玉簪组培苗对发光二极管光源的生理响应

李奥 张京伟 宫子惠 孙纪霞 杨晓芬 罗珍珍 张英杰 刘学庆

摘要：以“宠物”（Hosta ‘Love Pat）玉簪组培苗为试验材料，设置5个发光二极管（LED）光质处理（100%红光、70%红光+30%蓝光、50%红光+50%蓝光、30%红光+70%蓝光、100%蓝光）以及40、100 μmol/（m2·s）2个光照度处理，以荧光灯为对照，研究不同光质光照度对玉簪生长及光合特性的影响。结果表明，“宠物”玉簪组培苗的增殖效果随着蓝光比例的增加而增强，在纯红光条件下效果最差，在100 μmol/（m2·s）光照度条件下的增殖效果强于 40 μmol/（m2·s）条件的;红光有利于玉簪的伸长生长，对鲜质量、干质量也有促进作用，叶片数在纯蓝光条件下达到最大值。红光比例高的复合光条件较单质光更有利于光合速率、光化学量子效率的提高以及叶绿体色素的形成，在7R3B（70%红光+30%蓝光）条件下，净光合速率最高，达到1.342，且此时受胁迫程度最轻。

关键词：玉簪;光质;光照度;增殖;光合特性

中图分类号： S682.1+90.1

文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2019）15-0166-04

玉簪别称白萼，是百合科玉簪属的多年生宿根植物。玉簪耐寒冷，性喜阴湿环境，不耐强烈日光照射，是重要的耐阴地被植物[1]。玉簪在欧美等国家的园林建设中己经应用了很多年，常用于湿地及水岸边绿化，是世界上销量最大的草本花卉之一[2]。目前，国内外对玉簪的研究主要集中在组织培养、栽培管理等方面[3]，尚未系统地研究光源对其增殖生长和光合特性的影响，难以满足市场对玉簪规模化生产等的需求[4]。

光质为不同波长的太阳光谱，在植物生长发育生理代谢、基因表达、光合作用等生理过程中起着重要的调节作用，是植物生长过程中重要的环境因子[5]。发光二极管（LED）是一种新型人工光源，相比于普通的日光灯、高压钠灯，具有环保、寿命长、使用安全、成本低等优点[6]。目前发达国家已经积极开展LED光源技术在植物设施栽培中的应用，而我国还处于植物栽培领域LED光源技术的发展阶段[7-8]。因此，本试验以“宠物”玉簪为材料，选用LED灯、荧光灯2种光源，通过设置不同光质、光照度处理，研究其对植株增殖和光合特性的影响，以期为LED光源在玉簪栽培上的应用提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试玉簪品种为中国科学院植物研究所于1985年从欧洲引进的“宠物”（Hosta ‘Love Pat）玉簪（通过杂交培育的玉簪品种），本试验于2018年于中国科学院植物研究所进行。

1.2 试验方法

以“宠物”（Hosta ‘Love Pat）玉簪组培苗为试验材料，锥形瓶容积为100 mL，每瓶分装2个芽，培养基配比为MS+0.1 mg/L IBA+2 mg/L 6-BA+30 g/L蔗糖+4 g/L琼脂，调节pH值为5.8～6.2，相对湿度为75%，培养温度为26 ℃。采用30 W可调节的LED灯和飞利浦T5×28W型号的荧光灯，将“宠物”玉簪分别放置在5种不同光质（100%红光、70%红光+30%蓝光、50%红光+50%蓝光、30%红光+70%蓝光、100%蓝光，分别简称R、7R3B、RB、3R7B、B）下，同时以荧光灯为对照（CK），设40、100 μmol/（m2·s）2个不同梯度的光照度，光源距离瓶口20 cm，光照时间为10 h/d，每種处理设15瓶，3个重复，每5 d观察1次并记录观察结果。增殖芽数的测定取生长50 d后的玉簪，测量并计算平均值。形态指标的测定取生长50 d后的玉簪，每个处理各取5瓶，分别测定鲜质量、干质量。叶绿体色素含量的测定参考Arnon的方法[9]。净光合速率参数的测定和叶绿素荧光参数的测定均使用LI-6400便携式光合仪（LICOR Inc，USA）。

1.3 处理与分析

用Excel 2017对数据进行处理，用IBM SPSS Statistics21对数据进行方差分析，用Duncans法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 光照对“宠物”（Hosta ‘Love Pat）玉簪组培苗增殖和生长的影响

由表1可知，不同光质对“宠物”（Hosta ‘Love Pat）玉簪组培苗的影响较小，芽的数量（由增殖率看出）随着蓝光的增加呈逐渐上升的趋势，当蓝光比例达到100%时，增殖率为356，此时增殖效果最好，较荧光灯提高了16.34%;当红光比例达到100%时，增殖率为2.62，此时增殖效果最差，较荧光灯对照组降低了14.38%。不同光质对株高、叶数、鲜质量、干质量均有显著影响，株高整体上随着红光比例的增加而显著提高，最高达到 72.19 mm，较荧光灯对照组增加了3054%。在3R7B的光质条件下株高最低，较对照组降低了5.17%，仅为52.44 mm。叶片数在纯蓝光培养下达到最大值14.28张，较荧光灯对照组增加了24.17%，在纯红光下最少，为11.20张，较对照组减少了2.61%。鲜质量在纯红光条件下达到最高值 1.298 g，较荧光灯对照组增加了74.70%，荧光灯对照组鲜质量最小，仅为0.743 g。干质量在纯蓝光条件下达到最大值 0.122 g，较对照组增加了43.53%，在3R7B条件下最低，仅为0.084 g，较对照组减少了1.18%。

由表2可知，不同光照度则对“宠物”玉簪的影响较大，在100 μmol/（m2·s）光照度条件下的增殖率为3.42，较 40 μmol/（m2·s）光照度处理增加了19.16%。光照度对株高、叶片数、鲜质量、干质量也有较显著的影响，在低光照度下的株高较高，在光照度为40 μmol/（m2·s）时达到59.56 cm，较100 μmol/（m2·s）时增加了4.38%。叶片数随着光照度的提高而有所增加，在100 μmol/（m2·s）时，叶片数为12.97张，较40 μmol/（m2·s）时增加了6.40%。光照度对鲜质量、干质量均没有显著影响。由表3可知，不同光质和光照度对“宠物”玉簪的增殖具有显著影响，在3R7B×100 μmol/（m2·s） 时效果最好，增殖率达到3.76;在CK×40 μmol/（m2·s）时效果最差，增殖率为2.40。组培苗株高在R×40 μmol/（m2·s）、B×100 μmol/（m2·s）处理时分别达到最大值78.46 mm与最小值50.39 mm。在B×100 μmol/（m2·s）处理下叶片数最多，在CK×40 μmol/（m2·s） 处理下叶片数最少，分别为15.08、9.24张。在R×40 μmol/（m2·s）处理下的鲜质量最大，为 1.673 g;在3R7B×100 μmol/（m2·s）处理下鲜质量最低，为0.686 g。在B×100 μmol/（m2·s）处理下的干质量最大，为0.150 g，在3R7B×100 μmol/（m2·s）处理下的干质量最小，为0.080 g。

2.2 光照对“宠物”（Hosta ‘Love Pat）玉簪组培苗叶绿体色素含量的影响

由表4可知，光照度对“宠物”玉簪叶绿体色素含量的影响较小，但光质对叶绿素b、叶绿素a+b、类胡萝卜素含量的影响较大，在RB处理下含量较高，荧光组（CK）较低，B×100 μmol/（m2·s）组也较低。在3R7B处理下，叶绿素b的含量大于荧光组和纯蓝光组。光质和光照度的相互作用对叶绿素b、叶绿素a+b、类胡萝卜素含量同样具有显著影响，均在3R7B×100 μmol/（m2·s）处理下达到最大值，分别为0.270、0.220、1.351 mg/g。对叶绿素a的影响较小，这与单因素光质对叶绿素含量的影响相同。结果表明，在复合光培养条件下有利于叶绿体色素的形成，在一定范围内，叶绿体色素含量随着红光比例的提高而增加。

2.3 光照对“宠物”（Hosta ‘Love Pat）玉簪组培苗净光合速率的影响

由表4还可以看出，不同光质对“宠物”玉簪的净光合速率影响显著，在复合光条件下净光合速率增高，在7R3B×40 μmol/（m2·s） 处理下最高，较荧光灯条件有明显的提高;在纯蓝光条件下最低，为0.309 μmol/（m2·s），较对照组降低了14.17%。不同光照度对净光合速率也有显著影响，玉簪在光照度为 40 μmol/（m2·s） 时的净光合速率为 1.241 μmol/（m2·s），较光照度为 100 μmol/（m2·s） 时提高了244.7%。在光质和光照度的相互作用下，“宠物”玉簪在7R3B×40 μmol/（m2·s）条件下的净光合速率最高，达到1.342 μmol/（m2·s），在B×40 μmol/（m2·s）条件下的净光合速率最低，为0.344 μmol/（m2·s）。

2.4 光照对“宠物”（Hosta ‘Love Pat）玉簪组培苗光化学量子效率的影响

从单因素看，光质对“宠物”玉簪的影响显著，随着蓝光的增加，植株受胁迫的程度越严重。光照度对玉簪光化学量子效率的影响较小，在 100 μmol/（m2·s） 时的受胁迫程度较40 μmol/（m2·s）时的轻。从光质和光照度的相互作用来看，玉簪在7R3B×100 μmol/（m2·s） 处理下未受到胁迫，在B×40 μmol/（m2·s） 处理下的受胁迫程度最重，分别为0774、0.588。

3 讨论

近年来，许多学者在有关光质对植物组培的作用方面进行了相应研究，杨长娟等通过研究LED不同光质对洋桔梗组培苗增殖的影响，得出红蓝混合光质处理的组培苗增殖量高于单质光的结论[10]。李黎等对菊花组培苗的研究也得出，在红蓝光比例为2 ∶ 1的条件下，组培苗的增殖效果最好[11]。此外，对高山杜鹃[12]、蝴蝶兰的研究[13]均得出类似结论。由上述研究结果看出，复合光源更能促进组培苗的增殖效果，本研究也得出类似的结论。另有研究显示，红蓝复合光质有利于植株叶绿体色素的形成，马蹄莲[14]、黄瓜[15]、蝴蝶兰[13]、棉花[16]植株内的叶绿体色素含量随着蓝光比例的提高而增加，即在复合光中，蓝光更有利于叶绿体色素的形成。这与本试验得到的结果有所不同，“宠物”玉簪在复合光质处理中红光比例较大的情况下，叶绿体色素含量也较高，这可能与叶片颜色有关，“宠物”玉簪的叶片颜色与其他玉簪品种不同，呈蓝灰色，因而对光谱中蓝色光反射得较多，吸收得较少，对红光吸收得较多。因此在复合光质中，“宠物”玉簪的叶绿体色素含量及净光合速率随着红光比例的提高而增加，这与蒲高斌等对番茄的研究结果[17]一致。

光合作用产生的能量主要作用于热能、光合驱动和叶绿体荧光。其中叶绿体荧光产量是表示植物是否受到胁迫的最早表现。通过叶绿素荧光技术可以快速了解植物的受害状况、抗逆性强弱。光系统Ⅱ中的电子流动可以表现出总体的光合速率特征[18]。在暗適应中测得的Fv/Fm可以反映潜在PSⅡ的最大量子效率，用于植物光合能力灵敏程度的指示。储钟希等研究表明，复合光质中红光条件下的黄瓜叶片PSⅡ活性和原初光能转换效率比其他光质条件下的高，受到的胁迫程度较轻[19]，与本试验得到的结果相似。

4 结论

本试验以“宠物”玉簪为试验材料，通过不同光质、光照度的设置，分析得出LED光质对玉簪的增殖具有显著影响，在纯蓝光质时组培苗的增殖效果最好，增殖率在光照度为100 μmol/（m2·s）时较光照度为40 μmol/（m2·s）时明显提高。在光质和光照度的共同作用下，分析得出最适合“宠物”玉簪增殖的光照条件为3R7B×100 μmol/（m2·s）。对玉簪叶片数、鲜质量、干质量、株高的研究结果表明，在R×40 μmol/（m2·s） 处理下，株高、鲜质量最大，在B×100 μmol/（m2·s） 处理下，叶片数、干质量达到最大值。LED光质和光照度同样对叶绿体含量具有显著影响，在复合光质中红光比例较大的条件下，叶绿体色素含量最高。本试验同样得出，当红蓝光比例为7 ∶ 3时，玉簪的受胁迫程度最低，在7R3B×40 μmol/（m2·s）处理下未受到胁迫，此时植株的光合速率利用率最高，光抑制程度也最低。

当然，植物的生长还受到激素、微量元素、温度等其他因素的影响[20-22]，本试验仅着重研究LED光源对玉簪增殖生长及光合特性的影响，未对其他因素作出验证。因此，下一步将结合其他因素的协同影响，对玉簪组培苗发育作出更加全面的测定分析，为LED光技术在玉簪栽培上的应用提供一定的理论依据。

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