LED光质对2种石斛兰组培苗增殖、生根及生长的影响

吴瑶，王再花，李杰，刘海林，段俊，周荣，叶广英

（1广东省农业科学院环境园艺研究所/广东省园林花卉种质创新综合利用重点实验室，广州 510640；2佛山科学技术学院食品科学与工程学院，广东佛山 510000；3中国科学院华南植物园广东省应用植物学重点实验室/华南农业植物分子分析与遗传改良重点实验室，广州 510650）

0 引言

石斛兰是兰科石斛属多年生草本植物[1-2]，其花姿优美、花色丰富、开花时间长，被誉为极具观赏价值的“四大洋兰”之一[3]；但石斛兰生长周期长，组培克隆繁殖率低，种苗质量参差不齐，严重影响石斛兰产业的快速发展。可见，提高石斛兰组培育苗速率，培育优质种苗是关键。石斛兰是半阴生植物，需要一定的光照，组培需要的光强一般为18～100 μmol/(m2·s)[4-8]，但石斛兰因品种不同需要的光强有所不同。由于石斛兰从增殖到出苗需要2～3年时间，组培成本较高，导致生产效率较低。石斛兰组培效率、增殖效率和生根壮苗情况反映着石斛兰的生长势优劣。优质的光源如发光二极管(light-emitting diode，LED)光可以提高金线莲、蝴蝶兰、铁皮石斛等的生长速率和繁殖效率，在组培中应用广泛。LED是一种能发光的半导体电子元件，具有光谱可控、体积小巧、节能效果好，且与植物所需要的光谱相吻合等优势[10-11]，在组培中主要有提高生长势、促进增殖、生根、提高干物质含量和次生代谢物质含量等作用[12-13]，但不同植物对光质的敏感性不一样，因此确定有效的LED 光源配方成为当前研究的热点。常用于组培的LED 光有红光、蓝光和白光，一般单纯的红光或蓝光不利于植株的组培生长。不同波段对植物的生长具有显著差异，红光有利于光合产物的积累、提高植物体内赤霉素的含量，从而有利于植物茎与叶片生长；蓝光有利于叶绿体发育，提高IAA氧化酶的活性，从而降低IAA 的水平，抑制植物的伸长生长，促进横向生长，可使植株矮化[14-16]；绿光对植物的作用主要在于增加酚类物质的积累，而对氨基酸等次生代谢物没有显著的刺激作用[6]。当前有关光质的报道主要为蔬菜、观赏植物和药用植物等[14-16]，石斛方面有关光质报道的有铁皮石斛、霍山石斛、金钗石斛等药用石斛[9,18-21]，对其生长、活性物质积累具有积极作用，但有关观赏用的石斛兰克隆苗组培快繁及LED 光质对其生长影响的报道比较少见。

‘甜心’石斛和‘红粉天宫’兜唇石斛为南方市场热销的2个品种，花色淡雅，花量大，价值较高，备受兰友喜欢。但由于组培过程中增殖速率较低，产业化程度不高，加上组培克隆中植物生长调节剂用量过高或继代次数过多，容易导致变异，影响种苗的质量。笔者采用红蓝绿3 种LED 作为光源，研究它们对2 种石斛组培苗增殖和生根的影响，以掌握石斛组织培养对光质的需求，为石斛组培生产提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 试验材料选用广东省农业科学院环境园艺研究所选育和繁殖的2 种石斛。‘红粉天宫’兜唇石斛是从云南原生兜唇石斛花色变异单株选择、组培扩繁而成，花色更为红艳；‘甜心’石斛为日本引进的春石斛品种，花色淡雅，花朵数量多，开花整齐。选取同批量且大小相似的组培苗进行LED 增殖试验。试验于2021 年1月—2022年2月在广东省农业科学院白云基地组培室进行。

1.1.2 光源蓝光、绿光、红光LED 以及光质的不同比例如表1。单颗灯珠1.5 W，RBG 各0.5 W，1 条灯功率24 W，R(red)是波长为620 nm 的纯红光，B(blue)是波长为460 nm的纯蓝光，G(green)的波长520 nm的纯绿光，W(white)为对照白色荧光灯，不同处理分别是R6B3G0、R6B3G1、R6B3G3、R3B6G0、R3B6G1、R3B6G3、R3B3G3。LED灯管由仲恺农业工程学院精准农业智能装备实验室提供，通过电脑控制其比例，使用光谱仪（群智ALP-01）测定光照强度。

表1 LED不同光质配比表

1.1.3 培养基石斛芽增殖培养基为改良MS+蔗糖30 g/L+琼脂7 g/L+香蕉50 g/L+活性炭0.1 g/L+NAA 0.05 mg/L+6-BA 3.0 mg/L。石斛芽生根壮苗培养基为改良1/2MS+NAA 0.2 mg/L+蔗糖30 g/L+琼脂7 g/L+香蕉50 g/L+活性炭0.1 g/L。

1.2 方法

1.2.1 石斛增殖及生根壮苗增殖培养时，将石斛兰组培苗切成2个节间的茎段，接种到增殖培养基，每瓶接种15个茎段，每个光质每个品种重复4瓶；随机置于8组不同光质的LED灯下培养45 d。生根壮苗时，将增殖后长势相似的单芽接种至生根培养基，每瓶接种15个单芽，每个光质每个品种重复4瓶，随机放于8组不同光质的LED光下培养45 d。除LED光源的不同，其他培养条件一致。光强均为20 μmol/(m2·s)，每天光照时间12 h，培养温度(24±2)℃。

1.2.2 统计及数据处理增殖阶段统计每个茎段萌芽的数量即为增殖系数[式(1)]，每个茎段干重、鲜重以及干物质含量；生根壮苗阶段统计根数、平均根长、茎粗、新芽数、株高、叶数。所有数据采用SAS 8.0 软件的Duncan方法检验不同处理间的差异显著性，显著水平P＜0.05。

2 结果与分析

2.1 不同LED光质对2种石斛增殖的影响

石斛兰克隆过程中，增殖的新芽数多，则繁殖快，育苗周期缩短，大大节约生产成本。不同LED光质条件下，‘甜心’石斛和‘红粉天宫’兜唇石斛的增殖系数、干鲜重和干物质含量见表2～3及图1～2。结果发现，同样的LED 光质处理对不同石斛品种的增殖效果差异较大。

图1 不同LED的光质下‘甜心’石斛增殖情况

图2 不同LED的光质下‘红粉天宫’兜唇石斛增殖情况

表2 不同光质的LED处理对‘甜心’石斛增殖的影响

表3 不同光质的LED处理对‘红粉天宫’兜唇石斛增殖的影响

‘甜心’石斛在R6B3G1的光质处理下增殖综合效果最好，增殖系数达2.55个/株，鲜重、干重和干物质含量分别为0.540 g/株、0.053 g/株和9.80%。其次为R6B3G0、R3B6G1、R3B6G0，上述4 个光质处理间增殖系数差异不显著，但明显高于其他处理和对照W，最高比对照高出43.5%。红蓝光比例6:3时，增加一定光强的绿光处理可以明显提高干物质含量，其中R6B3G1 的干物质含量明显高出R6B3G0 处理18.8%，此外，红蓝光比例3:6时，一定的绿光也对其红蓝组合光增殖及干物质积累有一定促进作用，如R3B6G1。推测适当的绿光对萌芽和次生代谢物的积累有促进作用；但绿光的继续增加则显著降低干物质含量，如R6B3G3和R3B6G3处理。综合比较可知，‘甜心’石斛增殖阶段使用R6B3G1光质最佳。

‘红粉天宫’兜唇石斛在R6B3G3光质处理下增殖效果最佳，增殖系数为1.19个/株，鲜重、干重和干物质含量分别为0.718 g/株、0.0548 g/株和7.91%，其次为R6B3G1，而W 对干物质含量增加影响显著，但R6B3G0 增殖效果最差。该种石斛在红蓝光比例6:3或3:6时补充一定绿光，也可明显增加干物质含量，与‘甜心’石斛得到类似的结论，R6B3G1和R3B6G1明显好于无绿光处理R6B3G0和R3B6G0。

文献中已有不少关于LED 光促进植物增殖的报道。尚文倩等[21]认为红蓝光1:1 对铁皮石斛试管苗生长发育有利；王玉英等[22]发现R4B2G1对百合增殖效果最好；杨艳敏等[23]发现固定绿光，红光比例越高，蓝光比例越低，蓝莓组培苗增殖不定芽达到43.61个；刘慧雯[15]发现R3B1 处理下铁皮石斛原球茎增殖系数达到4.7，且颜色和长势相当不错；任桂萍等[16]研究表明红光更有利于蝴蝶兰单芽的增殖。说明在植物组培中红光促进芽增殖具有普遍性，而增加一定绿光也可促进芽的增殖，本研究得到类似的结论。在本试验中还发现，红蓝绿3 种光质进行组合后，绿光不宜增加过多，否则会影响增殖效率和干物质的积累。以上结果表明，不同品种石斛兰在组培增殖扩繁中，需要的光质有所不同。‘甜心’石斛兰增殖较佳的光质组合分别为R6B3G1、R6B3G0、R3B6G1；‘红粉天宫’兜唇石斛增殖较佳的光质组合分别为R6B3G3、R6B3G1。可见，较高比例的红蓝光(R6B3)适度增加绿光利于石斛兰的增殖和干物质的积累。

2.2 不同的LED光质对2种石斛生根壮苗的影响

在石斛的组培快繁中，石斛的生根情况和长势决定石斛出苗的存活率和质量，因此该阶段把控种苗质量尤为重要。LED不同光质组合处理对2个石斛品种的生根壮苗存在一定差异（表4～5 及图3～4）。从各生长指标整体考虑，‘甜心’石斛在R6B3G3 的光质处理下最佳，根数和平均最长根长分别为11.36 根/株和2.64 cm，其中根数比对照W 高出32.1%；其次为R6B3G1 和R3B6G3，尽管根数和平均最长根长在R3B6G3光质处理下最高，但三者均无显著差异，此外R3B6G3 处理下新芽数明显低于R6B3G3。但前三者生根情况明显高于W、R3B3G3 和R3B6G1；而茎粗和株高在各处理中差异均不明显。

图3 不同光质的LED下‘甜心’石斛生根壮苗情况

图4 不同光质的LED下‘红粉天宫’兜唇石斛生根壮苗情况

表4 不同光质的LED处理对‘甜心’石斛生根壮苗的影响

表5 不同光质的LED处理对‘红粉天宫’兜唇石斛生根壮苗的影响

‘红粉天宫’兜唇石斛在8 种光质的处理下，以R6B3G1 生根效果最佳，根数和平均最长根长分别为17.34 根/株和4.10 cm，分别比对照高出18.4%和113.5%；其次为R6B3G3，生根效果最差的为W 和R3B6G3。‘红粉天宫’兜唇石斛的新芽数、株高、叶数在各光质组合处理下无显著差异。

前人对LED 在多种植物生根壮苗的应用上已有报道。宋羽[24]研究表明，光是通过调节生物膜系统结构的透性，改变结构功能影响番茄的生长代谢；刘慧雯[15]报道红光使铁皮石斛组培苗根数达到最多最长，主要原因是红光促进了植物体内赤霉素等激素的分泌，红光有利于生根，蓝光提高了植物体内IAA 氧化酶的活性，能降低IAA的水平，抑制植物的顶端生长，从而促进了横向生长，使得蓝光促进石斛茎长粗，多种光质组合会更加符合植物生根壮苗的生长需要；娄钰姣[20]试验表明在R3B2 处理下，铁皮石斛株高最佳，在组合R4B1 处理下，茎粗最大；任桂萍等[16]发现红光更有利于蝴蝶兰株高的增加，蓝光影响根系的活力，组合R3B6Fr1 光质更加适合植物的生根壮苗的需求，其中红光占比多促进植物伸长，蓝光占比多促进植物茎长粗。但在本试验中发现，红蓝绿3种光质进行组合后，‘甜心’石斛的根长在红光比例多的情况下，会随着绿光的增加而伸长，但茎粗无显著差异，故‘甜心’石斛的生根壮苗在R6B3G3 和R6B3G1 组合光中效果最好；而蓝光比例多时，增加同比例绿光，如R3B6G3生根效果也较佳。‘红粉天宫’兜唇石斛的根长在红光比例大、绿光占比适中时达到最大值，如R6B3G1，茎粗也出现相同趋势，故‘红粉天宫’兜唇石斛生根壮苗阶段在R6B3G1效果最好。

综上，不同品种的石斛兰在组培生根壮苗过程中对光质有不同的要求。‘甜心’石斛在R6B3G3、R6B6G1 组合光质生根壮苗效果较好，‘红粉天宫’兜唇石斛在R6B3G1、R6B3G3组合光质生根壮苗效果较好，总体2种石斛对红蓝光质需求相似，补充一定绿光均有利于其生根壮苗。

3 结论与讨论

光、热、水、气、肥是直接影响植物生长的因子。光作为植物能量的独特来源[25]，直接影响植物的生长发育。根据植物生理结构的不同，光质对不同植物品种的生长过程有着不同的效果，并且在不同的生长阶段，光质效果也呈现出不同[26]。本研究结果表明，‘甜心’石斛在R6B3G1 组合光质增殖效果最好，在R6B3G3组合光质生根壮苗效果最好；‘红粉天宫’兜唇石斛在R6B3G3光质组合下增殖效果好，在R6B3G1组合光质下生根壮苗效果最好。2种石斛虽然组培快繁过程相近，但在增殖和生根壮苗各阶段有绿光的添加会比只有红蓝光效果明显好，具体作用机制还不明晰，特别是这些光质组合处理对石斛活性成分及次生代谢物的积累还不明确，下一步将继续开展这方面的研究工作。