不同光质LED对观光木苗木根系的影响

韦秋梅+龙波+张海东+吴道念+杨梅

摘要：以观光木（Tsoongiodendronodorum）苗木为试验材料，研究了不同光质的LED单色光及红蓝光组合（白光、红光、蓝光、红蓝=2∶1、红蓝=4∶1、红蓝=8∶1、红蓝=10∶1，即CK、R、B、2R/1B、4R/1B、6R/1B、10R/1B）培养过程中对观光木根系生长、根系活力及干物质积累。结果表明：不同光质处理对观光木苗木根系总根长、表面积、根尖数及根系活力等形态及生理指标的影响存在差异，其中以红蓝=2∶1（2R/1B）和蓝光（B）处理較佳，2R/1B光质处理下观光木根系总根长和根尖数分别是CK的2.6和1.5倍，10R/1B处理下则显著低于白光（CK）。除红光外，不同光质处理观光木根系干物质有不同程度的增加，总体呈现随蓝光比例的增大而增加的趋势。根系干物质与根系活力、根尖数等指标均呈显著正相关关系。

关键词：观光木；光质；根系形态；根干物质

中图分类号：S687

文献标识码：A 文章编号：16749944（2017）15012104

1 引言

光是植物生长发育过程中重要的环境因子，也是植物生长的主要能量来源之一。光对植物的生长、形态建成、光合作用、物质代谢、结构特征以及基因表达等均有调控作用[1～3]，对植物影响较大的光环境主要有3个部分：光质、光强以及光周期。其中光质对植物的影响较为重要与复杂，它不仅作为能源调控光合作用，包括可见光对植物叶片生长、气孔运动、光合色素、光合碳同化等的调节[4，5]，还作为触发信号影响植物的生长，不同光质触发相应光受体，进而影响植物的生长发育、光合特性、抗逆和衰老等[6～8]。光可通过地上部分向根系传递信息进行间接调控，不同光质的生物学效应互异，因而对植物及其根系生长的影响也有区别。如，R/B/Y（7/2/1）能显著提高草莓的根系活力[9]；红光对铁皮石斛组培苗根系的伸长均表现出促进作用[10]；荧光和蓝光有利于香荚兰组培苗根系的生长[11]。

观光木（Tsoongiodendronodorum）属木兰科（Magnoliaceae）观光木属（Tsoongiodendron），是国家二级保护植物。国内主要分布在福建、海南、广东、广西、贵州、湖南、云南东南部、江西南部等地区[12]，其树形优美，花期长且芬芳，景观价值高，是园林绿化中理想的树种之一[13]。干行通直，材质优良，抗虫耐腐，是工艺品、家具、建筑等行业的优质用材[14]。观光木在生态公益林体系建设、商品林发展及城市园林绿化中均发挥着重要作用，是优质的多用途树种。目前，科研人员对其种苗繁育、碳储量、生产力、木材特性、遗传多样性、植物群落[15～20]等方面进行了研究，这些研究对观光木的栽植培育、资源保护和开发利用起到巨大的促进作用。

近年来，我国南方地区开始大力推广和发展珍贵乡土树种。因此培育高质量苗木，从而培育优质高产林，发展珍贵树种，对调整和优化树种结构、培育优质战略资源有重要意义。而目前观光木苗木培育的主要措施为大田育苗[21]和容器育苗[22]，利用人工光源对观光木苗木进行栽培研究的未见报道。本试验观光木苗木为试验材料，在不同LED光质处理条件下进行培养，重点分析培养过程中其根系形态及生理活性，以了解光质对观光木根系生长发育的影响，为提高珍贵用材树种育苗技术和观光木苗木质量提供理论依据。

2 材料与方法

2.1 试验材料

试验在广西大学林学院试验基地大棚内进行，供试材料为2月生实生观光木幼苗，育苗基为质为黄心土∶珍珠岩=8∶2，育苗杯规格为5 cm×5 cm×12 cm。人工光源LED灯由广西三赢照明有限责任公司提供。选取长势基本一致、无病虫害的观光木幼苗置于不同光质下培养。

2.2 实验设计

试验采用单因素随机区组设计，LED光源共设8个处理（表1）：白光（LED）、红光（R）、蓝光（B）、红/蓝=2/1、红/蓝=4/1、红/蓝=6/1、红/蓝=10/1，每个处理 3 次重复，每个重复10株苗。光周期为12 h/d（7：00～19：00），采用定时器控制开关，处理为期120 d。光照培养架为钢架结构，灯管距地面高度为80 cm±5 cm，设LED植物生长灯2盏，不同的LED光源处理之间均设有遮光材料，以防光源互相干扰，棚内具自动喷灌设施，每周定期打开遮光材料进行通风（20：00～23：00），育苗期间进行常规的苗期管理。

2.3 指标测定方法

2.3.1 根系干物质

将观光木幼苗取出流水洗净，吸干根表面水分，用精度为0.001的电子天平测定地上部分与根系鲜重，将各部分放入信封中，放入烘箱中设置105 ℃杀青30 min，85 ℃烘至恒重，称干物质。

2.3.2 根系形态指标

试验处理结束后，每个处理随机选取3株，清水冲洗将根系上的土壤，蒸馏水仔细清洗，用滤纸擦干后采用WinRhizo根系扫描仪（加拿大Regent公司）测定根系总长、根表面积、总体积和根尖数。

2.3.3 根系活力

每个处理采样3个重复，流水冲洗根系表面土壤，蒸馏水洗净，滤纸吸干表面水，称取根尖2～3 mm处作为测定样，采用TTC法测定[23]。

2.3.4 数据处理

采用Excel软件进行数据处理及制图表，采用SPSS软件进行方差分析、多重比较和相关性分析。

3 结果与分析

3.1 对观光木幼苗根系形态的影响

不同光质对观光木幼苗根系总长度、根表面积、根体积和根尖数的影响存在差异。图1显示，2R/1B处理下观光木根系表面积（图1b）、总体积（图1c）和根尖数（图1d）显著高于对照组（P<0.05），分别为145.53 cm2、2.56 cm3和662.0个，较对照组（CK）的103.36 cm2、1.87 cm3和250.7个分别高出40.8%、38.1%和57.2%，其次为B处理，高出白光处理（CK）35.8%、34.1%和55.3%，总根长（图1a）则表现为在B处理下最大，为531.03 cm，是对照组（346.77 cm）的1.53倍，其次为2R/1B（521.14 cm）处理，高出对照组50.3%。在10R/1B光质处理下，观光木根系总根长、表面积、总体积和根尖数显著或极显著低于CK及其他处理，分别低于对照组的37.9%、60.8%、75.5%和40.5%。综上，2R/1B和B处理能促进其根系的生长，10R/1B处理则抑制根系的生长，其他处理对根系生长的影响不显著。

3.2 對观光木幼苗根系活力及干物质的影响

观光木幼苗根系活力在8种LED光质处理下的结果显示（图2）。2R/1B光质处理最有利于其根系活力的提高，该处理下观光木根系活力极显著高于对照组（P<0.01），达到291.83 mg/g·h，高出CK的13.7%。10R/1B光质处理和R光质处理表现为抑制观光木根系活力，两种处理下观光木根系活力极显著低于对照组（256.59 mg/g·h）（P<0.01），分别为160.4 mg/g·h和146.34 mg/g·h，低于对照组37.4%和43.0%。

由图3可知，2R/1B和B光质处理下根系干物质分别达到2.41 g/株和2.04 g/株，极显著高于对照组和其他处理（P<0.01），比对照组高5.02和3.25倍，10R/1B和R光质处理下根系干物质极显著低于对照组和其他处理（P<0.01），低于对照组（0.48 g/株）19.7%和20.6%。

3.4 观光木苗木根系性状间的相关分析

对观光木苗木性状间的相关性分析显示（表2），根系活力与总根长、表面积呈显著的正相关关系（P<0.05），其他根系性状指标间存在极显著正相关关系（P<0.01）。根尖数与总根长，根系活力与根系干物质的相关系数达到0.939和0.708。表明所考察的根系性状间存在内联关系，部分光质处理增加了观光木的根尖数，提高根系活力，促进根系对土壤中水分及养分的吸收，进而促进了黄瓜观光木苗木根系干物质的积累，为培育珍贵树种观光木壮苗奠定了生理基础。

4 结论与讨论

光通过影响植物的光合作用及光合产物的合成及运转，从而对根系的生长发育及功能产生影响，而LED作为人工光源广泛应用于植物研究领域[24]。研究发现，补充红光显著增加丹参苗根长、根直径，而蓝光则增加了其种子苗根系中的有效成分[25]，而光周期对植物根系生长过程中根毛内化合物的合成或积累有选择性的调节作用[26]。LED红蓝光补光能提高烤烟成苗率，干物质积累增加[27]。本研究中，红蓝光比例为2∶1（2R/1B）及纯蓝光（B）下观光木根系总根长、根尖数等形态指标表现出促进作用，当光质为红蓝光比例10∶1及纯红光（R）时表现为抑制。与蓝光占主要比例的复合光对烤烟[27]、蝴蝶兰[28]作用结果相似，但红光及以红光为主的红蓝光组合有利于花生根系的生长[29，30]。可见植物对不同光源的光波及光能效应的响应有差异性，光源对植物根系组织的分化程度存在物种差异[31]。不同光受体通过感知相应波长的光源信号，引起植物生长发育、内含物积累及养分分配等变化[32]，对不同植物地上部分及地下部分的形态建成及生长产生的影响互异。

植物的根系活力一定程度上体现了其根系的代谢水平，直接影响着植物地上部分和地下部分的生长调节及营养状况，从而影响植物干物质的积累及分配。研究发现，秋葵组培苗在红蓝黄（BRY=1∶3∶1）处理下根系活力显著高于荧光灯，根长、干物质在该处理下增加量最大[33]。本试验发现，蓝光及蓝光所占比例较大的红蓝光（2R/1B）复合光质下观光木根系活力和根系干物质显著高于对照组，而红光则不利于其根系干物质的积累。与蓝光处理下蒙古黄芪[34]根系生物量增加的研究结果基本相似，但冬青试管苗[35]表现为在LED红光处理下干物质、根长、生根率和根冠比最高，而白杨在全光照下根冠比和根系碳储量最高[36]。植物根系活力的高低受多种因素综合作用，品种是基本因素，栽培措施及环境因子也发挥着重要作用[37]，且植物利用生物量分配策略应对环境的改变以获得最大资源[38]。观光木的根系活力及干物质在不同光质条件下表现出差异，蓝光对线粒体的暗呼吸有明显的促进作用，为氨基酸的合成提供了碳架，对NR也有激活作用，从而为蛋白质的合成提供了较多的可同化态的氮源[39]，为植物干物质的积累奠定了基础。

不同光质对观光木苗木根系生理和形态的影响存在差异，蓝光以及蓝光占较高比例的红蓝复合光（2R/1B）对观光木苗木表现出促进作用明显，利于其根系生长和干物质的积累。因此，在今后的对珍贵树种观光木苗木的培育中，可选择蓝光为主的复合光进行人工光源，或在造林前利用蓝光对造林苗木进行补光，以达到壮根的目的。研究结果为今后观光木苗木培育的光调控提供了理论依据。

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