吳瑤，王再花，李杰，劉海林，段俊，周榮，葉廣英

（1廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)境園藝研究所/廣東省園林花卉種質(zhì)創(chuàng)新綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510640；2佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院食品科學(xué)與工程學(xué)院，廣東佛山 510000；3中國(guó)科學(xué)院華南植物園廣東省應(yīng)用植物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/華南農(nóng)業(yè)植物分子分析與遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510650）

0 引言

石斛蘭是蘭科石斛屬多年生草本植物[1-2]，其花姿優(yōu)美、花色豐富、開(kāi)花時(shí)間長(zhǎng)，被譽(yù)為極具觀賞價(jià)值的“四大洋蘭”之一[3]；但石斛蘭生長(zhǎng)周期長(zhǎng)，組培克隆繁殖率低，種苗質(zhì)量參差不齊，嚴(yán)重影響石斛蘭產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展?？梢?jiàn)，提高石斛蘭組培育苗速率，培育優(yōu)質(zhì)種苗是關(guān)鍵。石斛蘭是半陰生植物，需要一定的光照，組培需要的光強(qiáng)一般為18～100 μmol/(m2·s)[4-8]，但石斛蘭因品種不同需要的光強(qiáng)有所不同。由于石斛蘭從增殖到出苗需要2～3年時(shí)間，組培成本較高，導(dǎo)致生產(chǎn)效率較低。石斛蘭組培效率、增殖效率和生根壯苗情況反映著石斛蘭的生長(zhǎng)勢(shì)優(yōu)劣。優(yōu)質(zhì)的光源如發(fā)光二極管(light-emitting diode，LED)光可以提高金線蓮、蝴蝶蘭、鐵皮石斛等的生長(zhǎng)速率和繁殖效率，在組培中應(yīng)用廣泛。LED是一種能發(fā)光的半導(dǎo)體電子元件，具有光譜可控、體積小巧、節(jié)能效果好，且與植物所需要的光譜相吻合等優(yōu)勢(shì)[10-11]，在組培中主要有提高生長(zhǎng)勢(shì)、促進(jìn)增殖、生根、提高干物質(zhì)含量和次生代謝物質(zhì)含量等作用[12-13]，但不同植物對(duì)光質(zhì)的敏感性不一樣，因此確定有效的LED 光源配方成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。常用于組培的LED 光有紅光、藍(lán)光和白光，一般單純的紅光或藍(lán)光不利于植株的組培生長(zhǎng)。不同波段對(duì)植物的生長(zhǎng)具有顯著差異，紅光有利于光合產(chǎn)物的積累、提高植物體內(nèi)赤霉素的含量，從而有利于植物莖與葉片生長(zhǎng)；藍(lán)光有利于葉綠體發(fā)育，提高IAA氧化酶的活性，從而降低IAA 的水平，抑制植物的伸長(zhǎng)生長(zhǎng)，促進(jìn)橫向生長(zhǎng)，可使植株矮化[14-16]；綠光對(duì)植物的作用主要在于增加酚類物質(zhì)的積累，而對(duì)氨基酸等次生代謝物沒(méi)有顯著的刺激作用[6]。當(dāng)前有關(guān)光質(zhì)的報(bào)道主要為蔬菜、觀賞植物和藥用植物等[14-16]，石斛方面有關(guān)光質(zhì)報(bào)道的有鐵皮石斛、霍山石斛、金釵石斛等藥用石斛[9,18-21]，對(duì)其生長(zhǎng)、活性物質(zhì)積累具有積極作用，但有關(guān)觀賞用的石斛蘭克隆苗組培快繁及LED 光質(zhì)對(duì)其生長(zhǎng)影響的報(bào)道比較少見(jiàn)。

‘甜心’石斛和‘紅粉天宮’兜唇石斛為南方市場(chǎng)熱銷的2個(gè)品種，花色淡雅，花量大，價(jià)值較高，備受蘭友喜歡。但由于組培過(guò)程中增殖速率較低，產(chǎn)業(yè)化程度不高，加上組培克隆中植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑用量過(guò)高或繼代次數(shù)過(guò)多，容易導(dǎo)致變異，影響種苗的質(zhì)量。筆者采用紅藍(lán)綠3 種LED 作為光源，研究它們對(duì)2 種石斛組培苗增殖和生根的影響，以掌握石斛組織培養(yǎng)對(duì)光質(zhì)的需求，為石斛組培生產(chǎn)提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試驗(yàn)材料選用廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)境園藝研究所選育和繁殖的2 種石斛?！t粉天宮’兜唇石斛是從云南原生兜唇石斛花色變異單株選擇、組培擴(kuò)繁而成，花色更為紅艷；‘甜心’石斛為日本引進(jìn)的春石斛品種，花色淡雅，花朵數(shù)量多，開(kāi)花整齊。選取同批量且大小相似的組培苗進(jìn)行LED 增殖試驗(yàn)。試驗(yàn)于2021 年1月—2022年2月在廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院白云基地組培室進(jìn)行。

1.1.2 光源藍(lán)光、綠光、紅光LED 以及光質(zhì)的不同比例如表1。單顆燈珠1.5 W，RBG 各0.5 W，1 條燈功率24 W，R(red)是波長(zhǎng)為620 nm 的純紅光，B(blue)是波長(zhǎng)為460 nm的純藍(lán)光，G(green)的波長(zhǎng)520 nm的純綠光，W(white)為對(duì)照白色熒光燈，不同處理分別是R6B3G0、R6B3G1、R6B3G3、R3B6G0、R3B6G1、R3B6G3、R3B3G3。LED燈管由仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)智能裝備實(shí)驗(yàn)室提供，通過(guò)電腦控制其比例，使用光譜儀（群智ALP-01）測(cè)定光照強(qiáng)度。

表1 LED不同光質(zhì)配比表

1.1.3 培養(yǎng)基石斛芽增殖培養(yǎng)基為改良MS+蔗糖30 g/L+瓊脂7 g/L+香蕉50 g/L+活性炭0.1 g/L+NAA 0.05 mg/L+6-BA 3.0 mg/L。石斛芽生根壯苗培養(yǎng)基為改良1/2MS+NAA 0.2 mg/L+蔗糖30 g/L+瓊脂7 g/L+香蕉50 g/L+活性炭0.1 g/L。

1.2 方法

1.2.1 石斛增殖及生根壯苗增殖培養(yǎng)時(shí)，將石斛蘭組培苗切成2個(gè)節(jié)間的莖段，接種到增殖培養(yǎng)基，每瓶接種15個(gè)莖段，每個(gè)光質(zhì)每個(gè)品種重復(fù)4瓶；隨機(jī)置于8組不同光質(zhì)的LED燈下培養(yǎng)45 d。生根壯苗時(shí)，將增殖后長(zhǎng)勢(shì)相似的單芽接種至生根培養(yǎng)基，每瓶接種15個(gè)單芽，每個(gè)光質(zhì)每個(gè)品種重復(fù)4瓶，隨機(jī)放于8組不同光質(zhì)的LED光下培養(yǎng)45 d。除LED光源的不同，其他培養(yǎng)條件一致。光強(qiáng)均為20 μmol/(m2·s)，每天光照時(shí)間12 h，培養(yǎng)溫度(24±2)℃。

1.2.2 統(tǒng)計(jì)及數(shù)據(jù)處理增殖階段統(tǒng)計(jì)每個(gè)莖段萌芽的數(shù)量即為增殖系數(shù)[式(1)]，每個(gè)莖段干重、鮮重以及干物質(zhì)含量；生根壯苗階段統(tǒng)計(jì)根數(shù)、平均根長(zhǎng)、莖粗、新芽數(shù)、株高、葉數(shù)。所有數(shù)據(jù)采用SAS 8.0 軟件的Duncan方法檢驗(yàn)不同處理間的差異顯著性，顯著水平P＜0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同LED光質(zhì)對(duì)2種石斛增殖的影響

石斛蘭克隆過(guò)程中，增殖的新芽數(shù)多，則繁殖快，育苗周期縮短，大大節(jié)約生產(chǎn)成本。不同LED光質(zhì)條件下，‘甜心’石斛和‘紅粉天宮’兜唇石斛的增殖系數(shù)、干鮮重和干物質(zhì)含量見(jiàn)表2～3及圖1～2。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，同樣的LED 光質(zhì)處理對(duì)不同石斛品種的增殖效果差異較大。

圖1 不同LED的光質(zhì)下‘甜心’石斛增殖情況

圖2 不同LED的光質(zhì)下‘紅粉天宮’兜唇石斛增殖情況

表2 不同光質(zhì)的LED處理對(duì)‘甜心’石斛增殖的影響

表3 不同光質(zhì)的LED處理對(duì)‘紅粉天宮’兜唇石斛增殖的影響

‘甜心’石斛在R6B3G1的光質(zhì)處理下增殖綜合效果最好，增殖系數(shù)達(dá)2.55個(gè)/株，鮮重、干重和干物質(zhì)含量分別為0.540 g/株、0.053 g/株和9.80%。其次為R6B3G0、R3B6G1、R3B6G0，上述4 個(gè)光質(zhì)處理間增殖系數(shù)差異不顯著，但明顯高于其他處理和對(duì)照W，最高比對(duì)照高出43.5%。紅藍(lán)光比例6:3時(shí)，增加一定光強(qiáng)的綠光處理可以明顯提高干物質(zhì)含量，其中R6B3G1 的干物質(zhì)含量明顯高出R6B3G0 處理18.8%，此外，紅藍(lán)光比例3:6時(shí)，一定的綠光也對(duì)其紅藍(lán)組合光增殖及干物質(zhì)積累有一定促進(jìn)作用，如R3B6G1。推測(cè)適當(dāng)?shù)木G光對(duì)萌芽和次生代謝物的積累有促進(jìn)作用；但綠光的繼續(xù)增加則顯著降低干物質(zhì)含量，如R6B3G3和R3B6G3處理。綜合比較可知，‘甜心’石斛增殖階段使用R6B3G1光質(zhì)最佳。

‘紅粉天宮’兜唇石斛在R6B3G3光質(zhì)處理下增殖效果最佳，增殖系數(shù)為1.19個(gè)/株，鮮重、干重和干物質(zhì)含量分別為0.718 g/株、0.0548 g/株和7.91%，其次為R6B3G1，而W 對(duì)干物質(zhì)含量增加影響顯著，但R6B3G0 增殖效果最差。該種石斛在紅藍(lán)光比例6:3或3:6時(shí)補(bǔ)充一定綠光，也可明顯增加干物質(zhì)含量，與‘甜心’石斛得到類似的結(jié)論，R6B3G1和R3B6G1明顯好于無(wú)綠光處理R6B3G0和R3B6G0。

文獻(xiàn)中已有不少關(guān)于LED 光促進(jìn)植物增殖的報(bào)道。尚文倩等[21]認(rèn)為紅藍(lán)光1:1 對(duì)鐵皮石斛試管苗生長(zhǎng)發(fā)育有利；王玉英等[22]發(fā)現(xiàn)R4B2G1對(duì)百合增殖效果最好；楊艷敏等[23]發(fā)現(xiàn)固定綠光，紅光比例越高，藍(lán)光比例越低，藍(lán)莓組培苗增殖不定芽達(dá)到43.61個(gè)；劉慧雯[15]發(fā)現(xiàn)R3B1 處理下鐵皮石斛原球莖增殖系數(shù)達(dá)到4.7，且顏色和長(zhǎng)勢(shì)相當(dāng)不錯(cuò)；任桂萍等[16]研究表明紅光更有利于蝴蝶蘭單芽的增殖。說(shuō)明在植物組培中紅光促進(jìn)芽增殖具有普遍性，而增加一定綠光也可促進(jìn)芽的增殖，本研究得到類似的結(jié)論。在本試驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)，紅藍(lán)綠3 種光質(zhì)進(jìn)行組合后，綠光不宜增加過(guò)多，否則會(huì)影響增殖效率和干物質(zhì)的積累。以上結(jié)果表明，不同品種石斛蘭在組培增殖擴(kuò)繁中，需要的光質(zhì)有所不同?！鹦摹m增殖較佳的光質(zhì)組合分別為R6B3G1、R6B3G0、R3B6G1；‘紅粉天宮’兜唇石斛增殖較佳的光質(zhì)組合分別為R6B3G3、R6B3G1。可見(jiàn)，較高比例的紅藍(lán)光(R6B3)適度增加綠光利于石斛蘭的增殖和干物質(zhì)的積累。

2.2 不同的LED光質(zhì)對(duì)2種石斛生根壯苗的影響

在石斛的組培快繁中，石斛的生根情況和長(zhǎng)勢(shì)決定石斛出苗的存活率和質(zhì)量，因此該階段把控種苗質(zhì)量尤為重要。LED不同光質(zhì)組合處理對(duì)2個(gè)石斛品種的生根壯苗存在一定差異（表4～5 及圖3～4）。從各生長(zhǎng)指標(biāo)整體考慮，‘甜心’石斛在R6B3G3 的光質(zhì)處理下最佳，根數(shù)和平均最長(zhǎng)根長(zhǎng)分別為11.36 根/株和2.64 cm，其中根數(shù)比對(duì)照W 高出32.1%；其次為R6B3G1 和R3B6G3，盡管根數(shù)和平均最長(zhǎng)根長(zhǎng)在R3B6G3光質(zhì)處理下最高，但三者均無(wú)顯著差異，此外R3B6G3 處理下新芽數(shù)明顯低于R6B3G3。但前三者生根情況明顯高于W、R3B3G3 和R3B6G1；而莖粗和株高在各處理中差異均不明顯。

圖3 不同光質(zhì)的LED下‘甜心’石斛生根壯苗情況

圖4 不同光質(zhì)的LED下‘紅粉天宮’兜唇石斛生根壯苗情況

表4 不同光質(zhì)的LED處理對(duì)‘甜心’石斛生根壯苗的影響

表5 不同光質(zhì)的LED處理對(duì)‘紅粉天宮’兜唇石斛生根壯苗的影響

‘紅粉天宮’兜唇石斛在8 種光質(zhì)的處理下，以R6B3G1 生根效果最佳，根數(shù)和平均最長(zhǎng)根長(zhǎng)分別為17.34 根/株和4.10 cm，分別比對(duì)照高出18.4%和113.5%；其次為R6B3G3，生根效果最差的為W 和R3B6G3。‘紅粉天宮’兜唇石斛的新芽數(shù)、株高、葉數(shù)在各光質(zhì)組合處理下無(wú)顯著差異。

前人對(duì)LED 在多種植物生根壯苗的應(yīng)用上已有報(bào)道。宋羽[24]研究表明，光是通過(guò)調(diào)節(jié)生物膜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的透性，改變結(jié)構(gòu)功能影響番茄的生長(zhǎng)代謝；劉慧雯[15]報(bào)道紅光使鐵皮石斛組培苗根數(shù)達(dá)到最多最長(zhǎng)，主要原因是紅光促進(jìn)了植物體內(nèi)赤霉素等激素的分泌，紅光有利于生根，藍(lán)光提高了植物體內(nèi)IAA 氧化酶的活性，能降低IAA的水平，抑制植物的頂端生長(zhǎng)，從而促進(jìn)了橫向生長(zhǎng)，使得藍(lán)光促進(jìn)石斛莖長(zhǎng)粗，多種光質(zhì)組合會(huì)更加符合植物生根壯苗的生長(zhǎng)需要；婁鈺姣[20]試驗(yàn)表明在R3B2 處理下，鐵皮石斛株高最佳，在組合R4B1 處理下，莖粗最大；任桂萍等[16]發(fā)現(xiàn)紅光更有利于蝴蝶蘭株高的增加，藍(lán)光影響根系的活力，組合R3B6Fr1 光質(zhì)更加適合植物的生根壯苗的需求，其中紅光占比多促進(jìn)植物伸長(zhǎng)，藍(lán)光占比多促進(jìn)植物莖長(zhǎng)粗。但在本試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，紅藍(lán)綠3種光質(zhì)進(jìn)行組合后，‘甜心’石斛的根長(zhǎng)在紅光比例多的情況下，會(huì)隨著綠光的增加而伸長(zhǎng)，但莖粗無(wú)顯著差異，故‘甜心’石斛的生根壯苗在R6B3G3 和R6B3G1 組合光中效果最好；而藍(lán)光比例多時(shí)，增加同比例綠光，如R3B6G3生根效果也較佳。‘紅粉天宮’兜唇石斛的根長(zhǎng)在紅光比例大、綠光占比適中時(shí)達(dá)到最大值，如R6B3G1，莖粗也出現(xiàn)相同趨勢(shì)，故‘紅粉天宮’兜唇石斛生根壯苗階段在R6B3G1效果最好。

綜上，不同品種的石斛蘭在組培生根壯苗過(guò)程中對(duì)光質(zhì)有不同的要求?！鹦摹赗6B3G3、R6B6G1 組合光質(zhì)生根壯苗效果較好，‘紅粉天宮’兜唇石斛在R6B3G1、R6B3G3組合光質(zhì)生根壯苗效果較好，總體2種石斛對(duì)紅藍(lán)光質(zhì)需求相似，補(bǔ)充一定綠光均有利于其生根壯苗。

3 結(jié)論與討論

光、熱、水、氣、肥是直接影響植物生長(zhǎng)的因子。光作為植物能量的獨(dú)特來(lái)源[25]，直接影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育。根據(jù)植物生理結(jié)構(gòu)的不同，光質(zhì)對(duì)不同植物品種的生長(zhǎng)過(guò)程有著不同的效果，并且在不同的生長(zhǎng)階段，光質(zhì)效果也呈現(xiàn)出不同[26]。本研究結(jié)果表明，‘甜心’石斛在R6B3G1 組合光質(zhì)增殖效果最好，在R6B3G3組合光質(zhì)生根壯苗效果最好；‘紅粉天宮’兜唇石斛在R6B3G3光質(zhì)組合下增殖效果好，在R6B3G1組合光質(zhì)下生根壯苗效果最好。2種石斛雖然組培快繁過(guò)程相近，但在增殖和生根壯苗各階段有綠光的添加會(huì)比只有紅藍(lán)光效果明顯好，具體作用機(jī)制還不明晰，特別是這些光質(zhì)組合處理對(duì)石斛活性成分及次生代謝物的積累還不明確，下一步將繼續(xù)開(kāi)展這方面的研究工作。