LED不同照光角度對金葉復葉槭組培苗生長發育的影響

王 政,程 珊,何松林,2*,尚文倩,宋盈龍,劉艷楠 石力勻,申玉曉,賀 丹

(1.河南農業大學 風景園林與藝術學院,河南 鄭州 450002;2.河南科技學院 園藝園林學院,河南 新鄉 453003;3.杞縣住房和城鄉規劃建設局,河南 杞縣 475299)

0 引言

【研究意義】金葉復葉槭(Acernegundo‘Aurea’)屬無患子科(Sapindaceae)槭屬(Acer),以其葉色金黃的獨特優勢,已發展成為園林綠化中重要的彩色葉樹種之一[1-2]。目前,金葉復葉槭主要采用組培技術進行繁殖,在保持品種優良性和一致性的同時加快了繁殖速度。在組織培養繁殖過程中,光照、溫度、濕度是植物生長發育的重要環境影響因子,光作為最重要的調節因子之一,在調節植物整個生命周期的生長代謝方面具有重要作用[3]。因此,研究適宜金葉復葉槭組織培養的照光條件,是金葉復葉槭工廠化育苗的關鍵,對促進金葉復葉槭的市場化應用具有重要作用。【前人研究進展】植物組織培養技術中植物生長必需的光照條件主要由傳統熒光燈以及LED提供,與傳統熒光燈相比,貼片式LED具有發光均勻、散熱性好、體積小以及散射角度大等優勢[4-5],但不同LED照光系統對植物組織培養影響的相關研究主要集中在光質、光強等方面,如不同光質對桉樹[6-7]、鐵皮石斛[8-9]、朱頂紅[10]、杜鵑[11-12]、玉簪[13-14]、牡丹[15-16]、百合[17]等組培苗的影響。【研究切入點】目前,關于金葉復葉槭組培相關研究主要集中在快繁體系建立和技術研究上,對組培過程中光照角度的影響研究鮮見報道。【擬解決的關鍵問題】以金葉復葉槭為研究材料,研究不同照光角度對金葉復葉槭組培苗生長和生理特性的影響,明確適宜的照光角度,為金葉復葉槭組培苗大規模生產應用提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

金葉復葉槭組培苗購于河南省農業科學院,將購買的組培苗接種于木本植物常用固體培養基WPM上,并添加0.05 mg/L IBA ,在溫度(24±1)℃、光照強度25 μmol/(m2·s)和光照時間為12 h/d的常規條件下培養30 d后,選取生長狀況及規格一致的組培苗(苗高約2.5 cm)作為供試材料。

1.2 試驗設計

采用自行研究制作的LED光照組培系統,LED照光方式共8個處理(表1),每處理5瓶,6次重復,以傳統熒光燈組培架作對照。不同處理培養光照時數均為12 h/d(8：00—24：00),培養溫度均為(24±1)℃。

表1 金葉復葉槭組培苗不同照光角度處理Table 1 Different lighting angle treatments for Acer negundo ‘Aurea’ tissue culture seedlings

1.3 測定項目及方法

將接種好的金葉復葉槭組培苗培養60 d后,測量其形態指標和生理指標。形態指標包括株高、葉數、葉長、葉幅(試管苗自上而下的第3片葉)、根數、最長根長、總鮮重、地上部鮮重、根部鮮重、總干物重、地上部干物重、根部干物重、全干物率、地上部干物率和根部干物率。生理指標包括葉綠素含量、可溶性蛋白含量和根系活力,葉綠素含量采用無水乙醇和丙酮混合液提取法測定[18],可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍法測定[19],根系活力測定采用TTC法測定[19]。每項指標測定均重復3次,取其平均值。

1.4 數據統計與分析

采用SPSS 25.0、Excel 2019進行數據分析,鄧肯氏新復極差測驗法(SSR法)測驗不同處理的差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 不同照光角度處理金葉復葉槭組培苗的形態指標

2.1.1 株高、葉數、葉長、葉幅、根數和最長根長 從表2看出,經過60 d的培養后,LED不同照光角度處理金葉復葉槭組培苗的株高、葉數、葉長整體高于CK,且均以處理8最高,分別為88.20 mm、12.67片和21.41 mm;處理5次之,分別為65.85 mm、12.00片和19.29 mm。葉幅除處理1外均高于CK,以處理5最寬,達19.47 mm;其次為處理3,為18.06 mm。根數均低于CK,以處理4最多,為9.67條;處理7次之,為9.17條。最長根長均低于CK,以處理5最長,達71.98 mm;其次為處理6,為53.24 mm。差異顯著性分析表明,株高：處理8、處理7和處理3間差異不顯著,但均顯著高于CK;葉數：除處理1和處理6與CK間差異不顯著外,其余處理均顯著高于CK,其中,處理8與處理5均顯著高于其他處理;葉長和葉幅：LED不同照光角度處理間及其與CK間差異均不顯著;根數：除處理8顯著低于CK外,其余處理及與CK間差異均不顯著;最長根長：LED不同照光角度處理均顯著低于CK,處理5除與處理6、處理7間差異不顯著外,均顯著高于其他處理。

表2 不同LED照光角度處理金葉復葉槭組培苗的形態指標Table 2 Morphology index of A. negundo ‘Aurea’ tissue culture seedlings under different LED lighting angles

2.1.2 鮮重和干重 從表3看出,LED不同照光角度處理金葉復葉槭組培苗的整株鮮重除處理1外均高于CK,以處理5最高,達884 mg,顯著高于處理1和CK,與其他處理間差異不顯著;地上部鮮重均高于CK,以處理5最高,達689 mg,顯著高于處理1和CK,與其他處理間差異不顯著;根部鮮重除處理5、處理7和處理8高于CK外,其余處理均低于CK,以處理5最高,達195.00 mg,除顯著高于處理1外與其他處理間差異均不顯著。整株干重除處理1、處理2、處理4和處理6低于CK外,其余處理均較CK高,地上部干重除處理1外均高于CK,整株干重和地上部干重均以處理5最高,分別達127.9 mg和98.7 mg,顯著高于CK;根部干重除處理5、處理7、處理8高于CK外,其余處理均低于CK,以處理7最高,處理8和處理5次之,三者間差異不顯著,均顯著高于處理1、處理2、處理4和處理6,與處理3和CK間差異均不顯著。

表3 不同LED照光角度處理金葉復葉槭組培苗的鮮重和干重Table 3 Fresh and dry weight of A. negundo ‘Aurea’ tissue culture seedlings under different LED lighting angles mg

2.1.3 干物率 從圖1看出,LED不同照光角度處理金葉復葉槭組培苗的總干物率和地上部干物率均顯著低于CK,地上部干物率以處理1和處理8較高,兩者間差異不顯著,均顯著高于處理2和處理3,與其余處理間差異不顯著;總干物率以處理1較高,顯著高于處理4和處理5,與其他處理間差異不顯著。地下干物率以處理1最高,顯著高于其余處理;其次是處理7,與CK間差異不顯著,顯著高于處理2、處理4和處理5,與其余處理間差異不顯著。

注：同一指標不同小寫字母表示差異達顯著水平(P<0.05),下同。Note：Different lowercase letters of the same index indicate significant difference at P<0.05 level.The same below.圖 1 不同LED照光角度處理金葉復葉槭組培苗的干物率Fig.1 Dry matter rate of A. negundo‘Aurea’ tissue culture seedlings under different LED lighting angles

2.2 不同照光角度處理金葉復葉槭組培苗的生理指標

從圖2看出,LED不同照光角度處理金葉復葉槭組培苗的葉綠素a含量除處理7顯著低于CK外,其余處理均高于CK,以處理1、處理3和處理4的含量較高,均顯著高于處理2、處理7和CK,與其余處理間差異不顯著;葉綠素b含量以處理8最高,除與處理1和處理3間差異不顯著外,與其余處理間差異均達顯著水平;葉綠素總含量以處理1最高,其次是處理3、處理8和處理4,4個處理間差異不顯著,均顯著高于處理2、處理7和CK。LED不同照光角度處理金葉復葉槭組培苗的可溶性蛋白含量均明顯高于CK,以處理1和處理2較高,與其他處理間差異顯著;處理4和處理7顯著高于處理5、處理8和CK,余下處理間差異不顯著。LED不同照光角度處理金葉復葉槭組培苗的根系活力以處理1最高,與CK間差異顯著;其余均低于CK,其中,處理2顯著低于CK,處理3～8與CK間差異不顯著。

圖2 不同LED照光角度處理金葉復葉槭組培苗的葉綠素含量、可溶性蛋白含量和根系活力Fig.2 Leaf chlorophyll and soluble protein content and root activity of A. negundo ‘Aurea’ tissue culture seedlings under different LED lighting angles

3 討論

光作為植物生長重要的調節因子之一,在植物組培苗生長過程中發揮重要作用,同時,照光方式、光質及光照強度的不同也會對組培苗的生長產生一定影響[20-24]。研究表明,經過不同照光角度處理金葉復葉槭組培苗,除根數、最大根長以及地上干物率外,其他指標整體上均優于對照,說明不同照光角度處理有利于金葉復葉槭組培苗的生長發育,以處理1(金葉復葉槭移栽馴化前采用76.39°側向照光+M形曲面反光膜+納米導光板)和處理5(傾斜69.77°側向照光方式+平面反光膜+納米導光板)的效果更佳。

葉綠素是植物吸收太陽光能,進行光合作用的重要物質之一。葉綠素a、葉綠素b的含量可以作為鑒定植物營養條件、生長發育狀況及生理代謝水平的指標[25]。可溶性蛋白作為多種酶的組成成分,在植物生長過程中發揮著重要作用,其含量的增加標志著植物體旺盛的生命活動[26]。根系活力是衡量植物根系發育狀況的重要生理指標,其直接關系根系對礦物質及水分的吸收[27]。研究表明,處理1照光角度下金葉復葉槭組培苗的葉綠素含量最高,植物光合速率加快;可溶性蛋白含量最高,細胞保水能力強,能有效保護細胞膜;且處理1的照光角度有利于金葉復葉槭組培苗的根系生長以及干物質積累,提高植物抗逆性,使植物生長健壯,有利于植物的移栽馴化。

葉長、葉幅、葉片數在一定程度上反映了植物可以光合作用的強弱,根系長度等是判斷植物吸收營養與水分能力強弱的關鍵指標[28]。可溶性糖在滲透調節中起重要作用,可通過調節植物細胞的滲透勢提高水分的吸收能力,此時糖分升高能減輕呼吸作用對植物體的破壞并提高自身抗逆性[29]。研究表明,處理5照光角度下的金葉復葉槭組培苗在最大根長以及鮮、干重等方面效果最佳,表明組培苗生長旺盛,生命力較強,根系生長較快;葉片面積增加,植物體內水分以及可溶性物質含量增加,有利于促進金葉復葉槭組培苗的光合作用,其整體生命代謝速率加快,有利于營養吸收,促進組培苗生長發育。

4 結論

高效節能LED照光系統不同照光角度處理能促進金葉復葉槭組培苗的生長發育,處理1(金葉復葉槭移栽馴化前采用76.39°側向照光+M形曲面反光膜+納米導光板)和處理5(傾斜69.77°側向照光方式+平面反光膜+納米導光板)均有利于金葉復葉槭組培苗在移栽馴化前和接種初期使用。在金葉復葉槭組培及實際生產過程中,可在金葉復葉槭移栽馴化前采用處理1的照光方式壯苗,有利于金葉復葉槭組培苗移栽后成活;在組培苗接種初期采用處理5的照光方式增強組培苗生命活力,有利于金葉復葉槭營養生長;處理5和處理1配合使用可以使金葉復葉槭生長達最佳狀態。