不同光質LED對人參果組培苗生長和生理指標的影響①

王玉英 李 茹 高買波 李枝林 黃興龍 李葉芳 李國昌③

(1 云南農業大學園林園藝學院 云南昆明650201;2 石林縣經濟作物站 云南石林652200)

人參果（Solanum muricatumAiton）又稱香瓜茄、南美香瓜茄、長壽果、艷果等，原產于南美洲，屬茄科類多年生雙子葉草本植物［1]；果實成熟時果皮呈金黃色，外形像人的心臟，不僅可以作為水果，還能作為蔬菜。人參果不僅能補充營養，還具有營養保健功效；果肉味道與眾不同、又脆又酥，口感鮮美多汁、不酸不澀，是一種受歡迎的水果。人參果具有低糖、低脂肪等特點，同時富含蛋白質、維生素與礦物元素、氨基酸以及微量元素，對防治糖尿病、心臟病，調節血脂等具有很好的輔助功能［2-3]。LED 是一種固態的半導體器件，它可以直接把電轉化為光，發出紅、綠、青、橙、黃、紫、白、藍色的光，又叫發光二極管［4]。隨著科學社會的發展，LED 光源也逐漸走進人們的視野，為人熟知并被廣泛應用于農業生產，主要應用于植物的補光照明，如何有效而又快速地進行光環境調控已經成為了一個研究的大熱點［5]。

光照對植物生長起著至關重要的作用，在眾多外界環境中，對植物生長發育有重要的影響。光照不僅是植物整個生長代謝過程中的重要條件，而且在植物形態建成上也發揮重要作用［6-7]。光能促進植物生長發育，作為環境信號作用于植物，其中光強、光周期和光質是光環境的重要衡量指標。光質能調節植物生長，植物也不是全波段的光都能吸收，而是有選擇性的。少量紫外光對植物的后期移栽、抑制雜菌有特殊作用［8]，唐菖蒲的組培苗根系在藍光處理下長得好，而在紅光處理下長得不好［9]，藍光處理下對黃酮，多糖的合成作用明顯［10-12]。越來越多的科學家對光質應用開展研究，光質具有很高研究價值和應用前景。近年來，不同LED光質對植物生長的影響一直是國內外研 究的 熱點［13-15]，前 人以紅 掌［16]、鐵 皮石斛［17]等為試驗材料，研究LED 光質對其生長發育的影響；然而，LED 光質對人參果組培苗生長發育的影響至今尚未見報道。

本試驗以人參果無根組培苗為試材，研究6種不同光質的LED對人參果組培苗生長和生理指標的影響，以期篩選出最適合人參果生長的光質，為人參果高效和低能耗產業化的種苗生產奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

圓果型人參果組培苗，由云南農業大學園林園藝學院花卉研究所提供。

1.2 方法

1.2.1 LED光源及其控制系統

試驗設置6 種不同光質的LED 光源，分別為綠光（G）、黃光（Y）、紅光（R）、藍光（B）、紅藍復合光（RB）和紅藍綠復合光（RGB），并以熒光作為對照（CK）。LED 光源控制系統由廈門通秴科技有限公司提供。各處理光質參數如表1所示。

表1 LED光源控制系統

1.2.2 試驗方法

在無菌條件下，挑選生長健壯的人參果無根組培苗，切成約1.5 cm的莖段，保留1片葉，將其接 種 于MS＋6-BA 0.1 mg/L＋NAA 0.05 mg/L＋KT 1.0 mg/L＋糖30 g/L＋瓊脂7 g/L（pH 5.8）的增殖培養基上，每瓶5棵。把瓶苗先置于普通熒光燈下預培養5 d，然后將材料隨機分組，再轉入LED 光照室內進行培養。每個處理5 瓶，重復3 次。培養條件：相對濕度（75±5）%，溫度（22±2）℃，光照周期14 h/d 。培養30 d 后測定組培苗的各項生理和形態指標。

1.2.3 指標測定

用直尺測量幼苗的株高、葉片長度和寬度，用游標卡尺測量莖粗，用電子天平稱量鮮重。將幼苗洗凈，剪碎，混勻，然后采用蒽酮硫酸法來測定可溶性糖含量［18]，采用考馬斯亮藍G-250 法進行可溶性蛋白含量的測定［18]，采用分光光度法測定葉綠素含量［19]。

1.2.4 數據統計與處理

采用Microsoft Excel 2003 進行數據整理，SPSS 23.0 進行方差分析，Duncan’s 進行多重比較，p＜0.05，n＝3。

2 結果與分析

2.1 不同光質LED對人參果組培苗形態指標的影響

由表2可知，人參果組培苗在不同的光質處理下株高差異顯著，其中R和RB 處理株高最高；其次是CK、B和RGB處理，Y和G處理株高最矮。幼苗的葉片寬度，除了RB 處理較小外，其他處理間沒有顯著差異。幼苗的鮮重，除了R和G 處理較小外，其他處理間差異不顯著。對于幼苗的葉片數、葉片長度和莖粗，各處理間均無顯著差異。

表2 不同光照處理對人參果植株形態指標的影響

2.2 LED 不同光質處理對人參果組培苗碳氮化合物含量的影響

由圖1-A可知，在不同的光質處理下，人參果組培苗可溶性糖含量差異顯著，其中RGB處理含量最高，其次是R 處理，CK 處理次之，RB 處理小于CK 處理，Y、B和G 處理下可溶性糖含量最低，三者之間差異不顯著。

由圖1-B可知，在不同的光質處理下，人參果組培苗可溶性蛋白含量差異顯著，其中G處理下可溶性蛋白含量最高；B和RB處理下次之，二者差異不顯著?？扇苄缘鞍缀看笮∨判驗椋篏＞B＝RB＞RGB＞R＞CK＞Y。說明R和RGB 處理均有利于人參果組培苗可溶性糖的積累，而Y，G和B 處理都抑制了可溶性糖的合成；G 處理更有利于人參果組培苗可溶性蛋白含量的積累，Y 處理抑制了可溶性蛋白的合成。

2.3 不同光質對人參果組培苗光合色素含量的影響

由圖2 可知，在不同光質處理下葉綠素a 差異顯著，其中B 處理含量最高，G 處理次之；在RGB處理下葉綠素a 含量最低。各處理間葉綠素b 含量差異不大，其中Y、G和B 處理含量達到最高，RGB處理含量最低，其他處理下差異不大。在不同光質處理下類胡蘿卜素含量的變化差異不顯著，其中G處理下含量最高，在CK、RBG和RB處理下含量最低。葉綠素總量的大小順序為：B＞G＞Y＞R＞RB＞CK＞RGB。說明B和G 光質有利于光合色素的合成；RGB復合光不利于光合色素的合成。

3 討論與結論

3.1 討論

1955年Luigi［20]第一次引進了光因子，并將其應用于向日葵等組織培養中，此后，越來越多的學者和科研工作者開始重視光因子，并研究不同光質對植物生長發育和誘導分化的影響。

Wu 等［21]以豌豆幼苗為研究材料的結果表明，紅光照射下豌豆苗的高度明顯增高；藍光增加了豌豆的鮮重。Le 等［22]研究結果表明，在組織培養中，紅藍光比為3∶1 時，有助于蘭花的生長。Li等［23]研究表明，相對于白光，紅藍混合光和單色紅光可顯著提高番茄幼苗的株高。本試驗結果表明，R和RB 處理有利于增加人參果植株株高，另外，B和RB處理對植株鮮重的增加也有明顯的促進作用，與前人研究結果一致。不同的光質、不同的配比及不同的光照強度對植株各方面生長的作用也不盡相同。

糖也叫碳水化合物，在維持植物生命活動中起著重要作用，是主要的能量來源。劉建福等［24]研究發現，紅光有利于姜黃可溶性糖的合成。林碧英等［25]以豇豆為試驗材料，結果發現，紅光有利于豇豆可溶性糖含量的提高。王麗娟等［26]研究結果表明，相對于紅光來說，紅藍復合光有利于草莓葉片中可溶性糖的合成，并且紅光比例越高，可溶性糖含量就越高。李晗等［27]用菘藍愈傷組織作為試驗材料，結果表明，紅藍復合光相對于紅藍單色光來說，更有利于可溶性糖含量的積累。本研究結果表明：R 處理下人參果組培苗可溶性糖含量高于CK，與劉建福，林碧英研究結果一致。而RB 處理下的可溶性糖含量明顯低于CK，說明RB光質抑制了可溶性糖的合成，這與王麗娟等［26]和李晗等［27]的研究結果均不一致。本試驗結果還發現，相對于R、B和RB 光質，RGB 處理下人參果組培苗可溶性糖含量達最大，說明在紅藍光中添加一定比例的綠光有利于可溶性糖含量的積累，可能是由于光源組合中光質的比例、光照強度、光照時間和不同植物對光的耐受程度不同所導致的。

蛋白質是由多種氨基酸組成的生物大分子化合物，是植物體內各組分的基本組成成分，是生物細胞最基本的組成物質。從倪文［28]的研究結果可知，藍光對含氮化合物的合成具有促進作用。多數試驗表明，藍光可以有效促進氮代謝［29-30]。本研究結果表明，G 處理下可溶性蛋白含量最高，同時，B 處理下植株的可溶性蛋白含量也明顯高于CK 處理。由此可見，B和G 光質有助于蛋白質的合成，這與寧宇等［31]以韭菜作為試驗材料的研究結果一致，劉建福等［24]試驗也表明，藍光和綠光有利于可溶性蛋白的合成。

植物體內含有各種不同的色素成分，而不同的LED光源對組織培養中植株光合作用的影響是不同光質對光合作用的影響，不同光質與相關激素之間相互作用從而影響植物體內的激素平衡，進而引起植物體生理生化變化。葉綠素是進行光合作用的主要色素，包含很多種類，在植物生理生化過程中起核心作用。本試驗主要研究葉綠素a、b和類胡蘿卜素。劉建福等［24]研究表明，藍光和綠光有利于提高姜黃類胡蘿卜素的含量。Wu 等［21]以豌豆的幼苗為實驗材料，結果表明，藍光輻射增加了葉片內葉綠素的含量。本研究結果表明，B處理下葉綠素a 的含量最高，葉綠素b和類胡蘿卜素的含量次之；而在G 處理下葉綠素b和類胡蘿卜素的含量均達最高，葉綠素a含量位居第二。因此B 處理下葉綠素總量達最大，而G 處理下則次之，與前人試驗結果一致。藍光還對植物的向光性和氣孔開閉起著至關重要的作用，且更加有利于植物的光合作用［32-33]。在RGB處理下葉綠素總量為最低值，所以RGB處理下不利于葉綠素的合成，不利于光合作用的發生。

3.2 結論

在LED 不同光質處理下，B和R 處理能夠促進人參果組培苗的生長，還有助于碳氮化合物的積累；并且B處理促進光合色素的合成，有利于光合作用的發生。因此，B 光質有利于人參果組培苗的生長和發育。