光温处理对甘蔗试管苗光合自养生根的影响

刘丽敏 刘红坚 李傲梅 何为中

（广西壮族自治区农业科学院甘蔗研究所/广西甘蔗遗传改良重点实验室/农业农村部广西甘蔗生物技术遗传改良重点实验室，530007，广西南宁）

种植甘蔗健康种苗是解决品种退化、预防甘蔗病虫害最有效的方法之一，增产幅度达到 30%以上[1-3]。生产健康种苗的技术程序复杂，生产成本居高不下，这些制约了甘蔗健康种苗的大规模推广种植。目前甘蔗健康种苗的售价一般为0.8～1.0元/株，是甘蔗种茎成本的4～6倍，因此简化甘蔗试管苗培养程序和降低生产成本是解决制约甘蔗健康种苗大规模生产应用的最有效途径[4]。甘蔗试管苗光合自养生根技术是将无根试管苗喷施生根液后，在日光温室放置24h后，种植于塑料托盘，放置在日光温室进行生根假植的过程；该项技术将甘蔗组织培养技术由传统的初代培养、继代培养、生根培养和移栽假植4个步骤简化为3个步骤，省去了培养室内生根培养环节，使生根和假植同步进行，简化了甘蔗试管苗生产程序，降低生产成本50%以上，对促进甘蔗健康种苗大规模生产应用有积极作用[5-6]，但该技术受甘蔗品种基因型和环境等因素影响较大。甘蔗试管苗光合自养生根是指由试管苗不定根发育形成，并逐渐适应温室环境的驯化过程，也是试管苗从异养过渡到自养的过程。试管苗在假植移栽后能否在存活期内完成不定根的发育并使植株从异养转化为自养是其成活与否的关键。不定根形成需要2个过程，不定根根原基的形成和不定根的生长，前者主要需要生长激素，后者需要营养和适宜的环境条件。喷施生长激素后，试管苗的体内发生了一系列生理生化变化，促使根原基形成[7]。环境条件中最重要的是温度和光照。根生长只有在一定的温度条件下才能进行，根生长最适宜的土壤温度一般为20℃～30℃，温度高于30°C或低于20°C时根吸水均减少，生长缓慢甚至停止[4]。

光对植物生长发育的影响主要有2个方面，一是光是绿色植物光合作用的必需因素；二是光调节植物整个生长发育，使其更好地适应外界环境。这种依赖光控制细胞分化、结构和功能的改变，最终汇集成组织和器官的建成，即光形态建成，亦即光控制发育过程[8]。适宜的光照强度和光质是植物生长发育重要的环境因子，对植物的形态建成、生理代谢、生长发育及植物的品质有广泛的调节作用[9-11]。以往的研究主要集中在生长激素方面，关于环境条件影响生根的研究较少。为此，本研究设置不同季节光温、光补偿和不同光质等处理，研究这些因素对光合自养生根的影响，为提高甘蔗试管苗的成活率以及探明环境条件对生根的影响提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料为GT43、GT44和GT49继代无根试管苗，由广西壮族自治区农业科学院甘蔗研究所提供。

1.2 试验方法

1.2.1 不同季节光温试验 试验甘蔗品种为 GT44和GT49，设置夏季移栽和冬季移栽2个处理。2018年7月21日进行夏季移栽，1个月后调查生根率和存活率。2019年1月15日进行冬季移栽，2个月后调查生根率和存活率。

1.2.2 光补偿试验 试验于2018年12月27日进行，试验甘蔗品种为GT43、GT44和GT49，设置光补偿和自然光（对照）2个光照处理，其中光补偿处理为自然光+荧光灯，荧光灯功率24W，白天照射 12h/d。荧光灯安装在距离苗圃平面 1.5m 高处，每隔1m安装1只灯泡，用木架固定，木架外盖塑料薄膜保温保湿，安装定时器控制荧光灯的开关时间。移栽42d时调查苗高、根长、单株根数和生根率等数据，2个月后调查存活率。

1.2.3 不同光质试验 试验于2020年6月15日进行，试验甘蔗品种为GT44，设自然光+红光（660nm）、自然光+蓝光（450nm）、红光（660nm）、蓝光（450nm）和自然光（对照）5个处理。红光和蓝光均为LED灯，安装在苗圃上方1.2m处，红光和蓝光处理盖黑色塑料薄膜阻挡阳光照射，灯光照射时间12h/d。移栽30d时调查试管苗的苗高、根长、单株根数、生根率及存活率。

1.3 试管苗处理与移栽

所有试验材料均在移栽前1d移至日光温室，开盖后叶面喷施生根液，每瓶喷施约7mL，生根液配方为IBA 50mg/L+NAA 20mg/L+L-脯氨酸100mg/L+吐温2mL/L。喷施24h后，挑选粗壮的单株幼苗种植到塑料托盘上（54孔），每个孔种植1株。每个处理设3个重复，每个重复种植3盘。营养土配制、移栽和苗圃管理等方法参考文献[5]。

1.4 数据处理

按5点取样法收集数据，每个点选4株幼苗测苗高、根长和单株根数。计算生根率和存活率：生根率（%）=生根苗数/调查苗数×100，存活率（%）=存活苗数/种植苗数×100。

每个处理放置HOBO光温记录仪记录光照强度和温度，每隔15min记录1次，直到数据调查完。用SPSS统计软件分析数据。

2 结果与分析

2.1 不同季节光温处理对甘蔗试管苗光合自养生根的影响

由表1可知，夏季日平均温度为31.1°C，日平均光照强度为4168.1lx；冬季日平均温度为16.9°C，平均光照强度为1880.0lx；冬季比夏季平均日温度低14.2°C，平均光照强度弱2288.1lx。

表1 不同季节的日温度和光照强度Table 1 Daily temperature and illumination intensity in different seasons

在不同温度和光照强度条件下，甘蔗试管苗光合自养生根的生根时间和生根率均存在差异。GT44和GT49在夏季移栽1个月后存活率分别为98.2%和85.0%，冬季移栽2个月后GT44和GT49存活率分别为95.1%和63.3%（表2）。与夏季移栽相比，2个品种在冬季移栽进行自养生根时生根率和存活率均降低，GT44生根率和存活率分别下降17.8和3.1个百分点，GT49分别下降了49.9和21.7个百分点。GT44的表现优于GT49。

表2 不同季节移栽对甘蔗试管苗光合自养生根的影响Table 2 Effects of different transplanting seasons on photosynthetic autotrophic rooting of sugarcane in vitro plantlets %

2.2 光补偿对甘蔗试管苗光合自养生根的影响

冬季低温弱光的环境不利于甘蔗试管苗的生根和存活，假植成本高，但考虑到大田生产中试管苗在春末夏初定植更符合广西甘蔗生产实际需求，因此，提高试管苗冬季的假植移栽成活率在生产中有重要的意义。由表3可知，光补偿处理能在冬季适当提高拱棚内小环境的光照和温度，平均温度提 高了0.4°C，平均光照强度增加了139.1lx。

表3 光补偿与自然光温室的温度和光照强度Table 3 Temperature and illumination intensity of supplementary light greenhouse and natural light greenhouse

在冬季低温寡照条件下，与CK相比，光补偿处理可以促进试管苗的植株生长和根系伸长（图1）。由表4可知，光补偿处理苗高、根长和单株根数与CK的差异达到极显著水平，生根率和存活率差异不显著。品种间表现不同，GT44的苗高、根长、单株根数、生根率和存活率均高于 GT43和GT49，其中苗高、根长和存活率差异达极显著水平，生根率与GT43的差异不显著，但与GT49的差异达到显著水平，单株根数与GT43和GT49的差异分别达显著和极显著水平。GT43的根长、单株根数和生根率高于 GT49，单株根数和生根率差异分别达极显著和显著水平；但GT49的存活率高于GT43，差异达极显著水平。

图1 光温补偿对不同甘蔗品种试管苗光合自养生根的影响Fig.1 Effects of light and temperature compensation on photosynthetic autotrophic rooting of different sugarcane cultivars in vitro plantlets

表4 光补偿处理对甘蔗试管苗生根与生长的影响Table 4 Effects of light supplementation on rooting and growth of sugarcane in vitro plantlets

2.3 不同光质处理对甘蔗试管苗光合自养生根的影响

表5表明，与CK相比，自然光+红光、自然光+蓝光处理可以提高光照强度，而红光和蓝光处理下光照强度低。

表5 不同光质处理的温度和光照强度Table 5 Temperature and illumination intensity of different light quality treatments

由表6可知，自然光+红光、自然光+蓝光处理的生根率和存活率与CK均无显著差异，生根率均为100.0%。红光和蓝光处理的试管苗不能完成驯化过程，移栽一段时间后，植株均死亡，存活率为0%。自然光+红光和自然光+蓝光处理的苗高分别为33.8和35.2cm，均高于CK（30.6cm），与CK差异分别达显著和极显著水平；根长也均高于CK，但差异不显著；单株根数均低于 CK，差异分别达极显著和显著水平。

表6 不同光质处理对GT44试管苗生长和生根的影响Table 6 Effects of light on the growth and root growth of GT44 in vitro plantlets

3 讨论

冬季温度低、光照弱，不利于甘蔗无根试管苗的生根假植。甘蔗试管苗在冬季进行移栽假植，较夏季出根延迟，生根速度慢，生根率和存活率均有所下降，影响程度因品种而异。GT44在冬季移栽也能得到较高的生根率和存活率，而GT49的生根率和存活率分别了下降49.9和21.7个百分点。其原因与品种本身特性有关，GT44易生根、抗逆性强，而GT49生根慢。一般认为温度高于25℃适合对甘蔗试管苗进行生根移栽，平均气温降到 18℃时，根的生长减慢，生根率下降[12]。因此，冬季的光温条件不适合进行甘蔗试管苗生根移栽，但有些易生根的品种可以在冬季进行移栽。

光照在植物的生长发育中发挥关键作用。环境光照弱，达不到植物生长所需要的强度时，补光措施可以促进作物生长。曹加杰等[13]水下高光照补偿能够提高苦草幼苗的存活率，幼苗的叶片数、叶长及叶宽均有所增长，对幼苗的总生物量、平均单株生物量和产生的克隆株数量也具有一定的促进作用。甘蔗试管苗光合自养生根过程中光照强度一般控制在2 000～15 000lx，长期弱光照或长期强光照均不利于试管苗正常生长，会导致植株死亡率升高，最佳光照强度为5 000～8 000lx，并且以散射光为好。本研究设计的光补偿装置可以小幅度提高温度和光照强度，提高生根率和存活率，促进根和苗的生长，而根的伸长对苗生长和存活率有一定的促进作用。因此，可在冬季通过补光设施提高甘蔗试管苗光合自养生根的存活率和促进苗生长。

不同植物对光质的应激反应不同，单独红光和蓝光处理不利于甘蔗试管苗的生根与生长，而自然光补充蓝光或红光能促进试管苗株高及根的伸长，对试管苗的生根率和存活率没有显著影响。总体上，植物需求的主要光谱落在红、蓝光2个区域。孙庆丽等[14]研究表明，红光能显著促进水稻茎的伸长。闫萌萌等[15]研究表明，红光可促进花生幼苗根系生长，提高主根和侧根长及侧根数和根系活力；蓝光显著抑制花生幼苗根系生长，但根系活力相对较高。Liu等[16]通过使用不同的红蓝光组合处理樱桃番茄幼苗发现，蓝光对其叶部的生长及干物质积累有很大影响。董飞等[17]和杨俊伟等[18]研究发现，红光可促进番茄幼苗茎的伸长。本试验结果与上述结论相似。单独红光和蓝光照射对甘蔗试管苗生长不利，试管苗不能存活，自然光+红光处理和自然光+蓝光处理的混合光照射对试管苗的生根率和存活率没有影响，且可以增加试管苗的株高并促进根系伸长。因此红光或蓝光处理不利于甘蔗试管苗生长，而混合光照更有利于试管苗形态建成。

4 结论

光照和温度在甘蔗光合自养生根过程中起着重要的作用。在冬季对甘蔗无根试管苗进行光合自养生根，生根率和存活率均下降。在冬季补充光照，可以小幅度提高种植环境的光照和温度，促进苗和根系生长，对生根率和存活率的影响因品种而异。不同光质处理也表明，在自然光中增加红光和蓝光，可以显著促进植株生长并促进根系伸长，但对生根率和存活率没有显著影响。