本课题组培养的大花月季Vendela组培苗。

荧光灯(FL):Philips, TLD 36W/840。LED红、蓝混合光灯具(RB):LED red 630 nm, LED blue 465 nm。LED白光:3 000、5 000、5 700 K。

所使用白光LED和荧光灯为管状光源, LED红、蓝混合灯具为板状光源, 光照强度50± 2 μ mol· m^-2· s^-1, 培养温度为25± 2 ℃。

3种白光LED共设置12、14、和16 h· d^-13种光照周期, 荧光灯设置14和16 h· d^-1 2种光照周期, LED红、蓝混合光质光照周期设置为16 h· d^-1。

1.4.1 试验设置

光环境对月季组培苗增殖测试:将生长状态良好的Vendela不定芽以株为1个单位接种在增殖培养基中, 然后置于不同光照环境中培养。每瓶接种3株, 每处理放置5~6瓶, 3次重复。

光环境对月季组培苗生根测试:将株高2 cm以上的Vendela丛生芽从基部以单株为单位分开, 接种在生根培养基中, 然后置于不同光照环境中培养。每瓶接种10株, 每处理下放置5~6瓶, 3次重复。

1.4.2 形态指标的测量

试验材料在各种光环境下培养1个月后进行相关指标的测试。

增殖芽数测量:不同光环境下培养的增殖材料, 每次随机挑取10丛不定芽, 计录每丛不定芽增殖数量, 共测量30丛。

株高的测量:以不定芽增殖数量测定完成后的材料为对象, 测量每丛植株中第2高的不定芽高作为该丛材料的最高高度, 每丛中最低不定芽高度作为该丛的最低高度。

生根数测量:不同光环境下在生根培养基中培养的材料, 每次随机选取5株, 3次重复, 记录每株月季苗不定根数目。

1.4.3 质量的测定

鲜质量的测定:以增殖培养材料为对象, 在不定芽数量、株高测定完成后, 随机挑取3丛不定芽为1组, 测量每组材料的鲜质量, 3次重复, 精度为0.1 mg。

干质量的测定:将称完鲜质量的样品放入底部放有称量纸的培养皿, 盖上培养皿后将盛有材料的培养皿于60 ℃烘箱中烘72 h, 然后测量样品干质量, 3次重复, 称量精度为0.1 mg。

1.4.4 色素含量的测量

色素测量包括叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素, 测定方法参见陈志等^[12]。

试验数据记录、作图及数据统计利用Excel 2007完成, 利用DPS(V 7.05)统计分析软件对数据进行方差分析, 不同处理间的效果差异性利用Duncan‘s新复极差法进行多重比较。

本部分测试阶段所有测试LED光质的光照时间均为16 h· d^-1。

2.1.1 光质对不定芽增殖的影响

各光质下大花月季Vendela不定芽增殖情况如图1所示, 所有LED光质下培养的Vendela组培苗不定芽增殖数均不低于荧光灯2种不同光照时间下培养的材料。RB 3∶ 1组合光下材料不定芽增殖与RB 4∶ 1、RB 5∶ 1光质下培养材料之间的差异不显著, 但显著高于其他LED光质及荧光灯下培养材料; 其他LED光质下培养材料间不定芽增殖差异均不显著。

图1

Fig.1

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	图1 不同光质下Vendela组培苗的增殖情况Fig.1 Comparision of multiplication of Vendela under different light qualities

2.1.2 光质对组培苗苗高的影响

不同光质下培养月季组培苗丛生芽株高情况如图2所示, 最高株高结果表明, 不同LED光质下培养材料最高株高与荧光灯下培养材料无显著性差异。但在丛生苗高度差方面, 不同LED红、蓝混合光质下培养材料间高度差不存在显著性差异, 均显著低于荧光灯及不同白光LED下培养材料。不同色温白光LED下培养的丛生苗之间高度差也不存在显著性差异, 与荧光灯下培养材料间的差异也不显著。此外, 荧光灯不同光照时间培养材料苗高及苗高度差的差异不显著。

图2

Fig.2

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	图2 不同的光质条件下Vendela丛生苗株高比较Fig.2 Comparision of plant height of Vendela plantlets under different light qualities

2.1.3 光质对组培苗干、鲜质量的影响

不同光质下培养大花月季组培苗干、鲜质量如图3所示。所有LED光质下培养材料与荧光灯下培养材料的鲜质量差异均不显著。所测试光质中, 仅在RB 4∶ 1下培养材料与LED白光5 700 K下培养材料的鲜质量存在显著性差异, 不同比例的LED红、蓝混合光质下培养材料之间不存在显著性差异; 3种白光LED下培养的组培苗鲜质量也不存在显著性差异。

图3

Fig.3

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	图3 不同光质下Vendela丛生苗干、鲜质量比较Fig.3 Comparision of dry and fresh weight of Vendela shoot under different light qualities

除RB 4∶ 1处理外, 所有LED光质下培养材料的干质量均与荧光灯下培养材料无显著差异。对于不同比例LED红、蓝混合光质下的培养材料, 仅RB 4∶ 1与RB 5∶ 1处理的干质量存在显著差异, 其他的LED红、蓝混合光质处理的干质量不存在显著差异。3种白光LED处理的培养材料干质量不存在显著差异。对比红蓝混合光和白光处理, 仅RB 4∶ 1和5 700 K白光处理的干质量差异达到显著水平, 其余LED光质下干质量差异不显著。

2.1.4 光质对月季不定芽色素含量的影响

不同光质对增殖阶段月季不定芽色素含量的影响如表1所示, 所有LED光质处理培养材料的叶绿素a和叶绿素b含量都高于荧光灯下培养材料。对于不同的色温白光LED, 5 000 K色温下培养材料的叶绿素a和叶绿素b含量显著高于3 000和5 700 K处理, 而3 000和5 700 K处理的材料间2种色素含量差异不显著; RB 5∶ 1处理的培养材料叶绿素a含量显著低于其他红蓝混合光处理, 叶绿素b含量显著低于RB 2∶ 1处理; 总体上, 除白光LED 5 000 K处理外, 白光LED下培养材料叶绿素a含量低于LED红、蓝混合光质处理, 叶绿素b含量差异不显著。

对不同光质下培养材料类胡萝卜素含量的比较发现, 3种不同色温的白光LED处理的培养材料类胡萝卜素含量与叶绿素a和叶绿素b含量变化趋势一致, 5 000 K处理的类胡萝卜素含量显著高于3 000 和5 700 K处理, 同时也高于荧光灯处理, 而3 000、5 700 K和荧光灯下培养材料间类胡萝卜素含量差异不显著; 不同LED红、蓝混合光质处理的培养材料间类胡萝卜素含量差异不显著。除白光LED 5 000 K处理的培养材料类胡萝卜素含量显著高于荧光灯处理外, 所有LED光质处理的培养材料类胡萝卜素含量均不低于荧光灯处理。

2.2.1 光周期对不定芽增殖芽数的影响

光周期对Vendela增殖的影响如图4所示, 所有测试LED处理培养材料的不定芽增殖数均与荧光灯处理差异不显著。光照时间为12 h· d^-1时, 白光LED 5 700 K处理的培养材料不定芽增殖数显著高于3 000 K处理; 其他处理的培养材料间不定芽增殖数差异不显著。LED光质相同时, 仅有白光LED 3 000 K、12 h· d^-1处理的材料不定芽增殖数显著低于14 h· d^-1处理, 其余处理的培养材料间不定芽增殖数差异均不显著。

图4

Fig.4

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	图4 不同光环境下Vendela组培苗的增殖情况Fig.4 Multiplication of Vendela under different light environments

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 不同光质下培养Vendela组培苗色素含量分析 Table 1 Pigments analysis of Vendela shoots under different light qualities 光质 Light qualities 色素含量 Pigments concentration/(mg· L-1) 叶绿素a/Chl a 叶绿素b/Chl b 类胡萝卜素Carotenoids FL(14 h· d-1) 4.832± 0.979 e 1.517± 0.330 c 0.934± 0.203 bc FL(16 h· d-1) 4.612± 0.381 e 1.578± 0.161 bc 0.874± 0.073 c 3 000 K 4.668± 0.410 e 1.613± 0.271 bc 0.882± 0.100 c 5 000 K 7.017± 0.758 a 2.319± 0.250 a 1.328± 0.141 a 5 700 K 4.931± 0.459 cde 1.659± 0.160 bc 0.979± 0.080 bc RB 2∶ 1 6.670± 0.769 ab 2.137± 0.687 a 1.131± 0.387 b RB 3∶ 1 5.523± 0.646 bcd 1.929± 0.241 abc 1.071± 0.119 bc RB 4∶ 1 5.820± 0.428 bc 1.970± 0.204 ab 1.112± 0.088 b RB 5∶ 1 4.752± 0.953 de 1.560± 0.329 bc 0.922± 0.170 bc

表1 不同光质下培养Vendela组培苗色素含量分析 Table 1 Pigments analysis of Vendela shoots under different light qualities

2.2.2 光周期对组培苗长势的影响

光周期对Vendela丛生苗生长情况的影响如图5所示, 在同种光质、不同光周期环境中培养的月季组培苗之间苗高无显著性差异; 当光照时间相同时, 不同色温白光LED处理的培养材料之间苗高差异也不显著; 荧光灯光照16 h· d^-1处理的培养材料苗高与其他处理培养材料差异均不显著, 而荧光灯光照14 h· d^-1处理的培养材料苗高仅与5 000(12、14 h· d^-1)和3 000 K(16 h· d^-1)处理差异不显著, 显著高于其他LED处理。丛生苗高度差比较结果显示, 本研究所有测试光环境下, 增殖培养Vendela丛生苗整齐度差异不显著。

图5

Fig.5

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	图5 不同光环境条件下Vendela丛生苗株高比较Fig.5 Comparision of plant height of Vendela plantlets under different light conditions

不同光环境下组培苗生根情况如图6所示。本研究中, 不同光质、不同光照时间下培养的Vendela不定芽均能够正常诱导生根, 生根数量和根长度测量数据显示, 不同光环境下组培苗生根情况差异不显著。

图6

Fig.6

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	图6 不同光质下Vendela生根情况(A, LED灯下生根情况; B, 荧光灯下生根情况)Fig.6 Root induction of Vendela plantlets under different light conditions9(A, Root induction under LEDs; B, Root induction under Fluorescent)

培养材料增殖是新光质引入植物组织培养体系的重要考察因素, 一般均以荧光灯下培养材料为对照。LED光质对洋桔梗组培快繁体系增殖影响结果表明, LED红蓝混合光RB 2∶ 1处理培养的洋桔梗组培苗不定芽增殖数量最高, 其次是LED红蓝混合光RB 4∶ 1处理, 均优于对照光源^[13]; 邓艳^[14]研究LED光质应用于兔眼蓝莓组培体系增殖的结果显示, 与荧光灯处理相比, 不同比例的LED红蓝混合光处理的兔眼蓝莓不定芽诱导率和茎段增殖系数均显著升高。本研究结果表明, 仅在LED RB 3∶ 1处理下月季不定芽增殖数显著高于荧光灯、LED白光及LED RB 2∶ 1处理, 其余处理的培养材料增殖数无显著差异。本研究所用的不同色温LED白光对植物组培的影响尚未见相关报道。

本研究从生产实际出发, 组培体系在一定增殖率的基础上更注意组培苗的生长一致性, 方便后期培养过程, 这在已有研究中尚未见到。本研究结果显示, 虽然不同光环境下月季组培苗株高差异不显著, 但在组培苗整齐度方面, 在LED红蓝混合光质下培养材料整齐度显著优于荧光灯及不同白光LED处理, 荧光灯及不同白光LED处理的培养材料在整齐度方面差异不显著。

已有LED光质应用与植物组织培养结果表明, 与荧光灯相比, LED红蓝混合光质在生物量积累方面更具优势。曹刚^[15]研究结果显示, LED红光可显著提高黄瓜和结球甘蓝的生物量, 并有利于促进结球甘蓝幼苗的伸长生长和叶片扩展; LED蓝光促进黄瓜和结球甘蓝幼苗的加粗生长、干物质积累和壮苗指数; 闫新房^[16]研究表明, LED RB 4∶ 1光质下培养的牡丹试管苗干、鲜物质积累明显优于荧光灯处理。本研究所测试的LED光质下培养材料的干质量、鲜质量与荧光灯处理差异均不显著。

尚文倩等^[17]研究结果显示, 铁皮石斛组培苗在LED RB 1∶ 1处理下的叶绿素a含量显著高于LED RB 7∶ 3、LED RB 8∶ 2及LED红光处理, 而与荧光灯及LED蓝光处理差异不显著; LED RB 1∶ 1光质下培养材料叶绿素b含量显著高于LED RB 8∶ 2、LED蓝光和LED红光处理, 但与荧光灯及LED RB 7∶ 3处理差异不显著, 这表明过高比例的红光对叶绿素含量有一定的抑制效果, 本研究结果与此一致。邸秀茹等^[18]研究表明, 不同比例LED红蓝混合光下菊花组培苗叶绿素含量与荧光灯处理差异不显著, 但均显著优于单色LED红光处理, 本研究结果也与此一致。

白光LED在植物组织培养中应用的报道极少, 而且均处于数据比较、补充地位。据孙启文^[19]报道, 在白光LED及荧光灯下培养的紫皮石斛叶绿素a、叶绿素b及类胡萝卜素含量均高于不同LED红蓝光配比处理, 而白光LED下培养材料与荧光灯下培养材料间色素含量差异不显著, 本研究结果与此不一致。本研究中所有测试LED光环境下色素含量均不低于荧光灯处理, 推测一方面是不同的植物对各种光质的响应不一样, 另一方面可能是灯具使用差异引起。孙启文^[19]研究中使用的LED白光主波长为720 nm, 光照强度及光照时间不明, 本研究所用5 000 K白光主波长为510 nm, 而波长更长的5 700 K (585 nm)下色素含量反而有所降低。孙庆丽等^[20]研究表明, LEDs白光下油菜叶片色素含量明显高于红光处理, 部分支持了本研究结果。

本研究中LED白光不同光周期环境下培养材料不定芽增殖数与荧光灯14和16 h· d^-1处理差异不显著。总体上, 当LED白光光照时间不低于14 h· d^-1时, 不定芽增殖数和长势均与荧光灯下培养材料差异不显著。

本研究利用不同LED红、蓝比例灯具、荧光灯及不同色温LED白光对月季Vendela组培苗生长状况进行了比较。结果显示, 所有测试LED灯具均可代替荧光灯用于Vendela组织培养, 但在实际生产应用过程中, LED红、蓝混合光质灯具价格远高于LED白光灯具, 因此, 从降低生产企业前期投入角度出发, 本研究认为, 5 000 K色温LED可完全代替荧光灯作为月季Vendela组培照明光源, 光照时间不低于14 h· d^-1, 月季组培苗质量有保障。