不同光源对百合试管苗生长及生理特性的影响

王 政，宋盈龙，刘艳楠，尚文倩，贺 丹，何松林*，许占红(.河南农业大学 林学院，河南 郑州 45000； .杞县住房和城乡规划建设局，河南 杞县 47500；.郑州市绿文广场管理中心，河南 郑州 45000)

不同光源对百合试管苗生长及生理特性的影响

王 政1，宋盈龙1，刘艳楠2，尚文倩1，贺 丹1，何松林1*，许占红3
(1.河南农业大学 林学院，河南 郑州 450002； 2.杞县住房和城乡规划建设局，河南 杞县 475200；3.郑州市绿文广场管理中心，河南 郑州 450002)

以百合品种索尔邦试管苗为材料，研究不同照光光源(LED、CCFL和PGFL)处理对百合试管苗生长及生理特性的影响。结果表明：LED照光处理下，百合试管苗的根数、根长、根部及整体干鲜质量、气孔密度、可溶性蛋白、叶绿素含量和根系活力均达到最大值；CCFL照光处理下百合试管苗株高、叶长、地上部干鲜质量达到最大值；PGFL照光处理下百合试管苗的干物率达到最大值。气孔大小、气孔面积与气孔密度呈现负相关。综上所述，LED光源照光处理对促进百合试管苗的生长和提高其品质效果明显。

发光二极管； 冷阴极荧光灯； 普通荧光灯； 百合； 光源； 试管苗

百合为百合科(Liliaceae)百合属(Lilium)的多年生球根花卉，其花大芳香、花型优美、色彩丰富，是目前市场上最受欢迎的名贵切花和盆花花卉[1]。由于常规百合种球繁殖时间长、易污染、效率低，难以实现大规模生产[2]，而采用组培技术能够快速繁殖，并去除病毒，有利于更新品种[3-11]，是目前生产高品质百合种苗的最佳方法，进一步研究影响百合组培环境调控因子对促进其组培技术的发展意义深远。

光对植物的生长发育、形态建成、光合作用、物质代谢以及基因表达等均具有重要的调控作用[12-13]。特别是蓝紫光(400～510 nm)和红橙光(610～720 nm)波段是植物生长所吸收的主要光谱，而在传统组培生产中，常用的光源一般为普通荧光灯(PGFL)和金属卤化物灯，这些传统光源能耗高且光源发射光谱主要集中在蓝紫光范围(450～580 nm)，在红橙光区域的发射光谱较低[14]，难以有效促进植物生长。因此，开发新型光源已成为当今组培环境调控的热点。发光二极管(LED)和冷阴极荧光灯(CCFL)均具有体积小、寿命长、光效高、能耗低等优点，备受人们青睐[15-20]，并且能满足植物组织培养、设施园艺与工厂化育苗等环境所需光源特点的需求[21-22]。目前，LED和CCFL光源在植物组织培养中的应用也逐渐扩大且具有良好的发展前景。国内外已有尝试用LED或CCFL光源对植物进行光照处理的研究报道，且已有研究证明，LED光源或CCFL光源可成功用于非洲菊[23-24]、蝴蝶兰[25]、菊花[26]、红掌[27-28]、铁皮石斛[29-30]、牡丹[31-33]等植物的组织培养中，并筛选出了适于其生长的最佳光源以及光质比，而有关LED和CCFL光源对百合试管苗生长的影响尚未见报道。因此，以百合试管苗为材料，采用河南农业大学自主研发的LED和CCFL照光装置，研究不同光源对百合试管苗形态和生理特性的影响，探讨了适宜百合试管苗生长的最佳光源，为百合试管苗大规模生产提供理论依据和技术支持，也为今后植物组培生产中光源的选择与应用提供参考。

1 材料和方法

1.1 试验材料

选用百合索尔邦磷茎作为外植体，以100 mL三角瓶为培养容器，在无菌条件下，接种于MS+6-BA 1.0 mg/L+NAA 0.2 mg/L+蔗糖30 g/L(pH=5.8)的固体培养基上，在普通荧光灯培养条件[光照强度2 000 lx，温度(24±1)℃，光照时间12 h/d]下诱导分化。培养30 d后，选取生长状况及规格一致(株高2.5 cm)的组培苗作为供试材料，切除根，保证初始状态一致。

1.2 试验设计

光照系统采用河南农业大学林学院园林系观赏植物实验室自主研发的高效节能LED、CCFL照光系统，设定2种光质：LED(红光∶蓝光=7∶3)、CCFL(红光∶蓝光=7∶3)，以PGFL作为对照。在无菌条件下，将百合组培苗供试材料接种于1/2MS+6-BA 1.0 mg/L+NAA 0.2 mg/L+蔗糖30 g/L的固体培养基上，pH值调整至5.8。光照时数16 h/d(8:00—24:00)，温度为(24±1)℃，光照强度2 000 lx，以罐头瓶为培养容器，每个容器添加40 mL培养基，每瓶接种5株，每处理3瓶，重复3次，共45株。

1.3 测定项目和方法

培养50 d后进行调查。形态指标：株高、叶数、叶长、叶幅(试管苗自上而下的第 3片叶)；根数、最长根长；总鲜质量、地上部鲜质量、根部鲜质量，总干物质量、地上部干质量、根部干质量；全干物率、地上部干物率和根部干物率。叶片下表皮气孔观察采用Daimi等[34]所描述的指甲油印模法。叶绿素含量测定采用无水乙醇和丙酮混合液提取法[35]。可溶性蛋白含量测定采用赵世杰[36]的考马斯亮蓝法。根系活力测定采用李合生[37]的TTC法。

1.4 数据处理

采用邓肯氏新复极差测验法(SSR法)测验不同处理试验数据的差异显著性，显著水平P≤0.05。数据统计采用DPS软件7.05版。

2 结果与分析

2.1 不同光源照光处理对百合试管苗形态的影响

由表1可知，CCFL光照处理下百合试管苗的株高(78.17 mm)最大，显著高于其他处理，LED处理次之(49.14 mm)，PGFL处理最小(46.19 mm)，且LED处理和PGFL处理间差异不显著；LED处理条件下百合试管苗的根数(7.00条)和根长(34.52 mm)均显著大于PGFL处理和CCFL处理，PGFL处理和CCFL处理均较低且差异不显著；LED处理、CCFL处理和PGFL处理下百合试管苗的叶数、叶长和叶幅差异不显著。

表1 不同光源照光处理对百合试管苗生长的影响

注：同列不同字母表示在0.05水平差异显著，下同。

2.2 不同光源照光处理对百合试管苗干、鲜质量及干物率的影响

由表2可见，LED处理下百合试管苗根部鲜质量(634.13 mg)和干质量(52.17 mg)以及整体鲜质量(1 082.98 mg)和干质量(107.02 mg)均显著大于其他处理；LED和PGFL处理下百合试管苗的地上部干物率均显著大于CCFL处理。CCFL处理下百合试管苗地上部鲜质量(666.27 mg) 显著大于其他处理，地上部干质量(62.50 mg)显著大于PGFL处理，但与LED处理差异不显著。

表2 不同光源照光处理对百合试管苗干、鲜质量及干物率的影响

2.3 不同光源照光处理对百合试管苗叶片下表皮气孔的影响

由表3可见，PGFL处理下百合试管苗叶片下表皮气孔的长(167.1 μm)和面积(13 267.74 μm2)均显著大于其他处理，LED处理次之；LED处理下百合试管苗叶片下表皮气孔的宽与PGFL处理下差异不显著，但均显著大于CCFL处理，LED处理下百合试管苗叶片下表皮气孔密度(140.88个/mm2)与CCFL处理(133.34个/mm2)差异不明显，但均显著高于PGFL处理(96.95个/mm2)。

表3 不同光源照光处理对百合试管苗叶片下表皮气孔的影响

处理长/μm宽/μm面积/μm2密度/(个/mm2)LED144．70b78．05a11293．84b140．88aCCFL119．30c72．10b8601．53c133．34aPGFL(CK)167．10a79．40a13267．74a96．95b

2.4 不同光源照光处理对百合试管苗叶片可溶性蛋白含量的影响

由图1可知，LED处理下百合试管苗叶片中可溶性蛋白含量(18.84 mg/g)显著高于其他处理，而CCFL和PGFL处理下可溶性蛋白含量均较低，且差异不显著。

图1 不同光源照光处理对百合试管苗叶片可溶性蛋白含量的影响

2.5 不同光源照光处理对百合试管苗叶绿素含量的影响

由图2可知，LED处理下叶绿素a和总叶绿素含量均显著高于CCFL和PGFL处理，CCFL和PGFL处理间差异不显著；叶绿素b含量在LED处理下最高(0.015 3 mg/g)，在PGFL处理下最低(0.009 9 mg/g)，CCFL处理与其他处理差异不显著。

不同字母表示同一指标不同处理间差异显著(P<0.05)图2 不同光源照光处理对百合试管苗叶绿素含量的影响

2.6 不同光源照光处理对百合试管苗根系活力的影响

由图3可知，LED处理下百合试管苗的根系活力[427.28 mg/(g·h)]最高，显著高于PGFL处理；其次为CCFL处理[351.37 mg/(g·h)]，与LED处理和PGFL处理差异不显著；PGFL处理最低,为314.64 mg/(g·h)。

图3 不同光源照光处理对百合试管苗根系活力的影响

3 结论与讨论

本研究使用自行研发的LED和CCFL光源，比较了LED、CCFL和PGFL不同光源对百合试管苗生长及生理特性的影响。结果表明：百合试管苗的株高、地上部鲜质量最大值均出现在CCFL光源处理中，均显著高于LED和PGFL处理，这与Wang等[23]以非洲菊为材料的研究结果类似。在LED光源处理中，百合试管苗的根数、根长、根部干鲜质量和整体干鲜质量均显著高于其他处理，这与王婷等[38]、唐大为等[39]以白菜及黄瓜为材料的研究结果相似。总体而言，LED照光处理有利于百合试管苗根部的形态建成和生长发育以及根部有机物的合成与积累；CCFL照光处理有利于百合试管苗植株地上部的生长发育和有机物的合成与积累。

叶片气孔的大小和密度是反映植物光合作用、呼吸作用和蒸腾作用的重要指标，本研究中，气孔密度在LED光照处理下达到最大值，CCFL次之，PGFL最小；气孔大小在PGFL处理下达到最大值，LED次之，CCFL最小。可见，不同处理下，百合试管苗的气孔器大小和面积与气孔密度基本呈负相关，该结果与王政等[40]以大花蕙兰为试验材料的研究结果一致，而其生理变化机制还有待进一步研究。

可溶性蛋白在植物代谢过程中发挥着重要的生理作用，其含量在LED光照处理下达到最大值，说明LED光照处理有利于百合植株蛋白质等干物质的积累，这与诸葛强等[41]的研究结果类似，说明LED光源照光处理能促进植物生长，并有效地促进百合试管苗利用光能固定无机物，合成有机物。

叶绿素是植物进行光合作用的重要物质基础，其含量体现了植物对光能的利用和调节能力，不同光源处理不仅影响植物的形态建成，也调控着植物自身光合色素的合成[42-43]。本试验中，叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量均在LED照光处理中达到最大值，说明LED光照处理有利于百合试管苗叶片叶绿素的合成与积累以及光合特性的提高。

植物根系是活跃的吸收器官和合成器官，根的生长情况和活力水平直接影响到地上部的生长、营养状况及产量水平。在本研究中，百合试管苗根系活力的变化趋势与叶绿素含量相同，LED照光处理条件下根系活力达到最大值，CCFL次之，PGFL处理最低，该结果同邸秀茹等[44]指出高比例红蓝光照光处理有利于菊花试管苗健壮生长和移栽驯化的结论相同，说明LED光照处理在百合试管苗根系的生长发育和后期移栽驯化方面具有很大的促进作用。

本研究中，通过各项指标及相关分析表明，LED和CCFL新型光源的使用对促进百合试管苗的生长发育效果明显，且整体显著优于PGFL光源。其中，LED光照处理最有利于百合试管苗的形态生长。气孔密度，叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量最大值均出现在LED处理中，且该处理下可溶性蛋白含量及根系活力也最高，是适宜百合试管苗生长的最佳光源选择。

[1] 徐跃进,胡春根.园艺植物育种学[M].北京:高等教育出版社，2007:232-233.

[2] 徐品三,刘华夏.无病毒百合组培种球快速繁殖体系的建立[J].中国农学通报,2009,25(9)：174-178.

[3] 张悦,张正海,李爱民，等.优质观赏百合品种“索邦”愈伤组织培养研究[J].江苏农业科学,2015,43 (8):49-51.

[4] 王海新.东方百合种球脱毒快繁及生产技术[J].现代农业科技，2008(12)：75-76.

[5] 黄敏，梁春辉，岳海林，等.东方百合‘Sorbonne’鳞片离体培养研究[J].现代农业科技，2014(22)：136-137.

[6] 马素娴，田志强，亢秀萍.山西野生卷丹百合鳞茎组织培养[J].山西农业科学，2012，40(4)：319-321，377.

[7] 樊兰瑛，高宏樟，郭常莲.东方百合组培快繁试验[J].山西农业科学，2008，36(9)：29-32.

[8] 王永江，张振臣，张丽芳，等.百合组培快繁技术研究[J].河南农业科学，2004(5)：55-58.

[9] 刘芬，王发林.兰州百合脱毒技术研究[J].河南农业科学，2007(7)：93-95.

[10] 杨雪清，王淑芳，杨蕊，等.淡黄花百合丛生小鳞茎的诱导及快速繁殖[J].河南农业科学，2007(3)：98-100.

[11] 邵小斌，周翔，徐艳，等.野生百合——卷丹的组织培养初探[J].天津农业科学，2010，16(4)：18-19.

[12] 王忠.植物生理学[M].北京:中国农业出版社,2010.

[13] Poudel P R,Kataoka I,Mochioka R.Effect of redand blue-light-emitting diodes on growth and morphogenesis of grapes[J].Plant Cell,Tissue and Organ Culture,2008,92:147-153.

[14] Goins G D,Yorio N C,Sanwo M M,etal.Photomorphogenesis,photosynthesis,and seed yield of wheat plants grown under red light-emitting diodes (LEDs) with and without supplemental blue lighting[J].J Exp Bot,1997,48(7):1407-1413.

[15] Bula R J,Morrow T W,Tibbitts T W,etal.Light-emitting diodes as a radiation source for plants[J].Hort Science,1991,26(2):808-813.

[16] Brown C S,Schuerger A C,Sagar J C.Growth and photomorphogenesis of pepper plants under red light-emitting diodes with supplemental blue or far-red lighting[J].Am Soc Hort Sci,1995,120(5):808-813.

[17] Massa G D,Kim H H,Wheeler R M,etal.Plant productivity in response to LED lighting[J].Hortscience,2008,43(7):1951-1956.

[18] 闫新房,丁林波,丁义，等.LED光源在植物组织培养中的应用[J].中国农学通报,2009,25(12):42-45.

[19] Tanaka M,Norikane A,Watanabe T.Cold cathode fluorescent lamps(ccfl):Revolutionary light source for plant micropropagation[J].Biotechnology & Biotechnological Equipment,2009,23(4):1497-1503.

[20] 徐圆圆，覃仪，吕蔓芳，等.LED光源在植物工厂中的应用[J].现代农业科技，2016(6)：161-162，170.

[21] 杨其长,张成波.植物工厂概论[M].北京:中国农业科学技术出版社,2005:146-147.

[22] Guo S,Liu X,Ai W,etal.Development of an improved ground based prototype of space plant growing facility[J].Advances in Space Research,2008,41(5):736-741.

[23] Wang Z,Li G,He S,etal.Effect of cold cathode fluorescent lamps on growth ofGerberajamesoniiplantletsinvitro[J].Scientia Horticulturae,2011,130(2):482-484.

[24] 王政,李高燕,何松林，等.不同比例光质冷阴极荧光灯(CCFL)培养后非洲菊试管苗移栽生长情况的研究[J].河南农业科学,2010(11):85-89.

[25] 任桂萍,王小菁,朱根发.不同光质的LED对蝴蝶兰组织培养增殖及生根的影响[J].植物学报,2016,51(1):81-88.

[26] 张欢,徐志刚,崔瑾，等.不同光谱能量分布对菊花试管苗增殖及生根的影响[J].园艺学报,2010,37(10):1629-1636.

[27] 纪思羽,王政,聂世焕，等.不同光质冷阴极荧光灯光照处理对红掌试管苗生长的影响[J].西北林学院学报,2013,28(3):119-122.

[28] 陈颖,王政,纪思羽,等.LED光源不同光质比例对红掌试管苗生长的影响[J].江西农业大学学报,2013,35(2):375-380.

[29] 侯甲男,王政,尚文倩,等.CCFL光源不同光质比对铁皮石斛原球茎增殖及试管苗生长的影响[J].河南农业科学,2013,42(1):86-89,101.

[30] 尚文倩,王政,侯甲男,等.不同红蓝光质比LED光源对铁皮石斛试管苗生长的影响[J].西北农林科技大学学报(自然科学版),2013,41(5):155-159.

[31] 徐盼盼,符真珠,曹秀婷,等.LED红光处理对牡丹试管苗生根及其酶活性的影响[J].河南农业大学学报,2011,45(1):38-41.

[32] He D,Liu Y P,Lü B Y,etal.Effect of light from cold cathode fluorescent lamps on tree peony(Paeoniasuffruticosa) calli[J].The Journal of Horticultural Science and Biotechnology,2015,90(4):375-378.

[33] Ding Y,He S,da Silva J A T,etal.Effects of a new light source(cold cathode fluorescent lamps) on the growth of tree peony plantletsinvitro[J].Scientia Horticulturae,2010,125(2):167-169.

[34] Daimi I,Harrison H.Effects of PEG induced water stress oninvitrohardening of ‘Valiant’ grape [J].Plant Cell,Tissue and Organ Culture,1997,47:97-101.

[35] 张志良.植物生理学实验指导[M].北京:高等教育出版社,2000: 88-91.

[36] 赵世杰.植物生理学试验指导[M].北京:中国农业科学技术出版社,1998:123-125.

[37] 李合生.植物生理生化实验原理和技术[M].北京:高等教育出版社,2000:119-120.

[38] 王婷,李雯琳,巩芳娥,等.LED光源不同光质对不结球白菜生长及生理特性的影响[J].甘肃农业大学学报,2011,46(4):69-73.

[39] 唐大为,张国斌,张帆,等.LED光源不同光质对黄瓜幼苗生长及生理生化特性的影响[J].甘肃农业大学学报,2011,46(1):44-48.

[40] 王政,刘艺平,张春丽,等.LED不同光照度对大花蕙兰试管苗生长和叶片气孔特征的影响[C]//张启翔.中国观赏园艺研究进展.北京:中国林业出版社,2013:324-328.

[41] 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.

[42] Zeiger E,Cield C,Mooney H A.Stom atalopening atdawn:Possible roles of the blue lightresponse in nature[M]//Plants and the daylight spectrum.London:Mooney London Publisher:Academic Press,1981:391-407.

[43] Vogel I N,Macedo A F.Influence of IAA,TDZ,and light quality on asymbiotic germination,protocorm formation,and plantlet development ofCyrtopodiumglutiniferumRaddi.,a medicinal orchid[J].Plant Cell,Tissue and Organ Culture,2011,104：147-155.

[44] 邸秀茹,焦学磊,崔瑾,等.新型光源LED辐射的不同光质配比光对菊花组培苗生长的影响[J].植物生理学通讯,2008,44(4):661-664.

Effects of Different Light Sources on Growth and Physiological Property ofLiliumsorbonneinVitro

WANG Zheng1,SONG Yinglong1,LIU Yannan2,SHANG Wenqian1,HE Dan1,HE Songlin1*,XU Zhanhong3
(1.College of Forestry,Henan Agricultural University,Zhengzhou 450002,China; 2.Department of Housing and Urban and Rural Planning Construction Bureau of Qixian,Qixian 475200,China；3.Zhengzhou Lüwen Square Management Center,Zhengzhou 450002,China)

The effects of different light sources(LED,CCFL and PGFL) on growth and physiological property ofLiliuminvitrowere studied in this research,which selected Sorbonne as material.The results showed that the plantletsinvitroofLiliumsorbonnehad the largest root number,root length,root and total dry fresh weight,stomatal density,soluble protein content,chlorophyll content and root vigor under LED treatment.The plant height,leaf length and shoot dry fresh weight reached the maximum under CCFL treatment.The PGFL treatment had the largest dry mass rate.The stomatal size and stomatal area were negatively correlated with stomatal density.It could be concluded that the treatment of LED had obvious effects on promoting the growth and physiological characteristics and improving the quality ofLiliumsorbonneinvitro.

LED； CCFL； PGFL;Lilium; light sources; plantletsinvitro

2016-02-10

国家自然科学基金项目(31272189，31400596)；河南省教育厅基金项目(2014A220003)

王 政(1980-)，男，河南郑州人，讲师，主要从事园林植物生物技术研究。E-mail:wzhengt@163.com

*通讯作者：何松林(1965-)，男，河南淮阳人，教授，博士，主要从事园林植物生物技术研究。E-mail:hsl213@163.com

S644.1

A

1004-3268(2016)06-0111-05