不同LED 光质组合对两种观赏石斛组培及生长影响

吴 瑶，王再花，叶广英，杨 意，刘厚诚，周 荣

（1.佛山科学技术学院食品科学与工程学院，广东 佛山 528000；2.广东省农业科学院环境园艺研究所/广东省园林花卉种质创新综合利用重点实验室，广东 广州 510640；3.华南农业大学电子工程学院，广东 广州 510642；4.华南农业大学园艺学院，广东 广州 510642）

【研究意义】‘迷你’秋石斛（DendrobiumMiniRed）和‘口袋情人’春石斛（D.Angel Baby‘Love Pocket’）属于中小型观赏石斛，其花色雅致，精巧迷人且花期长，是当前市场上畅销的秋石斛和春石斛品种，但由于上述两种石斛增殖速率较低，生长周期长。在组培过程中主要依靠调节培养基的植物生长调节剂来实现芽的克隆和繁殖，一旦植物生长调节剂用量过高或继代次数过多，则容易出现变异，从而影响种苗出苗质量，导致产业化程度不高。本文主要通过LED光质组合处理，筛选适宜石斛克隆苗增殖和生根壮苗的最佳光质组合，提升种苗质量，加快组培生产进程，对促进石斛种苗的标准化生产具有重要意义。【前人研究进展】光是植物生长最重要的环境因子之一，影响其生长发育全程。LED 灯具有寿命长、节能效果好、可控制、具全光谱光质等优点［1］，在植物组培快繁实验和生产过程中运用较为广泛。LED 光质在蔬菜、花卉、药用植物等多种作物繁殖中应用并取得了良好效果［2-8］。特别是在粗肋草、菊花、白掌、红掌、白及等花卉园艺作物中应用广泛，且筛选出了适宜组培的光质组合，如‘如意皇后’粗肋草在R7 ∶B3 光质下增殖效果最好；白掌、菊花和甘蔗在R1 ∶B1 ∶Y1 光质下增殖效果最好［9-14］。而LED 光质在石斛组培中也有应用，如铁皮石斛、霍山石斛、金钗石斛等。前人报道指出，铁皮石斛经单红光45 d 处理后转入R2 ∶B3 光质下，其多糖含量最高；金钗石斛在R1 ∶B2 光质培养下多糖和生物碱含量分别较对照增加66.1%、42.1%［15-18］。不同作物品种对光质的需求存在一定差异，但红、蓝、绿光质组合更有利于其组培生长和次生代谢物质积累［19-20］。最近研究表明，LED 复合光质3R1B1G、4R1B1G 培养的蓝莓组培苗增殖倍数较对照分别提高28.50%、27.54%。绿光能参与并影响植物光合作用，比红、蓝光更能深入植物冠层，有利于光合作用，因此，在红蓝光中适当增加绿光，可进一步提高种苗叶片的光合色素含量、可溶性糖含量、根系活性等［21］。此外，为保证种苗质量，研究者和生产者一般通过种苗分级来实现，可以根据实际生产要求人为分级或PCA 聚类分级。在生产上越来越多的人在试管苗出苗时开始进行分级，剔除长势不佳、成活率低的种苗，筛选出优质种苗，以保证植物后期生产的质量和产量。石斛种苗分级相关的报道主要为药用石斛如铁皮石斛、金钗石斛等［22-26］，有关观赏石斛的种苗分级鲜见报道。【本研究切入点】已有文献报道，LED 光质对多种植物组培生长有明显的促进作用，常用于组培的LED 光质包括红光、蓝光、黄光、白光和绿光等。红光有利于光合产物的积累、减缓植物细胞内的膜脂过氧化作用明显，提高抗逆性；蓝光对茎的伸长有明显促进作用；一般情况下单一光质不利于植物的组培生长，而红蓝光的组合报道较为常见，与大部分植物光合作用所需要的光谱相似；近年来，绿光在植物中的重要性被逐渐认可，其对植物光合作用具有一定的积极作用。伍洁等［27］发现红蓝R6 ∶B4 处理中，加入绿光，植物可溶性糖的含量显著提高；樊小雪等［28］发现绿光照射下蕃茄幼苗IAA 含量最高。不同光质可以影响植株的生理过程与形态特征，但有关LED 光质对观赏石斛的组培快繁和种苗分级的影响报道比较少见。【拟解决的关键问题】本文采用红、蓝、绿3 种LED 光源，以组合光R3B6G0、R3B6G1、R3B6G3、R6B3G0、R6B3G1、R6B3G3、R3B3G3和白光（W）共8 种不同光质配比，研究其对两种观赏石斛组培苗增殖、生根壮苗和生长的效果，并结合PCA 主成分分析等辅助方法进行种苗分级，以掌握优质石斛种苗组培的光质条件，为石斛的标准化生产提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以广东省农业科学院环境园艺研究所繁殖的‘迷你’秋石斛（D.Mini Red）和‘口袋情人’春石斛（D.Angel Baby ‘Love Pocket’）为材料，选取大小接近的组培苗进行LED 光质处理。于2021 年1 月—2022 年8 月在广东省农业科学院白云基地组培室和温室大棚开展试验。

本试验的LED 单颗灯珠1.5 W，RBG 各0.5 W，一条灯功率24 W。使用红光、蓝光、绿光进行组合，形成R6B3G0、R6B3G1、R6B3G3、R3B6G3、R3B6G1、R3B6G0、R3B3G3（字母后数字表示红、蓝、绿光照强度比例）光质，W（白光）为对照，共8 种光质组合。R 表示波长为620 nm的纯红光；B 表示波长为460 nm 的纯蓝光；G 表示波长为520 nm 的纯绿光；W 表示白色荧光灯（400～750 nm）。LED 灯管由仲恺农业工程学院精准农业智能装备实验室提供；采用光谱仪（型号为群智ALP-01）测定其光照强度。

1.2 试验方法

1.2.1 增殖和生根壮苗培养 增殖培养：切取石斛克隆苗2 节茎段接种到增殖培养基上，每瓶接种15 个茎段，每个处理4 次重复，共32 瓶，随机置于8 组不同光质的LED 灯下培养45 d，石斛增殖培养基为改良的MS+蔗糖30 g/L+琼脂7 g/L+香蕉50 g/L+活性炭0.1 g/L+NAA0.05 mg/L+6-BA 3.0 mg/L。

生根壮苗培养：将增殖后长势相似的单芽接种至生根培养基，每瓶接种15 个单芽，每个处理4 次重复，共32 瓶，随机置于8 组不同光质的LED 光下培养45 d，石斛生根壮苗培养基为改良1/2 MS+NAA0.2 mg/L+蔗糖30 g/L+琼脂7 g/L+香蕉50 g/L+活性炭0.1 g/L。各处理除光源不同外，其他条件一致。光强为20 μmol/m2·s，每天光照时间12 h，培养温度为24（±2）℃。

1.2.2 形态指标测定和种苗分级 增殖系数为重复测定每瓶组培苗15 个茎段萌芽的数量（4 次重复），增殖系数=新芽总数/接种茎段数。茎段鲜重、干重（70 ℃烘干48 h 至恒重）为每瓶组培苗15 株植株的干重和鲜重（4 次重复）。

生根壮苗统计每瓶组培苗15 株植株根数、平均根长、茎粗、新芽数、株高、叶数（4 次重复）。将石斛生根壮苗统计的数据采用ORIGIN—PCA主因子成分分析，然后将该阶段的苗结合生产实际进行人为分级处理。

1.2.3 石斛分级种苗驯化及生长势统计 石斛种苗出瓶后，用水草种植于直径5 cm 营养杯中，置于水帘温室中培养。每个分级苗种植30 株，3 次重复，各90 株。出瓶栽培180 d，统计每个等级苗的成活率、株高和茎粗。

1.3 数据处理

数据采用SAS8.0 软件Duncan 方法检验不同处理间的差异显著性。

2 结果与分析

2.1 不同LED 光质对两种石斛增殖的影响

不同LED 光质条件下，‘迷你’秋石斛和‘口袋情人’春石斛的增殖系数、干鲜重和干物质含量见表1～表2、图1～图2。‘迷你’秋石斛在R6B3G0 光质下增殖效果最好，培养45 d 后增殖系数比对照提高29.8 %，达2.35 个/株，鲜重、干重和干物质含量分别为3.941、0.273 g/株和7.06%。其次为R3B6G3、R3B6G1 处理，3 种光质处理间增殖系数差异不显著，但明显高于其他处理和对照，R6B3G1 和R6B3G3 处理的效果最差。红蓝光比例为6 ∶3 时，随着绿光增加，增殖系数下降，但干物质含量有明显增加，在R6B3G3 光质下，干物质含量达到8.61%；而红蓝光比例为3 ∶6 时，随着绿光的增加，增殖系数上升，干物质含量呈现先下降又上升的现象。‘口袋情人’春石斛在R3B6G0 光质组合增殖效果最好，增殖系数达到3.11 个/株，明显高于其他处理，比对照提高76.7%，鲜重、干重和干物质含量分别为0.258、0.022 g/株和8.58%，其次为R3B3G3，而R6B3G0、R3B6G3 效果较差。红、蓝光比例为6 ∶3 时，随着绿光增加，增殖系数上升；而红、蓝光比例在3 ∶6 时，随着绿光增加，增殖系数下降，与‘迷你’秋石斛的增殖效果相反；但该种石斛在红蓝光比例6 ∶3 或3 ∶6 时，补充一定绿光，也可明显增加干物质含量，与‘迷你’秋石斛结果类似。

图1 不同LED 光质下的‘迷你’秋石斛增殖表型Fig.1 Effects of different LED light qualities on proliferation of Dendrobium ‘Mini’ Red

图2 不同LED 光质下的‘口袋情人’春石斛增殖表型Fig.2 Effects of different LED light qualities on proliferation of Dendrobium Angel Baby ‘Love Pocket’

表1 不同LED 光质对‘迷你’秋石斛增殖的影响Table 1 Effects of different LED light quality treatments on the proliferation of Dendrobium Mini Red

表2 不同LED 光质对‘口袋情人’春石斛增殖的影响Table 2 Effects of different LED light quality treatments on the proliferation of Dendrobium Angel Baby ‘Love Pocket’

2.2 不同LED 光质对两种石斛生根壮苗的影响

从表3、表4 可以看出，不同LED 光质组合处理对两种石斛的生根壮苗存在一定差异。‘迷你’秋石斛在R6B3G3 组合光质处理下效果最佳，根数和平均根长分别为14.20 根/株和2.81 cm，分别比对照提高63.4%和18.6%；处理效果较好的为R3B6G1 和R3B6G3，与前者无显著差异。在红、蓝光比例为6 ∶3 情况下，随着绿光增加，根数也增加；红、蓝光比例为3 ∶6 时，增加适当绿光，根数增加；而对照和R6B3G0 生根壮苗效果最差（图3）。‘口袋情人’春石斛在R6B3G0 组合光质处理下生根壮苗效果最好，根数高达10.98 根/株，比对照提高1.2 倍，其次为R6B3G3，且两种光质处理效果无显著差异，再次为R3B3G3 组合，茎粗和叶数显著低于上述两种光质，其他指标无显著差异。在红、蓝光比例为6 ∶3 或3 ∶3 时，增加与蓝光比例相同的绿光将会促进根数增加；在红、蓝光比例为3 ∶6时，增加适量的绿光会增加根数，但绿光过强的R3B6G3 光质下该石斛的根数明显减少，与对照根数差异不明显，不利于该石斛的生根壮苗（图4）。

图3 不同LED 光质下的‘迷你’秋石斛生根壮苗表型Fig.3 Rooting and strengthening seedlings of Dendrobium Mini Red under different light quality LEDs

图4 不同LED 光质下的‘口袋情人’春石斛生根壮苗表型Fig.4 Effects of different LED light qualities on rooting and seedlings strengthening of Dendrobium Angel Baby ‘Love Pocket

表3 不同LED 光质对‘迷你’秋石斛生根壮苗的影响Table 3 Effects of different LED light qualities on rooting and shoot strengthening of Dendrobium Mini Red

表4 不同LED 光质对‘口袋情人’春石斛生根壮苗的影响Table 4 Effects of different LED light qualities on rooting and shoot strengthening of Dendrobium Angel Baby 'Love Pocket'

2.3 不同LED 光质的石斛试管苗分级

生根壮苗阶段的石斛试管苗直接影响出瓶苗的质量和产量，运用科学的分级标准对不同LED光质培养的石斛生根苗进行分级分析，对于其种苗的标准化生产非常必要。如表5 所示，‘迷你’秋石斛前4 个特征值累计贡献率达到84.06%，表明前4 个主要成分包含绝大部分信息，在PC1中根数、茎粗、叶数指标的系数最大，起主要作用，为‘迷你’秋石斛的试管苗分级的主要指标。‘口袋情人’春石斛前4 个特征值累计贡献率达到85.31%，说明前4 个主要成分包含绝大信息，在PC1 中根数、新芽数、叶数指标的系数最大，起主要作用，为该石斛试管苗分级的主要指标（表6）。

表5 ‘迷你’秋石斛试管苗主要成分分析特征根、积累方差贡献率及特征向量Table 5 Principal component analysis of eigenroot,cumulative variance contribution rates and eigenvectors of test-tube seedlings of Dendrobium Mini Red

表6 ‘口袋情人’春石斛试管苗主要成分分析特征根、积累方差贡献率及特征向量Table 6 Principal component analysis of eigenroot,cumulative variance contribution rates and eigenvectors of test-tube seedlings of Dendrobium Angel Baby ‘Love Pocket’

根据多种石斛［11-25］以及植物［22,29］分级文献，结合生产实际要求，确定‘迷你’秋石斛和‘口袋情人’春石斛试管苗的分级标准（表7）。‘迷你’秋石斛试管苗分级标准为，一级苗：根数＞13 根、茎粗＞0.6 cm、叶数＞6 片；二级苗：根数9～13 根、茎粗0.3～0.6 cm、叶数4～6 片；三级苗：根数＜9根、茎粗＜0.3 cm、叶数＜4 片；‘口袋情人’春石斛试管苗分级标准为，一级苗：根数＞8 根、芽数＞3 个、叶数＞5 片；二级苗：根数3～8 根、芽数2～3 个、叶数2～5 片；三级苗：根数＜3 根、芽数＜2 个、叶数＜2 片。

表7 ‘迷你’秋石斛和‘口袋情人’春石斛组培苗形态指标分级标准Table 7 Grading Standard for morphological indexes of tissue culture seedlings of Dendrobium Mini Red and Dendrobium Angel Baby ‘Love Pocket’

根据试管苗的分级标准，对不同LED 光质培养下的‘迷你’秋石斛进行分级，结果如表8 所示，光质R3B6G1、R3B3G3、R3B6G3 处理的一级苗，占比分别为53.3%、46.8%和43.3%；R6B3G1、R6B3G3、R3B6G0、R3B3G3、W 光质处理的三级苗，占比为50%～76.8%；三级苗为R6B3G0 光质处理的苗，占比为56.7%。对‘口袋情人’春石斛进行分级，R6B3G0 光质处理的一级苗，占比为53.3%；R6B3G1、R6B3G3、R3B6G0、R3B6G1、R3B3G3 光质处理的二级苗，占比为46.7%～66.8%；R3B6G3、W 光质处理的三级苗占比最高（表8）。种植180 d 后，对各等级石斛苗进行成活率和生长势的统计，‘迷你’秋石斛一级苗成活率为100%、显著高于二、三级苗，其中株高分别比二、三级苗高35.8%和50.2%，茎粗比三级苗高47.4%。‘口袋情人’春石斛一级苗成活率100%，其中成活率、株高显著高于二、三级苗，分别比三级苗高25.4%和49.7%，茎粗比三级苗高45.5%（表9）。

表8 LED 光质下‘迷你’秋石斛和‘口袋情人’春石斛试管苗的分级Table 8 Grading of test-tube seedlings of Dendrobium Mini Red and Dendrobium Angel Baby ‘Love Pocket’ under LED light quality

表9 ‘迷你’秋石斛和‘口袋情人’春石斛不同等级苗生长统计Table 9 Statistics of survival rates after grading of Dendrobium Mini Red and Dendrobium Angel Baby ‘Love Pocket’

综上所述，适当比例的红、蓝、绿LED 光质组合促进石斛生根壮苗和优质种苗生产，‘迷你’秋石斛在R3B3G3、R3B6G1、R3B6G3 光质下可培育更多优质的一级试管苗，在R6B3G3 光质下可培育更多的二级以上优质苗；‘口袋情人’春石斛在R6B3G0 光质下可培育更多优质的一级试管苗，与生根壮苗的结果基本一致。可见，通过光质组合处理，两种石斛的增殖和生长效果远好于对照，且能保证石斛的成活率和生长长势，种苗繁殖速度加快，种苗质量提升，从而降低生产成本。

3 讨论

3.1 不同LED 光质对观赏石斛增殖的效果

前人已有不少关于LED 光质促进植物组培增殖的报道，李林山等［14］研究表明，使用红、蓝光7 ∶3 对粗肋草的增殖效果最好；刘慧雯［30］发现红、蓝光比例3 ∶1 时，铁皮石斛原球茎增殖效果最好；李夏媛等［31］发现在R6B1W1 培养下兰花‘霞光’的增殖效果最好；伍洁［27］研究表明，增加绿光提高生菜品质，在R36 ∶B24 ∶G40 时生物量含量最高。说明不同红蓝比例的组合光质会根据植物种类不同，增殖效果不同，且绿光能增加植物的干物质含量，这和本试验结果研究一致。‘迷你’秋石斛和‘口袋情人’春石斛在增殖试验中相同红蓝光比例的试验结果差异显著，这与品种特性有关，但结果均表明增加一定量的绿光会增加干物质的含量。据推测适当的绿光能增加‘迷你’秋石斛的代谢产物，红、蓝光和绿光组合也会增加干物质的含量，但最为理想的光质比例及其影响的石斛干物质积累效果还有待进一步探究。

3.2 不同LED 光质对观赏石斛生根壮苗的影响

前人对LED 光质在多种植物生根壮苗的应用已有报道，余义强［32］研究表明，蓝光有利于粉蕉生根壮苗的整体综合指标提升；王智杰［33］报道指出，蓝光抑制金线莲根系生长，绿光抑制根系数量增加，红光促进根系伸长，B3R1 最有利于根系数量的增加，促进根系干重鲜重的积累；梁娟等［34］发现R2W3 促进‘蓝鼠耳’玉簪生根，达17.54 根/株，且有效促进根系的伸长。可见，光质对不同植物生根壮苗的效果差异显著。在不同红蓝光质比例下，绿光增加会增加生根壮苗的效果，且不同光质下，绿光增加的临界点不同。本研究发现，红、蓝、绿3 种光质进行组合后，在红蓝光质中加入不同比例的绿色光质，都会增加‘迷你’秋石斛和‘口袋情人’春石斛生根壮苗的效果，但具体的作用机制还不明晰，特别是这些光质组合处理对石斛活性成分及次生代谢物的积累还不明确，下一步我们将继续深入研究。

3.3 不同LED 光质对观赏石斛试管苗分级

前人对种苗的主成分分析及分级已有报道，化海霞等［24］为测定铁皮石斛不同生长时期试管苗及移栽苗的生长指标，建立了分级标准；唐玲等［25］制定了金钗石斛种苗质量标准。可见，在试管苗阶段进行分级对其种苗田间生产起关键作用。本试验试管苗分级是对生根壮苗阶段结果的一种分析，据试验后期石斛一、二、三级苗的成活率和生长情况可知，主成分测定的分级法能有效地了解这两种石斛生根壮苗阶段的最适LED 光质组合，从而获得更多优质种苗，为石斛种苗的标准化生产提供参考依据。

4 结论

不同红、蓝、绿LED 光质组合对‘迷你’秋石斛和‘口袋情人’春石斛克隆苗的增殖和生根壮苗有着不同效果。‘迷你’秋石斛在R6B3G0光质组合增殖效果最好，增殖系数比对照提高29.8%；在R6B3G3、R3B6G1(G3)光质组合生根壮苗效果最好，根数比对照提高62.8%～63.4%；‘口袋情人’春石斛在R3B6G0 组合光质下增殖效果好，增殖系数比对照提高76.7%；在R6B3G0(G3)和R3B3G3 光质组合下生根壮苗效果最好，根数比对照提高81.5%～120.0%，在此光质培养下‘迷你’秋石斛和‘口袋情人’春石斛种苗分别有91.1%、82.3%达到一、二级苗标准，生长长势和成活率明显提高。可见，适宜的红蓝绿LED 光质组合培养可大大提高这两种石斛的增殖效率和生根效果，从而促进优质种苗的生产。