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光质对一品红叶离体培养中形态发生及生化变化的影响



全 文 :广 西 植 物 G ui hai a7 ( 4 ):9 55一 3 4 5. 19 7 5 3 39
光质对一品红叶离体培养中形态发生及生化变化的影响
倪德祥 冯文煦 张圣方 王凯基
(复旦大学生物学系 )
摘要 本文讨论了将光质应用于一品红 (E up ho ri ba pl u比 e r rm i a )大规模细胞繁殖及形态 发 生 调
控的可行性 , 并测定了一些形态及生化指标作为这种调控的参数 。
以一品红试管苗的叶片作为外植体 , 置于 M S培养基中并分别培养于 白 ( W ) 、 红 ( R ) 、 黄 ( Y ) 、
蓝 ( B ) 、 绿 ( G ) 色光及黑暗 ( D ) 下 , 一个月后进行测定 。 蓝光和黄光明显促进出苗 , 而愈伤组织形 成
的情况则正相反 , 红光利于愈伤组织的形成 , 黄光效果最差 。 过氧化物酶 、 过氧化氢酶 活 力 及 蛋 白质 、
RN 人 、 碳水化合物的含量与愈伤组织形成有较为一致的关系 , 但与分化不直接相关 。
实验中还测定了叶绿素a 、 叶绿素 b 及类胡萝 卜素的含量 。 白光与蓝光均能促进叶绿素及类胡萝 卜素的
合成 . 但蓝光中 c hl b / c hl a 的比率较高 。 此外 , 本文尚涉及暗处理中的晶质化现象 ( vi tr if ic at io n ) 及
其成因。
关键词 一品红 ; 光质 ; 植物组织培养; 形态发生 ; 生化变化
自从 d e C a iP te 【“ 〕 在1 9 5 5年首次报道将光因子应用于植物组织培养的调控以来 , 虽然
人们对于研究光质在高等植物离体培养中作用的热情越来越高 , 报道的文章越来越多 ( iz v ,
19 84 1
7 1
, 倪德祥等 , 19 8 5[ ` ’ “ l ) , 但光质对不同植物作用情况的详细资料仍很缺乏 , 包括
光质对细胞分化 , 植物生长及有关生化变化的影响等等 。
鉴此 , 本实验以将光质应用于大规模细胞繁殖及形态发生的问题为中心 , 对一品红离体
培养受光质影响的情况作了一些探讨 , 主要着眼于光质对出苗数 、 生物量 、 干重 、 叶绿素 a 、
叶绿素 b及类胡萝 卜素含量 、 过氧化物酶 、 过氧化氢酶活力 、 碳水化合物 、 蛋 白质 、 D N A 和
R N A 含量的影 口向。
童哲 ( 1 9 8 5 ) { “ ’ a ] 曾报道过光质对活体植物内色素含量影响的情况 , 但很少有人 进 行
过离体情况下的实验 , 我们的实验研究了色素形成与形态发生之间的关系 , 以期为探讨在光
形态建成过程中这些色素的行为提供一些资料 。
过氧化物酶和过氧化氢酶对各种理化因子甚为敏感 , 因而有人建议将这两种酶作为估价
细胞生化与分化的参数 。 在本实验中 , 亦进行了过氧化物酶及过氧化氢酶活力的测定 。
此外 , 还对蛋 白质 、 糖 、 D N A 和 R N A 含量的变化进行了测定来观察生化变化与形 态
发生间是否存在着相关性 。
材 料 与 方 法
培养条件综合如下 : 将取自一品红 ( E o P h or b l’a P“ Ihc er ir o a ) 花茎继代培养材 料 l ` l的
叶外植体接种于附加 o . Z p P m N A A 和 2 p p m 6 一 B A 的 M S 培养基上 , 并分别培养于白光
广 西 植 物 了卷
( W )
、 红光 ( R ) 、 黄光 ( Y ) 、 蓝光 ( B ) 、 绿光 ( G ) 和黑 11音 ( D ) ` l` 。 室温 2 5土 2℃ ,
每昼夜光照 9 小时 , 辐照度为 3 . 2 W M 一 2 。 彩色荧光灯管由本校电光源研究所提供 , 技术参
数如表 1 所列 。 每种处 理至少有 8 瓶重复 。
表 1
T a b l e l
光 源 技 术 参 数
T e e h n i e a l p a r a m e t e r s o f l i g h t s o u r c e s
灯 色 { 黑 } 自 、下 黄 绿 { 蓝
e o l o u r b l a e k } w h i t e r e d y e l l o w g r e e n b l u e
波长范围 (。 m )
w a
v e l e n g t h
4 1 0一 6 9 0 6 0 0一 6 9 0 5 2 0一 6 5 0 4 9 0 一 5 9 0 4 0 0一5沈0
峰值 ( n m )
P e a k v a l u e
功率 ( w a t t )
P O W
e r
4 5 5
培养物在培养一个半月后进行生化物质测定 。 取 1 克植物组织在 4 ℃下匀浆 。 过氧化物
酶 、 过氧化氢酶活力 、 蛋 白质及色素含量的测定主要依照波钦诺克 ( 1 9 8 1 ) { 5 〕所述进行 。
过氧化氢酶的相对活力以 匀浆液在20 ℃下 、 5 分钟内催化 H Z O Z转变成 H Z O 并释放 O : 的
能力为据 。 剩余的 H 2 0 : 以 K 工和淀粉显色 , M a : S 。 0 3返滴定 。
过氧化物酶的测定则以匀浆冰冻离心 ( 1 0 , 0 o r p s x 15 m 恤 ) 后的上清液在 15 分 钟 内 催
化 H Z O : 还原反应的能力为据 , 加入愈创木酚作为显色刘 , 在 4选on m 波长处测光密度 ( O D )
值作为相对标准 。
蛋 白质含量测定以 B r a d fo r d试剂作显色液 , 在 5 9 5 n m 波长处读取 O D值作为相对含 量 。
色素含量测定亦依据波钦诺克的方法进行 。 色素的丙酮抽提液分别在 6 6 2 、 64 4及 4 4 o n m
处测定 O D值 。 叶绿素 a ( c h l a ) 、 叫一绿素 b ( c h l b ) 和 类胡萝 卜素 ( C k ) 的浓度依照下列
公式计算 :
C a = 9
.
7 8 x 0 D 6 6 2 + O
.
9 9 x 0 D 6 4选
C b 二 2 1 . 4 3 又 O D 6 4 4 + 4 . 6 5 火 0 D 6 6 2
C a + C b = 5
.
1 3 x O D 6 6 2 + 2 0
.
4 4 又 0 D 6 4 4
C k = 4
.
7 又 O D 4 4 0 一 ( 1 . 3 8 又 O D 6 6 2 + 5 . 4 8 K 0 D 6 4 4 )
核酸及碳水化合物的测定主要依照 M ad i s o n ( 1 9 7 6 ) [ “ ! 进行 , 但作了些改进 , 以适应
本实验中的微量生化分析 。 植物组织在 4 ℃下用甲醇抽提并冰冻离心 ( 4 , 0 0 印 5 X 10 m in ) 。
沉淀分别用甲醇 、 乙 醇 、 乙醚 、 过氯酸及其混合物洗涤并用过氯酸加热水解 , 水解物离心后
的上清液分别在 2 6 0 、 28 0 n m 上进行紫外分光分析 , 总核酸浓度计算如下 :
总核酸浓度 = 0 . 0 6 2 9 O D 2 6 0一 0 . 0 3 6 0 O D 2 8 0
另以 二苯胺及乙醛配成之显色剂对上清液显色并保温 , 然后 测定 60 0 n m 处 O D 位作为
D N A 的相对含量 。
一 、 生物母与干茸
结 果
培养物受光质影 响营、的形态变化见图版 2 (第3 6 。贝
4 期 倪德祥等 : 光质对一品红叶离体培养中形态发生及生化变化的影响
实验表明 , 白光和红光能提高培养物的生物量 。 由于愈伤组织的生物 准占了培养物总生
物量的相当大部分 , 该结果实际 上表明白光与红光明显促进愈伤组织的生长 , 而蓝光与黄光
最为无效 , 见图 1 。
暗处理中 , 培养物含水量相对较高 ,
并且观察到植株晶质化 现 象 ( vi t r i if C a -
t i o n p h e n o m e n o n )
, 具体表现为叶缺绿 、
透明 、 苗细长 、 黄化 , 此现象与暗处理中
的高含水量一致 。
二 、 出苗数 出苗数显著地受蓝光和
黄光促进 , 但被绿光强烈抑制 ( 图 2 ) 。 如
前所述 , 蓝光和黄光对于促进愈伤组织形
成却是最为无效的 , 由此看来 , 在一 定程
度上 , 光对分化成苗和愈伤组织生长的效
应间存在着一种负相关关系 。
三 、 色素含 I 表 2 为不同光处理间
的相对色素含量 。 蓝光处理的培养物总的
说来色素含量最为丰富 , 仅类胡劳 卜索略
少一些 。
不同光处理之间 c hl b / c l a 的比例
均有差别 。 这可归结于不同处理的培养物
对蓝光与红光吸收比例不同的缘故 , 因为
e h l b吸收光谱中的蓝光比例高于 e ll l a 。
对类胡萝 卜素而言 , 数据表明白光刘-
其形成最为有效 , 而绿光则能抑制其形成 。
四 、 蛋白质 、 核酸及碳水化合物
光质对蛋 白质 、 核酸及碳水化合物含量影
响的情况分别如图 3 、 图 4 和图 5 所示 。
. ,目. .
C二生能.
{
令 犯田` ,
/
,
l
, 九i 、 l
ǎ白巴J祠川,毛渗
ǎ积è拐阁
图 1 培养物生物量与干重
F 19 1 T h e b i o m a s s a n d d r y w e i g h t o f t h e
C u l t u r e ,

!
. 曰 . - .
令 .
{ . .内·。 . :
1
.卉
图 2 外植体出苗数
F 19 2 N u m b e r o f s h o o t s f r o m I e a v e s e x p l a n t ,
表 2
T a b le Z
叶绿素 a ( C a ) 、 叶绿素 b ( C b ) 及类胡萝 卜素 ( C k ) 含量
C o n t e n t s o f e h l o r o p h y l l a
, c h l o r o p h y l l b a n d e a r o t e n o id e s
C a + C b C b / C
a
(W )
( R )
( Y )
( G )
( B )
( D )
C a
1
.
3 2士0 . 0 2
1
.
1 6士0 . 0 4
0
.
5 9 8士0 . 0 1 3
0
.
3 6 8士0 。 0 3 8
1
.
3 9士0 . 0 4
0
.
2 4 3士0 . 0 13
2
.
0 6士 0 . 0 2
1
.
6 3士0 . 0 5
1
.
0 `士0 . 0 1
0
.
8 3 8士 0 . 0 3 5
2
.
8 2士 0 . 0 8
0
.
4选3士 0 . 0 13
3
.
3 9士0 . 0 2
2
.
7 9土0 . 0 8
1
.
6 4士0 . 0 2
1
.
2 1士0 . 0 5
理. 1 5士 0 . 0 3
0
.
6 8 5土 0 . 0 4 0
C k
1
.
4 6士 0 . 0 1
1
.
14士0 . 0 1
1
.
0 5士0 . 0 2
0
.
5 9 3士0 . 0 1 8
1
.
0 6士0 . 0 1
0
.
0 6士0 . 0 2
1
.
5 6
1
.
4 1
l
,
7 止
2
.
2 8
2
.
0 3
1
_
8 2
白红黄绿蓝黑
4 32 广 西 植 物 了卷
相对含量 (任意单位 )
R e l
at i, e e o n t e n t (
a r
b i t
r a r y u n i Q
蛋白质相对含量
R
e l a t i v e e o n t e 皿 t o f P r o t o i n
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及长卒葵即双艰踌曲` - 石- 二- 杯` 品 - ` J

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总核 峻相对含鼠
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过氧化物酶 相对活力 / / / /
Re l a ti了 e a e ti v i t y o f p e r o x i d a s e画6F曰6
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搪含量 ( O D值 )
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过氧化氢酶相对活力 )
R e l a t i v e a e t i v i t y o f h y d
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勺xeoridas。
4期 倪德祥等: 光质对一品红叶离体培养中形态发生及生化变化的影响 3 43
蓝光特别有利于提高培养物中蛋白质及 RN A的含量 , 而 D N A含量除暗处理中的以 外 ,
一般保持恒定 。 在蛋 白质 、 RN A 及碳水化合物含量之间存在着正相关性 , 这种情况与愈 伤
组织形成亦有对应关系 。 T h or p e和 M e i e r 曾认为积累于器官发生活跃组织中的淀粉粒可能起
到一种能源的作用 ` ’ “ 1 。 在我们的实验中 , 也发现愈伤组织生长旺盛的培养物中含有高浓度
的碳水化合物 , 这种碳水化合物可 能也起一种能源的作用 。 红光处理中的搪含量最高 , 几乎
为最低者蓝光中的 8 倍 ( 见图 5 ) 。
五 、 过饭化物醉与过妞化妞璐 实验数据表明 , 过氧化物酶 与过氧化氢酶的活力相当一
致 ( 图 6 ) 且与其它大分子物质及愈伤组织形成也有正相关关系 。
红光能显著提高培养物的酶活力 , 而暗处理效应最差 。
讨 论
实验结果表明 , 无论光处理或暗处理 , 都有植株的再生 , 这就表明光合系统至少不悬控
制植株再生的唯一系统 。
考虑到原种植物的生态习性 , 我们注意到一品红原为阳生植物。 一般地说 , 阳生环境光
谱中所含的长波光 ( 红光 ) 较多 , 因而容易想到 , 红光可能会促进这种植物的生长。 事实也
是如此 , 在我们的实验中 , 红光确实能促进苗的生长和愈伤组织形成 , 但有趣的是, 苗的分
化却显著地受短波光 ( 蓝光 ) 的促进 , 而红光对其则不那么理想 , 因而我们认为在墙养物的
生长与形态发生之间似乎存在着一种矛盾关系 , 这种关系在指导大规模细胞繁殖系统的珑立
上也是很有意义的 。 当培养的目的在于快速获得大量种苗时可采用能有效促进分化的处琢手
段 , 而当培养的目的是进行细胞培养产物或其特定成份的提取时 , 则可采取使细咆快速增玻
的方法 。 但生长与分化两者之间的联系及调节机制还有待进一步的探讨 。
在实验中还观察到蛋白质 、 R N A 、 碳水化合物含量与过氧化物酶 、 过 氧 化 氢 酶 活 力
之间的相关性。 众所周知 , R N A 在遗传信息的表达过程中起了一种信息中介者的作 用 。 在
一定程度上 , R N A 含量越高意味着蛋白质合成越活跃 ( 包括酶与结构蛋白 ) , 但器官发生
并不直接与 R N A 、 蛋 白质含量相关 , 而只是与其种类的多少即与特定蛋白质的合成成正 相
关 。
与上述情况相反 , 实验中过氧化物酶的活力却与形态发生能力呈负相关 。 人 们 已 经 知
道 , 高浓度的内源 I A A 一般能够抑制形态发生 , 尤其是苗的形成 。 G as p ar 等 [ ’ ` I认为 , 细
胞中与膜结合的及可溶性的酸性过氧化物酶能同时兼有一种 I A A氧化酶的作用 , 据此我们认
为 , 植物组织培养系统中的过氧化物酶可能部分地起到调节内源 I A A水平 , 从而影响形态发
生的作用 。
暗处理中晶质化现象显然是由于叶绿素缺损及细胞过度充水所致 。 K e ve sr 等 ( 19 8 2 l) ’ “ 1
提出假说认为 , 这种晶质化是由于受过氧化物酶 一 I A A 氧化酶系所控制的乙烯释 放 而 引 起
的 , 但在我们的实验中 , 并没有观察到晶质化与过氧化物酶活力间的一致性关系。
对于光质影响叶绿素形成的研究 , 已有人在活体情况下作过尝试 。 W it h or w 等 ( 1 9 5 6 )
I ` 吕 ]首次简要报道红光能促进菜豆 中的叶绿素形成 。 y i r g i n t “ ] ’ f 耳 1 、 M o h r 〔’ . 1与K a s e m 泣r
等 〔` 7 ! 进一步指出这缘于光敏色素的诱导效应 。 童哲 ( 1 9 8 5 ) 曾报道暗处理能提高欧洲赤松
( p i n o s s y l v e s t r i s ) 中e h l b / e h l a的比率 , 而光照 ( 白 、 红 、 远红外 ) 则能降低该比串 ,
34 4 广 西 植 物 7卷
但在我们的实验中却是蓝光能显著提高叶绿素 、 尤其是 。 hl b的含量 , c hl b/ c hl a 的比值则
在绿光和黄光中最高 。 这或许可归咎于植物种类不同以及离体和整体环境之间的差别 , 有待
进行进一步的探索 。
参 考 文 献
[ 1 」倪德祥等 , 19 85 : 光质对康乃馨试管苗生长发育的影响 。 园艺学报 , 12 ( 3 ) : 197 一 20 .2
[ 2 〕倪德祥等 , 1 985 : 光质对锦葵愈伤组织生长和发根的效应 。 上海农业学报。 1 ( 3 ) : 39 一46 。
〔 3 〕 童哲 , 1 9 85 : 光质和除草剂n or f lur az o n 对欧洲赤松子叶质体形成的影响 。 植物学报 , 27 ( 1 ) :
5 7一 62 。
〔 4 」倪德祥等 , 19 86 : 一品红花轴培养成完整植株。 植物生理学通讯 , 1 9 8 6 〔 3 ) : “ 一 47 。
[ 6 ] 波钦诺克 , X . H .荆家海 、 丁钟荣译 , 1 981 : 植物生物化学分析方法 。 科学出版社 。
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L
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p o g a e a L
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) g y
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n v i t r o
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P l a n t S e i
.
L e t t
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3 4 : 2 1 1一 2 18 。
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2
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K a s e m i r
,
H
. ,
M o h r
,
H
.
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m o r P h o g e n e s i s
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P l a n t a 1 5 9 ( 2 )
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J
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T
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T h o m p 冬o n , J . F . , M e n u s t e r , A
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M
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E
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4 0 ( 1 6 8 )
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,
T
.
A
. ,
M e i e
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.
D
.
1 97 3
: E f f e e t s o f g i b b r e l l i
e a e i d a n d a b s e i e a e i d o n
s h o o t f o r m a t i o n i n t o b a e e o e a l l u s e u l t u
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P h y s i o l
.
P l a n t
.
2 9 : 1 2 1一 1 2峨。
{ 11〕 G a s P a r , T h . , P e n e l , C . , T h o r p e , T . & G r e p p i n , H . 1 9 5 2 : P e r o x i d a s e s 19 70一 i 9 8 o . A
s u r v e y o f t五e i r b i o e五e m i e a l a n d p h v s i o l o g i e a l r o l e s i n h i g h e r p l a n t s . U n i v . d e
G e n e v e
一 C e n t r e d e B o t a n i q u e P u b l
, .
G e n e v e
,
3 2 4 P
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[ 22 ] K e r e r s
,
C
. ,
C o u m a n s
,
M
. ,
C o u 二 a n s 一G i l l e s , M . F . , G a s p a r , T h . 1 9 5 4 : P h y s i o l o g i e a l
a n d b i o e 五e m i e a l e v e n t s l e a d i n g t o v i t r s f i e a t i o n o f p l a n t s e u l t u r e d i n v i t r o . P h y `
5 1 0 1
.
P l a n t
.
6 1 ( 1 )
: 6 9一 7 4。
[ 13 ] W i t h r o w
.
R
.
B
. ,
W o l f f
,
J
.
B
. ,
P r i e e
,
1
.
1 9 5 6 : E l i m i n a t i o n o f t h e l a g p h a s e o f e h l o -
r o p五y l l s y n t h e s i s i n d a r k一 g r o w n b e a n l e a v e s b y a p r e t r e a t m e n t w i t h l o w i r r a -
d i a n e e s o f rn o n o e h r o m a t i e e n e r g y
.
P l a n t P h y s i o l
.
3 1: S u P p l
.
X l l

[ 1 4〕 V i r g i n , H . I . 1 9 5 7 : C h l o r o p h y l l a e o n t e n t a n d t r a n s p i r a t i o n o f e t i o l a t e d w h e a t l e a -
v e s a f t e r p r e t r e a t m e n t w i t h a s h o r t l i g h t i m p u l s e f o l l o w e d b y d a r k p e r i o d s o f
v a r y i n g l e n g t h s
.
P h y s i o l P l a n t
.
10
: 4 4 5一 4 55 。
[ 15 ] V i r g i n
,
H
.
I
.
19 55
:
S t u d i e s o n t h e f o r m a t i o n o f p r o t o c h l o r o p h y l l a n d c h l o r o p h y l l
a u n d e r v a r y i n g l i g h t t r e a t m e n t
.
P il y s i o l
.
P l a n t
.
1 2 : 3 4 7一 3 6 2 。
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H
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e o n t r o l l塞n g e h l o r o P h y l l a a c e u m u l a t i o n . p h o t o e h e m , p h o t o b i o l 15 : 4 5 1一 4 5 6 。
4期 倪德祥等 :光质对一品红叶离体培养中形态发生及生化变化的影响 3 4 5
E F FE C T S OF LI GH T Q U TL I A Y ON M OP RH E N E I G S S O
AND B旧C HE M!C CLH N A AE G S OEF P UH OR! A B
P U LC HE R! R M AC UT L U RE D N I ! VT R O
N 1D e一 x ia ng F e ngW e n一 x u eZ ha ngP i一 f a ng a ndW a ngK a i一 j i
( B io l o g yD eP a
r tm e n t
,
F u d a n U n i v e r s i t y )
A b , t r a e t T h e r e e e n t p a p e r d e a l s w i t h t h e f e a s i b i l i t y o f l i g h t q u a l i t y r e g u l a t i o n o n
l a r g e 一 s e a l e p l a n t e e l l p r o l i f e r a t i o n a n d m o r p h o g e n e s i s o f E u p h o r b i a p u l e h e r r i m a
.
5 0 -
m e m o r P h o l o g i e a l a n d b i o e h e m i e a l e h a n g e s w e r e m e a s u r e d a s t h e p a r a m e t e r s o f t h e r e -
g u l a t i o n
.
L e a v e s f r o m s i n g l e g e n o t y P e o f E u P h o r b i a P u l e h e r r i m a w e r e e u l t u r e d i n w h i t e
,
r e d
,
y e l l o w
,
g r e e n
,
b l u e l i g h t s a n d i
n
d a r k r e s p e e t iv e l y
.
B l u e a n d y e l l o w l i g h t s s t im
-
u l a t e d s h o o t i n g s i g n i f i e a n t l y w h i l e e a l l u s g r o w t h w a s q u i t e t h e o p p o s i t e
.
R e d l i g h t
w a s m o s t e f f e e t i v e t o e a l l u s f o r m a t i o n a n d y e l l o w t h e l e a s t e f f e e t i v e
.
T h e a e t i v i t i e s
o f p e r o x i d a s e
,
h y d r o g e n p e r o x i d a s e a n d e o n t e n t s o f p r o t e i n
,
R N A
, e a r b o h y d r a t e w e r e
r e l a t i v e l y e o n s i s t e n t w i t h t h e a b i l i t y o f e a l l u s f o r m a t i o n b u t n o t d i f f e r e 皿 t i a t i o n .
C o n t e n t s o f e h l o r o P h v l l a
, e h l o r o P h y l l b a n d e a r o t e n o i d s w e r e a l s o d e t e r m i n e d
.
W h i t e a n d b l u e l i g h t s i
n e r e a s e d b o t h e h l o r o p h y l l a n d e a r o t e n o i d s e o n t e n t s w 五i l e t h e
r a t i o o f C h l b / C h l a w
a s m u e h h i g h e r i n b l u e l i g h t
.
T h e v i t r i f i e a t i o n P h e n o m e n a i n d a r k t r e a t m e n t w a s a l s o d i s e u s s e d
.
K e y w o r d s E u p h o r b i a p u l e h e r r i m a ; L i g h t q u a l i t y ; P l a n t t i s s u e e u l t u r e : M o r p h o g e
-
。 e s i s : B i o e h e m i e a l e h a n g e s
36 0
倪德祥等 : 光质对一品红叶离体培养中形态发生及生化变化的影响 图版 I
N i De一 xi an g et al
.
: E f f e et o sf l i gh t q u al it y on m or ph o g en e si sn adb i o eh em i e a主
eh an g e o sf E uph r ob i ap ol eh r er i血 a e u !t r u ed至n v it r oP l at el
不同光质下的一品红生长情况
R e居 en 君r at ed sh o ot sf r om l v o a e o sf E uph or b i ap ul eh r er m in a u己 er 〔 if f e: e红 t 119五t q u al it i。 ,