全 文 ：园 艺 学 报 2008，35(9)：1339—1344
Aeta Horticulturae Sinica
不同光谱能量分布对冬青试管苗生长的影响
邸秀茹 ，崔 瑾 ，徐志刚h，常涛涛 ，张 欢 ，刘海俊
( 南京农业大学农学院，南京 210095； 南京农业大学生命科学学院，南京 210095)
摘 要：采用发光二极管 (1ight—emiting diode，LED)调制光质和光量，研究光谱能量分布对冬青试管
苗生长的影响，以荧光灯为对照。结果表明：红光 LED处理下试管苗的干样质量、生根率、根冠比和根长
指标最高；而蓝光 LED处理下则最低。绿光 LED有利于叶片质量增加。单色红光 LED导致试管苗徒长，
根系活力和移栽成活率最低，最高值出现在复合光质 LED组合中。与荧光灯相比，在能效、干样质量、碳
水化合物含量以及 SOD和 CAT抗氧化酶活性指标上，复合光质 LED具有明显优势，有利于培育壮苗、提
高移栽成活率并降低能耗成本。
关键词：冬青；试管苗；光谱能量分布；发光二极管
中图分类号：S 687；S 123 文献标识码：A 文章编号：0513-353X (2008)09—1339-06
Efects of Light Spectral Energy Distribution on Growth of llex chinensis
Sims Plantlets】 Vitro
DI Xiu．131 ，CUI Jin ，XU Zhi．gang ，CHANG Tao．tao ，ZHANG Huan ，and LIU Hai-jun
( College ofAgriculture，NanjingAgricultural University，Nanfing 210095，China； College of Sciences，NanjingAgricultural
University，Nanjing 210095，China)
Abstract：The efects of diferent light spectral energy distribution of light—emiting diode(LED)on
growth of Ilex chinensis Sims plantlets in vitro were studied．Fluorescent light was used as the contro1．The re—
sults showed that，plantlets under red LED exhibited the highest dry mass，rooting rate，root／shoot rate and
root length，but blue LED had the contrary effects．Green LED was suitable for leaf growth．However，mono—
chromic red LED induced abnormal growth，poor root vigor and least survival rate．Compared with fluorescent
light，complex of LED showed the obvious advantages on energy eficiency，dry mass，carbohydrate contents，
SOD and CAT activities．The results indicated that application of complex of LED could improve antioxidant
capacity and environment adaptable of Ilex chinensis Sims plantlets in vitro which got stronger and survival rate
were higher than those under fluorescent．
Key words：llex chinens~ Sims；plantlets in vitro；light spectral energy distribution；light-emiting
diOd
光质和光量对试管苗生长发育影响的研究一直备受关注。国内学者研究了光质对康乃馨 (倪德
祥 等，1985)、仙客来 (庞基良 等，1994)、小苍兰 (车生泉 等，1997)和葡萄 (李胜 等，2005)
试管苗生长的效应。但试验中均采用荧光灯或滤光片获得光质，无法精确定量调制光谱能量分布，光
量低且不一致，影响到结论的可靠性和可比性 (童哲，1989)。发光二极管 (1ight—emiting diode，
LED)为新型半导体光源，具有光质纯、光效高、波长类型丰富、光谱能量调制便捷、低发热、小体
积、长寿命等突出优势，便于集中植物所需波长实施均衡近距离照射，可实现高效能、低热负荷和紧
凑空间的集约化植物生产，将是替代荧光灯用于植物组织培养、工厂化快繁育苗和航天生态生保系统
收稿日期：2008—05—27；修回日期：2008一O8—11
基金项目：国家 ‘863’计划项 目 (2006AA03A165)；江苏省自然科学基金项目 (BK2004107)
}通讯作者 Au~or for correspondence(E-mail：xuzhigang@njau．edu．cn)
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园 艺 学 报 35卷
的新一代节能环保型光源 (Guo et a1．，2008)。国内外学者研究了 LED对多种试管苗生长的影响
(Heo et a1．，2002；Lian et a1．，2002)，但仅涉及红光和蓝光及其组合两种光质类型。
冬青是木本植物，具有观赏和药用价值，其试管苗生根难，快繁困难，目前侧重于培养基和植物
生长调节剂的研究 (陈家龙 等，2006)。本研究中采用 LED调制光质和光量，研究光谱能量分布对
冬青试管苗生长的影响，为其离体快繁光环境的改善和组培专用 LED光源的研发提供理论依据。
1 材料与方法
1．1 试验材料
试材为南京农业大学花卉研究所提供的四季冬青 (flex chinensis Sims)试管苗。生根培养基为1／2
Ms+0．2 mg·L NAA+25 g·L 蔗糖 +6 g·L 琼脂，高压灭菌前调节pH至5．8。每个容积为350
mL的玻璃瓶内接种高约 1．5 cm的外植体6株。培养室相对湿度75％±5％，温度 (25±2)℃。
1．2 光谱能量分布
LED光源系统由南京农业大学农学院自主研制，以华电公司制造的管状荧光灯作为对照，光谱
能量分布如表 1所示。预培养 3 d后随机分成 8组，每组 12瓶，分别置于7种光谱能量分布的LED
光源小区 (图1)和 1个荧光灯对照区。调节电流、占空比以及光源与植株的距离，使光量均在 5O
／~mol·nl一·s 左右；采用 16 h·d 光照，60 d培养周期。
表1 不同LED光谱能量分布的主要技术参数
Table 1 Major technique parameters of light spectral energy distribution under LED
1．3 测定指标与数据处理
培养结束后，测量试管苗基部到顶芽的距离作为株高、根基到根尖的距离为根长以及植株基部的
茎粗。用打孔器取直径0．5 cm的叶片圆片，称鲜样质量，比叶面积 =鲜叶表面积／叶鲜样质量。随机
选取 20株试管苗，进行炼苗驯化，移入基质中20 d后统计移栽成活率。试管苗 105℃烘箱杀青 l5
rain，烘干至恒重，分别称量单株根、茎、叶和整株的于样质量；能效 =整株干样质量／各光源所消耗
功率。保留干样，准确称量各光质下的叶片0．1 g，参照李合生 (2003)的方法测定可溶性糖和游离
氨基酸含量，C／N=可溶性糖／游离氨基酸含量；称取新鲜叶片0．1 g，磷酸缓冲液冰浴研磨，10 000
×g冷冻离心20 rain提取上清液4 c保存备用，测定可溶性蛋白、超氧化物歧化酶 (SOD)活性、过
氧化物酶 (POD)活性、过氧化氢酶 (CAT)活性和丙二醛 (MDA)含量；称取新鲜的根尖 0．5 g，
测定根系活力。形态指标测定重复6次，生理生化试验重复3次。Excel 2003进行数据整理，SAS 9．0
进行方差分析，采用LSD进行多重比较，P<0．05。
2 结果与分析
2．1 不同光谱能量分布对冬青试管苗形态的影响
冬青试管苗在不同光谱能量分布小区 (图 1)培养60 d后，RBFr处理的根系活力显著高于其他
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9 期 邸秀茹等 ： 不 同光谱能量 分布对冬青试管苗生 长 的影 响 134 l
处理 ； 1R B 、 2R B 、 3R B 、 R B G 和 R B F r 处理 的移栽成活率高于 荧光灯对 照 ； B 处理 植株矮壮 ， 茎粗 ，
比叶面 积和根长最 小 ， 移栽成活率低 。 R 处 理 的植株最高 ， 节 间距 最 大 ， 明显 徒长导致形 态异 常 ， 根
系活力和移栽成活率低 (图 2 ， 表 2)。
试管苗株 高 由高到低依次 为 R 、 W 、 1R B 、 R B G 、 2R B 和 3 R B 、 R B F r 、 B ， 随着蓝 光 (远 红 光 、
绿光 ) 光量 的增 多和红 光光量 的减 少 ， 茎粗渐增 ， 而 株高 、 比叶面 积 和根 长渐减 。 比叶面 积在 一 定
程 度上 与叶片截获光 的能力正 相关 ， 红 光有利于增强 叶片的光截获能力和根系的形态建成 ， 这与李胜
等 (2005 ) 的研 究结论 一 致 ， 也 表 明添加蓝 光 、 绿光或远 红 光 能促成植株矮壮 。 以 上 分析表 明 ， 单
一 光质不利于试管苗 的形态建成 、 生 长发育及 以后 的移栽成活 。
图 1 部 分 L E D 光 源小 区 示意 图
F ig? 1 G eneralview ofL E D lightplot
图 2 不 同光谱 能量分 布下 的冬青试管苗形 态
F ig? 2 M 。rphol。gY ofllex chin P 弹sis S im s plantlets iH p／tro under lightspectraI ener科 distribu tion
表 2 不 同光谱能量分布对冬青试管苗形 态及 生 根的影 响
—
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处理
T realm en
R
B
1R B
2R B
3R B
R B F r
R B G
W
注 ：
Note
株高／c
H eight
4 ． 533 ．
1 ． 867 。
2． 15 bl
2． 10 bI
2． 10 b(
2． 00 b(
2． 12 b(
2． 6l b
茎粗／cm 比叶面积
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L
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2
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-
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S di m g F M )
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0． 068 d
O ． 093 a
0． 076 C
O ． 078 C
0． 090 al
0． 088 a1
0． 086 b
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l列 中相同小写 字母 表示
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根长／era
R ootlengl
18． 22 a
77． 62 d
96． 72 bI
93 ． 92 C
92． 50 c(
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95 ． 4 9 b(
10． 33 at
差异不 显 著 。 下 同 。
m m ean nO significan
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1 ． 5 lL
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移栽成
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2．2 不同光谱能量分布对冬青试管苗色素含量和生物量的影响
R处理的叶片类胡萝 卜素含量和B处理的叶片叶绿素a／b比值都显著高于荧光灯对照；LED复合
光质处理叶片的色素含量和叶绿素a／b比值与荧光灯对照差异不显著 (表 3)。这表明与荧光灯相比，
LED光源对组培苗色素的形成和发育无不良影响。蓝光处理叶片的叶绿素 a／b比值高于红光处理，这
表明植株在蓝光下呈现阳生植物特性，在红光下呈现阴生植物特征，印证了蒲高斌等 (2005)的研
究结论。
表3 不同光谱能量分布对冬青试管苗色素含量的影响
Table 3 Efects of spectral energy distribution on pigment contents of llex chinensis Sims plantlets in vitro
由表4可知，R处理植株的根和茎的干样质量最大；B处理植株各部位干样质量较低；3RB处理
的各部分干样质量显著高于 1RB和 B处理。RBFr、RBG和 R处理的根及总干样质量显著高于荧光灯
对照。LED的能效高于荧光灯，是荧光灯的3～9倍。R处理的根冠比显著高于其它处理和对照，说
明红光促使光合产物较多的分配到地下部，促进根部生长，这与表2的数据互证吻合；B处理的根冠
比最低，表明蓝光有利于地上部干物质积累，促使试管苗矮壮。RBG处理的植株叶片干样质量最高，
表明绿光促进光合产物较多的转运到叶片中。总之，RBG和RBFr以及3RB处理的试管苗干样质量最
高，根冠比适宜，能效高。
表4 不同光谱能量分布对冬青试管苗干样质量及根冠比的影响
Table 4 Efects of spectral energy distribution on dry mass and root／shoot ofllex chinensis Sims plantlets in vitro
2．3 不同光谱能量分布对冬青试管苗碳氮代谢的影响
1RB、RBG和RBFr处理的叶片可溶性糖与碳水化合物含量均显著高于白光 (表 5)。B、R和
1RB处理的游离氨基酸含量较高，且 B处理的游离氨基酸含量显著高于荧光灯对照和其它 LED处理。
RBFr和RBG处理的叶片游离氨基酸含量较低。RBG、RBFr和2RB处理的C／N比显著高于 B处理。
RBG和RBFr处理的植株积累了较多的可溶性糖和碳水化合物，碳代谢旺盛，为光合生长奠定了物质
基础，较少的游离氨基酸表明蛋白质合成与分解平衡，氮代谢稳定。
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9期 邸秀茹等：不同光谱能量分布对冬青试管苗生长的影响 l343
表5 不同光谱能量分布对冬青试管苗碳氮代谢的影响
Table 5 Efects of spectral energy distribution Oil metabolism of carbon and nitrogen of llex chinensis Sims plantlets in vitro
2．4 不同光谱能量分布对冬青试管苗叶片可溶性蛋白和抗氧化酶系的影响
从表6可以看出，所有含有蓝光光谱的LED处理和荧光灯对照的叶片可溶性蛋白质含量都显著
高于 R处理，表明蓝色光利于叶片蛋白质的合成。除 RBG处理外，所有 LED处理的 SOD活性都显
著高于荧光灯对照；复合光质和单色蓝光LED处理的叶片 CAT活性显著高于单色红光 LED处理和荧
光灯对照。不同光谱能量分布对叶片 POD活性和MDA含量的影响差异不显著。
表6 不同光谱能量分布对冬青试管苗叶片可溶性蛋白质含量和酶活性的影响
Table 6 Efects of spectral energy distribution on soluble protein contents and
enzyme activities of／／ex chinensis Sims plantlets in vitro
3 讨论
冬青试管苗在红光下的生根率为 100％，这与车生泉等 (1997)对小苍兰试管苗上的研究结果相
同，红光是促进试管苗根萌发的有效波长。但单色红光 LED导致根系活力和移栽成活率降低，最高
值却出现在红蓝、红蓝绿或红蓝远红的 LED组合中。单色蓝光 LED下，冬青试管苗的生根指标都处
于最低水平，说明蓝光抑制试管苗生根 (李胜 等，2005)。对于难以生根的试管苗，宜在培养前期采
用红光诱导其发根，随后添加蓝光等光质，以促进根的正常生长，提高根系活力和移栽成活率。
在本研究中，复合光谱 LED对冬青试管苗叶片的叶绿素和类胡萝 卜素含量以及叶绿素 a／b的影
响与荧光灯无明显差异，说明 LED不会对色素的形成、叶绿体的发育及光反应系统造成不良影响，
这表明采用复合LED替代荧光灯作为植物组培光源具有可行性。尽管绿光不是光合作用的高效吸收
光谱，但红蓝绿组合处理的叶片干样质量最大，在生菜上也有类似的结果，Kim等 (2004)认为绿
光可以更多地穿透植物冠层，促进生菜下部叶片的光合作用。
SOD催化氧自由基 (02)的歧化反应产生 H 0：，而H O：又被POD或 CAT抗氧化酶系转化为无
害的氧和水分子。复合光质 LED处理明显提高试管苗叶片的 SOD和 CAT活性，提高植株抗氧化能
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l344 园 艺 学 报 35卷
力。在细胞膜遭受光破坏时，膜脂过氧化而产生丙二醛 (MDA)，LED处理的 MDA含量与荧光灯差
异不显著，可见，LED照射对试管苗不会破坏植物的细胞膜系统。
荧光灯是植物组织培养中常用的电光源，其光谱能量分布不符合植株生长需求、发热量大，引起
电能损耗和浪费 (Kodym&Zapata—Arias，1999)。本试验的各项生长指标表明，光谱能量分布为复合
光质 LED对试管苗生长的效果优于荧光灯，其能效是荧光灯的3～9倍，突显了LED用于植物组培和
工厂化快繁育苗产业的高能效特征，是替代荧光灯的理想光源。
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