LED 不同反光及照光方式对非洲菊组培苗生长的影响

王 政，张春玲，何松林，2，尚文倩，贺 丹，申玉晓，刘艳楠，宋盈龙，孙宇科

（1. 河南农业大学风景园林与艺术学院，河南 郑州 450002；2. 河南科技学院园艺园林学院，河南 新乡 453003；3. 杞县住房和城乡规划建设局，河南 杞县 475299）

非洲菊（Gerbera jamesoniiBolus）是菊科多年生宿根草本植物，又称扶郎花、灯盏花，是世界著名五大切花之一，因其风韵秀美，花形独特优美，花大而色泽艳丽，花色丰富，广受人们喜爱[1‐3]。非洲菊于20 世纪80 年代被引入我国，目前国内研究主要集中在切花保鲜、组织快繁、栽培管理等方面[4‐7]。非洲菊组培苗是实现其产业化生产的重要植物材料，通过调控组培微环境来提高非洲菊组培苗的快繁效率是重要的研究方向[8‐9]。

光是调节植物生长发育的重要因子，植物的种子萌发、生长发育、开花结果和衰老死亡都离不开光的调节；光质、光照强度、光周期、照光方式等因素是光环境的重要组成成分，对植物的生长发育都有显著的影响[10‐13]。在光质方面，LED 以其节能高效环保的优点被广泛应用于红掌、百合、蝴蝶兰等植物[14‐22]中。目前，关于光调控非洲菊生长发育的研究大多集中在不同光质及光照强度方面[7，9，23]，但有关不同反光及照光方式对非洲菊的影响研究鲜见报道。鉴于此，以非洲菊为试验材料，研究LED不同反光及照光方式对其组培苗形态和生理特性的影响，以期为提高非洲菊组培苗的工厂化育苗效率提供理论依据和技术支持。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试材料为非洲菊瑞扣（Gerbera jamesoniiBolus），购于山东德州世纪风园艺有限公司。以100 mL 三角瓶为培养容器，将购买的非洲菊试管苗接种于MS+6-BA 0.1 mg/L+KT 0.1 mg/L+蔗糖30 g/L+琼脂7.0 g/L（pH=5.8）固体培养基上，在常规培养条件［温度（24±1）℃，光照强度2 000 µmol/（m2·s），光照时间12 h/d］下进行壮苗培养。非洲菊试管苗经20 d 左右培养后，选取生长状况及规格一致的组培苗（苗高约2.5 cm）切根后作为供试材料。

1.2 试验方法

将无根组培苗在无菌条件下均匀接种在1/2 MS+IBA 0.5 mg/L+IAA 0.5 mg/L+蔗糖30 g/L+琼脂7.0 g/L（pH=5.8）固体培养基上，以罐头瓶为培养容器，每瓶接种5 株组培苗。选用红光和蓝光LED作为照光光源，其中红光波长（660±20）nm、蓝光波长（460±20）nm[13‐15]，设计8 种反光及照光结构（不同光源倾斜角度+不同结构反光膜+纳米导光板：76.39°+M 形+纳米导光板、79.89°+M 形+纳米导光板、82.59°+凸形+纳米导光板、86.87°+拱形+纳米导光板、69.77°+平面形+纳米导光板、90°+平面形+纳米导光板、180°+纳米导光板、180°），将组培苗置于实验室自行研发的高效节能LED 照光系统中进行培养，以传统荧光灯组培架作为对照（CK），处理方式见表1。非洲菊组培苗的培养条件统一设置为LED 红蓝光比例8∶2，光照时数16 h/d（8：00—24：00），培养温度（24±1）℃，培养时间30 d。

续表1 不同反光及照光方式对非洲菊组培苗生长影响试验设计Tab.1（Continued） Experimental design on the effects of different reflecting and lighting methods on the growth of tissue culture seedlings of Gerbera jamesonii

1.3 测定指标及方法

经30 d 培养后测定非洲菊组培苗的相关指标。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、地上部鲜质量和地下部鲜质量；总干质量、地上部干质量、地下部干质量；全干物率、地上部干物率和地下部干物率。叶片下表皮气孔观察采用DAMI 等[24]的指甲油印模法；叶绿素含量采用无水乙醇和丙酮混合液提取法测定[25]；可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝法测定[26]；根系活力采用李合生[27]的TTC法测定。

1.4 数据处理

每项指标测定均设3 次重复，取其平均值。试验数据采用邓肯氏新复极差测验法（SSR法）测验不同处理的差异显著性，显著水平P≤0.05。数据采用DPS 7.05、Excel 2016和Origin 2019进行分析。

2 结果与分析

2.1 不同反光及照光方式对非洲菊组培苗形态的影响

由表2 可知，不同反光及照光方式处理对非洲菊组培苗株高、叶数和根长等形态指标的影响存在差异。株高方面，处理2、处理3 的株高高于CK 但差异不显著，其中，处理2株高最高，达到43.39 mm；处理5 株高最低，仅为31.70 mm，与CK 差异显著。叶数方面，除处理5 外其他7 个反光及照光方式处理的叶数均高于CK，处理3 叶数最多，平均叶数达到9.50 片，其次为处理7，各处理间差异不显著。叶长方面，处理5、处理6、处理1 的叶长依次变短，与CK 差异不显著。除处理5外，其他处理的叶幅均低于CK，处理5 的平均叶幅达到11.31 mm。根数方面，CK 的平均根数达到5.33 条，优于其他各反光及照光方式处理。在最长根长方面，处理1 的最长根长最长，达到36.53 mm，其次为处理5，达到33.75 mm，两者之间没有显著差异，但均显著优于其他处理。

表2 不同反光及照光方式对非洲菊组培苗形态的影响Tab.2 Effects of different reflecting and lighting methods on the morphology of tissue culture seedlings of Gerbera jamesonii

由表3可知，整株鲜质量和地上部鲜质量方面，处理2 的效果最佳，其整株鲜质量为314.82 mg，地上部鲜质量为211.53 mg，均高于CK；地下部鲜质量方面，处理6、7、2中相对较高，均优于CK，但差异不显著。干质量方面，不同反光及照光方式处理下非洲菊组培苗的整株干质量、地上部干质量和地下部干质量均低于CK。

表3 不同反光及照光方式对非洲菊组培苗鲜质量和干质量的影响Tab.3 Effects of different reflecting and lighting methods on fresh weight and dry weight of tissue culture seedlings of Gerbera jamesonii

由图1 可知，不同反光及照光处理下非洲菊的总干物率、地上部干物率和地下部干物率均低于CK。除CK 外各处理中，处理5 的地上部干物率和总干物率均最高，分别为12.13%、11.12%，而其地下部干物率为8.47%，略低于处理8和处理1；处理1的地上部干物率及总干物率略低于处理5，但均高于其他处理；处理4 的地下部、总干物率均最低，分别为6.10%、8.62%。

图1 不同反光及照光方式对非洲菊干物率的影响Fig.1 Effects of different reflecting and lighting methods on dry matter rate of tissue culture seedlings of Gerbera jamesonii

2.2 不同反光及照光方式对非洲菊组培苗叶片下表皮气孔的影响

由表4 可知，不同反光及照光方式对非洲菊叶片下表皮气孔的影响存在显著差异。其中，处理4中气孔密度最高，达到126.99 个/mm2，其次为处理7、6、3、2和CK，且差异不显著，但均显著高于处理8（99.21 个/mm2）和处理1（73.42 个/mm2）。处理1、5、8 的气孔大小和气孔面积均高于其他处理，但三处理间差异不显著。处理3 中气孔长度最小，为39.75µm，显著小于处理1、8、5、CK、2，但与处理4、7、6差异不显著。气孔宽度和气孔面积在处理3、6、CK中相对较小，且显著低于处理5、8、1、4。

表4 不同反光及照光方式对非洲菊叶片下表皮气孔的影响Tab.4 Effects of different reflecting and lighting methods on stomata in the lower epidermis of leaves of tissue culture seedlings of Gerbera jamesonii

2.3 不同反光及照光方式对非洲菊组培苗叶绿素含量的影响

由图2可知，叶绿素a含量在处理4、3、2中相对较高，分别为0.066、0.064、0.062 mg/g，显著高于CK和处理1。叶绿素b 含量在处理1 和3 中相对较高，分别为0.029、0.028 mg/g，但是各处理间差异不显著。叶绿素总含量在CK 中最小，且显著低于其他处理，而其他处理间差异不显著，在处理3 和4 中相对较大，分别达到0.092、0.091 mg/g。

2.4 不同反光及照光方式对非洲菊组培苗可溶性蛋白含量的影响

如图3 所示，不同反光及照光方式对非洲菊可溶性蛋白含量的影响较为显著。其中，处理8 中可溶性蛋白含量最高，达到46.99 mg/g，显著高于其他处理，其次为处理3（40.05 mg/g）、6（39.24 mg/g）、5（36.31 mg/g）。处理1 中可溶性蛋白含量最低，为29.54 mg/g。

图3 不同反光及照光方式处理对非洲菊组培苗可溶性蛋白含量的影响Fig.3 Effects of different reflecting and lighting methods on soluble protein content of tissue culture seedlings of Gerbera jamesonii

2.5 不同反光及照光方式对非洲菊组培苗根系活力的影响

由图4 可知，不同反光及照光方式对非洲菊组培苗根系活力具有显著影响。处理6 根系活力最高，显著高于其他处理。其次为处理1、4 和CK，均显著高于处理3、5、8、7 和2。处理2 最小，为913.16 mg/（g·h）。

图4 不同反光及照光方式处理对非洲菊组培苗根系活力的影响Fig.4 Effects of different reflecting and lighting methods on root activity of tissue culture seedlings of Gerbera jamesonii

3 结论与讨论

研究表明，反光膜因其独特的反光特性，可有效提高光能利用率，其在植物培养过程中的充分应用，可显著提升植物光合速率，促进初生及次生代谢产物的合成与积累，提高植物的品质[28‐30]。本研究探讨了不同反光及照光方式对非洲菊组培苗生长的影响，结果表明，LED 反光及照光方式处理1—8 中非洲菊组培苗的叶数、叶长、整株鲜质量、地下部鲜质量、气孔密度、叶绿素a 含量、叶绿素b 含量、叶绿素总含量及可溶性蛋白含量等整体优于CK，说明与传统荧光灯相比，不同反光及照光方式处理更有利于非洲菊组培苗的生长发育及代谢产物的合成与累积，这与前人对桃[28]、苹果[29]、梨[30]、葡萄[31‐32]等研究结果一致。但是处理1—8对非洲菊根部发育的影响存在较大差异，其中处理6、1、4 的根系活力均高于CK，但其根数却均低于CK，而最长根长在处理1、5、3、2 中表现较佳，说明不同反光及照光方式处理对非洲菊根部发育的影响较为复杂，而非单一因素或多因素的叠加效应，该现象与李志强等[33]关于反光膜处理对葡萄根系生长影响的研究结果相似。

反光处理可增强光照反射，弥补光照不足，改善光照条件，促进植物生长发育[30‐32]。物质的合成与积累是衡量植物光合效率的重要指标之一。刘林等[31]研究发现，添加反光膜处理可增强京秀葡萄叶幕下方的光照强度，有助于葡萄鲜质量积累，提升果实品质。本研究发现，处理1—4 中，株高、叶数、叶幅、根数、整株鲜质量、地上部鲜质量、地下部鲜质量、整株干质量、地上部干质量、地下部干质量、可溶性蛋白含量等指标随照光光源倾斜角度的增大整体呈先升后降的趋势；而叶长、最长根长、地上部干物率、地下部干物率、总干物率、气孔大小、气孔面积、根系活力呈先降后升或降低趋势；叶片下表皮气孔密度、根数则呈随之逐渐增大的趋势。该现象可能是由于随着照光光源倾斜角度增大，非洲菊组培苗的光照条件发生改变，使其有效光辐射面积增加，间接提高了其光能利用率和光合作用，加速其生长发育速率，进而促进其干物质的合成与积累，这与前人研究结果一致[30‐32]。同时，本研究发现，8 种反光和照光方式处理中非洲菊组培苗的整株干质量均低于CK，与周君等[28]的研究结果存在差异，可能是由于植物品种及光照环境存在差异所致。

光合作用是植物生长发育的基础，叶片是光合作用的主要场所之一，叶绿素含量的多少与光合速率密切相关[28，30]。前人研究表明，反光膜处理可提高叶片的叶绿素含量和气孔导度，进而增强其光合效率[30]。魏星等[34]研究发现，反光处理可有效提高菊花组培苗的叶幅，从而增加其有效光合作用面积。王立如等[32]发现，反光膜的应用可提高巨峰葡萄叶绿素含量及水分利用率。本研究发现，处理1、5、8 的气孔大小和气孔面积均优于CK，且其叶绿素a 含量、叶绿素总含量也均高于CK，该结果与王立如等[32]的铺设反光膜可显著提高葡萄叶片叶绿素含量和光合速率的研究结果一致。而处理4则对非洲菊气孔密度、叶绿素a 含量及叶绿素总含量等相关指标的促进效果较佳。可见，不同反光及照光方式对非洲菊光合效率及初生、次生代谢产物的积累具有复杂的调控作用。

综上所述，LED 不同反光及照光方式处理对非洲菊有效光能利用率及其生长发育的影响存在显著的差异。其中，处理4可有效促进其气孔密度、气孔大小、气孔面积、叶绿素含量等光合相关指标的提高，说明处理4 为更有利于其光合作用和地上部生长发育的照光方式；处理1可显著促进其根长、根系活力、地下部干物率及总干物率的提升，说明处理1 为更利于其根系生长和干物质积累的照光方式。LED 反光及照光处理对非洲菊组培苗生长的影响并非某一单因素或多因素的简单叠加效应，其调控机制相对复杂，其具体作用机制有待进一步研究探讨。