不同色温LED白光对铁皮石斛组培苗生长的影响

陈志，汪一婷，吕永平，牟豪杰

(浙江省农业科学院 病毒学与生物技术研究所，浙江 杭州 310021)

随着铁皮石斛(DendrobiumofficinaleKimura et Migo)消费市场的不断扩大和种苗组培技术的日益成熟，越来越多的企业参与到铁皮石斛种苗产业化生产中来，据互联网资料，目前国内进行铁皮石斛种苗产业化生产的企业约有80家，组培苗年总生产规模超过50亿株，组培室规模超过10万m2。目前种苗企业在植物培养过程中普遍使用荧光灯照明，但荧光灯发热量大、能耗高的缺点在能源紧缺的现阶段也越来越突出，已有研究表明，用于照明消耗的能源费用约占植物组织培养工厂运行全部费用的20%～40%[1]。

LED灯具在节能方面具有巨大优势，已有很多关于LED灯具代替荧光灯应用在植物组培方面的报道，不少研究者也对LED灯具应用于铁皮石斛种苗培养的可行性进行了研究，如周鹏等[2]筛选了适用于铁皮石斛组培苗移栽的LED光质(R7B3)；尚文倩等[3]研究认为LED (R1B1)较荧光灯更利于铁皮石斛组织培养；徐忠传等[4]研究表明LED红光较白光更有利于铁皮石斛原球茎增殖；侯甲男等[5]研究结果显示LED (R6B4)较荧光灯更有利于铁皮石斛试管苗光合作用以及干物质和糖的积累；尹翠翠等[6]研究认为，红光有利于植株伸长生长，蓝光则有利于茎的横向加粗，红蓝组合对于铁皮石斛生长最为重要，既可以促进伸长生长，又可以促进横向加粗。多数研究报道都集中于红、蓝单色光或红蓝光配比的使用，而且多数研究测试指标与生产实际脱节较大，研究成果难以迅速得到应用。另外，实际应用过程中发现，利用红、蓝单色光源及红蓝光配比光源都存在对人眼存在严重的刺激，不利于人在光源下进行作业，同时培养室污染情况也难以及时发现，两方面原因极大限制了LED灯具在植物组培中的应用推广。

本研究首次以3种不同色温LED白光为光源，对铁皮石斛组培苗的生长情况进行研究，一方面希望寻找能够替代荧光灯的LED光源，另一方面希望能提高在LED环境中工作人员的人体舒适度，为白光LED灯具在组培中应用推广奠定基础。

1 材料与方法

1.1 植物材料

供试材料为本实验室培育并保存的雁荡山铁皮石斛种子萌发苗。

1.2 灯具

荧光灯：Philips, TLD 36 W/840 cool white。

LED 白光：3种不同色温LED白光，色温值分别为3 000、5 000、5 700 K，所有LED灯具均为T8管状灯具。

1.3 培养环境

光照强度(40±2)μmol·m-2·s-1，不同色温白光LED光周期分别为12、14和16 h，荧光灯为12 h，培养温度(25±2)℃。

1.4 方法

选取苗高2 cm左右的铁皮石斛组培苗，每瓶接入10株，每种光环境下放置10瓶植物材料。培养3个月后，对不同处理下的组培苗的株高、茎粗、根数及叶片数量指标进行记录。随机选取30株组培苗，分别测量并记录组培苗的株高、茎粗、根数及叶片数量，3次重复。光质及光照时间处理设置详见表1。

表1 光质及光照时间试验设置

1.5 数据处理

用Excel 2007进行平均值、标准差计算及图表绘制，利用DPS 7.05进行Duncan’s多重比较(P=0.05)。

2 结果与分析

2.1 光照环境对铁皮石斛组培苗株高的影响

如表2所示，当光质处理条件相同时，在色温3 000 K处理下，光照14 h处理下培养材料的株高显著低于荧光灯12 h下的培养材料，光照12 h和16 h处理下培养材料的株高均显著高于荧光灯12 h下的培养材料；在色温5 000 K处理下，组培苗株高变化的基本趋势与3 000 K处理下的基本一致，光照12 h和16 h处理下培养材料的株高均显著高于荧光灯12 h以及光照14 h处理下的培养材料；色温5 700 K处理下不同培养时间组培苗的株高变化趋势与3 000 K 和5 000 K处理有所不同，在光照16 h处理下培养材料的株高显著高于荧光灯12 h下的培养材料，而光照12 h、14 h处理下和荧光灯12 h下培养材料的株高差异不显著。综上，不同色温白光LED 12 h光照处理下铁皮石斛组培苗的株高与荧光灯下培养12 h的相近，在色温3 000 K和5 000 K处理下培养材料的株高优于荧光灯12 h下的培养材料。

表2 光质及光照时间对铁皮石斛组培苗株高和茎粗的影响

注：表中同一列数据后没有相同字母表示差异显著(P<0.05)。

在光照时间一致的条件下，如光照12 h时，色温3 000 K处理下的培养材料株高显著高于色温5 000 K、5 700 K及荧光灯下的培养材料，同样，色温5 000 K处理下培养材料株高显著高于色温5 700 K及荧光灯下的培养材料，色温5 700 K处理下培养材料株高与荧光灯下培养材料间差异不显著。光照14 h的结果表明，色温3 000 K处理下培养材料的株高显著低于色温5 000 K、5 700 K及荧光灯下的培养材料，其他光质处理间差异不显著。光照16 h时，色温5 700 K处理下培养材料的株高显著高于其他处理，色温3 000 K与5 000 K处理下培养材料的株高无显著差异，但均显著高于荧光灯下的培养材料。

从各处理中筛选出组培苗株高最高的3种处理条件，即色温3 000 K光照12 h、色温5 000 K光照12 h及色温5 700 K光照16 h 3种组合处理，上述3种处理下培养材料的株高均显著优于荧光灯下培养材料，而其中色温3 000 K光照12 h处理下培养材料的株高显著高于色温5 000 K光照12 h处理，但与色温5 700 K光照16 h处理下的株高无显著差异。

2.2 光照环境对铁皮石斛组培苗茎粗的影响

由表2可以看出，当光质条件相同时，如色温3 000 K处理下，光照12 h 和14 h下培养材料的茎粗与荧光灯12 h下的培养材料差异不显著，而光照16 h处理下培养材料茎粗显著高于其他处理。色温5 000 K处理下，3种光照时间下的铁皮石斛组培苗茎粗与荧光灯下培养材料均无显著差异，而光照14 h处理下培养材料的茎粗显著高于光照16 h处理下的培养材料。色温5 700 K处理下，光照12 h下培养材料的茎粗显著高于荧光灯下培养材料，光照14 h 和16 h下培养材料均与荧光灯12 h下培养材料差异不显著。

当光照时间相同时，如光照12 h处理下，色温5 700 K处理下培养材料的茎粗显著高于色温5 000 K处理及荧光灯下的培养材料，而色温3 000 K与5 700 K处理下培养材料的茎粗差异不显著，同样，色温3 000 K、5 700 K处理与荧光灯下培养材料的茎粗差异不显著。光照14 h处理下，各处理培养材料的茎粗差异不显著，与荧光灯下培养材料差异也不显著。光照16 h处理下，色温3 000 K处理下培养材料的茎粗显著高于其他处理下的培养材料，其他3种处理下铁皮石斛组培苗的茎粗差异不显著。综上，色温3 000 K光照12 h、色温5 000 K光照14 h与色温5 700 K光照16 h处理下的培养材料茎粗均无显著差异，且优于荧光灯下培养材料。

2.3 光照环境对铁皮石斛组培苗根数的影响

不同光照环境下铁皮石斛组培苗生根数量如表2所示，不同色温光照12 h和16 h处理下培养材料的生根数量差异不显著，但均显著高于相同色温光照14 h处理下的培养材料。当光照时间为12 h时，3种色温处理下培养材料的生根数量与荧光灯下差异不显著。

2.4 光照环境对铁皮石斛组培苗叶数的影响

如表2所示，与根数比较结果相似，不同色温光照12 h和16 h处理下培养材料的叶片数量差异不显著，但均高于光照14 h处理下的培养材料。当光照时间为12 h时，色温3 000 K和5 000 K处理下铁皮石斛组培苗的叶片数量显著高于荧光灯下的培养材料。

图1为色温3 000 K光照12 h和荧光灯12 h两种光照环境中铁皮石斛的生长状况，可明显看出色温3 000 K光照12 h处理下铁皮石斛组培苗的生长状况要优于荧光灯12 h处理下的培养材料，主要表现为节间更长，不定根数量差异不显著，符合组培苗移栽要求。

图1 LED(A)和荧光(B)环境下 铁皮石斛组培苗情况

3 讨论

3.1 光环境对铁皮石斛组培苗株高的影响

本研究中，在光照12 h条件下，色温3 000 K处理下的铁皮石斛组培苗株高显著高于色温5 000 K和5 700 K处理，仅在光照16 h条件下，色温5 700 K处理下的铁皮石斛组培苗株高显著高于色温3 000 K和5 000 K处理。对不同色温LED光质不同培养时间处理下株高最佳表现的组合进行比较，结果显示，色温3 000 K光照12 h和色温5 700 K光照16 h处理下铁皮石斛组培苗的株高无显著差异，均显著优于荧光灯下的培养材料，基于节省生产成本的考虑，本研究认为色温3 000 K光照12 h是铁皮石斛组织培养的最佳光照环境。

娄钰绞[7]研究报告中指出，LED白光(720 nm)较红蓝混合光更有利促进铁皮石斛组培苗生长；刘慧雯[8]研究报告认为，LED白光(300～700 nm)下培养铁皮石斛组培苗株高要稍差于LED红蓝混合光下培养材料，但茎粗反而更好；李夏媛等[9]研究报道表明，LED白光(720 nm)下培养兰花组培苗苗高与LED红蓝混合光和荧光灯下培养材料无显著差异；任桂萍等[10]研究也显示，LED白光下蝴蝶兰组培苗苗高与荧光灯下培养材料差异不显著。本研究结果表明，在不同色温LED光环境中，铁皮石斛组培苗的高均显著优于荧光灯下培养材料，也表明LED代替荧光灯应用于铁皮石斛组织培养是切实可行的。

3.2 光环境对铁皮石斛组培苗茎粗的影响

刘慧雯[8]研究报告认为，LED白光(300～700 nm)下培养铁皮石斛组培苗茎粗显著优于LED红蓝混合光下培养材料；闻永慧等[11]研究报道表明，LED白光(720 nm)下培养白芨四倍体在茎粗方面与荧光灯及LED红蓝混合光下培养材料差异不显著，而二倍体则是显著优于LED红蓝混合光下培养材料，但与荧光灯下材料差异不显著；闻倩等[12]研究显示，茎粗方面，荧光灯培养铁皮石斛与LED红蓝混合光下差异不显著。本研究结果表明，色温3 000 K处理下铁皮石斛组培苗的最大茎粗出现在光照16 h处理下，色温5 000 K处理下最大茎粗出现在光照14 h处理下，色温5 700 K处理下各光照时间间培养材料的茎粗差异不显著，但各处理条件下铁皮石斛组培苗的茎粗与荧光灯下无显著差异。因此，白光LED可替代LED红、蓝混合光用于铁皮石斛组织培养。

3.3 光环境对铁皮石斛组培苗生根数量的影响

光质对于铁皮石斛生根数量方面报道较少。刘慧雯[8]报道，铁皮石斛组培苗在LED RB 3∶1环境下生根数量显著高RB 7∶1、RB 2∶1和荧光灯下培养材料，而RB 7∶1、RB 2∶1和荧光灯下培养材料生根数量无显著差异(光照时间为12 h)。李夏媛等[13]研究报道表明，LED白光(720 nm)下培养兰花组培苗生根数量与LED红蓝混合光和荧光灯下培养材料无显著差异。任桂萍等[10]研究也显示，LED白光下蝴蝶兰组培苗生根数量与荧光灯下培养材料差异不显著。本研究中，不同光环境处理下铁皮石斛组培苗的最低生根数量均大于5条，达到《无公害铁皮石斛 第2部分：种子种苗》(DB 33/635.2—2007)中对优质苗的根数标准，且色温3 000 K光照12 h处理下组培苗的生根数量与荧光灯下无显著差异。在光照12 h和16 h处理下，铁皮石斛组培苗生根数量未见显著差异，仅在色温5 000 K光照14 h处理下培养材料的根数显著高于色温3 000 K处理，与刘慧雯[8]的研究结果略有出入，可能与光质差异有关。