LED光源对3个玉簪品种叶片净光合速率的影响

任倩倩，张京伟，王新语，刘学庆，张英杰，杨晓芬，孙纪霞

（1.烟台大学生命科学学院，山东 烟台 264005；2.烟台市农业科学研究院，山东 烟台 265500；3.五洲丰农业科技有限公司，山东 烟台 264000）

光在植物的生理生化过程中起着至关重要的作用。植物组织培养中最常用光源为荧光灯、白炽灯和LED。通过对荧光灯和白炽灯的利用研究发现，植物除吸收有效波长外，还吸收其它无效波长。相对而言，LED可以减少能耗，具有较高的光电转化效率［1］，近几年已应用于非洲菊［2］、红掌［3］、金线莲［4］、蝴蝶兰［5］等花卉的组织培养中，成为组培苗生长发育研究的热点。

玉簪为百合科玉簪属多年生宿根草本花卉，其叶色丰富、叶形多变、花朵娇艳，是一种优良的花叶共赏且耐阴的地被植物，在城市园林绿化中发挥着重要作用［6，7］。目前，为解决分株繁殖系数较低问题，玉簪的规模化繁育主要采用组织培养方式。然而，组培过程中的一些关键技术问题，尤其是高效、快速、低能耗的培养体系尚不够成熟。因此优化组培方案，改进玉簪生长、繁殖环境，进而提高组培苗的生长速率是玉簪属植物组培育苗的重中之重。杨锁宁等［8］研究表明，红光有利于植物生长，而蓝光抑制茎的伸长。460 nm左右的蓝光和660 nm左右的红光是植物最需要的光波，对植物生长发育起关键性作用［9］。但玉簪属植物组培过程中，不同光质和光强对其光合作用的影响尚不明确［10］。基于此，本试验以3个玉簪品种组培苗为材料，研究五种光质及两种光强对其净光合速率的影响，旨在进一步明确栽培环境中光质、光强互作条件对玉簪苗分化、生长的影响，为玉簪组培苗的快速繁育提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料为继代4次的玉簪品种‘宠物’（Hosta‘Love Pat’）、‘精毯’（Hosta‘Ground Master’）和‘黄皱叶’（Hosta‘Huangzhouye’）的组培苗。

1.2 试验方法

采用30 W 的LED植物照明灯作为试验光源，光强分别设置为40 lx和100 lx，不同光质处理分别为100%红光（R）、70%红光+30%蓝光（7R3B）、50%红光+50%蓝光（RB）、30%红光+70%蓝光（3R7B）、100%蓝光（B），以飞利浦T5 28 W 荧光灯（50%红光+35%绿光+15%蓝光）为对照（CK），共计10组处理和2组对照，部分处理见图1。光源距瓶口均为20 cm。培养瓶容积100 mL，每瓶放置两个芽。每品种处理15瓶，重复3次。

图1 40 lx光强条件下不同光质配比的LED光源与荧光灯

1.3 净光合速率的测定

采用LI-6400便携式光合仪（LICOR Inc，USA）测定叶片净光合速率。于晴天上午8∶00之后，每处理选取植株健壮、叶多且叶面积较大的3棵组培苗，每棵测量3片叶。仪器采用开放式气路，每测量一个处理设置一次光质配比和光强大小。

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2019软件进行数据处理，IBM SPSS 21.0软件进行方差分析，Duncan’s法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 光质对3个品种玉簪组培苗叶片净光合速率的影响

5种光质处理和对照在40 lx和100 lx两种光照强度下玉簪叶片净光合速率的平均值结果如表1所示，可知光质对3个品种玉簪组培苗叶片净光合速率具有明显影响，且部分处理间差异显著（P＜0.05）。其中‘宠物’玉簪叶片净光合速率对光质的响应较为强烈，7R3B处理的净光合速率最高，达到1.070μmol/（m2·s），高于对照12.63%；B处理最低，仅为0.326 μmol/（m2·s），比对照降低65.68%。不同光质对‘黄皱叶’玉簪叶片净光合速率的影响也较为明显，表现为RB处理最高，为1.033μmol/（m2·s），高于对照8.17%，7R3B处理稍高于对照，3R7B处理最低，比对照降低27.85%。‘精毯’玉簪的叶片净光合速率受光质影响小，各处理间差异不显著，7R3B条件下净光合速率最高，比对照高出11.33%，B处理最低，为1.038 μmol/（m2·s），比对照降低18.91%。由此可见，不同光质条件对‘宠物’玉簪叶片净光合速率的影响较大，该品种适合作为分析外界光源影响的模式玉簪品种。从不同光质对玉簪组培苗的影响来看，红光比例较高的复合光源7R3B比较利于叶片净光合速率的提升，7R3B处理的‘宠物’和‘精毯’玉簪组培苗的叶片净光合速率最高，‘黄皱叶’品种的较高。蓝光比例较高则对叶片净光合速率具有消极影响。

表1 不同光质对3个品种玉簪叶片净光合速率的影响 ［μmol/（m2·s）］

2.2 光强对3个品种玉簪组培苗叶片净光合速率的影响

不同光强条件下，5种光质处理及对照的玉簪叶片净光合速率平均值结果如表2所示，可知光强对3个玉簪品种的影响与光质的影响较为一致：‘宠物’玉簪对光强较为敏感，而‘精毯’玉簪对光强不敏感，不同光强条件下无明显差异。‘宠物’和黄皱叶’玉簪在100 lx光强下的叶片净光合速率均显著高于40 lx。

表2 不同光强对3个品种玉簪叶片净光合速率的影响 ［μmol/（m2·s）］

2.3 光质和光强互作对3个品种玉簪组培苗叶片净光合速率的影响

由表3可以看出，‘宠物’玉簪在CK×40 lx处理下的叶片净光合速率最高，达到1.541μmol/（m2·s），其次是7R3B×40 lx处理，B×100 lx处理最低，仅为0.309μmol/（m2·s）。‘黄皱叶’玉簪在RB×40 lx处理条件下叶片净光合速率最高，达到1.153 μmol/（m2·s），其次是CK×40 lx处理，3R7B×40 lx处理的叶片净光合速率最低，为0.685μmol/（m2·s）。而‘精毯’玉簪叶片净光合速率在7R3B×100 lx处理下最高，其次为CK×40 lx处理，RB×100 lx处理下最低。综上可知，荧光灯光源对玉簪组培苗叶片净光合速率的影响优于LED光源，其在‘宠物’玉簪上表现的最为明显。

表3 不同光质和光强组合对3个品种玉簪叶片净光合速率的影响 ［μmol/（m2·s）］

由表4可以看出，光质和光强互作对‘宠物’玉簪叶片净光合速率有极显著影响（P＜0.01），对‘黄皱叶’和‘精毯’玉簪有显著影响（P＜0.05）。

表4 光质和光强互作对3个品种玉簪叶片净光合速率影响的方差分析

3 讨论与结论

LED是一种具有高光能利用效率、体积小、稳定性强、光谱性能好、寿命长等优点的新型光源，在植物组织培养中表现出逐渐取代传统光源的趋势［11，12］。LED光源可通过调整辐射光谱的波段控制红光、蓝光的比例，使其波段完全处于植物可吸收的范围，从而使光能完全被植物利用，大大提高生物能效［13］。

除光照强度、光照时间能够对植物生长发育产生影响外，光质也是一个重要影响因子［14］，其对组培苗的伸长生长与生物量积累均具有一定促进作用［15］。光合速率的高低是衡量植物生长的重要指标，通常光合速率高的植物能在短时间内快速积累大量营养物质，更有利于植物形态建成。蒲高斌等［16］研究发现，红光、蓝光处理下的番茄光合速率显著高于对照与黄光、绿光等处理，说明红光、蓝光条件下番茄幼苗水分代谢比较旺盛。Kim等［17］发现菊花净光合速率在红蓝复合光条件下达到最大，在纯蓝光下最低。本试验结论同样证实，不同光质比例对玉簪组培苗的净光合速率存在明显影响，‘宠物’、‘精毯’玉簪组培苗的叶片净光合速率在70%红光+30%蓝光条件下达到最高，‘黄皱叶’玉簪则在50%红光+50%蓝光条件下达到最高值，‘宠物’、‘精毯’玉簪在纯蓝光条件下净光合速率最低。这与谢苗苗等［18］在研究不同LED光质对矾根组培苗生长指标影响时得出的结论一致。而‘黄皱叶’玉簪的叶片净光合速率在纯蓝光条件下较低，在30%红光+70%蓝光下最低。因此，红光比例较高的复合光源比较利于组培苗净光合速率的提升。这与刘振威［19］、陈星星［20］等分别对辣椒、白掌的研究结果较为一致。而蓝光对于玉簪组培苗的光合作用起到一定的抑制作用，但蓝光的这一作用是否强于黄光、绿光本试验未做证实。

通过对光强的研究，本试验得出‘宠物’和‘黄皱叶’玉簪对光照条件改变较为敏感，‘精毯’玉簪则较为迟钝。但‘精毯’玉簪在不同光照条件下的叶片净光合速率均较高，对光照吸收利用最为有效。当然也存在另外一种可能，就是‘精毯’玉簪在光强高于40 lx的净光合速率处于较高水平，仅在低于40 lx时才有所降低。与单一因素影响结果不同的是，光质、光强互作对试验结果产生不同效果。‘宠物’玉簪组培苗叶片净光合速率在弱光条件下表现两个极端，分别在CK×40 lx和B×40 lx处理时达到最高值和最低值。而‘精毯’玉簪则在强光条件下出现生长极端，分别在7R3B×100 lx与RB×100 lx条件下达到最高和最低值。同时，在同一光质条件下，‘宠物’和‘精毯’玉簪净光合速率有一半以上在40 lx下的数值大于100 lx。这说明高光强有时反而不利于植物生长，可能在促进植物生根的同时降低了植物光合作用，或是促进植物某些初级代谢产物积累的同时降低了次级代谢产物的积累［21］。

综上，本研究得出‘精毯’玉簪的叶片净光合速率明显高于其它两个品种，进一步说明‘精毯’玉簪对于不同光照条件的吸收利用最为高效；低强度的LED灯对‘宠物’和‘黄皱叶’玉簪品种净光合速率较为有利。因此，低强度的LED灯对玉簪品种的扩繁、生产最为节能和高效。