LED红蓝光质对桉树组培苗生长及生理特性的影响

张亚如, 陈光彩, 叶春海, 李映志

(广东海洋大学 滨海农业学院， 广东 湛江 524088)

0 引言

【研究意义】桉树(EucalyptusrobustaSmith)又称尤加利树，是桃金娘科(Myrtaceae)桉属(EucalyptusL Herit)的常绿高大乔木。桉树具有适应性广、生长速度快、干形好、年产量高等优势，常作纸浆用材、家具用材、园林绿化、桉油加工及桉树生态林等多种用途，现已成为南方重要的速生造林树种之一[1]，在经济价值、社会效益、生态效益等方面发挥着重要作用[2-3]。桉树育苗主要以实生苗繁殖、无性系扦插、组织培养为主[4]，实生苗繁殖育种年限长、苗木质量难以控制；扦插苗育种成本较低、技术成本低、育种周期短，但对生长环境难以控制[5]；组培苗苗期长势一致、节本高效、成活率高、病虫害少等优势，更有助于控制桉树幼苗质量，是实现桉树快繁的一种重要手段[6]。【前人研究进展】光质即不同波长的光谱，对植物的生长发育具有至关重要的作用，包括生根诱导、光合作用、形态建成、物质代谢及基因表达等[7-8]。大量研究表明，高等植物具备完整的光接收信号系统及光信号转导系统，既能感受光信号，又可产生光信号，对光环境的改变做出适应性反应[7]。植物组培工厂多使用高压钠灯、荧光灯，但传统光源通常存在投资成本高、能效消耗大等缺点[8]，促使人工光源的补充已经成为控制植物生产的重要手段，新型光源设施LED(Light Emitting Diode，发光二极管)作为新型照明光源，可为不同植物调制不同光质、不同光强、不同光谱的光源[9]，具有体积小、重量轻、寿命长、光效高、光质纯、能够对植物进行近距离照射等特点[7]，在组培产业中得到广泛应用[10]。吴家森等[11]发现，在LED光源下绿萝叶长增加，叶间距缩短；LED组合下光补偿点下降、光饱和点升高、光合能力显著增强。徐文栋等[12]发现，单色蓝光促进黄瓜幼苗叶面积最大；LED红蓝比为3∶1的组合光能促进黄瓜幼苗形态伸长，更有利于生物量积累。陈星星等[13]发现，LED红蓝比为8∶2的组合光处理下，白掌苗叶长、叶幅、根数、根系活力、地上部鲜重、地下部鲜重及总鲜重都达最大值。周鹏等[14]发现，红蓝LED复合光高比例红光组合有利于铁皮石斛组培苗叶片数增加，促进生根、根系伸长，更能促进铁皮石斛的移栽成活率提高，确保生物量达最大。【研究切入点】当前，有关LED光源对植物组培苗生长特性的研究已经成熟，但有关LED光源对桉树组培苗生长发育影响的研究不多，尤其是红蓝光不同光质比组合及单色光质组成的研究鲜有报道。【拟解决的关键问题】以未生根桉树组培苗为试验材料，探究不同光质LED光源对桉树组培苗形态指标及生理特性的影响，以期为桉树高品质生产提供新方法和可靠的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

桉树品种：“广林9”商品幼苗，选择株高约 1.5 cm的未生根桉树组培苗。

试验光源：红光和蓝光，由广东海洋大学滨海农业学院组培室提供。

1.2 方法

1.2.1 试验设计 通过前期对红光、蓝光光质比进行筛选试验，共设置7个处理：T1，单色红光；T2，单色蓝光；T3，红光∶蓝光=1∶4；T4，红光∶蓝光=2∶3；T5，红光∶蓝光=3∶2；T6，红光∶蓝光=4∶1及荧光对照处理(CK)等。每个处理30瓶，每瓶4株，采用定时器控制光照时间为7:00—17:00，日光照时长10 h，培养温度为28℃，培养时间均为30 d。

1.2.2 生根配方 桉树组培苗的生根配方为 1/2MS+NAA 2.0 mg/L+5 g/L琼脂+30 g/L白砂糖。

1.2.3 指标测定

1) 形态指标和生物量。将各处理的桉树组培苗洗净，用于测定株高、根长、根数、叶片数、顶叶叶面积(自上而下的第1片完全展开叶)等指标。用直尺测量根长、株高；使用万分之一天平测定地上部鲜重、地下部鲜重、总鲜重及地上、地下部的干物重。测定干重之前，先将试验材料在105℃杀青0.5 h后，60℃下恒温干燥48 h至恒重。苯酚法[15]测定可溶性糖；TTC法[15]测定根系活力。

生根培养30 d后，统计各处理生根数多于3条的植株数量，计算该重复生根率，并统计每个处理各重复的生根率。

生根率=(根数多于3条的植株数/接种数)×100%

2) 光合色素测定。参照无水乙醇和丙酮混合液抽提法[16]测定叶绿素，将各处理的组培苗剪成2～3 mm的丝状，用95%无水乙醇10 mL浸提后在4℃冰箱中暗处理48 h，然后在470 nm、649 nm和665 nm波长处进行比色，计算叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素、叶绿素a+b及叶绿素a/b的含量。

1.3 数据处理

使用DPS 7.05和Excel 2003，采用邓肯式新复极差法(SSR法)对试验数据进行统计分析和差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同光质处理桉树组培苗的根系生长

从表1可知，不同光质处理桉树组培苗的生根数、根长及生根率变化。

表1 不同光质LED处理桉树组培苗的生根数、根长及生根率

2.1.1 生根数 T1、T2、T3及T4的桉树组培苗生根数与CK无明显差异，T5、T6的桉树组培苗生根数较多，显著高于CK及其余处理，且二者差异显著。说明，单色红光、单色蓝光促进桉树组培苗生根效果不显著，红蓝光质组合(红光∶蓝光=3∶2，红光∶蓝光=4∶1)可促进桉树组培苗生根，红光比例越大，生根效果越显著。

2.1.2 根长 T2和T6的桉树组培苗根长较长，分别为9.18 cm和8.21 cm，显著高于CK，T4的桉树组培苗根长最短，为4.12 cm。说明，单色蓝光、红蓝光质组合(红光∶蓝光=3∶2，红光∶蓝光=4∶1)均促进桉树组培苗的根长生长。

2.1.3 生根率 T1的桉树组培苗生根率显著低于CK，其他处理均与CK相当，差异不显著。说明，除单色红光外，其他处理均能诱导桉树组培苗根部生根。由此可知，单色蓝光、所有红蓝光质组合均可促进桉树组培苗根部生根。

2.2 不同光质处理桉树组培苗的形态生长

从表2可知，不同光质处理桉树组培苗的株高、叶数及叶面积变化。

表2 不同光质LED处理桉树组培苗的株高、叶数、叶面积

2.2.1 株高 T1、T2的桉树组培苗株高较高，分别为3.05 cm和4.09 cm，显著高于CK，且二者差异显著，T2显著高于其他处理；T1显著高于T3、T4；T3、T4、T5和T6的组培苗株高与CK差异不显著。说明，单色红光、单色蓝光促进桉树组培苗株形生长效果较为显著。

2.2.2 叶数 T1、T2和T5的桉树组培苗叶片数较多，显著高于CK，其中T2的叶数最多，为18.14片，显著高于其他处理。说明，单色红光、单色蓝光、红蓝光质组合(红光∶蓝光=3∶2)均可促进桉树组培苗叶片生长，单色蓝光效果更显著。

2.2.3 叶面积 T3和T5的桉树组培苗叶面积显著高于CK，其中T3最大，为0.163 cm2，显著高于其他处理。T1的叶面积最小，显著低于CK。说明，红蓝光质组合(红光∶蓝光=1∶4，红光∶蓝光=3∶2)能明显促进桉树组培苗叶面积的增大。

2.3 不同光质处理桉树组培苗的生物量

从表3可知，不同光质处理桉树组培苗总鲜重和总干物率的变化。

表3 不同光质LED处理桉树组培苗的鲜重和干物率

2.3.1 总鲜重 T1、T2的桉树组培苗地上部鲜重较高，显著高于CK且二者差异显著。说明，单色红光、单色蓝光可促进桉树组培苗地上部生物量的合成。T2、T4、T5、T6的桉树组培苗地下部鲜重较大，显著高于CK，T2、T5显著高于T4、T6；T1、T3的桉树组培苗地下部鲜重与CK差异不显著。说明，单色蓝光能促进桉树组培苗地下部生物量的合成，红蓝光比例相当时也能促进地下部生物量的合成。T1、T2、T5、T6的桉树组培苗总鲜重均显著高于CK，T2的总鲜重最大，且显著高于CK及其余处理；T3总鲜重与CK差异不显著。说明， 单色红光和单色蓝光均可促进桉树组培苗生物量的积累，高比例红光条件下的红蓝光质组合作用与之一致。T3～T6的桉树组培苗总鲜重呈先升后降趋势，说明红蓝光组合处理条件下，桉树组培苗总鲜重随红光比例增加而增加，但红光比例过高可抑制该作用。

2.3.2 总干物率 T3、T6的桉树组培苗地上部干物率较大，与CK差异不显著；T1、T2的地下部干物率较大，与CK差异显著及其处理；T1桉树组培苗的总干物率最大，显著大于CK及其处理，T3、T6的总干物率与CK无明显差异。说明，单色红光促进桉树组培苗干物质积累的作用较好。

2.4 不同光质处理桉树组培苗的光合色素

从表4可知，不同光质处理桉树组培苗叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素、叶绿素a+b的含量和叶绿素a/b的变化。

表4 不同光质LED处理桉树组培苗的光合色素

2.4.1 叶绿素a含量 除T3之外，其余处理的叶绿素a含量均低于CK，T1的叶绿素a含量最小，显著低于CK。由此可知，红蓝光光质组合(红光∶蓝光=1∶4)可促进按株组培苗叶绿素a的合成。

2.4.2 叶绿素b含量 T1的桉树组培苗叶绿素b含量最高，与CK差异不显著，T4的叶绿素a含量最小，显著低于CK。由此可知，单色红光可促进叶绿素b合成。

2.4.3 类胡萝卜素含量 T1、T2、T4和T6的桉树组培苗类胡萝卜素含量显著低于CK，T3和T5的类胡萝卜素含量与CK差异不显著，T4与T5、T6间差异不显著。说明，红蓝光质组合(红光∶蓝光=1∶4)更能促进类胡萝卜素含量的合成。

2.4.4 叶绿素a/b T3、T4的 桉树组培苗叶绿素a/b值最大，均为5.03，显著大于CK；T1叶绿素a/b值显著低于CK，T5、T6与CK差异不显著。说明，红蓝光质组合(红光∶蓝光=1∶4、红光∶蓝光=2∶3)更能提高叶绿素a/b值。

2.4.5 叶绿素a+b含量 T1、T2、T4的桉树组培苗叶绿素a+b含量显著低于CK，T3的叶绿素a+b含量与CK和T5间及T5、T6和CK间差异不显著。表明，红蓝光光质组合(红光∶蓝光=1∶4)更能促进叶绿素a+b的合成。

2.5 不同光质处理桉树组培苗的碳代谢

从表5可知，不同光质处理桉树组培苗叶及茎的可溶性糖含量变化。

表5 不同光质LED处理桉树组培苗叶和茎的可溶性糖含量

2.5.1 叶 不同光质处理以T1的桉树组培苗叶可溶性糖含量最高，但低于CK，与CK差异不显著；T2的含量最低，与CK差异显著；随着红光比例增加，其叶可溶性糖含量逐渐下降。由此可知，单色红光促进叶可溶性糖的合成，红蓝光质组合的红光比例越高越抑制叶可溶性糖的合成。

2.5.2 茎 T1的桉树组培苗茎可溶性糖含量最高，显著高于CK；T2的含量最低，显著低于CK；T3、T4与CK差异不显著。表明，单色红光、红蓝光质组合(红光∶蓝光=1∶4，红光∶蓝光=2∶3)可促进茎可溶性糖含量的合成，单色红光作用更显著。

3 讨论

在植物的整个生命周期，光环境主要依赖于光周期(明暗周期)、光量子通量密度及光质配比(光谱分布)三因素[17]实现对植物的调控作用，主要调控植物的生长发育、光合作用、形态建成、物质代谢及基因表达[18]。周鹏等[14]在乌饭树组培苗试验中得出，红光有利于新梢伸长、叶面积增加，但抑制叶绿素的合成；蓝光促进茎段增殖及根部生长。王婷等[19]在不结球白菜试验中发现，红光有利于白菜根系生长，提高胡萝卜素含量、可溶性糖含量及根系活力，蓝光有利于白菜茎段伸长，有利于白菜形态发生。高波等[20]在芹菜试验中发现，在不同LED光质配合比中，红光占比较大，有助于株高、叶片数及可溶性糖含量的提高，使芹菜具有更好的生长特性和品质。植物生长所需特质光谱可以有效提高植物体的内含物和生长量[21]。研究表明，不同光质处理对桉树组培苗形态生长的影响存在差异。单色红光除外，单色蓝光、荧光、红光∶蓝光分别为1∶4、2∶3、3∶2和4∶1的生根率均为100%，且单色蓝光处理根长最长，单色光处理不能促进桉树组培苗生根，但红蓝复合光可以使该现象得到改善，除红光∶蓝光为2∶3外，桉树组培苗生根数、根长的红光∶蓝光均为1∶4<3∶2<4∶1，即单色蓝光、红蓝光组合均促进桉树组培苗生根诱导，且红光比例越高，作用更显著。与李杰等[17]在2种金线莲组培苗的生根对比试验结论一致。任桂萍等[22]在蝴蝶兰生根试验中得出，相对于纯红光，单色蓝光有利于根长的增加，相比于纯蓝光，增加一定比例的红光更能促进根部生长。周鹏等[14]在乌饭树生根阶段发现，生根率、根数、根长均能达到最大的光质组合处理是50%红光+50%蓝光，与研究结果不一致，出现该现象的原因可能是不同植物适宜的光周期不同导致。红光∶蓝光为1∶4时的叶面积最大，单色红光处理，桉树组培苗的株高、叶片数最大，即单色红光处理促进桉树幼苗形态发生的作用更显著。与任桂萍等[22]对蝴蝶兰的研究及王政等[23]对红叶石楠的研究结论一致，说明单色红光处理的幼苗株高最高。

干物质含量是植物通过光能固定无机物，合成有机物的直接表现[24]。单色蓝光处理，桉树组培苗地上部鲜重最大，单色红光、单色蓝光均促进地上、地下部生物量的合成；随着红光比例增加，红蓝复合光质组合更能促进地上、地下部生物量的合成，但过高比例会抑制地下部生物量的合成；单色蓝光处理，桉树组培苗总鲜重达最大，随着红光比例增加，总鲜重逐渐增大，但红光比例过高会起到抑制作用。红光∶蓝光为1∶4时地上部干物质含量最高，单色蓝光处理地下部的干物质含量最高，单色红光处理的总干物率最大。由此可知，单色蓝光处理促进桉树组培苗鲜重增加，单色红光、高比例红光的红蓝复合光可促进桉树组培苗干物质的积累。周鹏等[14]在乌饭树试验中得出，70%红光+30%蓝光处理，其鲜重、干重均最大。王政等[18]研究表明，100%红光、70%红光+30%蓝光的红叶石楠幼苗整株鲜重、干重及干物率最大，适宜的红光利于干物质的积累。高波等[20]研究表明，50%红光+50%蓝光处理，芹菜幼苗地上、地下部鲜重和总鲜重最大，与此结论不一致，可能是不同试验材料所需光照不同所致。

高等植物体内叶绿素主要由叶绿素a、叶绿素b组成，叶绿素a主要吸收长波长的光，叶绿素b主要吸收短波长的光。有研究表明，波长610～720 nm的红橙光及400～510 nm的蓝紫光是植物生长所需的主要光谱[25]，叶绿素在蓝光和红光都有最大吸收峰[5]。植物体内的隐花色素主要吸收蓝光和紫外光，光敏色素主要吸收红光波及远红光波，调节植物种子萌发、形态发生[26]。对大多数植物而言，红光有利于叶片中叶绿素的合成，蓝光处理叶绿素含量降低[5,27]，但蓝光处理有利于叶绿素a/b值的提升，红光处理会使之降低[6，21]。研究表明，单色红光处理，桉树组培苗的叶绿素b含量最高，单色红光、单色蓝光的叶绿素a+b含量差异不显著，红蓝光质组合(红光∶蓝光为1∶4)较适合类胡萝卜素、叶绿素a/b、叶绿素a+b的合成。周鹏等[14]在乌饭树试验中发现，红蓝复合比促进类胡萝卜素的合成，HOGEWONING等[28]发现，在混合光质条件下增加蓝光比例有利于黄瓜叶片中叶绿素的积累，均与研究结果一致。蒲高斌等[29]在番茄幼苗试验中得出，单色蓝光处理的叶绿素含量最高，单色红光处理的叶绿素总含量最低，与研究结果不一致，可能是由于不同物种对光质的需求不同导致。

碳、氮代谢是植物生长所需的基础代谢过程，光质对植物的碳水化合物、蛋白质代谢具有调节作用。植物体内碳水化合物主要转化为可溶性糖，通过可溶性糖含量的多少反映植物碳素营养代谢状况。李淋倍等[5]在不结球白菜试验中得出，复合光质处理可显著提高植株的可溶性糖含量，利于干物质的积累。蒲高斌等[29]研究表明，单色红光处理番茄幼苗的可溶性糖和总糖含量最高，单色红光促进碳水化合物的形成与积累。研究表明，单色红光处理桉树组培苗的叶、茎可溶性糖最大，与蒲高斌等[29]对番茄幼苗的研究结论一致；红蓝复合光质组合处理的桉树组培苗茎、叶可溶性糖含量随红光比例增加整体呈降低趋势，说明复合光中红光比例过高对植株碳代谢和生物量合成有抑制作用。与芹菜[20]、白掌[13]等高比例红光利于可溶性糖积累的结论不一致。可能是光质比例对植物生长发育的影响与光强也存在很大关系，高光强抑制可溶性糖的合成。

4 结论

研究结果表明，LED光源不同光质可显著影响桉树组培苗的形态特征和生理特性。较CK而言，单色蓝光、红光∶蓝光为4∶1处理可促进桉树生根诱导；单色红光、红光∶蓝光为1∶4处理对桉树组培苗的株高、茎叶生长较有利，更有利于桉树组培苗的形态建成；红光∶蓝光为1∶4处理的桉树组培苗干物质量、光合色素、可溶性糖积累方面较为合适，但对植株形态建成各方面有负面影响。