光溫處理對甘蔗試管苗光合自養生根的影響

劉麗敏 劉紅堅 李傲梅 何為中

（廣西壯族自治區農業科學院甘蔗研究所/廣西甘蔗遺傳改良重點實驗室/農業農村部廣西甘蔗生物技術遺傳改良重點實驗室，530007，廣西南寧）

種植甘蔗健康種苗是解決品種退化、預防甘蔗病蟲害最有效的方法之一，增產幅度達到 30%以上[1-3]。生產健康種苗的技術程序復雜，生產成本居高不下，這些制約了甘蔗健康種苗的大規模推廣種植。目前甘蔗健康種苗的售價一般為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程序和降低生產成本是解決制約甘蔗健康種苗大規模生產應用的最有效途徑[4]。甘蔗試管苗光合自養生根技術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，放置在日光溫室進行生根假植的過程；該項技術將甘蔗組織培養技術由傳統的初代培養、繼代培養、生根培養和移栽假植4個步驟簡化為3個步驟，省去了培養室內生根培養環節，使生根和假植同步進行，簡化了甘蔗試管苗生產程序，降低生產成本50%以上，對促進甘蔗健康種苗大規模生產應用有積極作用[5-6]，但該技術受甘蔗品種基因型和環境等因素影響較大。甘蔗試管苗光合自養生根是指由試管苗不定根發育形成，并逐漸適應溫室環境的馴化過程，也是試管苗從異養過渡到自養的過程。試管苗在假植移栽后能否在存活期內完成不定根的發育并使植株從異養轉化為自養是其成活與否的關鍵。不定根形成需要2個過程，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，后者需要營養和適宜的環境條件。噴施生長激素后，試管苗的體內發生了一系列生理生化變化，促使根原基形成[7]。環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時根吸水均減少，生長緩慢甚至停止[4]。

光對植物生長發育的影響主要有2個方面，一是光是綠色植物光合作用的必需因素；二是光調節植物整個生長發育，使其更好地適應外界環境。這種依賴光控制細胞分化、結構和功能的改變，最終匯集成組織和器官的建成，即光形態建成，亦即光控制發育過程[8]。適宜的光照強度和光質是植物生長發育重要的環境因子，對植物的形態建成、生理代謝、生長發育及植物的品質有廣泛的調節作用[9-11]。以往的研究主要集中在生長激素方面，關于環境條件影響生根的研究較少。為此，本研究設置不同季節光溫、光補償和不同光質等處理，研究這些因素對光合自養生根的影響，為提高甘蔗試管苗的成活率以及探明環境條件對生根的影響提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為GT43、GT44和GT49繼代無根試管苗，由廣西壯族自治區農業科學院甘蔗研究所提供。

1.2 試驗方法

1.2.1 不同季節光溫試驗 試驗甘蔗品種為 GT44和GT49，設置夏季移栽和冬季移栽2個處理。2018年7月21日進行夏季移栽，1個月后調查生根率和存活率。2019年1月15日進行冬季移栽，2個月后調查生根率和存活率。

1.2.2 光補償試驗 試驗于2018年12月27日進行，試驗甘蔗品種為GT43、GT44和GT49，設置光補償和自然光（對照）2個光照處理，其中光補償處理為自然光+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，安裝定時器控制熒光燈的開關時間。移栽42d時調查苗高、根長、單株根數和生根率等數據，2個月后調查存活率。

1.2.3 不同光質試驗 試驗于2020年6月15日進行，試驗甘蔗品種為GT44，設自然光+紅光（660nm）、自然光+藍光（450nm）、紅光（660nm）、藍光（450nm）和自然光（對照）5個處理。紅光和藍光均為LED燈，安裝在苗圃上方1.2m處，紅光和藍光處理蓋黑色塑料薄膜阻擋陽光照射，燈光照射時間12h/d。移栽30d時調查試管苗的苗高、根長、單株根數、生根率及存活率。

1.3 試管苗處理與移栽

所有試驗材料均在移栽前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），每個孔種植1株。每個處理設3個重復，每個重復種植3盤。營養土配制、移栽和苗圃管理等方法參考文獻[5]。

1.4 數據處理

按5點取樣法收集數據，每個點選4株幼苗測苗高、根長和單株根數。計算生根率和存活率：生根率（%）=生根苗數/調查苗數×100，存活率（%）=存活苗數/種植苗數×100。

每個處理放置HOBO光溫記錄儀記錄光照強度和溫度，每隔15min記錄1次，直到數據調查完。用SPSS統計軟件分析數據。

2 結果與分析

2.1 不同季節光溫處理對甘蔗試管苗光合自養生根的影響

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

表1 不同季節的日溫度和光照強度Table 1 Daily temperature and illumination intensity in different seasons

在不同溫度和光照強度條件下，甘蔗試管苗光合自養生根的生根時間和生根率均存在差異。GT44和GT49在夏季移栽1個月后存活率分別為98.2%和85.0%，冬季移栽2個月后GT44和GT49存活率分別為95.1%和63.3%（表2）。與夏季移栽相比，2個品種在冬季移栽進行自養生根時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個百分點，GT49分別下降了49.9和21.7個百分點。GT44的表現優于GT49。

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

2.2 光補償對甘蔗試管苗光合自養生根的影響

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

表3 光補償與自然光溫室的溫度和光照強度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，光補償處理可以促進試管苗的植株生長和根系伸長（圖1）。由表4可知，光補償處理苗高、根長和單株根數與CK的差異達到極顯著水平，生根率和存活率差異不顯著。品種間表現不同，GT44的苗高、根長、單株根數、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極顯著水平，生根率與GT43的差異不顯著，但與GT49的差異達到顯著水平，單株根數與GT43和GT49的差異分別達顯著和極顯著水平。GT43的根長、單株根數和生根率高于 GT49，單株根數和生根率差異分別達極顯著和顯著水平；但GT49的存活率高于GT43，差異達極顯著水平。

圖1 光溫補償對不同甘蔗品種試管苗光合自養生根的影響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 不同光質處理對甘蔗試管苗光合自養生根的影響

表5表明，與CK相比，自然光+紅光、自然光+藍光處理可以提高光照強度，而紅光和藍光處理下光照強度低。

表5 不同光質處理的溫度和光照強度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%。紅光和藍光處理的試管苗不能完成馴化過程，移栽一段時間后，植株均死亡，存活率為0%。自然光+紅光和自然光+藍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；單株根數均低于 CK，差異分別達極顯著和顯著水平。

表6 不同光質處理對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個百分點。其原因與品種本身特性有關，GT44易生根、抗逆性強，而GT49生根慢。一般認為溫度高于25℃適合對甘蔗試管苗進行生根移栽，平均氣溫降到 18℃時，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行移栽。

光照在植物的生長發育中發揮關鍵作用。環境光照弱，達不到植物生長所需要的強度時，補光措施可以促進作物生長。曹加杰等[13]水下高光照補償能夠提高苦草幼苗的存活率，幼苗的葉片數、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生的克隆株數量也具有一定的促進作用。甘蔗試管苗光合自養生根過程中光照強度一般控制在2 000～15 000lx，長期弱光照或長期強光照均不利于試管苗正常生長，會導致植株死亡率升高，最佳光照強度為5 000～8 000lx，并且以散射光為好。本研究設計的光補償裝置可以小幅度提高溫度和光照強度，提高生根率和存活率，促進根和苗的生長，而根的伸長對苗生長和存活率有一定的促進作用。因此，可在冬季通過補光設施提高甘蔗試管苗光合自養生根的存活率和促進苗生長。

不同植物對光質的應激反應不同，單獨紅光和藍光處理不利于甘蔗試管苗的生根與生長，而自然光補充藍光或紅光能促進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。總體上，植物需求的主要光譜落在紅、藍光2個區域。孫慶麗等[14]研究表明，紅光能顯著促進水稻莖的伸長。閆萌萌等[15]研究表明，紅光可促進花生幼苗根系生長，提高主根和側根長及側根數和根系活力；藍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光組合處理櫻桃番茄幼苗發現，藍光對其葉部的生長及干物質積累有很大影響。董飛等[17]和楊俊偉等[18]研究發現，紅光可促進番茄幼苗莖的伸長。本試驗結果與上述結論相似。單獨紅光和藍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根系伸長。因此紅光或藍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建成。

4 結論

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