姜麗麗，孟佳美，楊丹婷，李 晗，張桂芝，金光輝

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)農(nóng)學(xué)院，黑龍江 大慶 163319）

馬鈴薯（Solanum tuberosum L.）是中國第四大主糧作物，馬鈴薯試管苗無性繁殖是種質(zhì)資源保存及種苗擴繁的主要方式[1]。光是植物生命活動的能量來源，也是影響植物生長發(fā)育的重要環(huán)境因子之一[2]。光質(zhì)不僅能影響植物的生長[3]、形態(tài)建成[3]和光合作用[4]，同時光對植物的物質(zhì)代謝[5]、內(nèi)源激素水平[6]以及基因的表達[7]也具有調(diào)控作用。開發(fā)低耗能、高效率、光質(zhì)佳的人工光源，是馬鈴薯試管苗保存和擴繁的發(fā)展趨勢。

LED（Light emitting diode），即發(fā)光二極管，具有節(jié)能高效、穩(wěn)定性強等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于可控設(shè)施環(huán)境中的植物栽培，如植物組織培養(yǎng)、工廠化育苗與設(shè)施園藝等[8]。LED光源光質(zhì)純合，可根據(jù)培養(yǎng)需求獲得純正單色光或復(fù)合光譜，LED光源波長與植物光形態(tài)建成的光譜范圍吻合[9]。本研究以馬鈴薯‘克新13號’試管苗為材料，研究LED光源不同光質(zhì)比例對其形態(tài)和生理特性的影響，明確適宜‘克新13號’試管苗生長的最佳光質(zhì)，為新光源在植物組織培養(yǎng)和溫室設(shè)施栽培中的推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)和技術(shù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

馬鈴薯品種‘克新13號’脫毒試管苗由黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)馬鈴薯研究所提供。光源處理為飛利浦公司Green Power LED科研模組，共設(shè)置6個光源處理，分別為熒光燈（CK），紅光燈（100R），藍光燈（100B），紅藍光混合光源（50R/50B、80R/20B、70R/30B），各光源參數(shù)見表1。

1.2 培養(yǎng)條件及培養(yǎng)方法

試驗于2017年3月1日起在黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)馬鈴薯研究所進行，以250 mL玻璃方瓶為培養(yǎng)容器，培養(yǎng)基為MS培養(yǎng)基添加蔗糖3%，瓊脂0.7%，pH5.8。

在無菌條件下，將‘克新13號’脫毒試管苗接種至培養(yǎng)基中，每瓶接種20個莖段，每個光源處理4次重復(fù)。將接種后的脫毒苗置于培養(yǎng)室中進行培養(yǎng)，培養(yǎng)溫度為25℃，光照時間為16 h，黑暗時間為8 h。

1.3 測定項目及指標(biāo)

1.3.1 形態(tài)指標(biāo)

分別在培養(yǎng)7，14和28 d觀察試管苗生長狀況，并測量株高、根長、鮮重等指標(biāo)，記錄所測數(shù)據(jù)。

1.3.2 葉綠素含量的測定

采用無水乙醇和丙酮混合液提取法[10]。

葉綠素提取：將培養(yǎng)28 d的試管苗新鮮綠色葉片取出，洗凈吸干葉表面水分。稱取5 g葉片，加入10 mL 80%丙酮，加少許石英砂研磨成糊狀，逐步加入20 mL 80%丙酮，離心（3 000 r/min）10 min。

葉綠素含量的測定：使用Shimadzu紫外分光光度計UV-1203，以80%丙酮溶液為空白，在波長663和645 nm處測定葉綠素提取液的光密度值。

1.3.3 可溶性糖含量測定

培養(yǎng)28 d的試管苗新鮮植株取出，采用蒽酮比色法進行測定[11]。

表1 LED光質(zhì)控制系統(tǒng)Table 1 LED light quality control system

2 結(jié)果與分析

2.1 LED不同光質(zhì)配比對馬鈴薯‘克新13號’試管苗株高的影響

不同光質(zhì)對‘克新13號’試管苗株高變化的影響見表2?！诵?3號’脫毒試管苗不同光源下生長7 d后，50R/50B處理下株高最高，與對照（熒光燈）相比差異顯著，其余光源處理下（除了100R與100B）株高差異不顯著；培養(yǎng)28 d后各處理間株高差異顯著，100R處理下株高最高，為13.34 cm。100R處理下‘克新13號’生長速率最大為0.52 cm/d，對照生長速率為0.27 cm/d，50R/50B處理下生長速率最小為0.14 cm/d。100R處理下植株株高生長速率快，然而植株較細弱。

2.2 LED不同光質(zhì)配比對馬鈴薯‘克新13號’試管苗根長的影響

不同光質(zhì)對‘克新13號’試管苗根長的影響見表3。‘克新13號’培養(yǎng)7 d后，各光源處理下試管苗生根狀況表現(xiàn)出顯著差異，70R/30B處理根系生長最快，與對照處理差異顯著，100R處理根長最短；培養(yǎng)14 d后100B處理根長最長，80R/20B、70R/30B和50R/50B處理間根長差異不顯著。就生長速率而言紅藍混合光處理下根系生長較快，其中以50R/50B處理下，根系生長速率最快為0.27 cm/d。

表2 LED不同光質(zhì)配比對‘克新13號’脫毒試管苗株高的影響Table 2 Effects of different light quality ratios of LED on plant height of'Kexin 13'plantlets in vitro

表3 LED不同光質(zhì)配比對‘克新13號’脫毒試管苗根長的影響Table 3 Effects of different light quality ratios of LED on root length of'Kexin 13'plantlets in vitro

2.3 LED不同光質(zhì)配比對馬鈴薯‘克新13號’試管苗鮮重的影響

‘克新13號’試管苗植株鮮重在不同光源處理下7～28 d變化情況見表4。紅藍光混合處理下培養(yǎng)的植株在各個階段植株鮮重均顯著高于其他處理，培養(yǎng)28 d后，50R/50B處理下‘克新13號’植株鮮重最大為0.259 g，80R/20B和70R/30B處理下鮮重次之，100B處理下鮮重最小。從生長速率也可以看出80R/20B、50R/50B處理均為0.009 g/d，高于其他光源處理。

2.4 LED不同光質(zhì)配比對馬鈴薯‘克新13號’試管苗葉綠素含量的影響

不同光質(zhì)對‘克新13號’試管苗培養(yǎng)28 d后的葉綠素含量影響如表5所示。葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素含量均在50R/50B處理下達到最大值，分別為0.493，0.151和0.644 mg/g，葉綠素b最小值出現(xiàn)在100R處理下。紅藍光混合處理下總?cè)~綠素含量與對照差異顯著，高于單色光處理，隨著紅光比例的增大，葉綠素a/b呈下降趨勢。

2.5 LED不同光質(zhì)配比對馬鈴薯‘克新13號’試管苗可溶性糖含量的影響

不同光質(zhì)對‘克新13號’試管苗培養(yǎng)28 d后的可溶性糖含量的影響見圖1。不同光質(zhì)處理下‘克新13號’試管苗可溶性糖含量差異顯著，50R/50B處理下可溶性糖含量最高，為0.244%；100R處理下可溶性糖含量最低為0.165%；紅藍混合光處理下可溶性糖含量均高于對照，80R/20B和70R/30B處理之間差異不顯著，在紅藍混合光處理中，隨著藍光比例的增加，可溶性糖含量也呈增加趨勢。

表4 LED不同光質(zhì)配比對‘克新13號’脫毒試管苗鮮重的影響Table 4 Effects of different light quality ratios of LED on fresh weight of'Kexin 13'plantlets in vitro

表5 LED不同光質(zhì)配比對‘克新13號’脫毒試管苗葉綠素含量的影響Table 5 Effects of different light quality ratios of LED on chlorophyll content of'Kexin 13'plantlets in vitro

圖1 LED不同光質(zhì)配比對‘克新13號’脫毒試管苗可溶性糖含量的影響Figure 1 Effects of different light quality ratios of LED on soluble sugar content of'Kexin 13'plantlets in vitro

3討 論

LED光源具有體積小、壽命長、光效率高、能耗小、安全、不易色衰等優(yōu)點，因此在植物培養(yǎng)中廣泛應(yīng)用[8]。Wilken等[12]研究表明，與熒光燈相比，應(yīng)用LED光源培養(yǎng)的植株更為健壯。光質(zhì)對植物生長影響的研究多以紅光、藍光為主，其他光補償為輔。本研究中，紅光促進馬鈴薯試管苗伸長，藍光則抑制試管苗株高生長，100R處理下植株生長盡管較快，植株生長狀態(tài)并不理想，瘦弱易彎曲；紅藍混合光處理下的植株生長較健壯，植株挺立，這與Poudel等[13]在葡萄中的研究結(jié)果一致。本試驗結(jié)果表明100R和100B處理下，‘克新13號’根生長受到抑制，50R/50B處理根的生長速率較其他處理快，處理28 d后，‘克新13號’植株鮮重也顯著高于其他處理。Kim等[14]研究表明，紅藍混合光與光敏色素之間相互作用可以促進植株的協(xié)調(diào)生長。

光質(zhì)在植物光合作用中起著重要的作用，光質(zhì)不僅影響植株的光形態(tài)建成，也調(diào)控著光合色素的合成[15]，這是由于光合色素的吸收光譜不同所致。本研究中，紅藍混合光處理下馬鈴薯試管苗總?cè)~綠素含量高于單色光及對照處理，Kong等[16]在蝴蝶蘭的研究中也得到同樣的結(jié)論?！诵?3號’試管苗葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素含量最大值均出現(xiàn)在50R/50B處理下，這可能是由于在50R/50B處理下，‘克新13號’光合效率最高，且光源的波長與植物葉綠素吸收峰一致。

Kowallik[17]研究表明，光質(zhì)具有調(diào)節(jié)高等植物的碳水化合物代謝的作用。本研究中，‘克新13號’可溶性糖含量在50R/50B處理下最高，這與Li等[18]對陸地棉的研究結(jié)果一致。紅藍混合光中，藍光比例越高，植株中的可溶性糖含量越高，由此表明，紅藍光配比有利于可溶性糖的積累，對植株干物質(zhì)積累具有重要的調(diào)控作用。

LED光源中紅藍光的最佳比例與物種密切相關(guān)，例如，草莓[19]、紅掌[20]和黃瓜[21]的紅藍光最適比例為70R/30B；陸地棉[18]為50R/50B；香蕉[22]和蝴蝶蘭[23]為80R/20B。本研究中，通過‘克新13號’試管苗生長、形態(tài)、生理等指標(biāo)分析表明，培養(yǎng)28 d后100R處理下的‘克新13號’試管苗株高最高，但是細弱，葉綠素含量最低，100B處理下的試管苗矮小，生根較慢，可溶性糖含量低；紅藍光配比處理的馬鈴薯試管苗較單一紅藍光有明顯優(yōu)勢，50R/50B處理下‘克新13號’試管苗根長和鮮重生長速率最快，均高于對照，且在此處理下葉綠素含量和可溶性糖含量達到最大值，均顯著高于對照，是適宜馬鈴薯試管苗生長的最佳光質(zhì)。今后的工作中會進一步研究LED不同光質(zhì)對馬鈴薯不同品種生理及代謝的影響，彌補本試驗僅選用‘克新13號’一個品種的局限性，以期為提高馬鈴薯試管苗品質(zhì)提供理論指導(dǎo)。