紅藍LED光照強度對非洲菊離體培養的影響

殷麗青,孫 翊,張永春,楊柳燕,陳敏敏,李 心,李青竹

（上海市農業科學院林木果樹研究所，上海市設施園藝技術重點實驗室，上海 201403）

光作為植物生長必需的環境條件之一，不僅能夠為植物提供光合作用所必需的能量來源，而且能夠為植物的生長發育提供重要的信號因子。隨著光學技術的不斷進步和發展，新型人工光源代替傳統光源已成為趨勢［1］。以發光二極管（Light emitting diode，LED）作為光源開展的作物對光反應的研究已有一些報道［2-4］。近年來，已經在許多植物的組織培養中開展了LED光源的應用研究，LED是替代傳統熒光燈用于植物組織培養和工廠化快繁育苗的新一代節能環保型光源［5］。植物對紅光、藍光極其敏感，植物生長所需的光合有效輻射（Photosynthetically active radiation，PAR）在波長400—700 nm，其中在藍光區和紅光區的光合效率最高，不同植物、不同生長階段對光照強度等環境需求不同［6-7］。過強或過弱都會引起光抑制現象，弱光下植株會出現徒長、瘦弱等不良現象［8］，而過高的光照強度會使植株出現萎蔫、葉色變黃［9］。因此，適宜的光照強度對植物的生長發育意義重大。

目前，有關非洲菊（Gerbera jamesonii Bolus）的組織培養已有較多的報道［10-11］，主要集中在培養基、植物生長調節劑方面的應用研究。一般情況下，適當提高植物生長調節劑濃度，可提高增殖系數，但植物生長調節劑濃度的提高會對離體繁殖作物的后代變異增加風險。光照強度是植物生長重要的光照參數之一，直接影響著植物的生長，也是影響植物離體培養的重要影響因子之一。基于本課題組前期LED光質對非洲菊增殖培養與生根培養研究的結果［12-13］，本研究以熒光燈作對照，利用光量比為4∶1的LED紅藍光作為光源，研究紅藍LED光源條件下不同光照強度對非洲菊離體培養的影響，探討適合非洲菊離體培養不同階段的光照強度參數，以期在保證幼苗品質的前提下進一步提高非洲菊的組織培養效率、降低培養成本。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為非洲菊紅花綠芯品種‘BJX’，以花托為外植體經體細胞胚培養獲得的再生植株，經繼代增殖后供不同光照強度處理。試驗于2015年8月至2016年12月在上海市農業科學院林木果樹研究所進行。

1.2 培養基

1.2.1 增殖培養基

以MS為基本培養基，添加6-BA 0.5 mg/L、KT 0.2 mg/L、IAA 0.2 mg/L，附加質量濃度為30 g/L的蔗糖，用6.0 g/L的瓊脂粉固化，pH 5.8。

1.2.2 壯苗生根培養基

以1/2 MS為基本培養基，添加IBA 0.5 mg/L，附加質量濃度為20 g/L的蔗糖，用6.0 g/L的瓊脂粉固化，pH 5.8。

1.3 培養方法和條件

增殖培養：將試管苗切成單芽，剪去葉片和部分葉柄，保留小芽基部0.8—1.0 cm接種于增殖培養基，培養周期為30 d；壯苗生根培養：將試管苗切成單芽，保留3—4葉和1芯接種于壯苗生根培養基，培養周期為25 d。培養溫度24—26℃，光照周期12 h/d。

圖1 光量比為4∶1的紅藍LED復合光光譜圖Fig.1 Spectrogram of LED compound light at red-blue light intensity ratio of 4∶1

1.4 LED光照強度處理

紅藍LED科研模塊由飛利浦照明有限公司提供設計和安裝。光譜和光照強度采用照明護照-光譜儀（標準版）調試。LED光源的光譜成分為光量比為4∶1的紅光與藍光的復合光（圖1），其中紅光波長為600—700 nm，藍光波長為400—499 nm。LED光照強度設置3個處理：分別是 24μmol·m-2·s-1、48μmol·m-2·s-1和72μmol·m-2·s-1，以熒光燈（30μmol·m-2·s-1）作為對照。

1.5 數據的采集與統計

增殖培養30 d后，選取生長相對一致的20株叢生苗觀察和統計其生長情況和增殖系數，增殖系數=新增芽數/接種外植體數。隨后選取10株，測定其苗高，苗高為叢生苗基部至其最高葉的葉尖處的長度；葉面積采用Yaxin-1241葉面積儀測定，選取5株叢生苗，每株叢生苗從大至小取10片葉，測量總值后除以10獲得單片葉的葉面積；葉綠素含量采用MINOLTA SPAD-502plus葉綠素儀測定，選取10株，每株測3片葉。試驗重復3次。

壯苗生根培養25 d后統計和觀測生根數、根長及試管苗的生長特性。選取生長相對一致的10株生根苗觀察和統計其生長和生根情況。株高為試管苗基部到至最高葉的葉尖處的長度；根長為根基到根尖的距離。葉面積采用Yaxin-1241葉面積儀測定，每株生根苗從大至小取5片葉，測量總值后除以5獲得單片葉的葉面積。其他指標的測定同增殖苗。試驗重復3次。

1.6 數據統計與處理

所有數據采用Excel 2003和SPSS 17.0軟件處理。采用單因素方差分析檢驗不同處理間的差異。

2 結果與分析

2.1 LED光照強度對非洲菊離體培養增殖階段的影響

2.1.1 LED光照強度對非洲菊增殖系數的影響

增殖系數是衡量植物離體培養條件下增殖生長是否良好的一個重要指標，也可以反映培養條件是否適合外植體的增殖生長。研究結果（圖2）顯示，LED光照強度對非洲菊組培苗的增殖培養影響較大，在培養基基本成分和所含的植物生長調節劑配比及濃度、培養溫度不變的情況下，光照強度從24μmol·m-2·s-1提高到72μmol·m-2·s-1，處理相對應的非洲菊增殖系數顯示先升后降的趨勢。其中光照強度為48μmol·m-2·s-1時非洲菊組培苗的增殖系數最大，達6.28，比對照（5.11）提高了22.90%；將光照強度進一步提高，達72μmol·m-2·s-1時，增殖系數不再增加，反而降低為5.94，但仍高于對照16.24%；但光照強度太低（≤24μmol·m-2·s-1）不利于非洲菊的增殖培養，其增殖系數（4.83）稍低于對照，表現為長勢瘦弱。由此說明，在非洲菊增殖培養階段，適宜的光照強度是48μmol·m-2·s-1，光照強度過低不利于增殖和正常的生長，而光照強度過高，不僅會提高培養成本，而且并不能提高增殖系數。

圖2 光照強度對非洲菊增殖系數的影響Fig.2 Effect of light intensity on multip lication factor of G.jamesonii

2.1.2 LED光照強度對非洲菊叢生苗生長特性的影響

結果（表1）顯示，光照強度對叢生苗的芽高、葉面積、葉綠素含量、鮮重等生長特性有較大的影響。芽高方面，24μmol·m-2·s-1、48μmol·m-2·s-1處理的叢生苗芽高與對照相近，無顯著差異；但72μmol·m-2·s-1含量處理的芽高顯著低于其他處理，說明光照強度增大，對叢生苗的增高有抑制作用。葉面積、葉綠素含量隨著光照強度的增強而增大，兩者對光照強度的反應比較一致，24μmol·m-2·s-1處理的增殖苗葉面積、葉綠素含量均低于對照；48μmol·m-2·s-1處理的叢生苗葉面積高于對照，而葉綠素與對照相近；72μmol·m-2·s-1處理的叢生苗葉面積和葉綠素含量均顯著高于其他處理。在光照強度為24—72μmol·m-2·s-1，LED不同光照強度處理的叢生苗干、鮮重均高于對照，呈現先增后降的趨勢，其中48μmol·m-2·s-1處理的叢生苗鮮重最高，達1.31 g，72μmol·m-2·s-1處理的叢生苗的干鮮比最高，說明較強的光照有利于叢生苗干物質的形成。

表1 LED光照強度對非洲菊叢生苗生長特性的影響Table 1 Effects of LED light intensity on grow th characteristics of G.jamesonii plantlets

綜合上述結果認為：48μmol·m-2·s-1的光強環境最適宜非洲菊的增殖培養。熒光燈和72μmol·m-2·s-1光照強度條件下，非洲菊組培苗也能正常增殖和生長，72μmol·m-2·s-1對培育矮壯苗有促進作用，但光照強度降至24μmol·m-2·s-1則不利于非洲菊的增殖生長，主要表現為增殖系數低、苗瘦弱偏高、葉綠素含量低、葉片薄、葉色淺等。

2.2 LED光照強度對非洲菊離體培養生根階段的影響

2.2.1 LED光照強度對非洲菊生根的影響

將非洲菊叢生苗分割后培養于生根培養基上進行生根和壯苗培養，25 d后統計和觀測生根數和根長。結果顯示（圖3—4），不同光照強度對非洲菊試管苗的誘導生根有較大的影響，24μmol·m-2·s-1處理的試管苗生根數和根長顯著低于對照及其他LED光照強度處理，培養25 d的平均生根數僅為2.40條，根長僅為1.05 cm，而48μmol·m-2·s-1處理的試管苗平均生根數與根長均高于對照，但無顯著差異；72μmol·m-2·s-1處理的試管苗生根數高于對照，該光照強度環境下培養的試管苗根長也顯著高于對照，達2.02 cm。因此認為，較高的LED光照強度對誘導非洲菊試管苗生根有促進作用。

圖3 不同光照強度對非洲菊生根數的影響Fig.3 Effect of light intensity on root number of G.jamesonii

圖4 不同光照強度對非洲菊根長的影響Fig.4 Effect of light intensity on root length of G.jamesonii

2.2.2 LED光照強度對非洲菊生根苗生長特性的影響

表2顯示，LED光照強度在24—72μmol·m-2·s-1范圍內，不同處理的非洲菊生根苗株高隨著光照強度的提高而降低，干重、鮮重、葉面積和葉綠素含量隨著光照強度的提高而增加。72μmol·m-2·s-1光照強度培養的生根苗葉面積最大達 124.11 mm2，顯著大于其他處理；株高顯著低于其他處理，為3.65 cm，該光照強度環境更有利于培養矮壯的非洲菊試管苗。48μmol·m-2·s-1光照強度培養的試管苗葉面積為88.14 mm2，株高為4.46 cm，試管苗總體生長良好，說明該光照強度條件也可用于非洲菊生根培養。24μmol·m-2·s-1光照強度培養的試管苗最高，但比較瘦弱，總體生物量較低，呈徒長現象，因此24μmol·m-2·s-1光照強度環境不適宜非洲菊的生根培養。

表2 LED光照強度對非洲菊生根苗生長特性的影響Table 2 Effects of LED light intensity on grow th characteristics of G.jamesonii rooted p lantlets

3 結論與討論

本研究表明，不同LED光照強度處理中，非洲菊增殖培養的最適宜光照強度是48μmol·m-2·s-1，表現為增殖系數大，鮮重高，株高適中，其次為72μmol·m-2·s-1和熒光燈處理；而生根培養的最適宜光照強度是72μmol·m-2·s-1，表現為根長、根多、植株矮壯、葉面積大且較厚，其次為48μmol·m-2·s-1和熒光燈處理。光照強度≤24μmol·m-2·s-1不適于非洲菊的增殖和生根，主要表現為試管苗瘦弱、葉綠素含量低、植株生物量小。非洲菊的增殖培養與生根培養階段對光照強度的反應也不完全一致，在這兩個階段，雖然葉綠素含量均隨著LED光照強度的提高而增大，但增殖階段比較明顯，當光照強度從24μmol·m-2·s-1提高到72μmol·m-2·s-1，葉綠素SPAD值從34.89提高到43.74，后者顯著高于前者；而在生根培養階段，當光照強度從24μmol·m-2·s-1提高到72μmol·m-2·s-1，葉綠素SPAD值從31.60提高到36.58，且光照強度48μmol·m-2·s-1與72μmol·m-2·s-1處理間試管苗的葉綠素SPAD值無顯著差異。

在植物組織培養中，一般通過培養基和添加物試驗、植物生長調節劑種類和濃度的調配來提高植物離體培養的增殖系數。本研究通過紅藍LED光照強度的調節，開展LED光照強度對非洲菊離體培養影響的研究，結果顯示適宜的LED光照強度對非洲菊的增殖培養具有較大的促進作用，48μmol·m-2·s-1光照強度環境下，增殖系數最大，達6.28，比對照提高了22.90%。該方法避免了在增殖過程中為提高增殖系數而提高植物生長調節劑濃度，可大大降低后代試管苗變異的風險。

作為植物生長發育重要的環境因素，光是影響植物形態建成的最重要的環境因子［14-16］。光照強度對植物的葉綠素合成起到調控作用，Zanandrea等［17］在研究光對植物形態學和生理學影響的蘋果嫩葉的試驗中發現，最有利于嫩葉或芽葉綠素合成的光照強度是14μmol·m-2·s-1，而本研究中，最有利于非洲菊增殖（新芽形成和生長）的光照強度是48μmol·m-2·s-1，后者是前者的3倍多，說明不同植物之間最適光照強度差異很大。Matos等［9］在研究咖啡樹對光反應的表型可塑性中發現，過高的光照強度會使植株出現萎蔫、葉片小而厚及葉色變黃等癥狀；王政等［14］在研究不同光照強度對彩色馬蹄蓮試管苗生長影響的試驗中發現，當光照強度在45—81μmol·m-2·s-1范圍內，彩色馬蹄蓮試管苗的葉長和葉幅隨光照強度提高而增大。本研究中，當光照強度在24—72μmol·m-2·s-1范圍內，非洲菊的增殖苗和生根苗的葉面積均隨著光照強度的提高而增大。由此可見，適宜的光照強度對離體植株的形態建成具有較大的促進作用，但不同植物對光照強度需求不同，應根據實際情況進行調節。

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