不同光源对柚木组培苗生长发育的影响

裘珍飞 曾炳山 郭光生 刘英

摘要： 該研究采用不同光源处理柚木组培继代苗，通过测定株高、叶宽、叶鲜重、全株干重、叶绿素含量和观察叶片上下表皮结构，研究不同光源对柚木组培苗生长发育的影响，并筛选适宜其快速生长发育的光环境。结果表明：不同光照下顶芽培养的植株高生长顺序为HFL﹥H1RB﹥HS﹥H2RB﹥H3RB﹥HD，茎段培养的腋芽高生长顺序为hFL﹥hS﹥hD﹥h1RB﹥h2RB﹥h3RB。LED红蓝组合灯（2RB、3RB）处理下植株最大叶宽显著大于荧光灯（FL）、全光谱灯（S）和无补光设备（D）处理，并随RB光强增加，最大叶宽及叶鲜重显著增加。全株干重以D和S光照处理显著低于其它光照处理。RB系列和S光照处理下的叶绿素总含量高于对照FL和D处理组。2RB和3RB光照处理下叶片的上表皮细胞不规则多角形，相互镶嵌排列，其它光照处理下上表皮细胞呈圆形。下表皮气孔数量在有补光设备处理（S、RB、FL）时是无补光设备处理（D）的1.5倍以上，2RB和3RB光照处理下气孔张开度大于对照FL和D处理组，且保卫细胞呈井型突起。参试光源中，柚木组培苗增殖阶段选择荧光灯或全光谱灯为好，高生长显著，腋芽分化和生长快，有利于提高增殖率；而RB红蓝组合灯（3RB、2RB）适合壮苗培养，叶大苗壮，全株生物量大，且叶表面结构发育成熟，有利于提高光合作用。

关键词： 柚木组培苗，光照，生长，叶表面结构

中图分类号： Q943.1， S792.3

文献标识码： A

文章编号： 10003142（2017）05059207

Abstract： The development and application of lightemittingdiodes（LEDs） provide more light sources for plant tissue culture. In this study， the subculture plantlets of Tectona grandis were treated by different LEDs， then the growth index（plant height， leaf width， fresh leaf mass and wholeplant dry weight） and chlorophyll content were measured and the leaf surface structures were observed underelectron microscopy， in order to discover the effects of LED lights on the growth and development of plantlets and to find the optimal light environment for their rapid growth. The results showed that the plantlet height was HFL﹥H1RB﹥HS﹥H2RB﹥H3RB﹥HD and the axillary bud height was hFL﹥hs﹥hd﹥h1RB﹥h2RB﹥h3RB， under the following six different lights： fluorescent lamp（FL）， three mixtures of R plus B LED（1RB， 2RB， 3RB）， full spectrum light LED（S） and scattered light（D）. The maximum leaf width was significantly larger in plantlets that were cultured under 2RB and 3RB than those under FL， S and D. Moreover， the maximum leaf width and fresh leaf mass increased significantly aslight intensity of RB increased. Undercondition D and S lights， the plant dry weights were significantly lighter than those under the other LEDs. Chlorophyll contents were greater in plantlets under RB and S than those under condition FL and condition D. The adaxial epidermal cells of plantlets under 2RB and 3RB were in the shape of irregular polygonand inlaid each other， while those under other conditions appeared in the shape of circles. The stomata amounts on the abaxial of plantlets under lights（FL， RB， S） were 1.5 times more than that under no lighting equipment（D）. The stomatal pores of plantlets under 2RB and 3RB opened more widely than those under condition FL and D， the guard cells appeared as welltype protuberance. Overall， the fluorescent light and the full spectrum light LED were suitable for Tectona grandis multiplication culture according to significant height growth of plantlets and fast differentiation of axillary bud， and further contributed to increase the proliferation rate. On the other hand， mixtures of R plus B LED （3RB， 2RB） were beneficial in strong seedling culture with big leaf sizes， strong seedling， high biomass， fullydeveloped leaf epidermal structure， contributing to increase photosynthesis.

Key words： Tectona grandis plantlets， illumination， growth， leaf surface structure

柚木（Tectona grandis）原产于印度、印度尼西亚、缅甸、泰国等东南亚国家，是世界上著名的珍贵用材树种，素有“万木之王”的美称，具有生长快、纹理美观和用途广的特点，木材价格昂贵。我国云南、海南、广东、广西、福建等省区均有引种栽培。20世纪80年代起，印度、泰国及我国通过选育优良种源、家系，开展组培快繁技术研究，通过以芽繁芽，快繁优良无性系已达到规模化水平（陈雄庭等，2001；裘珍飞等，2001；Palanisamy et al， 2009）。光质对植物的生长、形态建成、光合作用、物质代谢均有调控作用。传统植物组培设施中使用的光源一般是荧光灯，随着LED光源的开发应用，因其具有节能、光质纯、可调节性强等特点，且LED具有体积小、质量轻、寿命长等优点，已在植物组织培养得到广泛应用。国内外学者研究了LED不同光質和光强对植物生长的影响（KuanHung et al， 2013；王亚沉等，2013），并在部分植物的培养中得到肯定（魏星等，2008；邸秀茹等，2008）。LED灯在植物组织培养中的应用日益扩大并呈现良好的发展前景。

光源对植物生长的影响多集中在生长和生理生化方面（王亚沉等，2013；邸秀茹等，2008）。由于电子显微镜的广泛应用和试验技术的发展，通过植物形态结构指标评价可为光源选择提供依据。本研究以不同光强和光质的LED灯为光源，通过生长、叶绿素含量和叶表面结构等指标评价柚木组培苗的生长发育，筛选出符合柚木组培生产的改进光源，为传统组培室光源更新换代提供理论依据。

1材料与方法

1.1 材料

材料为柚木优良无性系71-14组培苗。选择生长一致，苗高为5.0 cm的继代苗，转接时剪切成1.5 cm的顶芽和带1对叶的中间茎段，分别接入相同培养基（MS+6BA0.5 mg·L1+30 g·L1蔗糖+6 g·L1琼脂）中。培养基高压灭菌前调节酸碱度至pH 6.0。培养室相对湿度（75±5）%，温度（25 ± 2）℃。

1.2 方法

1.2.1 光照处理把原有组培室培养架（层高35 cm，单层培养面积130 cm × 65 cm）改建成试验设计光源（表1），LED红蓝组合灯（1RB、2RB、3RB）由深圳一宸华节能照明有限公司提供，全光谱灯（S）从济南腾昊科学仪器有限公司购买，为筛选不同光强LED光源，利用培养室散射光即无补光设备（D）为对照，而不同光质光源筛选采用荧光灯为对照。每光照处理接种顶芽和中间茎段各12瓶，每瓶8株，共96株，分别装入50 cm × 60 cm × 15 cm的隔光泡沫盒（无盖）中，放入培养架中心位子，光照时间10 h·d1，培养时间30 d。

1.2.2 测定指标在各光照下生长30 d后，顶芽和茎段培养随机选取各6瓶，共48株，用直尺测量每苗株高、最大叶叶长和叶宽，以瓶为单位剪切叶、茎和基部愈伤组织，电子天平称量鲜重后，放入105 ℃烘箱杀青15 min，烘干至恒重，称量干重。随机选取顶芽苗木，选择顶端向下取最大叶片，在叶中部靠近主脉处剪取0.5 cm × 0.5 cm小块，采用无水乙醇提取测定叶绿素。叶表面结构观察取样方式同叶绿素，放入2.5%戊二醛固定，经不同梯度乙醇和叔丁醇脱水，临界点干燥后，置镀膜仪上喷金，在KYKY2008B扫描电镜下观察拍照。用Eruler软件测量气孔、腺体大小，并根据单位面积内个数计算密度。

1.3 数据处理

采用Excel、SPSS软件进行数据统计和分析。

2结果与分析

2.1 不同光照对芽生长的影响

柚木试管苗在不同光照处理培养30 d后，苗木形态产生分化（表2）。顶芽培养中，苗木生长高度以FL对照处理组为最高，D处理组最低，三种RB处理中，1RB最高，其次是2RB、3RB。腋芽培养中，腋芽生长高度仍以FL对照处理组最高，其次为S处理组，第三为D处理组，RB系列光源下腋芽高生长最低的原因主要是腋芽萌发时间晚3 ～ 5 d，说明RB光源会延迟腋芽萌发。从顶芽的叶数和最大叶分析，D处理组叶生长指标显著低下，说明组培条件下，无补光设备对叶的生长和发育不利，在RB系列光照处理下，叶生长指标有明显优势，特别是3RB处理，每苗叶数和最大叶叶宽、长都显著最高。从外观形态上，D处理下植株矮小、细弱， 2RB、3RB处理下植株矮壮，叶子宽厚，S、1RB和FL光照处理下植株高挑，生长舒展（图1）。

2.2 不同光照对植株生物量的影响

不同光照对生物量的影响主要体现在叶生物量上，由于叶鲜重和干重的差异导致全株鲜重和干重的差异，茎和愈伤组织的鲜重和干重各处理间没有显著差异（表3）。3RB光照处理下叶生物量指标比其它所有处理有显著优势，2RB光照处理下叶生物量及全株生物量和FL对照组差异不显著。三种RB处理中，从1RB到3RB随光强的增加，每瓶叶鲜重、干重和全株鲜重显著增加，D处理下叶生物量指标显著低于所有处理。

2.3 不同光照处理对叶绿素含量的影响

不同光照叶绿素含量显示，1RB和S光照处理组叶绿素a、 b和总含量较高， D处理组叶绿素所有

指标偏低。从1RB到3RB，随着光强的增加，叶绿素a、b和总含量呈逐渐降低的趋势，a/b值逐渐升高。4种参试光照处理的叶绿素总含量均高于2种对照处理（表4），说明RB各光强处理不会导致叶片的叶绿素合成受阻。

2.4 不同光照处理叶表皮结构

2.4.1 不同光照下的上表皮结构D、1RB、S和FL光照处理下，上表皮细胞为圆形，细胞相连处皱褶成脊，而2RB和3RB处理细胞不规则多角形，周缘局部外突并与邻近细胞外突嵌合，细胞相连处成沟，D和S处理表面附有不规则白色雪花状蜡质和透明膜状蜡质，3RB光照处理表面附透明胶状蜡质（图2）。

2.4.2 不同光照的下表皮结构柚木下表皮分布有较多数量的气孔和球形腺体，2RB、3RB气孔的保卫细胞呈井型凸起，护卫细胞结构显著，气孔开度大，FL和D对照处理组气孔器与表皮细胞相平，气孔开度小，D处理下的气孔着生稀疏，表面附有大量白色雪花状蜡质。柚木组培苗叶片下表皮结构中都有球

形腺体，呈随机散落分布，大小不一，鲜叶时呈紫红色，固定后有些球形腺体皱缩（图3）。

2.4.3 不同光照对气孔和球形腺体数量和大小的影响气孔数量以D处理组最少， 其它光照下气孔数

在570 ～ 614个·mm2之间（表5），说明在组培条件下，有一定的光源补光，柚木组培苗叶片气孔数量处于一个较稳定的数量。气孔密度越大越有利于蒸腾散热和增强被动吸水的能力，同时有利于气体交换，保持较强的光合作用。气孔长轴以FL对照处理组最大，气孔短轴以3RB处理组最大，说明FL处理下气孔开度较小，3RB处理下气孔开度大。球形腺体的数量以2RB和3RB光照处理组较多，1RB和

FL处理组其次，S和D处理组较少，而球形腺体的平均直径以3RB光照处理组最大，FL和1RB处理组较小。

3讨论

目前组培室广泛使用的荧光灯，其有效生理辐射能的分布与配比不很合理，存在效能的较大浪费。全光谱灯模拟太阳光谱研发而成，市场上称为植物生长灯，其特点是有效生理辐射能的分布与配比合理，但有效生理辐射效能低（徐志刚等，2001）。LED灯根据植物光合特性设置波长，植物光合效能最高的辐射区集中在蓝光区（波长440 ～ 480 nm）和红光区（波长640 ～ 680 nm），因此植物组培中对红蓝组合的LED灯应用和研究较多。本研究从适合柚木组培苗生长发育评价：柚木组培苗增殖方式为分段增殖，增殖率的大小主要取决于苗木高度和腋芽萌发，因此在增殖阶段，荧光灯和全光谱灯为较合适光源，有利于柚木植株高生长及腋芽萌发。这可能是不同光谱辐射对植物生长具有相互协同的作用，一些光合效能较低的光谱，如黄光、紫光能提高光能利用效率（刘晓英等，2010），白光和绿光更具穿透性，对促进下层叶片光合作用产生作用（KuanHung et al， 2013；邸秀茹等，2008）。然而，LED红藍组合灯光合效能高也在本研究中得到体现，3RB光照处理组的叶鲜重，干重，全株叶数、最大叶长、宽都显著高于所有处理，与红掌组培苗在红蓝组合灯下获得叶片宽、厚，叶片生物量及全株生物量大的结果（陈颖等，2013）相似。这说明LED红蓝组合灯可使叶片伸长加宽，以吸收更多的光能进行光合作用，合成及贮存光合产物。

组培条件下，不同光源对叶绿素含量影响随不同植物变化较大，冬青在红蓝混合光下叶绿素含量与荧光灯差异不显著（邸秀茹等，2008），菊花组培在荧光灯下叶绿素含量高于红蓝混合灯处理（魏星等，2008），而红掌以红蓝（1∶1）复合灯处理叶绿素各指标显著高于荧光灯（陈颖等，2013）。由此反应出不同植物对不同光质和光强的敏感性及响应不同。本研究柚木组培苗中，4种参试光源处理下的叶绿素总含量均高于2种对照处理，说明参试光源处理不会导致叶片的叶绿素合成受阻。三种RB光源中，随光强增加，叶绿素a、b和总含量呈下降趋势。这可能与叶绿素合成所需要的光强较低有关。

在组培条件下，温度和湿度相对稳定，叶片的形态结构较多反映了植物对光的反应，其表皮细胞、气孔和附属结构的形态差异可见植物自身对光的适应性。本研究中2RB和3RB光照处理下，上表皮细胞不规则多角形，周缘局部外突并与邻近细胞外突嵌合，细胞相连处成沟，而其它光照处理，上表皮细胞为圆形，细胞相连处皱褶成脊。对比槐树组培苗移栽驯化中叶表皮细胞结构（王喆之和胡正海，1996），2RB和3RB光照处理类似移植驯化二期，而其它光照处理类似未经驯化的试管苗，反应出2RB和3RB光照处理类似于移植驯化早期的环境。柚木组培苗气孔主要分布在下表皮，有补光设备时气孔数量比无补光设备时大1.5倍以上，然而不同光质对气孔数量的影响本试验中没有明显的规律。本研究2RB和3RB光照处理的气孔张开程度大于对照荧光灯和其它处理。这与油菜籽组培苗红蓝光气孔开度大于荧光灯（Huimin et al，2013）相似。在高湿的环境下，气孔开度大，可消除气孔对CO2进入的限制，以增强光合作用对CO2的固定作用（张骁等，2012），这也可能是2RB和3RB光照处理叶生物量较大的原因之一。因此，从叶表面结构分析，2RB和3RB光照处理可成为柚木壮苗培育的较好光源。

本研究中，随着1RB到3RB光照增强，植株变得更为矮壮，叶表面结构更趋向成熟，有利于光合作用。这符合了壮苗培育的要求，但增殖率不如荧光灯和全光谱灯。为使LED灯得到更完美的应用，根据红光有利于茎的伸长生长，蓝光下茎粗壮等特性，以后试验时可适当提高红光的比例，或者在红蓝光谱的基础上适当添加绿、黄、紫光，以便改进光源时更加完善。

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