光质影响植物离体再生培养的研究进展

2012-08-15廖祯妮于晓英符红艳

湖南农业科学 2012年23期

廖祯妮，于晓英，符红艳

（湖南农业大学园艺园林学院，湖南长沙 410128）

自1955年De[1]首次报道在向日葵等组织培养中引进光因子的应用以来，许多国内外科学工作者相继开展了这方面的研究工作，有关光质在植物离体再生培养中的作用研究也逐渐成为热点。光在植物细胞的若干分化过程中具有特殊的重要地位，光质对植物离体再生培养过程中组培苗的生长控制、形态发生、光形态建成及其各反应机理都具有显著的影响。它除了作为一种能源来控制光合作用，还作为一种诱导信号影响组织的生长，光信号被组培苗体内不同的光受体感知，进而影响组培苗的生长发育、光合特性及性状表现。目前，在众多植物材料的组织培养研究中，不同材料的光质影响结果有一定的差异，可能是不同种类的植物、不同发育年龄或状态、不同组织或器官对同一光质的反应有所不同所致，这也表现出光生物学反应的复杂性。现将相关研究进展综述如下。

1 光质对植物愈伤组织诱导与生长分化的影响

1.1 光质对植物愈伤组织诱导的影响

在不同光质条件下，愈伤组织形成的时间、生长状况及诱导率都有明显的差异。马琳等[2]以苍山蒜蒜瓣为培养材料，在LED红、蓝、红蓝组合光和普通日光灯（白光）4种不同的光照培养条件下对大蒜茎盘进行愈伤组织诱导，研究发现各种光质下均能诱导出愈伤组织，诱导率从高到低依次为红光>红蓝混合光>蓝光>白光，其中以红光出愈时间最短，10 d即有愈伤发生，诱导率为75.78%，红光、蓝光与红蓝混合光培养18 d，愈伤组织才大量发生。刘浩等[3]研究表明LED白、红、黄、蓝、绿和蓝红6种不同光质对萝卜下胚轴愈伤组织的诱导效应影响显著（P<0.05），诱导率大小顺序依次为黄光>红光>蓝红光>白光>蓝光>绿光；在黄光和白光条件下，接种10 d后下胚轴有少量的颗粒状愈伤组织出现，在红光、蓝光、绿光和蓝红光条件下，12 d后下胚轴也有少量的愈伤组织产生；蓝光、黄光和红光有利于子叶愈伤组织的诱导。黄丽华等[4]研究发现在红光和白光下较适合辣椒愈伤组织的形成，其愈伤组织出现的时间早，接种7 d可见淡黄色的愈伤组织，且增殖也很快，诱导率可达100%，但蓝光对辣椒子叶的诱导率仅为10%，在4种光质中，红光和白光对辣椒子叶愈伤组织的诱导有促进作用，绿光和蓝光则起抑制作用。焦海华等[5]研究表明红光、绿光、蓝光、黄光对一品红愈伤组织的诱导均有促进作用，其诱导率大小顺序为红光>绿光>黄光、蓝光>白光>黑暗；出现愈伤组织的时间快慢为白光、红光＞黑暗、蓝光＞黄光。许桂芳[6]在华黄愈伤组织诱导分化的研究中发现蓝光在华黄叶片的脱分化、愈伤组织增殖中起促进作用。

1.2 光质对植物愈伤组织增殖生长、分化的影响

不同光质下，植物愈伤组织的增殖和品质存在着明显差异，同时植物愈伤组织在不同光质下也表现出不同的分化效果。马琳等[2]的研究表明不同光质下愈伤组织诱导率和愈伤组织品质存在明显差异，各种光质下大蒜愈伤组织的增殖均呈“S”形增长。蒜瓣接种后5 d内培养物净增量为负值，5 d后开始缓慢增量。各种光质下增量速度也开始呈现差异，14～15 d进入指数生长期，愈伤组织大量发生，经过10～12 d的迅速生长后，愈伤组织增量减缓，最后所达到的最大鲜质量从大到小的顺序依次为红光>红蓝混合光>蓝光>白光。在红光下，愈伤组织质量最好，颜色淡黄，质地较致密，白光下诱导的愈伤组织颜色淡黄发白，质地疏松，红蓝混合光下诱导产生的愈伤组织颜色为黄绿色，质地疏松，蓝光下产生的愈伤组织为黄褐色，质地致密。不同光质对大蒜愈伤组织出芽的影响效果以红光出芽率最高，达到25%，白光次之，为17%，蓝光和红蓝混合光对大蒜愈伤组织的出芽存在抑制作用，以蓝光的抑制作用最强，出芽率仅3%。熊丽等[7]研究发现不同光质处理的石刁柏继代愈伤组织生长曲线同样均呈“S”形，其净增鲜重大小顺序依次为蓝光＞红光＞黄光＞白光＞绿光＞黑暗。毛学文等[8]研究发现不同光质对毛地黄愈伤组织增殖大小顺序为蓝光>绿光>黄光>红光>白光>黑暗，其增殖曲线也为“S”形。刘浩等[3]研究发现不同光质下萝卜愈伤组织的长势情况为红光＞黄光＞白光、蓝红光＞蓝光＞绿光；20～30 d期间，红光下愈伤组织生长量最高，愈伤组织呈淡绿色瘤状，表面湿润，适合不定芽的分化，白光、红光和蓝光下愈伤组织也先后开始褐化，蓝红光下部分愈伤组织出现褐化，黄光和绿光下愈伤组织呈乳白色水浸状，且结构紧密，不能作为理想的分化材料。黄丽华等[4]研究表明适合辣椒愈伤组织分化不定芽的光质条件为红光，其不定芽的分化率为85%，其次为白光、蓝光、绿光。这一结果与玛咖[9]、甘蔗[10]、一品红[5]愈伤组织的分化结果一致。许桂芳[6]在华黄愈伤组织诱导分化的研究中发现，蓝光在华黄叶片愈伤组织增殖及根、芽诱导的全过程中起促进作用。郭君丽等[11]发现在怀山药愈伤组织分化过程中，蓝光的促进作用最强，红光和白光次之，绿光和黄光较低，黑暗最差。此外，刘媛等[12]研究表明，葡萄品种“黑比诺”的叶片诱导成愈伤组织后，在不同光质下的相同培养基中，其增殖倍数顺序依次为黄光>绿光>红光>蓝光>白光，当肉桂酸与不同光质共同作用时，葡萄愈伤组织的增殖倍数顺序依次为绿光>红光>蓝光>黄光>白光，黄光对愈伤组织的增长效应明显减弱。赵德修等[13]研究表明雪莲愈伤组织随光照时间延长，蓝光对愈伤组织生长的抑制增大；白光、远红光除8 h光照愈伤组织生长降低外，随着光照时间延长，愈伤组织生长增加，红光在连续24 h照射时明显促进愈伤组织生长；每天蓝光/白光交替处理，分别为0/24、8/16、16/8、24/0（h/h）4种循环方式照射，其表现出全部蓝光和全部白光下愈伤组织生长略优于8/16、16/8（h/h）的处理。由此可见，在离体再生培养中，光质和其他培养条件共同影响着愈伤组织的生长与分化，它们是交互叠加的。

2 光质对组培苗生长的影响

2.1 光质对组培苗生长性状的影响

Seibert等[14]研究表明，同一光谱区中波长不同以及辐照度的差异，会导致培养物生长性状的不同，甚至相反。苏秀红等[15]发现继代冬凌草组培苗在白光及绿光培养下，再生植株生长情况及植株增重最大，在绿光培养下的植株增高率最高，红光和黑暗条件下相对来说植株增高率较低。罗晓铮等[16]将冬凌草的种子在不同光质中培养出无菌苗，发现无菌苗在白光下长势最好，叶片较多且为绿色，在红光下无菌苗长势其次，叶色为深绿色，在黄光、绿光、蓝光条件下长势较差，而红光促进无菌苗的茎间伸生长效应最明显，蓝光抑制生长，这与Kim 等[17]、Yanagi等[18]、Kong 等[19]研究认为红光更利于根和茎间的伸长生长的结果相似，但与苏秀红[17]的实验结果略有不同，可能与无菌苗是直接由种子萌发有关。另外，高亭亭等[20]在光质和种质间对铁皮石斛试管苗影响进行了研究，结果表明，红光有利于铁皮石斛试管苗高生长，蓝光则抑制高生长而有利于茎的横向加粗，黄光有利于侧芽的产生，对生长性状的影响大小均为光质＞种质，说明光质是主要影响因素。赵玉国等[21]也发现红光能使诸葛菜和油菜的组培苗节间及叶柄伸长，植株较高，蓝光使组培苗节间缩短，植株较矮，白光和红蓝混合光处理的组培苗生长正常，植株较壮。黄丽华等[4]研究结果表明，光质对辣椒不定芽伸长率大小影响为白光＞红光＞蓝光＞绿光，绿光不但抑制不定芽的伸长，而且使不定芽再次形成愈伤组织。Meijer[22]认为植物的伸长不仅是红光作用的结果，还与蓝光缺乏有关。蓝光抑制植物纵向生长的作用机理可能是蓝光影响了植物的内源激素含量的高低，在水稻幼苗[23]的研究中发现，蓝光使自由态的 IAA、GA1、玉米素和二氢玉米素下降，ABA含量和乙烯释放明显增加，IAA被认为是光敏素被激活后的一个传播因子，参与信号传导，玉米胚芽鞘中的IAA会在红光照射后降低，这个反应会被远红光逆转。由此可见，实际受光调控的是光敏色素和隐花色素。

不同光质配比对组培苗生长的影响也有报道。何小弟等[24]对5个菊花品种做了5个不同的光质（白光、白光+红光、白光+蓝光、白光+绿光、红光）处理，在白光+绿光的条件下，试管苗的生长效应极显著高于其他光质处理，而白光下试管苗的生长效应最弱。邸秀茹等[25]研究表明高红光/远红光（2∶1）处理的植株最高，且显著高于其他光质光处理的组培苗，远红光和蓝光处理的植株矮小，红蓝组合光质光处理的菊花组培苗单株叶片数和节间数均高于白光处理，且显著大于其他光质光处理的组培苗。魏星等[26]认为菊花组培苗在红光下生长最高，但叶片数相对少，蓝光、红蓝组合光质处理下组培苗矮壮，但叶片数多。从以上有关菊花组培苗的生长性状可推测，不同植物种类的红/蓝光受体与隐花色素之间存在协同交互效应，从而促进或抑制茎的生长。杨长娟等[27]在LED不同光质对洋桔梗组培苗增殖的研究中发现，增殖率变化规律与增殖量变化规律相似，均为红蓝配光＞红蓝复合光＞白光＞红光+蓝光+绿光＞红光+蓝光+白光＞红光＞日光灯＞蓝光。柳金凤等[28]研究表明，红蓝光（7∶1）+白光环境下培养的枸杞苗生长长势最好，整齐且高而壮，红蓝光（7∶9）次之，红光下组培苗的株高增长量达到2.54 cm，蓝光下枸杞的生长变化不大。姚立平[29]在研究中发现促进菩提树组培苗不定芽再生的有利光质是紫光和黄光，红光和橙光则在促进菩提树组培苗伸长效应上最强。邹英宁[30]认为红光（30 d）+白光（30 d）组合或者白光（30 d）+红光（30 d）组合能提高外植体增殖倍数，生长较快，但叶片中间叶脉颜色突出，绿光（30 d）+白光（30 d）培养条件下，增殖倍数最低，长势较差，在白光（30 d）+黑暗（30 d）和白光（30 d）+绿光（30 d）培养环境下，长势较差，嫩茎抽长缓慢，黄化现象严重，外植体逐渐死亡。由上可知，植株在不同光质组合及光质的配比条件下其生长性状都表现出明显差异。

2.2 光质对组培苗不定根诱导与生长的影响

近年来，不少研究者采用不同光质对植物离体再生培养进行根诱导，结果表明光质对根系的诱导及生长的效应因光的波长、植物材料不同而差异较大。齐香君等[31]将黄芩的毛状根接入MS液体培养基中培养50 d后发现，白光和蓝光条件培养的毛状根生物量无明显差异，黑暗条件培养的毛状根生物量达到最高，同时，蓝光与黑暗条件培养的毛状根为黄色，而白光条件培养的毛状根为黄绿色。柳金凤等[28]研究发现，在红、蓝光（7∶9）条件下的枸杞苗生根率最高，且根数多而壮，在红、蓝光（7∶1）+白光下的枸杞生根率达到94.4%，较次于红、蓝光（7∶9），然而单色光效果均未有红蓝光组合明显，红光下试管苗生根快且多而密，但较细弱，蓝光对枸杞生根的影响不大。何小弟等[24]发现不同光质条件对菊花试管苗诱导生根效应差异不显著，仅品种间存在极显著差异，双因素互作效果差异亦不显著。魏星等[26]研究证明红、蓝光（1∶1）对菊花组培苗根的诱导率最高，红光及荧光处理下的根长最大，单色蓝光处理菊花苗根系活力最大，红蓝光（1∶2）、红光+蓝光+绿光、红光+蓝光+远红处理的根系活力较低。李胜[32]等研究也证明短波光不利于葡萄试管苗的生根和生长，而长波光有利于难生根的试管苗生根。研究发现不同光质对小苍兰试管苗诱导根有影响，红光有利于根的分化和生长，白光使生根受到明显抑制[33]。

3 展望

国内外就光质对植物离体再生培养的影响已进行了大量的研究工作，但组培微环境控制技术有别于传统组培技术，它将整个培养环境看作一个微型生态系统，对微型生态系统生态指标进行控制，如光、温度、湿度等，来增强植株的光合自养能力。目前对不同光质的研究多集中于生理生化方面，缺乏对光质效应的深入研究。因此，今后的研究应该集中在以下两个方面：一是采用多种研究方法，如分子生物学、细胞学等，并将其结合起来，以求全面了解光质效应，为深入研究光质效应机理奠定基础。二是扩大研究范围，在对蓝光、红光等常见光效应研究的同时，进一步研究其他非常见波长的光和不同光质的配比在调控作物生长发育等方面的作用，不断完善光质效应理论。如果把光质效应理论应用于农林作物、经济作物和观赏植物等领域，可能会有助于新品种的选育、提高农作物的产量、品质及观赏植物的应用价值。此外，最新研究发现，光质比例与光照强度可调的LEDs（尤其是红光LED和蓝光LED）比荧光灯能更有效地调控植物的光合作用，LEDs光照系统有望在未来代替荧光灯成为植物组织培养的培养光质，在实际生产中，如果使用LEDs成本能进一步降低，则应用前景将更为广阔。

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