LED不同照光角度对金叶复叶槭组培苗生长发育的影响

王 政,程 珊,何松林,2*,尚文倩,宋盈龙,刘艳楠 石力匀,申玉晓,贺 丹

(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)

0 引言

【研究意义】金叶复叶槭(Acernegundo‘Aurea’)属无患子科(Sapindaceae)槭属(Acer),以其叶色金黄的独特优势,已发展成为园林绿化中重要的彩色叶树种之一[1-2]。目前,金叶复叶槭主要采用组培技术进行繁殖,在保持品种优良性和一致性的同时加快了繁殖速度。在组织培养繁殖过程中,光照、温度、湿度是植物生长发育的重要环境影响因子,光作为最重要的调节因子之一,在调节植物整个生命周期的生长代谢方面具有重要作用[3]。因此,研究适宜金叶复叶槭组织培养的照光条件,是金叶复叶槭工厂化育苗的关键,对促进金叶复叶槭的市场化应用具有重要作用。【前人研究进展】植物组织培养技术中植物生长必需的光照条件主要由传统荧光灯以及LED提供,与传统荧光灯相比,贴片式LED具有发光均匀、散热性好、体积小以及散射角度大等优势[4-5],但不同LED照光系统对植物组织培养影响的相关研究主要集中在光质、光强等方面,如不同光质对桉树[6-7]、铁皮石斛[8-9]、朱顶红[10]、杜鹃[11-12]、玉簪[13-14]、牡丹[15-16]、百合[17]等组培苗的影响。【研究切入点】目前,关于金叶复叶槭组培相关研究主要集中在快繁体系建立和技术研究上,对组培过程中光照角度的影响研究鲜见报道。【拟解决的关键问题】以金叶复叶槭为研究材料,研究不同照光角度对金叶复叶槭组培苗生长和生理特性的影响,明确适宜的照光角度,为金叶复叶槭组培苗大规模生产应用提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

金叶复叶槭组培苗购于河南省农业科学院,将购买的组培苗接种于木本植物常用固体培养基WPM上,并添加0.05 mg/L IBA ,在温度(24±1)℃、光照强度25 μmol/(m2·s)和光照时间为12 h/d的常规条件下培养30 d后,选取生长状况及规格一致的组培苗(苗高约2.5 cm)作为供试材料。

1.2 试验设计

采用自行研究制作的LED光照组培系统,LED照光方式共8个处理(表1),每处理5瓶,6次重复,以传统荧光灯组培架作对照。不同处理培养光照时数均为12 h/d(8：00—24：00),培养温度均为(24±1)℃。

表1 金叶复叶槭组培苗不同照光角度处理Table 1 Different lighting angle treatments for Acer negundo ‘Aurea’ tissue culture seedlings

1.3 测定项目及方法

将接种好的金叶复叶槭组培苗培养60 d后,测量其形态指标和生理指标。形态指标包括株高、叶数、叶长、叶幅(试管苗自上而下的第3片叶)、根数、最长根长、总鲜重、地上部鲜重、根部鲜重、总干物重、地上部干物重、根部干物重、全干物率、地上部干物率和根部干物率。生理指标包括叶绿素含量、可溶性蛋白含量和根系活力,叶绿素含量采用无水乙醇和丙酮混合液提取法测定[18],可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝法测定[19],根系活力测定采用TTC法测定[19]。每项指标测定均重复3次,取其平均值。

1.4 数据统计与分析

采用SPSS 25.0、Excel 2019进行数据分析,邓肯氏新复极差测验法(SSR法)测验不同处理的差异显著性。

2 结果与分析

2.1 不同照光角度处理金叶复叶槭组培苗的形态指标

2.1.1 株高、叶数、叶长、叶幅、根数和最长根长 从表2看出,经过60 d的培养后,LED不同照光角度处理金叶复叶槭组培苗的株高、叶数、叶长整体高于CK,且均以处理8最高,分别为88.20 mm、12.67片和21.41 mm;处理5次之,分别为65.85 mm、12.00片和19.29 mm。叶幅除处理1外均高于CK,以处理5最宽,达19.47 mm;其次为处理3,为18.06 mm。根数均低于CK,以处理4最多,为9.67条;处理7次之,为9.17条。最长根长均低于CK,以处理5最长,达71.98 mm;其次为处理6,为53.24 mm。差异显著性分析表明,株高：处理8、处理7和处理3间差异不显著,但均显著高于CK;叶数：除处理1和处理6与CK间差异不显著外,其余处理均显著高于CK,其中,处理8与处理5均显著高于其他处理;叶长和叶幅：LED不同照光角度处理间及其与CK间差异均不显著;根数：除处理8显著低于CK外,其余处理及与CK间差异均不显著;最长根长：LED不同照光角度处理均显著低于CK,处理5除与处理6、处理7间差异不显著外,均显著高于其他处理。

表2 不同LED照光角度处理金叶复叶槭组培苗的形态指标Table 2 Morphology index of A. negundo ‘Aurea’ tissue culture seedlings under different LED lighting angles

2.1.2 鲜重和干重 从表3看出,LED不同照光角度处理金叶复叶槭组培苗的整株鲜重除处理1外均高于CK,以处理5最高,达884 mg,显著高于处理1和CK,与其他处理间差异不显著;地上部鲜重均高于CK,以处理5最高,达689 mg,显著高于处理1和CK,与其他处理间差异不显著;根部鲜重除处理5、处理7和处理8高于CK外,其余处理均低于CK,以处理5最高,达195.00 mg,除显著高于处理1外与其他处理间差异均不显著。整株干重除处理1、处理2、处理4和处理6低于CK外,其余处理均较CK高,地上部干重除处理1外均高于CK,整株干重和地上部干重均以处理5最高,分别达127.9 mg和98.7 mg,显著高于CK;根部干重除处理5、处理7、处理8高于CK外,其余处理均低于CK,以处理7最高,处理8和处理5次之,三者间差异不显著,均显著高于处理1、处理2、处理4和处理6,与处理3和CK间差异均不显著。

表3 不同LED照光角度处理金叶复叶槭组培苗的鲜重和干重Table 3 Fresh and dry weight of A. negundo ‘Aurea’ tissue culture seedlings under different LED lighting angles mg

2.1.3 干物率 从图1看出,LED不同照光角度处理金叶复叶槭组培苗的总干物率和地上部干物率均显著低于CK,地上部干物率以处理1和处理8较高,两者间差异不显著,均显著高于处理2和处理3,与其余处理间差异不显著;总干物率以处理1较高,显著高于处理4和处理5,与其他处理间差异不显著。地下干物率以处理1最高,显著高于其余处理;其次是处理7,与CK间差异不显著,显著高于处理2、处理4和处理5,与其余处理间差异不显著。

注：同一指标不同小写字母表示差异达显著水平(P<0.05),下同。Note：Different lowercase letters of the same index indicate significant difference at P<0.05 level.The same below.图 1 不同LED照光角度处理金叶复叶槭组培苗的干物率Fig.1 Dry matter rate of A. negundo‘Aurea’ tissue culture seedlings under different LED lighting angles

2.2 不同照光角度处理金叶复叶槭组培苗的生理指标

从图2看出,LED不同照光角度处理金叶复叶槭组培苗的叶绿素a含量除处理7显著低于CK外,其余处理均高于CK,以处理1、处理3和处理4的含量较高,均显著高于处理2、处理7和CK,与其余处理间差异不显著;叶绿素b含量以处理8最高,除与处理1和处理3间差异不显著外,与其余处理间差异均达显著水平;叶绿素总含量以处理1最高,其次是处理3、处理8和处理4,4个处理间差异不显著,均显著高于处理2、处理7和CK。LED不同照光角度处理金叶复叶槭组培苗的可溶性蛋白含量均明显高于CK,以处理1和处理2较高,与其他处理间差异显著;处理4和处理7显著高于处理5、处理8和CK,余下处理间差异不显著。LED不同照光角度处理金叶复叶槭组培苗的根系活力以处理1最高,与CK间差异显著;其余均低于CK,其中,处理2显著低于CK,处理3～8与CK间差异不显著。

图2 不同LED照光角度处理金叶复叶槭组培苗的叶绿素含量、可溶性蛋白含量和根系活力Fig.2 Leaf chlorophyll and soluble protein content and root activity of A. negundo ‘Aurea’ tissue culture seedlings under different LED lighting angles

3 讨论

光作为植物生长重要的调节因子之一,在植物组培苗生长过程中发挥重要作用,同时,照光方式、光质及光照强度的不同也会对组培苗的生长产生一定影响[20-24]。研究表明,经过不同照光角度处理金叶复叶槭组培苗,除根数、最大根长以及地上干物率外,其他指标整体上均优于对照,说明不同照光角度处理有利于金叶复叶槭组培苗的生长发育,以处理1(金叶复叶槭移栽驯化前采用76.39°侧向照光+M形曲面反光膜+纳米导光板)和处理5(倾斜69.77°侧向照光方式+平面反光膜+纳米导光板)的效果更佳。

叶绿素是植物吸收太阳光能,进行光合作用的重要物质之一。叶绿素a、叶绿素b的含量可以作为鉴定植物营养条件、生长发育状况及生理代谢水平的指标[25]。可溶性蛋白作为多种酶的组成成分,在植物生长过程中发挥着重要作用,其含量的增加标志着植物体旺盛的生命活动[26]。根系活力是衡量植物根系发育状况的重要生理指标,其直接关系根系对矿物质及水分的吸收[27]。研究表明,处理1照光角度下金叶复叶槭组培苗的叶绿素含量最高,植物光合速率加快;可溶性蛋白含量最高,细胞保水能力强,能有效保护细胞膜;且处理1的照光角度有利于金叶复叶槭组培苗的根系生长以及干物质积累,提高植物抗逆性,使植物生长健壮,有利于植物的移栽驯化。

叶长、叶幅、叶片数在一定程度上反映了植物可以光合作用的强弱,根系长度等是判断植物吸收营养与水分能力强弱的关键指标[28]。可溶性糖在渗透调节中起重要作用,可通过调节植物细胞的渗透势提高水分的吸收能力,此时糖分升高能减轻呼吸作用对植物体的破坏并提高自身抗逆性[29]。研究表明,处理5照光角度下的金叶复叶槭组培苗在最大根长以及鲜、干重等方面效果最佳,表明组培苗生长旺盛,生命力较强,根系生长较快;叶片面积增加,植物体内水分以及可溶性物质含量增加,有利于促进金叶复叶槭组培苗的光合作用,其整体生命代谢速率加快,有利于营养吸收,促进组培苗生长发育。

4 结论

高效节能LED照光系统不同照光角度处理能促进金叶复叶槭组培苗的生长发育,处理1(金叶复叶槭移栽驯化前采用76.39°侧向照光+M形曲面反光膜+纳米导光板)和处理5(倾斜69.77°侧向照光方式+平面反光膜+纳米导光板)均有利于金叶复叶槭组培苗在移栽驯化前和接种初期使用。在金叶复叶槭组培及实际生产过程中,可在金叶复叶槭移栽驯化前采用处理1的照光方式壮苗,有利于金叶复叶槭组培苗移栽后成活;在组培苗接种初期采用处理5的照光方式增强组培苗生命活力,有利于金叶复叶槭营养生长;处理5和处理1配合使用可以使金叶复叶槭生长达最佳状态。