全 文 ：植物生理学通讯 第 44卷 第 4期，2008年 8月 661
新型光源LED辐射的不同光质配比光对菊花组培苗生长的影响
邸秀茹 1, 焦学磊 1, 崔瑾 2, 刘晓英 1, 孔燕 3, 徐志刚 1,*
南京农业大学 1农学院, 2生命科学学院, 3园艺学院, 南京 210095
提要: 采用新型光源LED辐射的红光[R, (658±20) nm]、远红光[Fr, (715±20) nm]和蓝光[B, (460±20) nm], 观测不同红光/远
红光(R/Fr)和红光/蓝光(R/B)配比光对菊花组培苗生长的影响。试验结果表明: 红光处理的植株最高, 根较长。远红光和蓝
光处理的植株矮小, 根短细。类胡萝卜素含量与R/Fr比率呈负相关, 叶绿素 a、叶绿素 b、叶绿素(a+b)、类胡萝卜素含量
与R/B比率也呈负相关。叶绿素a/b比值与R/Fr和R/B比率呈正相关。红光有利于可溶性糖和淀粉的积累, 降低色素含量。
而蓝光能够逆转此效应, 可促进色素和可溶性蛋白的合成。红光和蓝光组合处理的叶中可溶性糖和淀粉含量以及根系活力
均高于白光处理的, 尤以高R/B配比光处理的组培苗生长健壮, 移栽成活率最高。
关键词: 发光二极管; 光质; 红光 /蓝光; 红光 /远红光; 菊花
Effects of Different Light Quality Ratios of LED on Growth of Chrysanthe-
mum Plantlets in vitro
DI Xiu-Ru1, JIAO Xue-Lei1, CUI Jin2, LIU Xiao-Ying1, KONG Yan3, XU Zhi-Gang1,*
1College of Agriculture, 2College of Life Sciences, 3College of Horticulture, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China
Abstract: The effects of different ratios of Red [R, (658±20) nm]/Far-red [Fr, (715±20) nm] and Red/Blue [B,
(460±20) nm] generated by light emitting diodes (LED) on growth of chrysanthemum (Dendranthema morifolium)
plantlets in vitro were studied. As the results showed, red LED promoted the growth of chrysanthemum plant-
lets and increased root length, contrary to far-red LED and blue LED. Carotenoid content was negatively related
to R/Fr ratios. The contents of chlorophyll a, chlorophyll b, chlorophyll (a+b) and carotenoid were also nega-
tively related to R/B ratios. Chlorophyll a/b ratios were correlated with R/B and R/Fr ratios positively. Red LED
promoted the accumulation of soluble sugar and starch, but decreased pigment contents. On the contrary, blue
LED enhanced the synthesis of pigment contents and soluble proteins. Both the contents of soluble sugar, starch
in leaves and the root activity were higher under the complex light of red and blue LED than those under the
fluorescent light. Especially, the plantlets grew more stronger and the highest survival rate of transplanted
plantlets were observed under the light of high R/B ratio.
Key words: light emitting diodes (LED); light quality; R/B; R/Fr; chrysanthemum [Dendranthema morifolium
(Ramat.) Tzvel.]
收稿 2008-03-31 修定 2008-06-10
资助 国家 “863”计划(2006AA03A165)和江苏省自然科学基
金(BK2 00 41 07 )。
* 通讯作者 ( E-ma i l : xu z hi ga ng @n ja u . e du .c n; T el :
02 5-8 158 135 5)。
光质对植物的生长、形态建成、光合作用、
物质代谢以及基因表达均有调控作用(Naoya 等
2002)。植物对光的颜色, 尤其是对红、远红和蓝
3种光极其敏感。植物生长所需的光合有效辐射
(PAR)在波长 400~700 nm之间, 其中在蓝光区(约
450 nm)和红光区(约 650 nm)的光合效率最高。红
光与蓝光组合的光谱能量分布与叶绿素吸收光谱一
致, 因此可以通过增加净光合速率促进植物的生长
和发育(Goins等 1997)。光谱中红光与远红光光通
量的比值(R/Fr)对植物形态建成和植株高度都有影
响。R/Fr比值已成为控制植株形态的一个评价参
数(刘再亮等 2004)。但目前一些探究 R/B比率以
及R/Fr比率的光质研究中, 大都采用肉眼区分颜色
的有色农膜、转光膜或有色荧光灯一类的方法, 由
此得到的各种光质纯度并不相同, 致使相同比值得
出的结果不一定可靠。而新型光源发光二极管
(light emitting diodes, LED)发射的窄单色红光光谱
和蓝光光谱与光合色素, 尤其是叶绿素 a、b的吸
收波长是相匹配的, 而且LED光源可区分出不同的
光质(吴沿友等 2007)。已经有人尝试用 LED光源
对植物进行补充光照的报道(唐凤鸾等2007), 而采
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用LED辐射产生的不同光质光进行不同配比组合
成光影响组培苗生长发育和生理指标的报道尚未
见。本文采用红光、远红光和蓝光不同配比组合
光照射菊花组培苗, 探究不同比例的红光 /蓝光和
红光 /远红光对其生长的影响, 同时为光生物学研
究中采用 LED作为光照提供参考。
材料与方法
菊花[Dendranthema morifolium (Ramat.) Tzvel.]
为南京农业大学花卉研究所提供的切花组培苗;
LED光源由本校农学院采用厦门华联电子公司生
产的红光[(658±20) nm]、远红光[(715±20) nm]和
蓝光[(460±20) nm]半导体灯自主制成, 以华电公司
制造的电工牌管状荧光灯作为白光对照(表 1)。
试验于 2008年 1~3月在本校组培室进行。三
叶一心, 株高 1.5 cm左右的菊花组培苗接种在 1/
2MS+25 g·L-1蔗糖+6 g·L-1琼脂的生根培养基上, 玻
璃培养瓶容积为 350 mL, 每瓶 6株。高压灭菌前
调节 pH至 5.8。培养室中相对湿度为(75±5)%, 温
度为(25±2) ℃。预培养 3 d后, 随机将组培苗放
置在不同光质配比光的光照系统中, 荧光灯作为白
光对照, 共计 9个处理, 每处理 12瓶。调节电流、
占空比以及光源与植株的距离, 光照强度均调为40
µmol·m-2·s-1左右, 而远红光灯发光效率低, 光照强
度仅为 4 µmol·m-2·s-1。光照时间为 16 h·d-1, 培养
30 d结束后, 取出菊花组培苗测定株高、叶片数、
节间数和根长等形态指标, 并称鲜重后, 放入 105
℃烘箱中杀青 15 min, 烘干至恒重, 称干重。取干
样品, 用蒽酮法测定可溶性糖和淀粉含量; 以无水
乙醇丙酮提取法测定叶中叶绿素和类胡萝卜素含
量; 冰浴研磨新鲜叶片, 离心后取上清液, 以考马斯
亮蓝法测定可溶性蛋白含量。随机取出各光质处
理下 20株菊花组培苗驯化炼苗移栽, 20 d后统计
移栽成活率。以上方法均引自李合生(2 003 )一
书。实验均重复 3次。用 SAS进行方差分析, LSD
进行多重比较 P<0.05。
结果与讨论
1 不同光质配比光对菊花组培苗生长的影响
如表 2所示, R/B组合光质光处理的菊花组培
苗单株叶片数(11片 ·株 -1)和节间数(11个 ·株 -1)均
高于白光处理的, 且显著大于其他光质光处理的组
培苗。红光及 R/Fr组合处理的菊花组培苗株高显
著高于其他光质光处理的组培苗。低 R/B和中 R/
Fr配比光处理的组培苗根数(5根 ·株-1)显著多于红
光、远红光及白光处理的组培苗根数(3根 ·株 -1)。
蓝光和远红光处理的菊花根较短, 显著低于其他光
质光处理的菊花根。菊花的鲜重和干重与 R/B和
R/Fr比率均呈正相关, 即随着R/B和R/Fr比率的降
低而减少。总之, 红光有利于植物茎和根的伸长生
长, 促进植株形态建成, 远红光和蓝光处理的植株
矮小, 根短细。
2 不同光质配比光对菊花组培苗叶中色素含量的影响
从表 3可见, 菊花叶中的叶绿素 a、叶绿素 b、
叶绿素(a+b)、类胡萝卜素含量以蓝光处理为最高,
红光处理的较低, 远红光处理的叶中色素含量最
低。菊花叶中的类胡萝卜素含量与 R/Fr比率呈负
相关, 这与徐凯等(2005)在草莓中的结果相同, 但
叶绿素 a、叶绿素 b、叶绿素(a+b)和类胡萝卜素
含量与R/B比率呈负相关的结果不同, 这可能与其
表 1 LED辐射不同R/B和R/Fr配比光的主要技术参数
Table 1 Major technique parameters of different R/B and R/Fr ratios generated by LED
处理 光质配比组合 峰值波长 /nm 光照强度 /µmol·m-2·s-1
R 红光 658 4 0
R/B H 高红光 /蓝光(R/B 9:1) 658/460 4 0
R/B L 低红光 /蓝光(R/B 3:1) 658/460 4 0
B 蓝光 460 4 0
R/Fr H 高红光 /远红光(R/Fr 2:1) 658/715 4 0
R/Fr M 中红光 /远红光(R/Fr 1:1) 658/715 4 0
R/Fr L 低红光 /远红光(R/Fr 1:2) 658/715 4 0
Fr 远红光 715 4
W 白光 380~750 4 0
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表 2 不同R/B和R/Fr配比光对菊花组培苗生长的影响
Table 2 Effects of different R/B and R/Fr ratios on growth of chrysanthemum plantlets
处理 单株叶片数 /片 节间数 /个 株高 /cm 根数 /根 根长 /cm 鲜重 /g 干重 /g
R 10b 9b 8.083a 3b 4.600a 2.476a 0.189a
R/B H 11a 10a 4.500b 4ab 4.267a 2.453a 0.180ab
R/B L 11a 10a 4.167b 5a 4.533a 2.241a 0.171ab
B 10b 9b 3.367c 4ab 3.433b 1.931a 0.147b
R/Fr H 9b 8a 8.100a 3b 4.633a 1.810bc 0.179a
R/Fr M 9b 8a 7.833a 5a 5.167a 1.773bc 0.134d
R/Fr L 9b 8a 7.333a 4ab 4.433a 1.564c 0.121e
Fr 5c 4c 3.033b 3b 3.067b 0.877d 0.066f
W 10b 9b 3.367b 3b 4.567a 2.012ab 0.149c
同列中相同小写字母表示在 5%水平上差异不显著, 下表同此。
表 3 不同R/B和R/Fr配比光对菊花组培苗叶中色素含量的影响
Table 3 Effects of different R/B and R/Fr ratios on pigment contents of chrysanthemum plantlets
处理 叶绿素 a含量 /mg·g-1 (FW) 叶绿素 b含量 /mg·g-1 (FW) 叶绿素(a+b)含量 /mg·g-1 (FW) 类胡萝卜素含量 /mg·g-1 (FW) 叶绿素 a/b
R 0.971b 0.808b 2.779bc 0.543bc 2.439a
R/B H 2.383ab 1.182ab 3.565ab 0.621ab 2.023abc
R/B L 2.563a 1.371ab 3.935a 0.633ab 1.923abc
B 2.638a 1.598a 4.236a 0.646a 1.728bc
R/Fr H 2.217ab 0.998ab 3.216abc 0.584ab 2.255ab
R/Fr M 2.170ab 0.993ab 3.163abc 0.585ab 2.209ab
R/Fr L 2.246ab 1.051ab 3.298abc 0.588ab 2.191ab
Fr 1.307c 0.871b 2.178c 0.488c 1.497c
W 2.215ab 1.015ab 3.230abc 0.601ab 2.182ab
表 4 不同R/B和R/Fr配比光对菊花组培苗可溶性糖、淀粉和可溶性蛋白的含量以及根系活力和移栽成活率的影响
Table 4 Effects of different R/B and R/Fr ratios on the contents of soluble sugar, starch and soluble proteins,
root activity and survival rate of transplanted chrysanthemum plantlets
处理 可溶性糖含量 /mg·g-1 (DW) 淀粉含量 /mg·g-1 (DW) 可溶性蛋白含量 /mg·g-1 (FW) 根系活力 /µg·g-1·h-1 移栽成活率 /%
R 8.973a 4.362a 3.857b 70.789f 5 5
R/B H 9.580a 1.650b 4.502cde 85.028c 9 0
R/B L 5.003bc 0.994de 4.442cde 79.484d 8 5
B 5.693bc 1.519bc 6.292a 59.484g 7 0
R/Fr H 5.207bc 1.257cd 3.492e 71.495f 5 0
R/Fr M 7.090ab 1.213d 4.949bcd 87.039b 5 5
R/Fr L 3.446c 0.994de 5.039abc 91.278a 6 0
Fr 6.605ab 0.907e 3.696de 43.235h 3 0
W 4.964bc 0.732e 6.072ab 77.147e 8 0
采用光质膜导致光质不纯有关。叶绿素a/b比值与
R/B和 R/Fr比率均呈正相关。
3 不同光质配比光对菊花组培苗可溶性糖、淀粉
和可溶性蛋白含量及根系活力和移栽成活率的影响
由表4可见, 红光照射的叶片中淀粉和可溶性
糖含量较高, 高R/B配比光照射的叶中可溶性糖含
量最高, 由此表明, 红光有利于叶中可溶性糖和淀
粉的积累, 如果红光补充一定量的蓝光则更有利。
红光、蓝光和远红光照射的叶中可溶性糖和淀粉
含量均高于白光的。蓝光有利于蛋白质合成。低
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R/Fr、中 R/Fr和高 R/B配比光处理的菊花组培苗
根系活力较大, 而远红光和蓝光处理的根系活力显
著低于其他光质光处理的。高 R/B配比光处理的
菊花组培苗移栽成活率最高。总之, 一定配比的红
光、蓝光与远红光组合可促进植株正常发育, 提高
根系活力和移栽成活率。
参考文献
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