劉麗敏 劉紅堅(jiān) 李傲梅 何為中

（廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所/廣西甘蔗遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部廣西甘蔗生物技術(shù)遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，530007，廣西南寧）

種植甘蔗健康種苗是解決品種退化、預(yù)防甘蔗病蟲害最有效的方法之一，增產(chǎn)幅度達(dá)到 30%以上[1-3]。生產(chǎn)健康種苗的技術(shù)程序復(fù)雜，生產(chǎn)成本居高不下，這些制約了甘蔗健康種苗的大規(guī)模推廣種植。目前甘蔗健康種苗的售價(jià)一般為0.8～1.0元/株，是甘蔗種莖成本的4～6倍，因此簡化甘蔗試管苗培養(yǎng)程序和降低生產(chǎn)成本是解決制約甘蔗健康種苗大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用的最有效途徑[4]。甘蔗試管苗光合自養(yǎng)生根技術(shù)是將無根試管苗噴施生根液后，在日光溫室放置24h后，種植于塑料托盤，放置在日光溫室進(jìn)行生根假植的過程；該項(xiàng)技術(shù)將甘蔗組織培養(yǎng)技術(shù)由傳統(tǒng)的初代培養(yǎng)、繼代培養(yǎng)、生根培養(yǎng)和移栽假植4個(gè)步驟簡化為3個(gè)步驟，省去了培養(yǎng)室內(nèi)生根培養(yǎng)環(huán)節(jié)，使生根和假植同步進(jìn)行，簡化了甘蔗試管苗生產(chǎn)程序，降低生產(chǎn)成本50%以上，對促進(jìn)甘蔗健康種苗大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用有積極作用[5-6]，但該技術(shù)受甘蔗品種基因型和環(huán)境等因素影響較大。甘蔗試管苗光合自養(yǎng)生根是指由試管苗不定根發(fā)育形成，并逐漸適應(yīng)溫室環(huán)境的馴化過程，也是試管苗從異養(yǎng)過渡到自養(yǎng)的過程。試管苗在假植移栽后能否在存活期內(nèi)完成不定根的發(fā)育并使植株從異養(yǎng)轉(zhuǎn)化為自養(yǎng)是其成活與否的關(guān)鍵。不定根形成需要2個(gè)過程，不定根根原基的形成和不定根的生長，前者主要需要生長激素，后者需要營養(yǎng)和適宜的環(huán)境條件。噴施生長激素后，試管苗的體內(nèi)發(fā)生了一系列生理生化變化，促使根原基形成[7]。環(huán)境條件中最重要的是溫度和光照。根生長只有在一定的溫度條件下才能進(jìn)行，根生長最適宜的土壤溫度一般為20℃～30℃，溫度高于30°C或低于20°C時(shí)根吸水均減少，生長緩慢甚至停止[4]。

光對植物生長發(fā)育的影響主要有2個(gè)方面，一是光是綠色植物光合作用的必需因素；二是光調(diào)節(jié)植物整個(gè)生長發(fā)育，使其更好地適應(yīng)外界環(huán)境。這種依賴光控制細(xì)胞分化、結(jié)構(gòu)和功能的改變，最終匯集成組織和器官的建成，即光形態(tài)建成，亦即光控制發(fā)育過程[8]。適宜的光照強(qiáng)度和光質(zhì)是植物生長發(fā)育重要的環(huán)境因子，對植物的形態(tài)建成、生理代謝、生長發(fā)育及植物的品質(zhì)有廣泛的調(diào)節(jié)作用[9-11]。以往的研究主要集中在生長激素方面，關(guān)于環(huán)境條件影響生根的研究較少。為此，本研究設(shè)置不同季節(jié)光溫、光補(bǔ)償和不同光質(zhì)等處理，研究這些因素對光合自養(yǎng)生根的影響，為提高甘蔗試管苗的成活率以及探明環(huán)境條件對生根的影響提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料為GT43、GT44和GT49繼代無根試管苗，由廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所提供。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 不同季節(jié)光溫試驗(yàn) 試驗(yàn)甘蔗品種為 GT44和GT49，設(shè)置夏季移栽和冬季移栽2個(gè)處理。2018年7月21日進(jìn)行夏季移栽，1個(gè)月后調(diào)查生根率和存活率。2019年1月15日進(jìn)行冬季移栽，2個(gè)月后調(diào)查生根率和存活率。

1.2.2 光補(bǔ)償試驗(yàn) 試驗(yàn)于2018年12月27日進(jìn)行，試驗(yàn)甘蔗品種為GT43、GT44和GT49，設(shè)置光補(bǔ)償和自然光（對照）2個(gè)光照處理，其中光補(bǔ)償處理為自然光+熒光燈，熒光燈功率24W，白天照射 12h/d。熒光燈安裝在距離苗圃平面 1.5m 高處，每隔1m安裝1只燈泡，用木架固定，木架外蓋塑料薄膜保溫保濕，安裝定時(shí)器控制熒光燈的開關(guān)時(shí)間。移栽42d時(shí)調(diào)查苗高、根長、單株根數(shù)和生根率等數(shù)據(jù)，2個(gè)月后調(diào)查存活率。

1.2.3 不同光質(zhì)試驗(yàn) 試驗(yàn)于2020年6月15日進(jìn)行，試驗(yàn)甘蔗品種為GT44，設(shè)自然光+紅光（660nm）、自然光+藍(lán)光（450nm）、紅光（660nm）、藍(lán)光（450nm）和自然光（對照）5個(gè)處理。紅光和藍(lán)光均為LED燈，安裝在苗圃上方1.2m處，紅光和藍(lán)光處理蓋黑色塑料薄膜阻擋陽光照射，燈光照射時(shí)間12h/d。移栽30d時(shí)調(diào)查試管苗的苗高、根長、單株根數(shù)、生根率及存活率。

1.3 試管苗處理與移栽

所有試驗(yàn)材料均在移栽前1d移至日光溫室，開蓋后葉面噴施生根液，每瓶噴施約7mL，生根液配方為IBA 50mg/L+NAA 20mg/L+L-脯氨酸100mg/L+吐溫2mL/L。噴施24h后，挑選粗壯的單株幼苗種植到塑料托盤上（54孔），每個(gè)孔種植1株。每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)種植3盤。營養(yǎng)土配制、移栽和苗圃管理等方法參考文獻(xiàn)[5]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

按5點(diǎn)取樣法收集數(shù)據(jù)，每個(gè)點(diǎn)選4株幼苗測苗高、根長和單株根數(shù)。計(jì)算生根率和存活率：生根率（%）=生根苗數(shù)/調(diào)查苗數(shù)×100，存活率（%）=存活苗數(shù)/種植苗數(shù)×100。

每個(gè)處理放置HOBO光溫記錄儀記錄光照強(qiáng)度和溫度，每隔15min記錄1次，直到數(shù)據(jù)調(diào)查完。用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件分析數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同季節(jié)光溫處理對甘蔗試管苗光合自養(yǎng)生根的影響

由表1可知，夏季日平均溫度為31.1°C，日平均光照強(qiáng)度為4168.1lx；冬季日平均溫度為16.9°C，平均光照強(qiáng)度為1880.0lx；冬季比夏季平均日溫度低14.2°C，平均光照強(qiáng)度弱2288.1lx。

表1 不同季節(jié)的日溫度和光照強(qiáng)度Table 1 Daily temperature and illumination intensity in different seasons

在不同溫度和光照強(qiáng)度條件下，甘蔗試管苗光合自養(yǎng)生根的生根時(shí)間和生根率均存在差異。GT44和GT49在夏季移栽1個(gè)月后存活率分別為98.2%和85.0%，冬季移栽2個(gè)月后GT44和GT49存活率分別為95.1%和63.3%（表2）。與夏季移栽相比，2個(gè)品種在冬季移栽進(jìn)行自養(yǎng)生根時(shí)生根率和存活率均降低，GT44生根率和存活率分別下降17.8和3.1個(gè)百分點(diǎn)，GT49分別下降了49.9和21.7個(gè)百分點(diǎn)。GT44的表現(xiàn)優(yōu)于GT49。

表2 不同季節(jié)移栽對甘蔗試管苗光合自養(yǎng)生根的影響Table 2 Effects of different transplanting seasons on photosynthetic autotrophic rooting of sugarcane in vitro plantlets %

2.2 光補(bǔ)償對甘蔗試管苗光合自養(yǎng)生根的影響

冬季低溫弱光的環(huán)境不利于甘蔗試管苗的生根和存活，假植成本高，但考慮到大田生產(chǎn)中試管苗在春末夏初定植更符合廣西甘蔗生產(chǎn)實(shí)際需求，因此，提高試管苗冬季的假植移栽成活率在生產(chǎn)中有重要的意義。由表3可知，光補(bǔ)償處理能在冬季適當(dāng)提高拱棚內(nèi)小環(huán)境的光照和溫度，平均溫度提 高了0.4°C，平均光照強(qiáng)度增加了139.1lx。

表3 光補(bǔ)償與自然光溫室的溫度和光照強(qiáng)度Table 3 Temperature and illumination intensity of supplementary light greenhouse and natural light greenhouse

在冬季低溫寡照條件下，與CK相比，光補(bǔ)償處理可以促進(jìn)試管苗的植株生長和根系伸長（圖1）。由表4可知，光補(bǔ)償處理苗高、根長和單株根數(shù)與CK的差異達(dá)到極顯著水平，生根率和存活率差異不顯著。品種間表現(xiàn)不同，GT44的苗高、根長、單株根數(shù)、生根率和存活率均高于 GT43和GT49，其中苗高、根長和存活率差異達(dá)極顯著水平，生根率與GT43的差異不顯著，但與GT49的差異達(dá)到顯著水平，單株根數(shù)與GT43和GT49的差異分別達(dá)顯著和極顯著水平。GT43的根長、單株根數(shù)和生根率高于 GT49，單株根數(shù)和生根率差異分別達(dá)極顯著和顯著水平；但GT49的存活率高于GT43，差異達(dá)極顯著水平。

圖1 光溫補(bǔ)償對不同甘蔗品種試管苗光合自養(yǎng)生根的影響Fig.1 Effects of light and temperature compensation on photosynthetic autotrophic rooting of different sugarcane cultivars in vitro plantlets

表4 光補(bǔ)償處理對甘蔗試管苗生根與生長的影響Table 4 Effects of light supplementation on rooting and growth of sugarcane in vitro plantlets

2.3 不同光質(zhì)處理對甘蔗試管苗光合自養(yǎng)生根的影響

表5表明，與CK相比，自然光+紅光、自然光+藍(lán)光處理可以提高光照強(qiáng)度，而紅光和藍(lán)光處理下光照強(qiáng)度低。

表5 不同光質(zhì)處理的溫度和光照強(qiáng)度Table 5 Temperature and illumination intensity of different light quality treatments

由表6可知，自然光+紅光、自然光+藍(lán)光處理的生根率和存活率與CK均無顯著差異，生根率均為100.0%。紅光和藍(lán)光處理的試管苗不能完成馴化過程，移栽一段時(shí)間后，植株均死亡，存活率為0%。自然光+紅光和自然光+藍(lán)光處理的苗高分別為33.8和35.2cm，均高于CK（30.6cm），與CK差異分別達(dá)顯著和極顯著水平；根長也均高于CK，但差異不顯著；單株根數(shù)均低于 CK，差異分別達(dá)極顯著和顯著水平。

表6 不同光質(zhì)處理對GT44試管苗生長和生根的影響Table 6 Effects of light on the growth and root growth of GT44 in vitro plantlets

3 討論

冬季溫度低、光照弱，不利于甘蔗無根試管苗的生根假植。甘蔗試管苗在冬季進(jìn)行移栽假植，較夏季出根延遲，生根速度慢，生根率和存活率均有所下降，影響程度因品種而異。GT44在冬季移栽也能得到較高的生根率和存活率，而GT49的生根率和存活率分別了下降49.9和21.7個(gè)百分點(diǎn)。其原因與品種本身特性有關(guān)，GT44易生根、抗逆性強(qiáng)，而GT49生根慢。一般認(rèn)為溫度高于25℃適合對甘蔗試管苗進(jìn)行生根移栽，平均氣溫降到 18℃時(shí)，根的生長減慢，生根率下降[12]。因此，冬季的光溫條件不適合進(jìn)行甘蔗試管苗生根移栽，但有些易生根的品種可以在冬季進(jìn)行移栽。

光照在植物的生長發(fā)育中發(fā)揮關(guān)鍵作用。環(huán)境光照弱，達(dá)不到植物生長所需要的強(qiáng)度時(shí)，補(bǔ)光措施可以促進(jìn)作物生長。曹加杰等[13]水下高光照補(bǔ)償能夠提高苦草幼苗的存活率，幼苗的葉片數(shù)、葉長及葉寬均有所增長，對幼苗的總生物量、平均單株生物量和產(chǎn)生的克隆株數(shù)量也具有一定的促進(jìn)作用。甘蔗試管苗光合自養(yǎng)生根過程中光照強(qiáng)度一般控制在2 000～15 000lx，長期弱光照或長期強(qiáng)光照均不利于試管苗正常生長，會導(dǎo)致植株死亡率升高，最佳光照強(qiáng)度為5 000～8 000lx，并且以散射光為好。本研究設(shè)計(jì)的光補(bǔ)償裝置可以小幅度提高溫度和光照強(qiáng)度，提高生根率和存活率，促進(jìn)根和苗的生長，而根的伸長對苗生長和存活率有一定的促進(jìn)作用。因此，可在冬季通過補(bǔ)光設(shè)施提高甘蔗試管苗光合自養(yǎng)生根的存活率和促進(jìn)苗生長。

不同植物對光質(zhì)的應(yīng)激反應(yīng)不同，單獨(dú)紅光和藍(lán)光處理不利于甘蔗試管苗的生根與生長，而自然光補(bǔ)充藍(lán)光或紅光能促進(jìn)試管苗株高及根的伸長，對試管苗的生根率和存活率沒有顯著影響?？傮w上，植物需求的主要光譜落在紅、藍(lán)光2個(gè)區(qū)域。孫慶麗等[14]研究表明，紅光能顯著促進(jìn)水稻莖的伸長。閆萌萌等[15]研究表明，紅光可促進(jìn)花生幼苗根系生長，提高主根和側(cè)根長及側(cè)根數(shù)和根系活力；藍(lán)光顯著抑制花生幼苗根系生長，但根系活力相對較高。Liu等[16]通過使用不同的紅藍(lán)光組合處理櫻桃番茄幼苗發(fā)現(xiàn)，藍(lán)光對其葉部的生長及干物質(zhì)積累有很大影響。董飛等[17]和楊俊偉等[18]研究發(fā)現(xiàn)，紅光可促進(jìn)番茄幼苗莖的伸長。本試驗(yàn)結(jié)果與上述結(jié)論相似。單獨(dú)紅光和藍(lán)光照射對甘蔗試管苗生長不利，試管苗不能存活，自然光+紅光處理和自然光+藍(lán)光處理的混合光照射對試管苗的生根率和存活率沒有影響，且可以增加試管苗的株高并促進(jìn)根系伸長。因此紅光或藍(lán)光處理不利于甘蔗試管苗生長，而混合光照更有利于試管苗形態(tài)建成。

4 結(jié)論

光照和溫度在甘蔗光合自養(yǎng)生根過程中起著重要的作用。在冬季對甘蔗無根試管苗進(jìn)行光合自養(yǎng)生根，生根率和存活率均下降。在冬季補(bǔ)充光照，可以小幅度提高種植環(huán)境的光照和溫度，促進(jìn)苗和根系生長，對生根率和存活率的影響因品種而異。不同光質(zhì)處理也表明，在自然光中增加紅光和藍(lán)光，可以顯著促進(jìn)植株生長并促進(jìn)根系伸長，但對生根率和存活率沒有顯著影響。