不同光质对白及组培苗生长及光合特性的影响

王婷婷 占卓 马健 陈艺群 李阳

摘 要： 白及的自然繁殖率极低，组培育苗是其种苗繁殖的主要方式之一。为探索提高白及组培育苗质量及缩短育苗周期的高效人工光环境，该文以紫花白及（Bletilla striata）为试验材料，研究LED光质对白及组培苗的生长和光合特性的影响。结果表明：提高红蓝光组合中的蓝光占比，有利于促进白及组培苗的生长和生物量的积累，而白及的球茎大小与红光的占比呈正相关;在红蓝组光合中增加25%的绿光（2R1B1G），可显著提高白及叶片的叶绿素含量和净光合速率，促進组培苗根系和叶片的生长。综上结果表明，2R1B1G处理下的白及组培苗株高、茎粗、叶绿素含量、净光合速率和根系发育均表现出最佳优势，2R1B1G处理的LED光谱可推荐作为白及组培育苗的光质配方。

关键词： 白及， 组培苗， 光质， 生长， 光合特性

中图分类号： Q945

文献标识码： A

文章编号： 1000-3142（2021）04-0584-07

Abstract： Bletilla striata has a very low natural reproduction rate， and tissue culture is one of the main ways of its seedling reproduction. In order to explore an efficient artificial light environment for improving the quality of B. striata and shortening its seedling time， the growth and photosynthetic characteristics of B. striata seedlings under different light qualities were studied. The results were as follows： Increasing the proportion of blue light （2R1B1G） in the background of red and blue light was conducive to promoting the growth and biomass accumulation of B. striata， and its bulb size was positively correlated with the proportion of red light; The chlorophyll contents and net photosynthetic rate were significantly increased and the development of roots and leaves were accelerated when adding 25% green light （2R1B1G） in the background of red and blue light. All these results indicate that plant height， bult diameter， chlorophyll concent， Pn and root development are all the best under 2R1B1G treatment. Therefore， the light quality 2R1B1G is recommended as the best light quality recipe for the seedlings of B. striata.

Key words： Bletilla striata， tissue culture seedlings in vitro， light quality， growth， photosynthetic characteristics

白及（Bletilla striata）为兰科白及属多年生草本球根植物，是中国传统的中药材，主要用于收敛止血、消肿生肌，有良好止咳作用，能治疗鼻窦炎等，还具有很高的园林应用价值（余朝秀等，2005;陆峻波等，2011）。近年来，随着白及市场需求的提高，野生白及遭到过度采挖，导致其野生自然资源急剧减少，濒临灭绝，被国家列为重点保护的野生药用植物之一（傅立国，1992），同时也被列入《濒危野生动植物国际贸易公约》保护种类（中国科学院中国植物志编辑委员会，1999）。由于白及种子无胚乳，自然繁殖出苗率仅有万分之一（张佳宁等，2016），成苗比较困难，用切块茎繁殖是其传统繁殖的主要方法之一，但繁殖系数较低。目前，组培育苗比传统育苗具有苗势好、繁殖系数高的优势，极大地提升了白及育苗的质量和效率。

人工光环境是组培育苗的核心技术之一，能调控组培苗的形态建成、光合生理、物质代谢等（Haliapas et al.， 2008;Macedo et al.， 2011;杨维杰，2015;孙翊等，2017）。目前，组培育苗生产中以荧光灯为主要光源，随着半导体技术的发展，植物人工补光的研究已从常用的荧光灯转为光谱可调、发光效率更高、使用寿命更长的LED植物灯。前人研究表明，在形态、生物量、壮苗指数、酶活性等方面，LED灯比荧光灯具有明显的组培育苗优势（李慧敏，2016;Mohlakola， 2017），如谢苗苗等（2018）认为LED比荧光灯更有助于矾根组培苗形态建成、生物量积累以及叶片光合色素合成，且抗氧化酶有良好活性，可作为矾根组培生根培养的优选光质。不同类型的植物对光质的生理生化反应存在一定的差异，研究表明增加远红光促进阳生植物株高的形成（刘再亮等，2004），但Robin et al.（1994） 研究发现低比例的红光与远红光抑制了苜蓿腋芽分枝的产生和茎节数的增加。目前，LED光质在白及组培育苗中的应用研究鲜有报告，仅有王自布等（2016）研究了LED单色光在白及组培中的运用，认为蓝光处理白及组培苗株高较高，红光提高白及叶面积、根长和生根数量。现有的文献资料与实际的生产应用仍存在一定的差距。所以，本研究以白及为材料，LED光为试验光源，探究白及组培苗在不同光质处理下的生长及光合特性，筛选出适宜白及组培育苗的光质配方，以期为生产高品质白及种苗、建立工厂化组培育苗快繁体系和野生白及资源保护提供理论依据和参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料及培养

以紫花白及（Bletilla striata）为试验材料，试验于2018年3—7月在福建省中科生物股份有限公司光生物产业研究院组培光生物学实验室进行。将液体萌发培养基上长势均匀一致的白及无根幼苗（0.3 cm左右）转接到继代培养基上（改良后的1/2MS培养基），每瓶培养基接种幼苗12 株，放置于不同试验光质下培养，培养时间为100 d，昼夜温度为23 ℃/20 ℃ ，空间空气湿度为55%，CO2濃度为400 μmol·mol-1。

1.2 光环境处理

将继代扩繁后的组培苗放置在组培架上进行光照培养，以荧光灯为对照（CK），设置6个LED光质处理（表1）：1R1B（Red∶Blue=1∶1）、2R1B、3R1B、4R1B、2R1B1G（Red∶Blue∶Green=2∶1∶1）和2R1B2G。LED灯具由福建省中科生物股份有限公司自主研发，其中红光（R）的峰值波长为660 nm、蓝光（B）的峰值波长为450 nm、绿光（G）峰值波长为526 nm。光照强度为（50±5）μmol·

m-2·s-1，光照时间为12 h·d-1。每个光质处理放置10瓶白及组培苗（120株），重复3次，待苗高长至9 cm时，进行相关形态指标和光合特性指标的测定。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 形态指标的测定 各处理随机选取20 棵白及组培苗，测定幼苗的苗高、根长、叶长、叶宽、鲜重和球茎大小，参考张勇等（2014）的长宽法（修正系数采用 0.75）计算叶面积。测定结束后，将幼苗放入105 ℃的烘箱杀青30 min，在75 ℃恒温干燥48 h，称取干重。

1.3.2 光合参数的测定 测量于09：00—11：30时进行，随机选取每个重复下长势较一致的白及组培苗10 棵，每棵苗选取从上往下数第2 片真叶，使用光合仪（LI-6800， LI-COR Inc， USA）进行光合参数的测定，主要包含净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）和胞间CO2浓度（Ci）。测定光强为50 μmol·m-2·s-1，叶温为23 ℃，CO2浓度为400 μmol·mol-1，相对湿度为55 %。

1.3.3 叶绿素荧光参数的测定 叶绿素荧光的测定参照Vankooten et al. （1990）的方法：在室温条件下，利用便携式荧光测定仪（PAM 2500， Heinz-Walz， Germany）测量暗适应15 min的完整叶片的叶绿素荧光。每个处理随机选取10棵，每棵从上往下选取第2片真叶进行测定。打开饱和脉冲测量最小荧光（F0）和最大荧光（Fm），20 s后打开光化光，并且每隔20 s 重复打开饱和脉冲光，测定光照下最大荧光（Fm′）。

1.3.4 光合色素含量的测定 采用混合液提取法进行光合色素含量的测定（陈福明和陈顺伟，1984），提取溶剂为45%无水乙醇+45%丙酮+10%蒸馏水，使用分光光度计（UV-2700，岛津，日本），测定叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量，并计算叶绿素a+b、叶绿素a/b的比值。

1.4 数据统计分析

对所得的数据，采用Microsoft Excel 2003进行数据整理并制图，并用DPS软件（v14.10）多重比较Duncans新复极差法进行显著性分析，图表中数据为平均值±标准差。

2 结果与分析

2.1 不同光质对白及幼苗形态指标的影响

如表2所示，与荧光灯条件下的白及组培苗比较，不同LED处理下的白及组培苗的株形无明显差异，但LED处理下的白及组培苗的叶面积普遍较大。LED红蓝光处理与对照比较，LED的光质处理没有明显改善白及组培苗的株高、球茎大小和根系发育，但是，红光占比与球茎大小呈正相关，3R1B（6.01 mm）比1R1B（4.60 mm）处理的球茎直径高出30.66%，而且当红光占比在50%～75%时，红光含量与白及组培苗叶面积大小成正比。随着蓝光比例的增加，白及组培苗的株高、单株鲜重和单株干重逐渐增加，其中，1R1B处理的白及组培苗单株鲜重（0.89 g）和单株干重（67.65 mg）最大，分别比对照提高了34.85%和18.36%，表明提高蓝光的比例有利于白及组培苗生物量的积累。在LED红蓝光的基础上增加绿光，显著提高了白及组培苗的株高和增强了根系发育，其中增加25%的绿光（2R1B1G）对白及组培苗的影响较大，明显增加了其生物量，白及组培苗整体品质也最佳。

2.2 不同光质对白及组培苗叶片光合色素含量的影响

不同光质处理下的白及组培苗叶片的叶绿素含量存在显著差异（表3）。红蓝光组合处理中，2R1B处理的白及组培苗叶绿素含量显著大于其他红蓝光处理，4R1B处理的叶绿素含量最低，表明在一定范围上增加蓝光含量有利于叶绿素的合成，提高了白及组培苗的叶绿素含量。各LED处理的叶绿素a含量以2R1B1G和2R1B2G处理较高，分别比对照高出34.09%和21.59%，达到显著差异。叶绿素b与叶绿素a+b的含量变化与叶绿素a一致，以2R1B1G处理的值最大，表明增加一定比例的绿光，有利于叶绿素的合成，但比例不宜太高，各光质处理中，以绿光含量为25%时的光质处理的叶绿素含量较高，表明在该光质处理下，更有利于白及组培苗的叶绿体的发育，这与表2中提高蓝光比例、适当增加绿光促进白及组培苗生物量积累增加一致。

2.3 不同光质对白及组培苗叶片叶绿素荧光参数的影响

如图1所示，不同光质处理没有影响白及组培苗的最大光化学效率（Fv/Fm）， Fv/Fm值均在正常范围之内，而且不同光质处理间无显著差异。LED红蓝光组合处理中，2R1B处理的ΦPSII值较高，而非光化学淬灭系数（NPQ）和非光化学淬灭（qN）值降低，表明2R1B处理中，较少的光能以热的形式被耗散掉，白及叶片对光能转化能力加强。增加光质中的红光比例， NPQ值增加， 当红光的含量达到80%时，4R1B处理的ΦPSII显著低于其他处理和对照，表明红光的比例过高影响白及组培苗光反应能力，这可能与该处理条件下的叶绿素浓度偏低有关（表3）。在2R1B处理的基础上，增加25%的绿光，白及组培苗的实际光化学效率明显增加，但增加绿光的比例达到40%时，白及组培叶片的光能转化效率下降，热耗散增加。综合以上分析，全光谱（2R1B1G）的条件下，白及组培苗的光能利用效率最优。

2.4 不同光质对白及组培苗叶片光合参数的影响

如图2所示，各LED处理与对照的Pn存在明显的差异，当R∶B=1～3时，随着红光含量的增加，Pn逐渐增加但未达到显著差异，R∶B=4时，Pn显著下降，其中2R1B1G处理的Pn最大，与其他处理达到显著差异。不同处理的白及叶片蒸腾速率（Tr）和气孔导度（Gs）的变化趋势与Pn较接近，但红蓝绿光组合处理的白及组培苗叶片胞间CO2浓度（Ci）较小，认为在环境CO2浓度一致的情况下，不同光质处理下白及组培叶片对CO2利用率存在差异，同时叶片呼吸作用产生CO2的量不同，最终导致Ci变化趋势不均一。综合分析表明，白及组培苗在2R1B1G处理下的净光合速率最高，显著高于对照和其他LED处理（图2），这可能与该条件下的Tr和Gs的值较高有关。

3 讨论与结论

光质是影响植物生长发育的最重要的光环境因子之一，不仅为植物光合作用提供能量，同时作为信号因子参与调节光形态建成、内在生物节律等植物重要生命活动，但不同植物对光质表现出的生物学反应不一致。一般研究认为，红光可以促进菜心、番茄、康乃馨组培苗茎的伸长，而蓝光则使植株矮化（何建文等，2018;杨俊伟等，2018;仇学文等，2018）。本研究中，光质比例从4R1B 调整到1R1B，白及组培苗株高增加26.22%，表明提高培养光质中蓝光的比例，有利于促进白及组培苗茎的伸长，这与王自布等（2016）和陈光彩（2015）研究结论是一致的，他们认为不同LED光质对白及和桉树组培苗株高的影响表现为蓝光>红光。此外，本研究也发现，在低红蓝光组合中增加25%的绿光，白及组培苗的株高、根系的生长和生物量的积累均优于对照和其他处理。造成这种光质效应不同的原因可能和试验植物长期形成的生活习性差异有关，因为白及为兰科植物，常生长于林下或林缘，耐阴性强，在蓝光和绿光处理下，植物的PEPC基因也有较高的表达（Jiao et al.， 2002），其光合作用可能会随着环境条件的变化在CAM（景天酸代谢途径）与C3途径间转换。研究表明，蓝光有利于促进叶绿素合成与积累（尚文倩等，2013;袁华玲等，2019;王加真等，2019），而且在蓝光条件下的小白菜叶片发育良好，与叶片单位面积气孔导度及其净光合速率较高有关（樊小雪等，2018）。本研究中，提高培养光中的蓝光比例，白及的叶绿素含量增加，证明蓝光处理有利于促进白及叶绿素的合成与积累，提高白及组培苗光合能力（Pn）和生物量。绿光也在植物生长发育过程中发挥了重要的作用（Kim et al.， 2006; Golovatskaya & Karnachuk， 2015），本研究中，在LED红蓝组合光的基础上增加一定量的绿光，白及组培苗的光合能力显著提高，但绿光在能量含量中不宜超过50%（Kim et al.， 2004），本研究中以在红蓝组合光基础上添加25%的绿光处理下白及组培苗生长最优。

综上所述，2R1B1G的光质条件下，白及组培苗的株型、根系、叶绿素含量、光合能力，以及单株鲜重和干重等均优于荧光灯和其他LED光质处理，而且2R1B1G的光质条件下的白及组培苗的株型较紧凑、生长健壮，推荐2R1B1G作为白及工厂化组培育苗的较佳光质配比。

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（责任编辑 李 莉）