不同光质对金线莲组培苗叶绿素含量及叶绿素荧光参数的影响

周锦业　丁国昌　何荆洲　曹光球　李秀玲　卜朝阳

摘要：为了研究不同光质光强处理对金线莲组培苗生长的影响，采用不同光质LED作为人工光源对漳州金线莲进行继代培养。结果显示：红光处理有利于株高生长，其叶绿素含量、Fv/Fm和Fv/Fo值均较小，其中70μmol/（m²·s）红光处理时金线莲高度达到6.26cm，但此时其叶绿素a含量、叶绿素b含量、叶绿素总量、Fv/Fm和Fv/Fo值仅分别为1.19mg/g、0.55mg/g、1.73mg/g、0.572和1.34；绿光对金线莲各项指标均无促进作用，且不同强度处理之间差异不显著；蓝光处理对金线莲组培苗叶片生长和生物量积累均有促进作用，金线莲叶绿素含量、Fv/Fm和Fv/Fo值相对较高，但会抑制株高生长，其中70μmol/（m²·s）蓝光处理时金线莲鲜重、干重、干重/鲜重、叶绿素a含量、叶绿素b含量、叶绿素总量、Fv/Fm和Fv/Fo值分别为1.47g、0.19g、0.130、1.83mg/g、0.71mg/g、2.54mg/g、0.801和4.02，但其高度仅为4.56cm。由此得出，红光有利于植物地上部分生长，但是会造成植株徒长，绿光对植物光合作用影响较小，蓝光对组培苗具有一定的矮化壮苗作用。

关键词：LED；光质；金线莲；组培；叶绿素；叶绿素荧光

中图分类号：S603.8

文献标志码：A

论文编号：cjas14110015

0引言

植物组培快繁技术已经日渐成熟，目前研究主要集中于最佳培养基的筛选，对于组培微环境的研究相对欠缺。光是植物组培快繁过程中最重要的环境因子之一，不同光质在植物生长过程中起到的主导作用不同，其中以红光及远红光为主的光敏色素参与植物光形态建成，与此同时植物通过感受外界蓝光信号的变化，改变其生长发育过程（如向光性、抑制茎伸长、激活基因、气孔运动、合成色素等）以适应外界环境的变化。植物受到环境胁迫时其叶绿素含量会产生一定的变化，而叶绿素荧光参数的变化同样可以反映出环境因子变化对植物生长产生的影响。

金线莲为兰科开唇兰属多年生草本植物，别名金丝草、金线兰，是集药用与观赏价值于一身的名贵植物品种，一方面金线莲是中国传统名贵中药材，全草入药，具有清热凉血、除湿解毒的功效，对肺结核、糖尿病、膀胱炎和风湿性关节炎等均有显著疗效；另一方面由于其株形优美、叶色独特且叶片具特殊金线网纹结构，因此具有很高的观赏价值。近些年市场对于金线莲的需求量越来越大，人们对于野生资源的无节制采伐已经导致其自然状态下濒临灭绝。组织培养技术是能够在短期内获得大量种苗的有效手段，因此近些年许多专家学者对金线莲组培快繁技术进行了系统的研究，毛碧增等指出金线莲种子细小且胚胎发育不完全，自然状态下极难萌发，因此需通过组培快繁的方式以满足市场种苗需求；伍成厚等利用金线莲种子诱导原球茎的方式生成幼苗，研究表明1/2MS+6-BA1.0mg/L+NAA1.0mg/L为最佳诱导培养基；继而李艳冬等探索金线莲茎诱导最佳方式，得出最优消毒方式、诱导和增殖培养基，同时指出每瓶10株的接种密度和800lx的光照强度培养效果最佳。但研究主要集中于培养基的优化以及栽培方式的创新等，有关金线莲组培微环境的研究相对较少，尤其是组培光源对于金线莲组培苗生长的影响鲜见报道。为此，笔者以不同光质LED作为人工光源，研究了不同光质光强对金线莲组培苗叶绿素含量及荧光参数的影响，揭示了不同光照对于金线莲组培苗生长影响，为开拓多样化金线莲组培人工光源提供理论保障。

1材料与方法

1.1试验地点与材料

试验于2011年10月-2012年1月在福建农林大学药用植物研究所进行，所选用的材料为福建农林大学药用植物研究所的漳州种源金线莲组培苗，光源采用光强可控的LED光源。

1.2试验方法

试验共设置9组光照处理，分别为红光（R）[70、50、30μmol/（m²·s）]，绿光（G）[70、50、30μmol/（m²·s）]和蓝光（B）[70、50、30μmol/（m²·s）]。对照组为28W三雄极光照明的荧光灯，组培苗接种于继代培养基，每瓶4株，每个处理以3瓶作为3次重复，光照周期为12h/d，继代培养30天后统计相应的测试指标。

1.3指标测定和数据处理

继代30天后统计各试验组金线莲组培苗株高、鲜重、干重、干重/鲜重、叶绿素含量和叶绿素荧光参数等，其中叶绿素含量测定采用丙酮和乙醇混合提取法，叶绿素荧光参数采用Handy Fluorcam荧光成像仪进行测定。试验所的数据通过Excel软件处理分析。

2结果与分析

2.1不同光质对金线莲组培苗生长的影响

不同光质光强处理30天后，分析不同光质对金线莲组培苗生长的结果显示（表1），70μmol/（m²·s）红光处理株高生长量最大，与对照组相比提高19.92%，不同光强绿光处理其株高生长量与对照相当，而蓝光处理均低于对照组；70μmol/（m²·s）红光及蓝光处理下，金线莲组培苗的鲜重和干重均高于对照，红蓝光处理时其鲜重与对照相比分别提高17.81%和0.89%，干重与对照相比分别提高4.02%和9.77%，而绿光处理干鲜重值均明显低于对照组。就同一光质不同光强而言，红蓝光处理株高生长量随着光照强度的增加分别表现为逐渐增加和逐渐减小的趋势，而绿光处理规律不明显，其中红蓝光处理时金线莲生长量最大最小值间差异分别为28.81%和2.63%。同一光色不同光强处理时金线莲干鲜重均随着光强增加逐渐增加，红光处理下鲜重和干重最大最小值间差异分别为43.47%和47.15%，蓝光处理下鲜重和干重最大最小值间差异分别为6.07%和14.37%，绿光处理下变化规律不明显。分析同一光强不同光色间差异，70μmol/（m²·s）光强时株高生长量大小顺序为R>G>B，50、30μmol/（m²·s）光强时其顺序均表现为G>R>B；70、50μmol/（m²·s）光强处理鲜重由大到小依次为R>B>G，30μmol/（m²·s）光强处理鲜重由大到小依次为B>R>G；3种光强处理干重变化趋势均为B>R>G。

通过计算不同光质光强处理下干鲜重比值（表1），可以得出不同处理对金线莲组培苗干物质积累率的影响，结果表明，不同光强蓝光处理干鲜重比值均高于对照，其中70μmol/（m²·s）和50μmol/（m²·s）光强处理下干鲜重比值相同，与对照相比提高8.33%。就同一光色不同光强处理间干鲜重比值差异性而言，各光色处理随着光强的增加干鲜重比值变化较小，整体体现为高光强处理干鲜重比值要稍大。同一光强不同光色处理间变化趋势一致，金线莲干鲜重比值均表现为B>R>G，高中低光强的红绿蓝处理最大最小值间差异分别为56.63%、58.54%和51.25%。

2.2不同光质对金线莲组培苗叶绿素含量的影响

不同光质和光强对漳州金线莲组培苗的叶绿素含量具有不同的影响（表2）。不同处理间仅有70μmol/（m²·s）的蓝光处理时金线莲叶片叶绿素含量高于对照，其中叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总量与对照相比分别提高13.66%、7.58%和11.89%；其余各处理组叶绿素含量均低于对照组。就同一光色不同光强而言，3种光色处理叶绿素含量均随着光强的增加呈现先减后增的变化趋势，叶绿素含量均在50μmol/（m²·s）时达到最小值，蓝光和绿光处理70μmol/（m²·s）光强时叶绿素含量相对较高，而红光处理则是在30μmol/（m²·s）光强时较高。就同一光强不同光质而言，金线莲叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总量均为蓝光处理时含量最高；其中70μmol/（m²·s）光强处理时叶绿素含量表现为B>G>R，而50、30μmol/（m²·s）光强处理时叶绿素含量则表现为B>R>G。

2.3不同光质对金线莲组培苗叶绿素荧光参数的影响

叶绿素荧光参数的变化可以反映出植物对生长环境因子的变化的适应及耐受能力。不同光质和光强对于金线莲组培苗叶片叶绿素荧光参数变化的影响具有一定差异。初始荧光（Fo）仅在30μmol/（m²·s）蓝光处理时低于对照组，其余各处理均高于对照组；最大荧光（Fm）则是在70μmol/（m²·s）红光处理时低于对照，其余各处理均高于对照组，其中以70μmol/（m²·s）绿光处理时最大；而可变荧光（Fv）为70μmol/（m²·s）和50μmol/（m²·s）红光处理时低于对照，其余各处理均高于对照组，其中以30μmol/（m²·s）绿光处理时最大；Fo的最小值和Fm、Fv的最大值与对照相比分别降低或提高5.08%、43.09%和40.22%。就同一光质不同光强而言，红蓝光处理时的Fo值、绿光处理时的Fm值和Fv值均随着光强的增加先减后增；绿光处理的Fo值随着光强增加先增后减；红光处理的Fm和Fv值随着光强增加逐渐减小；而蓝光处理的Fm和Fv值随着光强增加逐渐增加。就同一光强不同光质而言，蓝光处理时Fo值均最小，而绿光处理时Fm和Fv值均最大；其中70μmol/（m²·s）和30μmol/（m²·s）光强时Fo值表现为R>G>B，50μmol/（m²·s）光强处理时的Fo值、30μmol/（m²·s）光强时的Fm值以及30μmol/（m²·s）光强时的Fv值均表现为G>R>B，其余光强时各参数均表现为G>B>R。

不同光质和光强对金线莲组培苗PS Ⅱ最大光能转换效率（Fv/Fm）和PS Ⅱ潜在活性（Fv/Fo）的影响如表3所示。金线莲组培苗在70μmol/（m²·s）和50μmol/（m²·s）蓝光处理时Fv/Fm和Fv/Fo值均高于对照，其余各处理则均低于对照组；70μmol/（m²·s）蓝光处理时Fv/Fm和Fv/Fo值与对照相比分别提高1.52%和7.20%，50μmol/（m²·s）蓝光处理时Fv/Fm和Fv/Fo值与对照相比分别提高4.44%和24.53%。就同一光质不同光强处理而言，红光处理金线莲的Fv/Fm和Fv/Fo值均随着光强的增加逐渐减小；绿光处理Fv/Fm和Fv/Fo值随着光强的增加先减后增；而蓝光处理时金线莲的Fv/Fm和Fv/Fo值则随着光强的增加先增加后减小。就同一光强不同光质而言，金线莲组培苗叶片的PS Ⅱ最大光能转换效率和PS Ⅱ潜在活性值均表现为B>G>R。

3结论与讨论

目前植物组培光源仍以日光灯为主，全光谱照射造成光能的极大浪费，LED光源具有发热少、能耗低和光色可选等优点，能够针对不同植物合理选择不同光质和光强的人工光源，从而降低组培成本。因此LED光源已经在多种植物的种苗繁育过程中广泛应用，对相应植物种苗的生长量、产量、观赏效果和药用成分含量等均有不同程度的影响。其中刘建福等研究表明红光、蓝光和红蓝组合LED光照处理均提高了姜黄的姜黄素含量；苏俊等通过对烟草的实验表明，红蓝绿和红蓝白组合LED光源处理下烟草组培苗的株高、叶长、叶宽、叶面积、茎粗、根数、根长、干重以及植株叶绿素含量与荧光灯相比均有不同程度提高；孙洪助等研究显示红蓝复合光对生菜幼苗的形态建成、根系活力、叶片色素含量和叶绿素荧光均有促进作用；马绍英等研究表明红蓝LED光照处理下葡萄试管苗的增殖倍数、冠鲜质量、根鲜质量、叶面积、叶绿素含量、净光合速率、叶绿荧光参数Fv/Fm和Fv/Fo与荧光灯相比均有提高；陈娴等以‘雪韭和‘紫根红2个韭菜品种为研究对象，结果显示红蓝光强比为7：1时有利于促进韭菜生长，提高其产量。因此研究探索LED光源在金线莲组培快繁中的应用具有坚实的基础，能够为其提供一套高效、低能耗的人工光源体系。

本试验通过测定不同光质处理下金线莲组培苗生长及生物量参数，结果显示，单色红光处理对金线莲株高生长和生物量积累具有促进作用，这与王婷等对不结球白菜的研究结果相同。绿光处理后的金线莲有一定程度的徒长，组培苗生物量及干鲜重比值均较小，整体植株瘦弱，不同光强的绿光处理间金线莲生长和生物量参数差异不大，说明金线莲对不同强度的绿光吸收均较少。蓝光处理的金线莲组培苗株高较低，整体植株健壮，干鲜重值相对较高，叶片面积和数量均较高，表明蓝光对植物有一定的矮化壮苗作用，有利于金线莲植株生物量的积累，这将有助于提高金线莲药用成分含量，这与杨晓建等和孙庆丽等对青蒜及水稻的研究结果相同。

叶绿素含量以及叶绿素荧光参数的变化能够显示植物的生长状况，从而间接地反映出其对外界环境变化的适应能力。通过测定不同光质处理下金线莲组培苗叶绿素含量和荧光参数可知，蓝光处理下叶片叶绿素a、叶绿素b以及叶绿素总量相对较高，初始荧光值较小，而Fv/Fm和Fv/Fo值则较大，表明蓝光处理下金线莲生长状况要优于其他处理，这与刘文科等、赵娟等和石盼盼等的研究相一致。红绿光处理时，其叶片叶绿素含量和荧光参数值均小于蓝光和荧光灯对照处理或与对照值相当，其中绿光处理Fv/Fm和Fv/Fo值相对稳定，但是70μmol/（m²·s）光强时的叶绿素含量相对较高，具体原因有待查证，除此之外整体而言不同光强的绿光处理对金线莲组培苗生长状态影响较小，这与张瑞华等和杜洪涛等的研究相同；而红光处理时金线莲Fv/Fm和Fv/Fo值较低，表明红光处理下金线莲组培苗生长状况较差，其中70μmol/（m²·s）光强叶绿素含量、Fv/Fm和Fv/Fo值最低，但是其对应生长量却最高，表明此时组培苗徒长较严重，幼苗健康状况最差。

综上而言，红光有利于植物的茎伸长生长，但是会在一定程度上造成植物的徒长，单纯的红光处理不利于金线莲组培苗的健康生长；绿光处理整体对金线莲组培苗生长的各项参数均没有促进作用；蓝光照射有利于具有一定的壮苗效果，金线莲植株地上部分节间变短、茎粗壮，并且叶片叶绿素含量、PS Ⅱ最大光能转换效率和PS Ⅱ潜在活性均相对较高，但是植株纵向生长速度变慢。因此单色光照均不适合作为金线莲组培人工光源，但是可以考虑通过红蓝混合光源或者周期性交替使用单色光照处理以弥补上述缺点，从而在保证金线莲组培苗质量的同时能够最大限度地提升其增殖率。