LED不同光质对碧玉兰组培苗增殖的影响

LED不同光质对碧玉兰组培苗增殖的影响

王亚沉1，王玉英2，徐诗涛1，李枝林2*

(1.海南大学应用科技学院，海南儋州 571737；2.云南农业大学花卉研究所，云南昆明 650201)

摘要[目的]研究不同光质对碧玉兰组培苗增殖的影响，探索碧玉兰组培苗增殖阶段的最适宜光源。[方法]以野生碧玉兰组培苗为试材，采用LED光源单色红光、蓝光、绿光及白光不同光质配比7种组合处理，以荧光灯为对照，对碧玉兰组培苗的增殖指标进行差异比较研究。[结果]LED白光(W)处理的组培苗增殖量最高，为21.4株/瓶，显著高于其他处理。LED复合光处理的组培苗增殖量较高。对照荧光灯处理的组培苗增殖量较低，为14.1株/瓶，其次为单色红光(R)，增殖量为12.8株/瓶。单色蓝光(B)处理的组培苗增殖量最低，为 11.9株/瓶 。LED白光(W)处理的组培苗增殖率是单色蓝光(B)处理的组培苗增殖率的1.798倍，是单色红光(R)处理组培苗增殖率的1.672倍,是对照荧光灯(CK)处理组培苗增殖率的1.518倍。[结论] LED白光(W)是碧玉兰组培苗增殖阶段的最佳光源。

关键词LED；光质；碧玉兰；组织培养

中图分类号S604+.3

基金项目海南大学应用科技学院(儋州校区)

作者简介王亚沉(1985- )，女，海南海口人，助教，硕士，从事生物技术及观赏植物资源利用研究。*

收稿日期2015-06-05

Effects of Different LED Light Quality on Proliferation ofCymbidiumlowianumPlantletsinvitro

WANG Ya-chen1, WANG Yu-ying2, XU Shi-tao1, LI Zhi-lin2*(1. College of Applied Science and technology of Hainan University, Danzhou, Hainan 571737；2.Floral Research Institute, Yunnan Agricultural University, Kunming, Yunnan 650201)

Abstract[Objective] The aim was to study effects of different LED light quality on proliferation of Cymbidium lowianum plantlets in vitro, in order to explore the optimum light source of Cymbidium lowianum somaclone proliferation stage. [Method] With wild Cymbidium lowianum plantlets as materials, seven kinds of light qualities were designed with red LED , blue LED , green LED and white LED . The comparative study on proliferation index of C. lowianum plantlets under the seven treatments was conducted, compared to fluorescent lamp . [Result]The proliferation of C. lowianum plantlets was the highest under LED white light (W) , which was 21.4 strains each bottle, significantly higher than other processing. Proliferation of C. lowianum plantlets was higher under LED composite light. Proliferation of C. lowianum plantlets was lower under control fluorescent lamp, which was 14.1 strains each bottle, followed by monochromatic red light, which was 12.8 strains each bottle. Proliferation of C. lowianum plantlets was lowest under monochromatic blue light, which was 11.9 strains each bottle. The multiplication rate of C. lowianum plantlets under LED white light (W) was 1.798 times higher than under monochromatic blue light, being 1.672 times higher than monochromatic red light, being 1.518 times higher under control fluorescent lamp. [Conclusion]The LED white light (W) was the best illuminant in proliferation stage of C. lowianum plantlets.

Key wordsLight-Emitting Diode； Light qualities；Cymbidiumlowianum；Tissue culture

碧玉兰(Cymbidiumlowianum)为兰属(Cymbidium)虎头兰亚属(SubgenusCyperorchis(Br)seth etcribb)植物，附生与地生中间类型[1]，为国家二级濒危植物。碧玉兰具有极高的观赏价值，是不可多得的珍贵野生兰花资源，可作大型盆栽或切花花卉材料。随着人们生活水平和碧玉兰知名度的提高，碧玉兰深受人们的喜爱，每年销量迅速增加，发展前景广阔[2]。为有效地保护和开发利用野生兰花资源，利用植物组织培养技术对碧玉兰进行高频再生是加快优良品种繁殖速度、培育大量优质种苗、实现其种苗工厂化生产较为理想的方法。

碧玉兰种子极小，且种子内的胚多半不成熟或发育不完全，没有胚乳，自然条件下难以萌发，传统的分株繁殖十分缓慢，繁殖系数低。组织培养是碧玉兰一种较理想的繁殖方式，但碧玉兰的最佳生长条件目前还在探索中，光源是影响碧玉兰的重要因子之一，组织培养中采用的传统灯光系统存在很多弊端，如光效低、产热量大、寿命短等，这些制约因素都间接地增加了培养成本。

LED(1ight-emitting diodes)，即发光二极管，是一种可以有效地把电能转变成电磁辐射的装置口[3]。LED 在植物组织培养中的应用依赖于LED技术的完善和植物组织培养过程中环境调控技术的发展。世界上最早将LED用于植物栽培的是日本的三菱公司[4]，后来LED也被应用于植物组织培养中的环境调控，并对LED在节能方面的作用加以探讨[5]。

光质是影响植物生长发育的一个重要因子，植物对光具有选择性吸收的特性，采用特定波长光源来照射作物，可提高植物的光合作用效率，使其光形态建成加快，从而促进植物的生长发育。LED光源能区分出不同的光质，不同的光质对植物生长的影响显著不同[6-8]。国内外已有一些科学家尝试用LED光源作为组织培养光源来提高培养效果[9-11]。近年来，新型LED光源的研究与开发为植物规模化应用提供了良好的契机，使植物组织培养的普及和规模化应用成为可能。随着LED技术不断发展，各种波段及不同高亮度的LED被用于植物组织培养并取得了可观的成绩。但采用LED不同光质对碧玉兰组培苗增殖的影响研究尚未见报道。

笔者采用LED光源发射的单色光谱红光、蓝光、绿光等，进行不同光质配比组合，以荧光灯为对照，研究不同光质对碧玉兰组培苗增殖的影响，探索碧玉兰组培苗增殖阶段的最适宜光源，以期为植物组培专用新型LED光源的研发提供理论支持，也为碧玉兰组培苗的商业化和规模化生产提供参考。

1材料与方法

1.1试验材料供试材料为野生碧玉兰无菌苗。

1.2试验方法选取长势基本一致的碧玉兰苗转接到增殖培养基中，增殖培养基配方为1/2MS+6-BA 2.0 mg/L+KT 0.5 mg/L+NAA 0.2 mg/L+20 g/L蔗糖+7.5 g/L琼脂(经前期试验筛选出较好的增殖配方)。每瓶5株。预培养7 d后随机分8组，分别置于7种LED光源区和1个荧光灯对照区，LED光质控制系统见表1。调节电流、占空比以及光源与植株的距离，使光强保持一致(800 lx)。培养室相对湿度(75±5)%，温度(25±2)℃，光照周期14 h/d，处理70 d后，随机选取10瓶材料统计增殖量和和增殖率。

1.3数据分析采用Excel 2010进行数据整理，DPS进行方差分析，Duncan新复极差法进行多重比较。

表1　LED光质控制系统

2结果与分析

由表2可知，LED白光(W)处理下碧玉兰组培苗的增殖量最高，为21.4株/瓶，显著高于其他处理。红蓝白(RBW)和红蓝复合光(2RB)处理的组培苗增殖量都较高，分别为19.1、16.8株/瓶，与LED白光(W)处理的组培苗增殖量相比，差异显著。红蓝复合光(1RB)和红蓝绿复合光(RBG)处理的组培苗增殖量为15.9、15.0株/瓶，均显著高于单色红光(R)和单色蓝光(B)。单色蓝光(B)处理的组培苗增殖量最低，为11.9株/瓶。

表2　不同光质对碧玉兰组培苗增殖的影响

注：同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。

LED白光(W)处理的组培苗增殖率是单色蓝光(B)处理的组培苗增殖率的1.798倍，是单色红光(R)处理的组培苗增殖率的1.672倍，是对照荧光灯(CK)处理的组培苗增殖率的1.518倍。红蓝白复合光(RBW)和红蓝复合光(2RB、1RB)处理的组培苗增殖率都较高，分别为382%、336%和318%。对照荧光灯(CK)处理的组培苗增殖率为282%。单色红光(R)和单色蓝光(B)处理的组培苗增殖率都较低，分别为256%和238%。

增殖量变化规律和增殖率变化规律：W>RBW>2RB>1RB>RBG>CK>R>B。综上可知，LED白光(W)是碧玉兰组织培养增殖阶段的最佳光源。

3结论与讨论

该研究结果表明，LED白光(W)处理的组培苗增殖量最高，为21.4株/瓶，显著高于其他处理。LED复合光处理的组培苗增殖量较高。对照荧光灯处理的组培苗增殖量较低，为14.1株/瓶，其次为单色红光(R)，增殖量为12.8株/瓶。单色蓝光(B)处理的组培苗增殖量最低，为11.9株/瓶。LED白光(W)处理的组培苗增殖率是单色蓝光(B)处理的组培苗增殖率的1.798倍，是单色红光(R)处理的组培苗增殖率的1.672倍，是对照荧光灯(CK)处理的组培苗增殖率的1.518倍。增殖量变化规律和增殖率变化规律：LED白光(W)>LED复合光>对照荧光灯(CK)>单色红光(R)>单色蓝光(B)。因此，LED白光(W)是碧玉兰组织培养增殖阶段的最佳光源。

光质对植物组织培养的影响主要表现在3个方面：光质、光强、光周期。光质即不同波长的光谱成分，对于植物细胞的分裂和分化作用不同[12]。该试验培养基的激素成分及浓度比例均为碧玉兰离体培养中合适的配比组合，在相同的培养基中，经过不同光质处理，芽的增殖率有明显差异，说明光质在碧玉兰组织培养中具有重要作用。

大量试验表明，LED复色光对试管苗增殖具有促进作用，这可能是因为不同光质影响植物器官分化的方式和程度不同；相比于单色光，复色光包含不同的光质成分，彼此相补，从而提高增殖率。因此，LED不同光质组合照射较使用单色光更有利于试管苗的生长[13]。该试验结果发现，与单色红、蓝光和荧光灯相比，LED复色光更适合应用于碧玉兰组织培养。这与前人研究结果一致。

LED白光在碧玉兰离体培养的增殖阶段具有明显优势。该研究认为，可能是不同光质的作用差异和不同植物对不同因素处理产生的差异所致。LED白光(W)比其他LED复色光的增殖率更高，这部分机理尚未明确，有待进一步研究。

针对不同的培养目的，LED灯较传统光源更有针对性，更有效地提高了光的利用率和组培苗的增殖效率。随着LED性能的不断提高、价格的逐渐下降以及各类特定波长产品的开发，LED在植物组培领域的应用范围将会更加广阔，势必将在植物生产和组织培养研究中发挥越来越重要的作用。

参考文献

[1] 杨云．滇兰初鉴[M]．昆明：云南科技出版社，1992.

[2] 李雪娇，李枝林，黄丽萍.野生碧玉兰多倍体诱导及鉴定[J].中国农学通报，2010，26(13)：261-266.

[3] 杨雅婷，肖平，胡永连，等.LED在植物组织培养中的应用[J].农业工程技术·温室园艺，2009(7)：13-14.

[4] 杨其长，张成波.植物工厂概念[M].北京：中国农业科学出版社，2005：144-149.

[5] IGNATIUS R W，MARTIN T S，BULA R J，et al.Method and apparatus for irradiation of plants using optoelectronic devices：U.S，5012609[P].1988-07-28.

[6] MOE R，MORGAN L，GRINDAL G.Growth and plant morphology ofCucumissativusandFuchsiahybridare influenced by light quality during the photoperiod and by temperature alternations[J].Acta Horticulturae，2002，580：229-234.

[7] ESCOBAR M A，FRANKLIN K A，SVENSSON A S，et al.Light regulation of theArabidopsisrespiratory chain multiple discrete photoreceptor responses contribute to induction of type II NAD(P)H dehydrogenase genes[J].Plant Physiology，2004，136：2710-2721.

[8] 诸葛强，关亚丽，施季森，等.组培新技术及其在桉树快繁中的应用[J].林业科技开发，2003，17(6)：37-38.

[9] JAO R C，FANG W.An adjustable light source for photo-phyto related research and young plant production[J].Applied Engineering in Agriculture，2003，19(5)：601-608.

[10] JAO R C，LAI C C，FANG W.Effects of red light on the growth of Zantedeschia plantlets in Vitro and tuber formation using light-emitting diodes[J].Hort Sci，2005，40(2)：436-438.

[11] NHUT D T，TAKAMURA T，WATANABE H，et al.In vitro growth of cymbidium plantlets cultured under superbright red and blue light-emitting diodes(LEDs)[J].Horticultural Science & Biotechnology，1998，73：39-44.

[12] 李慎英．花果、蔬菜快速繁殖新技术[M]．北京：中国人事出版社，1996.

[13] 赵根，潘月，杨钰，等.LED光源在设施园艺生产中的应用与前景[J].浙江农业科学，2013(9)：1110-1112.