LED光质对彩色马蹄莲组培苗生长及生理特性的影响

杨 贞,张永春,王艺程,李青竹,杨柳燕

(上海市农业科学院林木果树研究所,上海市设施园艺技术重点实验室,上海 201403)

彩色马蹄莲(Zantedeschia hybrida)为天南星科马蹄莲属多年生球根花卉,是马蹄莲(Zantedeschia aethiopica)的近缘种。彩色马蹄莲花、叶都具有较强的观赏性,花色有红、黄、银星、紫斑等,其鲜切花和盆栽花都深受人们喜爱,在国际花卉市场上占有重要的地位[1]。

彩色马蹄莲的传统栽培方式有分球法和块茎分割法,但这两种方式均存在周期长、繁殖系数低的问题,无法满足生产需求[2-3]。组织培养方法繁殖速度快,周期短,可快速获得彩色马蹄莲幼苗。LED 光源(Light-Emitting Diode)具有光能利用率高、耗电量少、寿命长、发热少、光色纯正等优点[4-5],目前,已在植物研究中广泛应用。关于光质对植物生长及发育的影响方面的研究较多,如小白菜[6-7]、黄瓜[8-9]、青蒜苗[10]、油菜[11]、菠菜[12]、甜椒[13]以及金线莲[14]、灵芝[15]、杜鹃[16]等。而关于彩色马蹄莲的研究主要集中在组织培养、杂交育种、栽培技术及观赏品质等方面,对组培快繁过程中光质条件进行优化的报道较少。王政等[17]研究发现,当光照强度大于45 μmol·m-2·s-1时,增加光强可明显促进彩色马蹄莲试管苗的生长。唐凤鸾等[18]研究发现,在自然光照条件外补照6 h 的黄光和2 h 的蓝光,马蹄莲生长情况最好。本研究通过设置不同LED 光质对彩色马蹄莲组培苗进行处理,对其增殖、生长特性和生理指标特性进行综合分析,旨在为优质、高效的彩色马蹄莲种苗产业化生产提供技术依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

彩色马蹄莲组培苗(Zantedeschia hybrida,标本编号1714)由上海市农业科学院林木果树研究所提供。试验在上海市农业科学院林木果树研究所组织培养室进行,室温为(22 ±2)℃,光照强度为60 μmol·m-2·s-1,光照时间为12 h∕12 h。主要使用的仪器有光谱测量仪、超净工作台、组合LED 灯管、高温高压灭菌锅等。

1.2 试验设计

以白光为对照(CK),设计5 种LED 光质处理(表1)。选取株高相同的彩色马蹄莲增殖苗(株高1.5 cm)和彩色马蹄莲生根苗(株高1.5 cm),于不同光质条件下各处理100 颗彩色马蹄莲增殖苗及生根苗,处理时间为8 周。重复3 次。

表1 试验设置LED 光源参数Table 1 The light quality parameters of experiment

1.3 指标测定

1.3.1 彩色马蹄莲增殖苗统计

每两周统计各光质处理下彩色马蹄莲增殖苗的总数并计算增殖率(统计时间节点为处理后0 周、2 周、4 周、6 周、8 周)。增殖率=(彩色马蹄莲苗总数-100)∕100 ×100%。

1.3.2 生长量测定

光质处理30 d 后,每种光质处理下随机选择5 株,测量其株高、鲜重、块茎直径、叶片长、叶片宽、根长、根数,把植株置于105 ℃的烘箱杀青20 min 后,在80 ℃的恒温条件下烘干至恒重,测量其干重并计算其含水量。相对含水量=(Wf-Wd)∕Wf×100%,Wf 为鲜重(g),Wd 为干重(g)。

1.3.3 营养物质含量及生理指标测定

光质处理30 d 后,每种光质处理下随机选择5 株。用分光光度计比色法对叶绿素含量进行测量[19]；用考马斯亮蓝法测定彩色马蹄莲块茎中的可溶性蛋白含量[20]；用蒽酮比色法对可溶性总糖和淀粉含量进行测定[20]；用氮蓝四唑法测定超氧物歧化酶(SOD)的活性[20]；用硫代巴比妥酸法测定丙二醛(MDA)含量[20]；用愈创木酚法测定过氧化物酶(POD)的活性[21]。

1.4 数据处理

采用SPSS 19.0 软件对试验数据进行处理,采用单因素方差分析(One-way ANOVA)和LSD 法进行差异显著性分析,显著性水平为P＜0.05。

2 结果与分析

2.1 光质对彩色马蹄莲苗增殖的影响

由图1 可知,处理8 周后,复合光质R∕B(2∕1)、R∕B(1∕1)、R∕B(1∕2)条件下马蹄莲的增殖率分别为40%、38%、38%。复合光质处理下,彩色马蹄莲苗的增殖率均高于单一光质。其中在复合光质R∕B(2∕1)处理下,彩色马蹄莲苗的增殖率最佳,比CK 处理高42.9%,比R 处理高122.2%,比B 处理高11.1%。表明复合光质比单一光质处理更有利于马蹄莲苗的增殖,马蹄莲苗增殖最佳光质条件为R∕B(2∕1)。

图1 彩色马蹄莲增殖率Fig.1 Proliferation rate of Zantedeschia hybrida

2.2 不同光质处理对彩色马蹄莲幼苗生长的影响

由表2 可知,R∕B(2∕1)处理下,植株的株高、鲜重、叶长和叶宽最大,分别比CK 处理高87.0%、42.3%、101.9%和108.8%,比B 处理高48.3%、60.3%、56.0%和59.0%,比R 处理高30.3%、29.5%、31.4%和21.0%。在R∕B(2∕1)处理和R 处理下,植株的直径最大,两处理之间差异不显著,和其他处理呈显著性差异。R 处理有利于彩色马蹄莲苗根的生长,根长最大,为14.17 cm,与其他处理呈显著性差异；B 处理下彩色马蹄莲的根长最短。综上,红光有促进根生长的作用。混合光质R∕B(2∕1)处理能够促进彩色马蹄莲苗的生长发育,是彩色马蹄莲苗生长发育的最适光质处理。

表2 不同光质处理对彩色马蹄莲苗形态指标的影响Table 2 The morphological index of Zantedeschia hybrida plants under different light quality

2.3 不同光质处理对彩色马蹄莲幼苗叶绿素、可溶性总糖、淀粉和可溶性蛋白含量的影响

在R∕B(1∕2)光质处理下,彩色马蹄莲苗的叶绿素含量最高,与其他光质处理呈显著性差异,是CK 处理的1.22 倍；R∕B(1∕1)、R∕B(2∕1)和R 光质处理下植株的叶绿素含量差异不显著,其叶绿素含量分别是CK 处理的1.04 倍、1.1 倍和1.05 倍；B 处理下,叶绿素的含量最低(图2)。表明复合光质有利于提高植株的叶绿素含量,其中R∕B(1∕2)光质处理最有利于促进彩色马蹄莲苗叶绿素的合成。

图2 不同光质处理对彩色马蹄莲叶绿素含量的影响Fig.2 Chlorophyll content of Zantedeschia hybrida under different light treatment

由图3 可知,R∕B(2∕1)光质处理下,彩色马蹄莲苗的可溶性总糖含量最高,与R∕B(1∕1)光质处理差异不显著,与其他光质处理呈显著性差异。R 处理下可溶性总糖含量最低。在复合光质处理中,随着红光比例的增高,彩色马蹄莲苗中的可溶性总糖含量升高。B 处理条件下,彩色马蹄莲苗中的淀粉含量最高,与其他处理呈显著性差异,其余四种光质处理之间差异性不显著(图4)。B 处理下,彩色马蹄莲苗的可溶性蛋白含量最高,与R∕B(1∕2)、CK 和R∕B(1∕1)差异不显著,与R∕B(2∕1)和R 处理呈显著性差异(图5)。

图3 不同光质处理对彩色马蹄莲可溶性总糖含量的影响Fig.3 Soluble total sugar content of Zantedeschia hybrida under different light treatment

图4 不同光质处理对彩色马蹄莲淀粉含量的影响Fig.4 Starch content of Zantedeschia hybrida under different light treatment

图5 不同光质处理对彩色马蹄莲可溶性蛋白含量的影响Fig.5 Soluble protein content of Zantedeschia hybrida under different light treatment

2.4 不同光质处理对彩色马蹄莲幼苗生理指标的影响

不同光质处理下,R∕B(1∕2)处理彩色马蹄莲幼苗的POD 含量最高,和其他处理呈显著性差异；其次为R∕B(2∕1)处理(图6)。

图6 不同光质处理对彩色马蹄莲过氧化物酶活性的影响Fig.6 POD activity of Zantedeschia hybrida under different light treatment

由图7 可知,红蓝复合光质R∕B(1∕2)、R∕B(1∕1)和R∕B(2∕1)处理下彩色马蹄莲幼苗的SOD 含量最高。R∕B(1∕2)和R∕B(1∕1)处理下SOD 含量是CK 处理的1.15 倍；R∕B(2∕1)处理下SOD 含量是CK 处理的1.08 倍。

图7 不同光质处理对彩色马蹄莲超氧物歧化物活性的影响Fig.7 SOD activity of Zantedeschia hybrida under different light treatment

CK 处理下,彩色马蹄莲苗的MDA 含量最高；R∕B(1∕1)和R 处理下,彩色马蹄莲苗的MDA 含量最低,和另外四种处理呈显著性差异；CK 处理下,MDA 含量是纯红光R 处理的1.41 倍(图8)。

图8 不同光质处理对彩色马蹄莲丙二醛含量的影响Fig.8 MDA content of Zantedeschia hybrida under different light treatment

3 讨论与结论

项蕾蕾等[22]研究表明,普通荧光+LED 暖黄光处理下,香蕉组培苗的增殖系数最大,普通荧光+LED蓝光处理下香蕉苗的增殖系数最小。廖多思等[23]研究认为,纯红光和纯蓝光分别为Bob’s yellow 和黄杯杜鹃增殖的最适光质。闻永慧等[24]研究发现,1RB(红∶蓝=1∶1)处理下,白及组培苗的增殖率最高。孙翊等[25]研究表明,红蓝复合光质有利于非洲菊组培苗的增殖,其中红蓝复合光质RB4(红蓝光比例为4∶1)处理下,非洲菊组培苗的增殖系数最高。本研究中,复合光质比单一光质更有利于彩色马蹄莲苗的增殖,其中彩色马蹄莲苗增殖最佳的光质条件为R∕B(2∕1)。

不同光质处理对植物的生长有一定的影响。李青竹等[26]研究发现,红蓝复合光可以加快促进石蒜幼苗的生长,红蓝光比1∶2是石蒜幼苗生长的最佳光质条件,红蓝光比2∶1的光质处理对石蒜幼苗可溶性糖的积累起到促进作用,蓝光能够提高其可溶性蛋白的含量。红蓝组合光处理能够促进茄子的生长,蓝光处理下茄子的可溶性蛋白含量最高,红蓝组合光处理下可溶性糖含量最高,其次为红光处理[27]。红蓝复合光质有利于促进叶菜植物[28]、矾根组培苗[29]、长茎葡萄蕨藻[30]和竹叶兰[31]的生长。与以上结果类似,本研究中,在红蓝复合光R∕B(2∕1)处理下,彩色马蹄莲苗中的可溶性总糖含量最高；在纯蓝光处理下,彩色马蹄莲苗的可溶性蛋白含量最高,同时,红蓝复合光R∕B(2∕1)处理对马蹄莲的株高、鲜重、叶片长和叶片宽有促进作用,红蓝复合光R∕B(2∕1)是彩色马蹄莲苗生长的最适光质。与石蒜苗最适的光质配比不同可能是因为不同植物种类对光质的需求有所不同[32]。王婷[33]研究发现,红光利于不结球白菜根系的生长,复合光质处理有利于不结球白菜的壮苗及干物质的积累,与本研究结论一致。

光质对不同植物类型造成的影响存在差异性[34]。陈地杰等[35]研究发现,LED 红∕蓝光配比为7∶1时两种冷季型草坪草生长较好,CAT 和APX 活性较高,MDA 和过氧化氢含量最低,增加红光或者蓝光的比例均会对草坪草产生胁迫。红蓝光比例8∶1处理下,水培生菜的脯氨酸、SOD 酶含量显著高于其他处理[36]。红蓝光比1∶2处理下石蒜幼苗的MDA 含量显著降低,红蓝光比1∶2处理可以显著降低石蒜苗的膜脂过氧化程度[26]。本研究中,在红蓝光比为1∶2和2∶1时,彩色马蹄莲幼苗的POD 含量最高,三种红蓝复合光质处理下的SOD 含量较单一光质高。

综上所述,复合光质R∕B(2∕1)条件下彩色马蹄莲组培苗的生长情况最佳。从生长指标上来看,在该光质处理下,彩色马蹄莲组培苗的增殖率最高,植株的株高、鲜重、叶长和叶宽最大,生长状态最优,植株健壮。从生理指标上来看,复合光质R∕B(2∕1)处理有利于彩色马蹄莲组培苗可溶性总糖的积累,减轻彩色马蹄莲植株膜质的受伤害程度,过氧化物酶和超氧物歧化酶的活性较高。综上,混合光质处理R∕B(2∕1)是彩色马蹄莲苗生长发育的最适光质条件。