光质对杉木组培苗增殖及生根生长的影响

何平　厉月桥　李迎超　冯慧　谢健杨　孙建军

摘 要：为了解杉木组培苗增殖及生根过程中的适宜光质，以杉木继代组培苗为试材，研究了不同光质处理对杉木继代组培苗的形态、干重、增殖系数、生根率以及抗氧化酶活性特征等的影响。结果表明：随着组培中红蓝光比例（R/B）的增加，杉木组培苗的增殖系数、丛生芽长度呈逐渐变小的趋势，基茎粗、叶面积、生根率、根长、POD活性以及根系活力值呈先增加后减小的趋势，而细胞内SOD、CAT及MDA的酶活性表现出逐步递增的趋势;R/4B处理时杉木继代组培苗的增殖系数最大为4.93，4R/B处理时丛生芽长达最大值为2.54cm，2R/B处理条件下的生根率与根长达最大值，分别为0.76和1.65cm，均与对照普通光源（W）差异达极显著水平。研究结果可以为杉木组培苗继代培养的光质选择提供理论依据。

关键词：光质;杉木;组培苗;增殖;生根

中图分类号 S79文献标识码 A文章编号 1007-7731（2019）15-0025-04

Effect of Light Quality on Growth and Rooting Growth of Chinese Fir Tissue Culture Plantlets

He Ping1 et al.

（1Experimental Center of Subtropical Forestry，Chinese Academy of Forestry，Fenyi 336600，China）

Abstract：In order to clarify the suitable light quality in the process of proliferation and rooting of  the tissue culture seedling of Chinese fir，Chinese fir tissue-cultured seedlings as test materials，the morphology，dry weight，multiplication coefficient，rooting rate and antioxidant enzyme activity of Chinese fir subcultured seedlings under different light quality treatments were studied.The results showed that the proliferation coefficient and cluster bud length of Chinese fir tissue-cultured seedlings decreased gradually with the increase of the ratio of red to blue light （R/B） in tissue culture.The basal stem diameter，leaf area，rooting rate，root length，POD activity and root activity  in reducing trend after first increase，while SOD，CAT and MDA activity in cells increased gradually.The proliferation coefficient of Chinese fir tissue culture seedling was the highest under R/4B treatment （4.93），the cluster bud length reached the maximum under 4R/B treatment （2.54 cm），and the rooting rate and root length reached the maximum under 2R/B treatment.The large values （0.76 cm，1.65 cm） were significantly different from those of the control common light source （W）.The results can provide a basis for the selection of light quality in subculture of Chinese fir seedlings.

Key words：Light quality;Chinese fir;Tissue culture plantlets;Proliferation;Root

杉木（Cunninghamia lanceolata）属杉科杉木属树种，栽培历史悠久，分布范围广，生长迅速，材质优良，其经济价值在我国林业产业中占据重要位置[1]。优质苗木是培育杉木人工林的基础。杉木组培育苗技术具有保持良种优良性状、繁殖速度快的特点，在林业生产中，组培苗造林正逐步得到推广[2-4]。自20世纪80年代起，我国学者对杉木组培快繁技术开展了一系列的研究，建立了比较完整的组培快繁技术体系，但目前的研究多集中在杉木基因型選择和培养基优化等方面[4-5]。

光是组培育苗中不可或缺的环境因子之一，调控植物的生长、形态建成、物质代谢及基因表达等[6-7]。目前，林木组培人工光源主要以荧光灯为主，但其发热严重且光能利用率低，增加了组培成本。LED作为一种新型冷光源，不仅具有体积小、重量轻、发热量少、安全可靠、节能环保的优点，而且具有光谱峰值可调性的特点，成为了替代传统组培光源的理想光源[8]。目前，对于不同光质对组培苗的影响研究，在玉簪[9]、金线莲[10]等多种植物组培中逐步得到了研究和应用，取得了良好的效果，而光质对杉木组培中的应用研究则刚刚起步。

红光和蓝光是植物吸收最多的光质，约占吸收总光量的90%，在植物形态建成中发挥着重要的作用[]。徐圆圆等研究了红蓝光配为2∶1～10∶1时，光质对杉木组培苗生根和生理生化特征的影响[12]，韩吉思研究了红蓝光配为4∶1～8∶1时，LED光质配比对红心杉组培苗生根及抗氧化酶的影响[13]。这些试验设计的红蓝光质配比均大于1.0，尚不能全面揭示红蓝光配比LEDS光质对杉木增殖、生根及生理生化指标的影响。为此，本研究开展了红蓝光配比为R/4B、R/B、2R/B、4R/B、8R/B和10R/B光质对杉木组培苗表型性状和生理生化特征的影响试验，以期为今后杉木组培苗的规模化生产中LED光源的选用提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验地点与材料 试验于2018年4—6月在河北省南和县河北至高点农业科技有限公司组培室进行。供试材料为杉木优良无性系洋061继代组培苗。

1.2 光源及光质处理 采用中国林业研究院研制的可调控LEDs光源设备开展试验。试验以白色LED荧光灯为对照，设置红蓝光（R/B）比为：10∶1、8∶1、4∶1、1∶4、2∶1和1∶1，共7组光质处理，分别用W、10R/B、8R/B、4R/B、R/4B、2R/B和R/B表示。

1.3 试验方法

1.3.1 试验设计 选择生长一致的杉木继代无菌组培苗，剪取长度为1cm左右的茎段，转接在增殖培养基为MS+0.5mg/L6BA+0.1mg/LNAA+5.0g/瓊脂L+30.0g/L蔗糖;生根培养基1/2MS+0.2mg/LNAA+0.3mg/LIBA+5.0g/L琼脂+20.0g/L蔗糖中，灭菌前调整pH至5.8，组培瓶容积240mL，每瓶内均匀放置5株杉木组培苗，进行7d的预培养。试验采用随机区组试验设计，7种LEDs光质处理，每种处理重复3次，光质之间用黑色薄膜隔开。培养室温度（25±2）℃，湿度（50±5）%，每日光照16h，光照强度2000lx。

1.3.2 测定指标 处理40d后，调查统计增殖组培苗的增殖系数和丛芽长度，以及生根组培苗的苗高、基径、叶面积、生根率、根长、干鲜重超氧化物岐化酶活性（SOD）、过氧化物酶活性（POD）、过氧化氢酶活性（CAT）、丙二醛（MDA）和根系活性。杉木组培苗苗高、根系和基茎用游标卡尺测定，精确到0.01cm，叶面积用硫酸纸法进行测定，精确到0.01cm2;用NBT（氮蓝四唑）光化学还原法测定SOD活性，愈创木酚法测定POD活性，高锰酸钾滴定法测定CAT活性，TTC法测定根系活力[5]。上述形态指标重复测定5次，生理指标重复3次。

1.4 数据处理 采用SPSS软件进行数据的统计和分析，采用LSD法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 光质对杉木幼苗增殖的影响 由表1可知，杉木组培苗的增殖系数随R/B的增加呈逐渐减小的趋势，最大值与最小值间相差4.92倍。其中，在R/4B处理下，组培苗增值系数达到最大值（4.93），显著（P<0.05）或极显著（p<0.01）高于其他处理;在10R/B处理下，增值系数最小值（1.03），与8R/B光质处理间差异不显著（P>0.01），但极显著小于其他处理。从杉木组培苗丛生芽的生长状况来看，与增殖系数随光源比例的变化趋势不一致，丛生芽长度随R/B增加呈先增大后下降的趋势，光质为4R/B时丛生芽长达最大值（2.54cm），与2R/B、8R/B间差异不显著，但显著或极显著高于其他处理。说明大比例的蓝光有利于杉木组培苗的增殖，在一定范围内，红光比例越高，越有利于丛生芽的伸长，但超过一定的范围则会抑制丛生芽的生长。如本实验中红光与蓝光的比例小于4∶1时，最有利于丛生芽的生长，而R/B超过4∶1时则会抑制丛生芽的生长。

2.2 光质对杉木生根组培苗生长和根系的影响 由表2可知，光质对杉木组培苗生根和根系形态有着明显的影响，株高随着R/B值的增大呈现先升高后降低的趋势，4R/B光质处理时株高最高为2.93cm，是对照处理W的1.26倍，是10R/B处理的1.74倍。可见，适度增加R/B比，会促进杉木生根组培苗的株高生长;基茎则随R/B的增加呈逐渐减小的趋势，R/4B处理下基径达到最大值为0.30cm，与对照W差异达到显著水平，其余光质处理和对照W间则均无显著差异，可知红光的增强会抑制苗木变粗;叶面积与基茎的生长受光质影响的表现一致，均随R/B的增加而减小，R/4B处理下叶面积最大（1.92cm2），与对照W的差异达极显著水平;生根率和根系长度对光质的响应规律相似，随R/B的增大呈现先增加后逐渐减小的变化趋势，2R/B处理下表现为最大值（0.76、1.65cm），10R/B处理下为最小值（0.30、0.87cm），可知，在一定范围内R/B比对组培苗生根率与根长度的影响显著;杉木生根组培苗鲜重与干重变化规律相同，随着R/B的增加逐渐降低，R/4B处理下达最大值（2.29g、1.14g），10R/B的比例下表现为最小值（1.18g、0.54g）。

2.3 光质对杉木幼苗叶部抗氧化酶的影响 由表3可知，杉木幼苗叶片的SOD和CAT活性均随R/B值的增加而升高，在10R/B处理时，达最大值，分别为13.27OD·g-1FW和36.39H2O2mg·g-1FW）。方差分析表明，4R/B、8R/B和10R/B3种光质条件下的SOD和CAT值均极显著高于对照，而其他3种光质下的SOD和CAT活性与W间差异不显著。说明在大比例红光下，由于光胁迫程度加强，杉木幼苗通过提高体内SOD和CAT2种抗氧化酶的活性清除超氧自由基，催化分解细胞内的H2O2，以降低光照对细胞质的损伤。杉木幼苗POD活性则随着R/B的提高表现为先升高后下降的趋势，在4R/B光质条件时达最大值为18.38OD·g-1FW，其他红蓝光处理与对照W差异达到极显著水平。表明在不同光质条件下，细胞内抗氧化酶的含量主导程度不同，形成了不同的清除过量活性氧，保护膜结构的机制。

2.4 光质对杉木幼苗叶片丙二醛含量的影响 由表4可知，杉木生根组培苗叶中MDA浓度随R/B值的增加而升高，在10R/B处理下最大，为15.75nmol·g-1FW，是R/4B处理下的1.88倍，与8R/B处理无显著差异，极显著大于其他处理。可见，当红光增加到一定程度时，对叶片丙二醛的含量影响不大;红蓝复合光处理的丙二醛含量均极显著大于对照。其原因在于红蓝复合光更能促使杉木幼苗叶内产生自由基，使细胞膜质中不饱和脂肪酸膜质过氧化程度提高，增加了细胞内MDA含量。因此，在一定的R/B比例范围内，红光比例越高，MDA增加的效果越明显。

2.5 光质对杉木生根组培苗根系活力的影响 由表5可知，杉木的根系活力随着R/B的增加呈现先增强后减弱的趋势，变化幅度在10.34～43.59TTF·g-1·h-1。其中，在2R/B处理下最大（43.59·gTTF·g-1·h-1），是最低值的4.217倍，极显著高于其他处理，且红光比例越高，杉木生根组培苗的根系活力反而越低;在10R/B处理下最小（10.34·gTTF·g-1·h-1），与W间差异不显著，极显著低于其他处理。因此，适量的增加红光比例会促使生根苗提高根系活力，但并非红光比例越大越好。

3 结论与讨论

由本次研究表明，随着红蓝光质比例的变化，幼苗的表型和生理指标均呈现规律性变化，适宜的红蓝复合光质对杉木组培苗增殖、生根的各项表型以及生理指标均具有明显的促進作用。总体来看，组培光质中增加蓝光比例，有助于杉木组培苗的增殖系数的提高;增加红光比例，有助于促进组培幼苗的高生长;但当红蓝复合光比例高于4时，会对组培苗造成生长抑制。

SOD、POD和CAT是植物细胞内重要的抗氧化酶，能够清除植物新陈代谢和逆境时产生的过量氧自由基，避免过氧化作用给细胞带来的损伤。MDA是反映细胞膜质过氧化程度的指标。本研究发现，随R/B的增加，杉木组培苗叶部SOD、CAT呈逐渐增加的趋势，POD呈先上升后下降的趋势，MDA呈逐渐上升的趋势，各种红蓝复合光照处理下的MDA含量均极显著高于对照。说明红光照射会使细胞产生过量的氧自由基，尽管抗氧化活性酶增加，但仍不能完全清除，使细胞MDA含量不断增加。造成POD呈先上升后下降的趋势的是由于抗氧化活性酶间存在着协同保护效应。韩吉思[13]等研究表明，4R/B时有利于促进红心杉组培苗SOD和CAT活性的增加，抑制POD活性。本研究中杉木组培苗叶部在红蓝复合光为4R/B时，POD含量处于最高水平，其原因可能是由于杉木基因型对光质的响应略有不同引起的。

因此，从组培的光质的精准调控来看，杉木组培苗继代增殖不同阶段选择适宜的光照条件，在丛生芽诱导、高生长、生根和壮苗培养阶段适宜的红蓝复合光光质条件依次为R/4B、4R/B、2R/B。但从红蓝复合光光质对杉木组培苗增殖、生根，细胞组织保护和光质调控方便程度综合考虑，红蓝复合光有利于杉木组培苗增殖和根系生长，在R/4B处理下，杉木生根组培苗的性状表现较优，细胞受损程度最小，可以用红蓝复合光质LED代替白光LED。

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（责编：张宏民）