陳 穎，王 政，紀(jì)思羽，何松林*，夏玉玲

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，河南 鄭州 450002;2.河南石油勘探局，河南 南陽 474780)

紅掌(Anthurium andraeanum)又名花燭、安祖花，屬天南星科花燭屬多年生常綠草本植物，觀葉觀花俱佳，是近幾年國內(nèi)外十分流行的花卉之一［1］。由于常規(guī)分株、播種繁殖效率偏低，難以擴(kuò)大紅掌生產(chǎn)規(guī)模，采用組織培養(yǎng)工廠化育苗提供紅掌種苗是滿足市場需要的最佳手段，進(jìn)一步研究組織培養(yǎng)環(huán)境調(diào)控因素對促進(jìn)植物試管苗的生長發(fā)育意義重大。

光是植物生長發(fā)育的基本因素之一，光質(zhì)對植物的生長、形態(tài)建成、光合作用、物質(zhì)代謝均有調(diào)控作用［2］。傳統(tǒng)植物設(shè)施栽培中使用的光源一般是熒光燈、金屬鹵化物燈，這些光源是依據(jù)人眼對光的適應(yīng)性所選擇的，其光譜有很多不必要的波長，對植物生長的促進(jìn)作用少［3］。植物在波長為610～720 nm的紅橙光及波長為400～510 nm的藍(lán)紫光下呈現(xiàn)吸收高峰。因此，近年來研究不同光質(zhì)及其比例對試管苗生長的影響成為學(xué)者們爭相研究的熱點(diǎn)。LED(light emitting diode)又稱發(fā)光二級管，具有體積小、質(zhì)量輕、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，在植物組織培養(yǎng)中的應(yīng)用正日益擴(kuò)大并呈現(xiàn)良好的發(fā)展前景［4］。目前國內(nèi)外已有學(xué)者研究了LED光質(zhì)比例對蝴蝶蘭［5］、菊花［6］等試管苗生長的影響，而對紅掌試管苗生長和生理特性的研究尚未見報道。本試驗以紅掌試管苗為材料，研究LED不同光質(zhì)比例對其形態(tài)和生理特性的影響，探討了適宜紅掌試管苗生長的最佳光質(zhì)比例，以期為高品質(zhì)紅掌試管苗的商業(yè)化生產(chǎn)提供技術(shù)參考，進(jìn)一步為植物組織培養(yǎng)專用LED光源的研發(fā)提供數(shù)據(jù)支持和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

本試驗供試材料為紅掌品種“驕陽”，選取生長健壯的紅掌品種苗，采用剛展開的幼嫩葉片作為外植體，經(jīng)消毒后誘導(dǎo)愈傷組織，由此誘導(dǎo)叢生芽，進(jìn)而增殖培養(yǎng)，最后進(jìn)行壯苗生根培養(yǎng)。試管苗按下述方法培養(yǎng)成試驗用苗:

(1)以100mL三角瓶為培養(yǎng)容器，將購買的組培苗接種于1/2 MS+0.2 mg/L 6－BA+30 g/L蔗糖+7 g/L瓊脂(pH=5.8)的固體培養(yǎng)基上，在常規(guī)培養(yǎng)條件溫度(24±1)℃，光照強(qiáng)度36 μmol/(m2·s)，光照時間12 h/d下壯苗培養(yǎng)。

(2)試管苗經(jīng)2個月左右培養(yǎng)后(苗高約2 cm)，選取生長狀況及規(guī)格一致的試管苗作為供試材料。

1.2 培養(yǎng)方法及培養(yǎng)條件

以100mL三角瓶為培養(yǎng)容器，將供試試管苗在無菌條件下接種于1/2 MS+0.5 mg/L 6－BA+0.2 mg/L BA+30 g/L蔗糖 +7 g/L瓊脂(pH=5.8)的固體培養(yǎng)基上，每瓶接種5株試管苗，每個處理接種30瓶。預(yù)培養(yǎng)1周后分別在100%R、80%R+20%B、70%R+30%B、50%R+50%B、100%B 5種不同光質(zhì)的光照系統(tǒng)中培養(yǎng)，此系統(tǒng)由河南農(nóng)業(yè)大學(xué)自主設(shè)計［7］，并與普通熒光燈(PGFL)作為對照，培養(yǎng)90 d后統(tǒng)計結(jié)果。

1.3 指標(biāo)測定及統(tǒng)計分析

培養(yǎng)90 d后測定相關(guān)形態(tài)指標(biāo)及生理指標(biāo):

(1)形態(tài)指標(biāo):株高、葉數(shù)、最大葉長(自上而下第三片葉)，最大根長、總鮮質(zhì)量、地上部鮮質(zhì)量、地下部鮮質(zhì)量，測干質(zhì)量時，先將其放入105℃的烘箱內(nèi)殺青30min，之后在60℃條件下恒溫干燥48 h后測定總干質(zhì)量、地上部干質(zhì)量、地下部干質(zhì)量，然后計算干物率，公式為:

(2)葉綠素含量的測定:采用無水乙醇和丙酮混合液提取法［8］。

(3)根系活力的測定方法:采用李合生［9］TTC測定法測定根系活力。

(4)可溶性糖含量測定:采用李合生［9］苯酚法測定。

所有數(shù)據(jù)處理，均采用采用鄧肯氏新復(fù)極差測驗法(SSR法)測驗其差異顯著性，顯著水平P≤0.05。數(shù)據(jù)統(tǒng)計采用DPS軟件3.01版和Excel 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同光質(zhì)比對紅掌試管苗形態(tài)的影響

經(jīng)過90 d培養(yǎng)后，LED不同光質(zhì)比對紅掌試管苗形態(tài)的影響如表1所示。紅掌試管苗株高在70%R+30%B處理下達(dá)到最大值58.51mm，與對照組差異顯著;最小株高出現(xiàn)在100%B處理中，與對照組差異不明顯;葉數(shù)在80%R+20%B處理下達(dá)到最大值，其次為70%R+30%B處理下，且與其它光質(zhì)處理差異不明顯;葉長在光質(zhì)比為50%R+50%B時達(dá)到最大值20.74mm，與對照處理和100%B處理間有顯著性差異，但與其它處理間差異不顯著，且隨著藍(lán)光比例的增大，葉長出現(xiàn)逐漸減小的趨勢;50%R+50%B處理的葉幅最大，且與其他處理間存在顯著性差異，最小值出現(xiàn)在對照組處理中;根數(shù)的最大值出現(xiàn)在80%R+20%B處理中，且與70%R+30%B，50%R+50%B兩個處理差異不顯著，根數(shù)的最小值出現(xiàn)在100%R處理中，且100%R，100%B兩個處理差異不顯著;根長的最大值出現(xiàn)在80%R+20%B處理中，隨著紅光比例的增大，出現(xiàn)逐漸增加的趨勢，且與其它光質(zhì)處理間無顯著性差異。

表1 LED光源不同光質(zhì)比例對紅掌試管苗形態(tài)的影響Tab.1 Effects of different light quality ratios of LED on the morphology of Anthurium andraeanum test-tube plantlets

2.2 不同光質(zhì)比對紅掌試管苗鮮質(zhì)量、干質(zhì)量及干物率的影響

如表2所示，紅掌試管苗的總鮮質(zhì)量、地上部鮮質(zhì)量、根部鮮質(zhì)量均在70%R+30%B處理中達(dá)到最大值，80%R+20%處理下次之，且在紅藍(lán)光比例一定的處理下，鮮質(zhì)量明顯優(yōu)于對照，最小值均出現(xiàn)在100%B處理中，與其它光質(zhì)處理差異顯著;在干質(zhì)量方面:總干質(zhì)量、地上部干質(zhì)量、根部干質(zhì)量的最大值同樣出現(xiàn)在70%R+30%B處理中，最小值出現(xiàn)在100%B處理中，且與其它處理間存在顯著差異。

表2 LED光源不同光質(zhì)比例對白掌試管苗鮮質(zhì)量、干質(zhì)量的影響Tab.2 Effects of different light quality ratios of LED on the fresh weight，dry weight of Anthurium andraeanum test-tube plantlets

如圖1所示，在干物率方面:隨著藍(lán)光比例的增大，總干物率、地上部干物率、根部干物率整體均呈現(xiàn)出逐漸上升的趨勢，在100%B處理下達(dá)到最大值，分別為10.40%、9.73%和11.72%。

2.3 不同光質(zhì)比對紅掌試管苗葉綠素含量的影響

由圖2可知，葉綠素a、葉綠素a+b、葉綠素a/b均在50%R+50%B處理下達(dá)到最大值，分別為1.64，2.19，2.97，葉綠素b最小值出現(xiàn)在100%B處理下。在一定紅藍(lán)光配比的處理下葉綠素含量達(dá)到最大，且隨著紅光比例的增大，葉綠素a/b呈下降趨勢。

圖1 LED光源不同光質(zhì)比例對紅掌試管苗干物率的影響Fig.1 Effects of different light quality ratios of LED on the dry matter ratio of Anthurium andraeanum test-tube plantlets

圖2 LED光源不同光質(zhì)比例對紅掌試管苗葉綠素含量的影響Fig.2 Effects of different light quality ratios of LED on the chlorophyll content of Anthuriumandraeanum test-tube plantlets

2.4 不同光質(zhì)比對紅掌試管苗根系活力的影響

如圖3所示，LED光源下五種光質(zhì)比例及熒光燈條件下紅掌試管苗的根系活力最大值出現(xiàn)在70%R+30%B處理中，其次是80%R+20%B處理，與其他處理有顯著性差異;其中100%R、100%B處理下的根系活力均明顯低于對照。

圖3 LED光源不同光質(zhì)比例對紅掌試管苗根系活力的影響Fig.3 Effects of different light quality ratios of LED on the root activity of Anthurium andraeanum test-tube plantlets

2.5 不同光質(zhì)比對紅掌試管苗可溶性糖的影響

由圖4可以看出，紅掌試管苗在80%R+20%B處理下可溶性糖含量達(dá)到最大，100%R處理下次之，最小值出現(xiàn)在100%B處理中，隨著紅光比例的增大，可溶性糖含量呈增加趨勢趨。

圖4 LED光源不同光質(zhì)比例對紅掌試管苗可溶性糖含量的影響Fig.4 Effects of different light quality ratios of LED on the soluble sugar content of Anthurium andraeanum test-tube plantlets

3 結(jié)論與討論

本研究使用自行開發(fā)的、光質(zhì)比例可調(diào)的LED光源進(jìn)行紅掌試管苗培養(yǎng)，比較LED不同光質(zhì)比例對紅掌試管苗生長的影響。結(jié)果表明:紅掌試管苗的株高、葉數(shù)、總鮮質(zhì)量、地上部鮮質(zhì)量、地下部鮮質(zhì)量、總干質(zhì)量、地上部干質(zhì)量、地下部干質(zhì)量，最大值均出現(xiàn)在70%R+30%B處理中，都顯著高于對照，這與張婕［6］、王婷［10］等、唐大為［11］等以菊花、不結(jié)球白菜及黃瓜幼苗為材料研究的結(jié)果一致。在80%R+20%處理中根長的值最大，且隨紅光比例的減少呈下降趨勢，表明紅光有利于植物根的伸長生長，促進(jìn)植株形態(tài)建成，藍(lán)光抑制莖的伸長，處理下的植株矮小。葉長、葉幅都在50%R+50%B處理下達(dá)到最大值，與對照組差異顯著，說明LED照射可使葉片伸長，以吸收更多的光能從而進(jìn)行光合作用，合成并儲存光合產(chǎn)物，魏星［12］以菊花為材料的研究結(jié)果驗證了這一點(diǎn):LED處理的組培苗葉片數(shù)、葉長、葉幅均高于對照。50%R+50%B光質(zhì)處理下并不是所有指標(biāo)的值都最大，但其與最大值之間不存在顯著差異，結(jié)果表明50%R+50%B光質(zhì)處理最有利于紅掌試管苗的形態(tài)生長?？傮w而言，一定光質(zhì)比例的紅藍(lán)光處理有助于促進(jìn)紅掌試管苗的生長，單一的紅藍(lán)光處理下的試管苗長勢較弱。

葉綠素含量體現(xiàn)了植物對光能的利用和調(diào)節(jié)能力，光質(zhì)不僅影響植株的光形態(tài)建成，同時也調(diào)控光合色素的合成，這是因為不同光合色素吸收的光譜不同［13］。本實(shí)驗中，不同光質(zhì)比例對紅掌葉片中葉綠素含量的影響不同，葉綠素a、葉綠素a+b、葉綠素a/b最大值均出現(xiàn)在50%R+50%B處理中，隨著藍(lán)光比值的增大，葉綠素a+b呈現(xiàn)逐漸下降趨勢，葉綠素a/b呈現(xiàn)逐漸上升趨勢，與對照差異顯著，100%B處理下的葉綠素b，葉綠素a+b最低，這與劉曉英［14］等、徐凱［15］等、陳強(qiáng)［16］的研究結(jié)果一致，紅光有助于提高葉片中葉綠素含量，相對而言藍(lán)光下葉片中葉綠素含量較低，但藍(lán)光處理升高了葉綠素a/b比值。結(jié)果表明:葉綠素a/b與R/B比值呈負(fù)相關(guān)。

在本研究中，試管苗根系活力最大值出現(xiàn)在70%R+30%B處理中，一定紅藍(lán)光配比下的根系活力明顯高于單一的紅藍(lán)光處理及對照，而100%B處理下的根系活力最低，顯著低于對照，說明藍(lán)光處理不利于試管苗根系生長。這與王婷［10］、唐大為［11］以不結(jié)球白菜、黃瓜為實(shí)驗材料研究的結(jié)果一致。

紅掌可溶性糖含量在80%R+20%B處理中達(dá)到最大值，這與邸秀茹［17］的研究結(jié)果一致:紅光照射的葉片中可溶性糖含量較高，高R/B配比光照射的葉片中可溶性糖含量最高。由此表明，紅光有利于葉片中可溶性糖的積累，如果補(bǔ)充一定量的藍(lán)光則更有利。說明紅光對干物質(zhì)積累有重要的調(diào)控作用。

本研究中，通過各項指標(biāo)相關(guān)分析表明，LED不同比例光質(zhì)的使用對促進(jìn)紅掌試管苗的生長效果明顯，且顯著優(yōu)于對照。紅藍(lán)組合光處理的紅掌試管苗較單一紅藍(lán)光有明顯優(yōu)勢，在50%R+50%B處理下最有利于紅掌試管苗的形態(tài)生長，葉綠素a、葉綠素a+b、葉綠素a/b最大值均出現(xiàn)在50%R+50%B處理中，且此處理下根系活力、可溶性糖含量顯著高于對照，是適宜紅掌試管苗生長的最佳紅藍(lán)光配比。研究LED不同光質(zhì)比例對其形態(tài)和生理特性的影響，以期為提高紅掌試管苗品質(zhì)提供理論指導(dǎo)。

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