长、根数、叶长、叶数及干重影响的最高值分别与对照值达到差异显著（p<0.05）。其中单色红光（R）处理组培苗的株高、叶长、干重具有最高值，并显著高于其它处理。红蓝复合光（2RB）处理下，根长、根数达最大值，而RBW和1RB处理下根长分别排第二和第三位，二者与2RB处理下差异不显著，根数在2RB处理下显著高于对照组处理。在红蓝绿复合光（RBG）处理下，组培苗叶数最多，2RB和 RBW 处理下叶数分别排第二和第三位，与RBG处理下差异不显著。在单色蓝光（B）处理下，株高、根长、根数呈现最低值，均与对照差异不显著；白光光源（W）处理下叶最短，对照叶数最少。株高、根长、根数、叶长、叶数、干重最高值分别比荧光对照（CK）显著增加57.59%、85.95%、63.16%、78.10%、60.87%、14.29%（p<0.05），表明了不同光质LED灯处理对F1代组培苗生长有显著影响，其中单色红光（R）促进组培苗地上部分的生长，红蓝复合光（2RB）促进生根。

2.2 不同光质对墨兰‘绿墨素×大花蕙兰‘世界和平F1代组培苗色素的影响

由表3可知，红蓝复合光（2RB）处理下，组培苗叶片的总叶绿素、叶绿素a、类胡萝卜素均含量最高，分别为1.585 8、1.264 0、0.327 6 mg/g，其中叶绿素a、类胡萝卜素在2RB处理下与对照处理差异显著（p<0.05）。叶绿素a、总叶绿素、类胡萝卜素的含量变化规律均为：2RB>RBW>CK>RBG>W>1RB>R>B；红蓝白复合光（RBW）照射下，叶绿素b的含量最高，为0.382 7 mg/g，与RBG、CK、W光质处理下差异不显著，叶绿素b的含量变化规律为：RBW>RBG>CK>W>2RB>1RB>R>B；单色蓝光（B）处理下，叶绿素a/b比值最高，为4.905 3，与对照差异显著，叶绿素a/b变化情况为：B>2RB>R>CK>RBW>1RB>RBG>W；单色蓝光处理下，叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素、总叶绿素含量均最低。2RB处理下的叶绿素a、总叶绿素及类胡萝卜素含量分别比荧光对照（CK）增加7.42%、3.80%、14.75%；RBW处理下的叶绿素b含量较荧光对照增加了9.03%。表明了LED红蓝复合光（2RB）促进组培苗色素合成。

2.3 不同光源对墨兰‘绿墨素×大花蕙兰‘世界和平F1代组培苗碳氮代谢的影响

由表4可知，红蓝复合光（2RB）处理下，组培苗叶片可溶性糖的含量最高，为1.650 7%；红蓝复合光（1RB）处理组培苗可溶性糖的含量较高，为1.305 7%，二者之间差异不显著；而LED白光光源处理下，组培苗可溶性糖含量最低，为0.580 7%；RBG和RBW处理下，可溶性糖含量相同且均较低，为0.612 0%，二者差异不显著。可溶性糖的含量变化规律为：2RB>1RB>R>B>CK>RBG=RBW>W。

LED白光光源（W）处理下，组培苗叶片游离氨基酸的含量最高，为719.065 2 mg/g，且与其他光质处理下差异显著；红蓝复合光（2RB）处理下，游离氨基酸含量次之，与对照组（CK）差异显著；单色红光（R）处理下，组培苗叶片游离氨基酸的含量最低，为108.111 4 mg/g。游离氨基酸含量的变化规律为：W>2RB>CK>RBG>1RB>B>RBW>R。

3 讨论与结论

张欢等[18]以萝卜芽苗菜为材料，发现红光处理对萝卜芽苗菜生长影响显著；陈光彩[19]研究发现，红光可以促进香蕉组培苗根系的伸长，光强的增加可以促进组培苗茎叶干物质的积累；陈星星等[20]以白掌试管苗为试验材料，结果表明在80%R+20%B处理下，白掌组培苗的叶长、根数、最大根长等都达到最大值。因此，红蓝复合光（8R∶2B）更适合白掌组培苗生长；王虹[21]以黄瓜幼苗为材料，发现与白光相比，单色的红光、蓝光、绿黄光都抑制了黄瓜植株的生长。本试验结果表明：在R处理下，促进组培苗地上部增长，而在2RB处理下，促进生根；在B处理下，组培苗生长受到抑制，株高、根长、根数呈现最低值；在2RB处理下，根长和根数具有最高值，株高在各处理中虽然不是最高的但仅次于最高值，叶数上与最高值无差异，干重与第二高值无差。因此，在形态指标上2RB处理较适合F1代组培苗的生长。

光合作用是影响植物生长发育的关键，而植物进行光合作用主要色素是叶绿素，故植物体内叶绿素含量的多少直接影响光合作用的能力[22-23]。有研究认为，红、蓝光LED组合可以通过增加净光合速率来提高植物的生长、发育的根本原因是，红光与蓝光LED的光谱分布位于叶绿素吸收光谱范围内[24-25]。本研究结果表明：红蓝复合光（2RB）处理下，组培苗叶片总叶绿素、叶绿素a、类胡萝卜素均含量最高；而红蓝白复合光（RBW）照射下，叶绿素b的含量最高。故在混合光（2RB）的照射下，更有利于叶绿素的合成。这与陈颖等[26]研究在LED光质50%R+50%B配比处理下，红掌试管苗叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b均达到最大值的结论一致。同时，本研究结果表明，单色蓝光处理下，叶绿素a/b比值最高，且叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素、类胡萝卜素含量均最低，这与刘敏玲[27]研究LED蓝光有利于金线莲叶绿素a合成不一致，原因可能是不同植物吸收光谱的多少、对光的敏感性、不同植物生长发育状态差异等所致[28]。

植物体内可溶性糖和淀粉为光合作用产物，糖类不仅是呼吸作用的重要底物，同时也是形成脂肪、有机酸、蛋白质的最初原料，故糖与植物体内的各种代谢均有密切关系[29]。Shin等[30]研究表明，红蓝LED复合光下生长的甜菜，在毛根中产生最高的糖分和淀粉。林碧英等[31]研究红光（R）处理对豇豆叶片可溶性糖含量的提高效果最佳，蓝光相对于红光和绿光更有利于豇豆叶片中可溶性蛋白质的积累。而本试验结果表明：红蓝复合光（2RB）处理下，组培苗叶片可溶性糖的含量最高，为1.650 7%；1RB处理组培苗可溶性糖次之，为1.305 7%，这与石镇源等[32]研究的红蓝复合光处理下，促进虎雪兰组培苗体内可溶性糖的积累，以及闻永慧等[33]研究二倍体和四倍体白及，红蓝光1∶1的配比有利于可溶性多糖的积累结论相一致。

氨基酸是组成蛋白质的基本单位，也是蛋白质的分解产物。植物根系吸收、同化的氮素主要是以氨基酸和酰胺的形式进行运输[17]。王亚沉等[34]研究发现，蓝光有利于碧玉兰组培苗游离氨基酸和可溶性蛋白的积累。戴艳娇等[35]研究发现，高红、蓝复合光（H.RB）处理的蝴蝶兰组培苗叶片游离氨基酸含量显著高于其他LED处理，且在单色蓝光处理下均高于单色红光。苏俊等[36]研究表明，红蓝绿配光较荧光，单色红光和蓝光更有利于烟草幼苗游离氨基酸的生成，促进氮素代谢变化，加速烟草组培苗对氮素的吸收、运转和同化。本研究结果表明：LED白光光源（W）处理下，组培苗叶片游离氨基酸的含量最高，为719.065 2 mg/g；2RB处理下次之，514.154 9 mg/g；单色红光处理下，含量最低，为108.111 4 mg/g；与前人的研究并不相符。这可能是因为不同光质对不同种类的植物、不同植物生长状态影响效果不一样，表现出光质的复杂性[32]，具体原因有待进一步研究。

综合比较以上各个生长及生理指标，LED复合光比单色光更有利于组培苗的生长以及物质积累。本研究结果表明，LED红蓝复合光（2RB）处理下，组培苗生长发育较荧光灯处理表现出明显的优越性，故2RB可作为墨兰‘绿墨素×大花蕙兰‘世界和平 F1代组培苗生长的理想光源。

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