LED光源不同光质对马铃薯试管苗生长的影响

姜丽丽，孟佳美，杨丹婷，李 晗，张桂芝，金光辉

（黑龙江八一农垦大学农学院，黑龙江 大庆 163319）

马铃薯（Solanum tuberosum L.）是中国第四大主粮作物，马铃薯试管苗无性繁殖是种质资源保存及种苗扩繁的主要方式[1]。光是植物生命活动的能量来源，也是影响植物生长发育的重要环境因子之一[2]。光质不仅能影响植物的生长[3]、形态建成[3]和光合作用[4]，同时光对植物的物质代谢[5]、内源激素水平[6]以及基因的表达[7]也具有调控作用。开发低耗能、高效率、光质佳的人工光源，是马铃薯试管苗保存和扩繁的发展趋势。

LED（Light emitting diode），即发光二极管，具有节能高效、稳定性强等优点，广泛应用于可控设施环境中的植物栽培，如植物组织培养、工厂化育苗与设施园艺等[8]。LED光源光质纯合，可根据培养需求获得纯正单色光或复合光谱，LED光源波长与植物光形态建成的光谱范围吻合[9]。本研究以马铃薯‘克新13号’试管苗为材料，研究LED光源不同光质比例对其形态和生理特性的影响，明确适宜‘克新13号’试管苗生长的最佳光质，为新光源在植物组织培养和温室设施栽培中的推广应用提供理论依据和技术依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

马铃薯品种‘克新13号’脱毒试管苗由黑龙江八一农垦大学马铃薯研究所提供。光源处理为飞利浦公司Green Power LED科研模组，共设置6个光源处理，分别为荧光灯（CK），红光灯（100R），蓝光灯（100B），红蓝光混合光源（50R/50B、80R/20B、70R/30B），各光源参数见表1。

1.2 培养条件及培养方法

试验于2017年3月1日起在黑龙江八一农垦大学马铃薯研究所进行，以250 mL玻璃方瓶为培养容器，培养基为MS培养基添加蔗糖3%，琼脂0.7%，pH5.8。

在无菌条件下，将‘克新13号’脱毒试管苗接种至培养基中，每瓶接种20个茎段，每个光源处理4次重复。将接种后的脱毒苗置于培养室中进行培养，培养温度为25℃，光照时间为16 h，黑暗时间为8 h。

1.3 测定项目及指标

1.3.1 形态指标

分别在培养7，14和28 d观察试管苗生长状况，并测量株高、根长、鲜重等指标，记录所测数据。

1.3.2 叶绿素含量的测定

采用无水乙醇和丙酮混合液提取法[10]。

叶绿素提取：将培养28 d的试管苗新鲜绿色叶片取出，洗净吸干叶表面水分。称取5 g叶片，加入10 mL 80%丙酮，加少许石英砂研磨成糊状，逐步加入20 mL 80%丙酮，离心（3 000 r/min）10 min。

叶绿素含量的测定：使用Shimadzu紫外分光光度计UV-1203，以80%丙酮溶液为空白，在波长663和645 nm处测定叶绿素提取液的光密度值。

1.3.3 可溶性糖含量测定

培养28 d的试管苗新鲜植株取出，采用蒽酮比色法进行测定[11]。

表1 LED光质控制系统Table 1 LED light quality control system

2 结果与分析

2.1 LED不同光质配比对马铃薯‘克新13号’试管苗株高的影响

不同光质对‘克新13号’试管苗株高变化的影响见表2。‘克新13号’脱毒试管苗不同光源下生长7 d后，50R/50B处理下株高最高，与对照（荧光灯）相比差异显著，其余光源处理下（除了100R与100B）株高差异不显著；培养28 d后各处理间株高差异显著，100R处理下株高最高，为13.34 cm。100R处理下‘克新13号’生长速率最大为0.52 cm/d，对照生长速率为0.27 cm/d，50R/50B处理下生长速率最小为0.14 cm/d。100R处理下植株株高生长速率快，然而植株较细弱。

2.2 LED不同光质配比对马铃薯‘克新13号’试管苗根长的影响

不同光质对‘克新13号’试管苗根长的影响见表3。‘克新13号’培养7 d后，各光源处理下试管苗生根状况表现出显著差异，70R/30B处理根系生长最快，与对照处理差异显著，100R处理根长最短；培养14 d后100B处理根长最长，80R/20B、70R/30B和50R/50B处理间根长差异不显著。就生长速率而言红蓝混合光处理下根系生长较快，其中以50R/50B处理下，根系生长速率最快为0.27 cm/d。

表2 LED不同光质配比对‘克新13号’脱毒试管苗株高的影响Table 2 Effects of different light quality ratios of LED on plant height of'Kexin 13'plantlets in vitro

表3 LED不同光质配比对‘克新13号’脱毒试管苗根长的影响Table 3 Effects of different light quality ratios of LED on root length of'Kexin 13'plantlets in vitro

2.3 LED不同光质配比对马铃薯‘克新13号’试管苗鲜重的影响

‘克新13号’试管苗植株鲜重在不同光源处理下7～28 d变化情况见表4。红蓝光混合处理下培养的植株在各个阶段植株鲜重均显著高于其他处理，培养28 d后，50R/50B处理下‘克新13号’植株鲜重最大为0.259 g，80R/20B和70R/30B处理下鲜重次之，100B处理下鲜重最小。从生长速率也可以看出80R/20B、50R/50B处理均为0.009 g/d，高于其他光源处理。

2.4 LED不同光质配比对马铃薯‘克新13号’试管苗叶绿素含量的影响

不同光质对‘克新13号’试管苗培养28 d后的叶绿素含量影响如表5所示。叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素含量均在50R/50B处理下达到最大值，分别为0.493，0.151和0.644 mg/g，叶绿素b最小值出现在100R处理下。红蓝光混合处理下总叶绿素含量与对照差异显著，高于单色光处理，随着红光比例的增大，叶绿素a/b呈下降趋势。

2.5 LED不同光质配比对马铃薯‘克新13号’试管苗可溶性糖含量的影响

不同光质对‘克新13号’试管苗培养28 d后的可溶性糖含量的影响见图1。不同光质处理下‘克新13号’试管苗可溶性糖含量差异显著，50R/50B处理下可溶性糖含量最高，为0.244%；100R处理下可溶性糖含量最低为0.165%；红蓝混合光处理下可溶性糖含量均高于对照，80R/20B和70R/30B处理之间差异不显著，在红蓝混合光处理中，随着蓝光比例的增加，可溶性糖含量也呈增加趋势。

表4 LED不同光质配比对‘克新13号’脱毒试管苗鲜重的影响Table 4 Effects of different light quality ratios of LED on fresh weight of'Kexin 13'plantlets in vitro

表5 LED不同光质配比对‘克新13号’脱毒试管苗叶绿素含量的影响Table 5 Effects of different light quality ratios of LED on chlorophyll content of'Kexin 13'plantlets in vitro

图1 LED不同光质配比对‘克新13号’脱毒试管苗可溶性糖含量的影响Figure 1 Effects of different light quality ratios of LED on soluble sugar content of'Kexin 13'plantlets in vitro

3讨 论

LED光源具有体积小、寿命长、光效率高、能耗小、安全、不易色衰等优点，因此在植物培养中广泛应用[8]。Wilken等[12]研究表明，与荧光灯相比，应用LED光源培养的植株更为健壮。光质对植物生长影响的研究多以红光、蓝光为主，其他光补偿为辅。本研究中，红光促进马铃薯试管苗伸长，蓝光则抑制试管苗株高生长，100R处理下植株生长尽管较快，植株生长状态并不理想，瘦弱易弯曲；红蓝混合光处理下的植株生长较健壮，植株挺立，这与Poudel等[13]在葡萄中的研究结果一致。本试验结果表明100R和100B处理下，‘克新13号’根生长受到抑制，50R/50B处理根的生长速率较其他处理快，处理28 d后，‘克新13号’植株鲜重也显著高于其他处理。Kim等[14]研究表明，红蓝混合光与光敏色素之间相互作用可以促进植株的协调生长。

光质在植物光合作用中起着重要的作用，光质不仅影响植株的光形态建成，也调控着光合色素的合成[15]，这是由于光合色素的吸收光谱不同所致。本研究中，红蓝混合光处理下马铃薯试管苗总叶绿素含量高于单色光及对照处理，Kong等[16]在蝴蝶兰的研究中也得到同样的结论。‘克新13号’试管苗叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素含量最大值均出现在50R/50B处理下，这可能是由于在50R/50B处理下，‘克新13号’光合效率最高，且光源的波长与植物叶绿素吸收峰一致。

Kowallik[17]研究表明，光质具有调节高等植物的碳水化合物代谢的作用。本研究中，‘克新13号’可溶性糖含量在50R/50B处理下最高，这与Li等[18]对陆地棉的研究结果一致。红蓝混合光中，蓝光比例越高，植株中的可溶性糖含量越高，由此表明，红蓝光配比有利于可溶性糖的积累，对植株干物质积累具有重要的调控作用。

LED光源中红蓝光的最佳比例与物种密切相关，例如，草莓[19]、红掌[20]和黄瓜[21]的红蓝光最适比例为70R/30B；陆地棉[18]为50R/50B；香蕉[22]和蝴蝶兰[23]为80R/20B。本研究中，通过‘克新13号’试管苗生长、形态、生理等指标分析表明，培养28 d后100R处理下的‘克新13号’试管苗株高最高，但是细弱，叶绿素含量最低，100B处理下的试管苗矮小，生根较慢，可溶性糖含量低；红蓝光配比处理的马铃薯试管苗较单一红蓝光有明显优势，50R/50B处理下‘克新13号’试管苗根长和鲜重生长速率最快，均高于对照，且在此处理下叶绿素含量和可溶性糖含量达到最大值，均显著高于对照，是适宜马铃薯试管苗生长的最佳光质。今后的工作中会进一步研究LED不同光质对马铃薯不同品种生理及代谢的影响，弥补本试验仅选用‘克新13号’一个品种的局限性，以期为提高马铃薯试管苗品质提供理论指导。