2023, Vol. 50文章信息
引用本文 |
基金项目
- 广州市基础与应用基础研究项目（202102080173）
作者简介
- 顾梦云（1993—），女，硕士，研究方向为花卉植物组织培养，E-mail：gmy7748@163.com.
通讯作者
- 周晓云（1973—），女，硕士，正高级农艺师，研究方向为植物病理及花卉育种栽培，E-mail：xyzh28@126.com.
文章历史
- 收稿日期：2023-02-06
【研究意义】红掌（Anthurium andraeanum）又名花烛、火鹤花，天南星科（Araceae）花烛属（Anthurium）多年生常绿草本植物，为国内国际市场颇受欢迎的重要花卉品种之一[1-2]。目前，我国大部分地区均有栽培红掌，据不完全统计，国内红掌年产3 000万~ 3 500万盆，种苗8 000万~9 000万株，其中以广东、福建和云南产量最多[3]。近年来，国内红掌品种创新也不断取得新突破，如双冠红掌[4]、小娇红掌[5]、粉黛[6]、夏焰[7]、明农月华[3]等多个自主红掌新品种相继报道；由广州花卉研究中心主持、华南农业大学参加选育的红掌新品种福星深受种植者和消费者喜爱，具有叶色浓绿、佛焰苞颜色鲜红，且夏季不褪色等优点，在国内有大量用种需求。为稳定红掌福星组培种苗生产，除调整、优化培养基配方等外，借鉴LED在其他作物种植的应用研究和开发经验，采用更加适合的光质比例和光照强度，提高光合效率和种苗健壮度，是组培生产首要考虑的重要因素。研究红掌福星组培愈伤诱导、增殖培养及壮苗培养等阶段适宜的LED光质配比和光照强度，开发成套的组培生产技术，对促进国内红掌新品种研发、花卉生产节能降耗和经济效益提高具有重要意义。【前人研究进展】光作为植物生长最重要生长因子之一，在调控植物形态构建、生长发育、物质代谢方面发挥重要作用[8]。LED光源为冷光源，具有光能利用率高、光谱性能好、发热量小、寿命长等众多优点，在照明、家居等各行业广泛应用[9]。目前已有国内外学者研究报道LED光源对蝴蝶兰[10]、观赏石斛[11]、杉木[12]、观赏海棠[13]等观赏植物组织培养有良好的促进作用，并筛选出了适宜相应组织培养用LED光源和光质比，如红光更有利于蝴蝶兰单芽增殖、干重、鲜重以及株高的增加，迷你秋石斛在R6B3G0光质培养下增殖效果最好、增殖系数达到2.35，观赏海棠在蓝光LED下植株生长旺盛、愈伤组织形成最好；LED光质在红掌如阿拉巴马[14]、Violeta[15]、Pink Lady[15]、骄阳[16-17]、维多[18]等品种组培中的应用也取得一些进展，主要研究了LED光照条件对红掌愈伤组织培养[18]、增殖分化[19]、组培苗生长[17]其中1~2个阶段的影响，但对红掌愈伤组织诱导以及组培各个阶段LED光质配比和光照强度的系统研究报道较少。【本研究切入点】红掌对培养条件、外源激素的种类等较为敏感[20]，不同红掌品种组培的适宜光照条件存在差异，本试验以自主培育的红掌新品种福星为研究对象，结合现代LED光源照明技术，研究LED不同光质配比和光照强度对红掌福星组培愈伤组织诱导、增殖培养、壮苗培养阶段生长的影响，进一步优化组培光照条件，提高种苗生产质量和效率。【拟解决的关键问题】本研究探讨适宜红掌新品种福星组培重要阶段的LED光质配比和光照强度，建立一套适应红掌福星组培LED光调控技术体系，提高愈伤组织诱导率、增殖率和种苗品质，培育壮苗，降低生产成本，为红掌高效组培技术提供重要技术参考。
1 材料与方法 1.1 试验材料试验于2021年4月至2022年10月在广州花卉研究中心从化基地组培实验室和温室大棚进行。供试材料红掌福星为广州花卉研究中心主持、华南农业大学参加选育的新品种，组织培养材料均由红掌叶片为外植体诱导。
1.2 试验方法1.2.1 不同LED光质配比和光照强度对红掌福星愈伤组织诱导的影响 试验设7个光照处理：Dark、10%R（100 lx）、20%R（200 lx）、30%R（300 lx）、R∶ B = 1∶ 1（300 lx）、R: B = 2∶ 1（300 lx）、R∶ B = 3∶ 1（300 lx）；光照系统为多路LED可调光组培照明系统（下同），R（Red）表示波长为660 nm的纯红光，B（Blue）表示波长为450 nm的纯蓝光，Dark为黑暗条件、零光照，每种光质的额定功率为35 W，光照10 h/d，温度均为24（±1）℃。将红掌福星叶片外植体消毒灭菌后，转接放入同种诱导培养基进行愈伤组织诱导培养，每瓶放4片，每个处理设3次重复，每个重复转接20瓶，分别放在7种不同LED光照条件下培养，120 d后统计愈伤组织诱导率和叶片死亡率，观察愈伤组织状态，筛选适宜的光质配比和光照强度。
1.2.2 不同LED光质配比和光照强度对红掌福星愈伤组织增殖的影响 试验设6个光照处理：WL、R、R∶ B = 3∶ 1、R∶ B = 2∶ 2、R∶ B = 1∶ 3、B；光照强度为300 lx，WL（White light）为白光（波长400~750 nm），光照10 h/d，温度均为24（±1）℃。将红掌福星叶片诱导出的愈伤组织块，剪切成质量为0.3 g左右的方形小块，放入同种增殖培养基中进行愈伤组织增殖培养，每瓶放4块，每个处理设3次重复，每个重复转接10瓶，分别放在6种不同LED光照条件下培养，50 d后统计愈伤组织块质量增殖系数，筛选适宜的光质配比。
之后设置3个不同的光照强度300、600、900 lx处理，转接方法同上，50 d后统计愈伤组织块质量增殖系数，筛选适宜的光照强度。
1.2.3 不同LED光质配比和光照强度对红掌福星愈伤组织芽分化的影响 试验设4个光照处理：WL、R∶ B = 4∶ 1、R∶ B = 2∶ 2、R∶ B=1∶ 4；光照强度为1 200 lx，光照10 h/d，温度均为24（±1）℃。将红掌福星愈伤增殖后的组织块剪切成1.0 g左右的均匀方块放在同种增殖分化培养基中进行培养，每瓶放4块，每个处理设3次重复，每个重复转接10瓶，分别放在4种不同光质条件下培养，50 d后统计芽分化个数，增殖分化芽生长状态，筛选适宜的光质配比。
之后设置3个不同的光照强度1 000、1 500、2 000 lx处理，转接方法同上，50 d后统计芽分化个数，增殖分化芽生长状态，筛选适宜的光照强度。
1.2.4 不同LED光质配比和光照强度对红掌福星壮苗阶段组培苗的影响 试验设4个光照处理：WL（CK）、R∶ B = 4∶ 1、R∶ B = 2∶ 2、R∶ B = 1∶ 4；光照强度为1 000 lx，光照10 h/d，温度均为24（±1）℃。将红掌福星带有4株生长均匀、三叶一心的增殖分化苗组织块接入同种壮苗培养基中进行壮苗培养，每瓶放4块，每个处理设3次重复，每个重复转接10瓶，分别放在以上4种不同光质条件下培养，50 d后统计组培苗叶片数、叶长、叶宽、根数、茎粗、株高、SPAD值，筛选适宜的光质配比。
之后试验设置3个不同的光照强度900、1 200、1 500 lx处理，转接方法同上，分别放在3种不同光照强度下培养，50 d后统计组培苗叶片数、叶长、叶宽、根数、茎粗、株高、SPAD值，筛选适宜的光照强度。
SPAD值测定：采用SPAD 502plus叶绿素含量测定仪，测定组培苗的第一片平展叶，每个处理设3次重复，每个重复测30株。
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试验数据用Excel 2010办公软件进行统计整理，利用统计分析软件SAS 9.2（Statistical analysis system）进行方差分析和多重比较（Duncan）。
2 结果与分析 2.1 不同LED光质配比和光照强度对红掌福星愈伤组织诱导的影响由表 1可知，红掌福星在相同的光照强度条件下，30%R光质处理的叶片死亡率（25%）显著低于3个红蓝组合光质配比处理（叶片死亡率均在60% 以上），30%R光质处理的叶片愈伤组织诱导率（66.67%）显著高于红蓝组合光质配比处理（30% 以下）。这表明，相比于单色红光条件，红蓝组合光质配比下叶片死亡率高，愈伤组织诱导率低，不适于红掌福星叶片愈伤组织诱导。
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在Dark和不同光照强度红光光质（10%R、20%R、30%R）条件下，福星叶片死亡率随着红光光照强度增强（0~300 lx）呈上升趋势，其中在Dark下最低、为7.50%，其次是10%R光质条件（10.42%）；叶片愈伤组织诱导率在Dark和10%R光照条件达到最高，均为79.58%。Dark条件下，愈伤组织呈白色蓬松状，体积大，有黄白色颗粒物，状态表现一般（图 1A）；10%R、20%R、30%R光质条件下，愈伤组织均状态为黄绿色，紧实，体积大，状态表现好（图 1B~D）。表明红光光质条件较适宜红掌福星愈伤组织诱导，愈伤组织状态表现好，且需要控制在较低的光照强度下。
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| A：Dark；B：10%R；C：20%R；D：30%R；E：R∶B=1∶1；F：R∶B=2∶1；G：R∶B=3∶1 图 1 不同LED光质配比和光照强度对红掌福星愈伤组织诱导的效果 Fig. 1 Effects of different LED light quality ratio and light intensity on callus induction of Anthurium andraeanum Fuxing |
综上，红光光质条件较适宜红掌福星愈伤组织诱导，以光照强度100 lx的10%R光质条件下愈伤组织诱导率最高（79.58%），且愈伤组织状态表现好，叶片死亡率较低（10.42%），仅次于黑暗条件，综合比较效果最优。
2.2 不同LED光质配比和光照强度对红掌福星愈伤组织增殖的影响由图 2可知，经R、B两种红蓝单色光质照射后红掌福星愈伤组织增殖系数均低于WL（5.18），而红蓝光组合光质条件下，其中经R∶B = 3∶1组合光照射后，红掌福星愈伤组织增殖系数最高、为5.79，高于WL；随着蓝光比例增加，红光比例减少，增殖系数呈下降趋势，其中R∶B = 1∶3的LED组合光质条件下，红掌福星愈伤组织增殖系数最低（3.91），显著低于WL。表明红蓝单色光质条件下红掌愈伤组织增殖系数较低，不适于红掌愈伤组织增殖；适合的LED红蓝光质配比有利于红掌愈伤组织增殖培养，其中R∶B = 3∶1的LED光质条件下红掌愈伤组织增殖系数最高，最适于红掌愈伤组织增殖培养。
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| 图 2 不同LED光质配比对红掌福星愈伤组织增殖的效果 Fig. 2 Effects of different LED light quality ratio on callus proliferation of Anthurium andraeanum Fuxing |
由图 3可知，在R∶B = 3∶1的LED光质条件下，光照强度从300 lx提高至600 lx时愈伤组织增殖系数上升，当光照强度高于600 lx时增殖系数呈下降趋势，表明适宜的光照强度有利于愈伤组织增殖，以光照强度为600 lx时愈伤组织增殖系数最高（6.44），最适于红掌福星愈伤组织增殖培养。
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| 图 3 不同光照强度对红掌福星愈伤组织增殖的效果 Fig. 3 Effects of different light intensity on callus proliferation of Anthurium andraeanum Fuxing callus |
2.3 不同LED光质配比和光照强度对红掌福星愈伤组织芽分化的影响
从4种LED光质条件对红掌福星愈伤组织芽分化的影响结果（表 2）可以看出，经WL照射后，红掌福星增殖分化芽芽个数最多（22.17个），株高最大（2.63 cm），茎粗最小（1.33 mm），增殖分化芽细长、多而密（图 4A）；经R∶B = 4∶1、R∶B = 2∶2、R∶B = 1∶4红蓝组合光照射，芽个数和株高均低于WL，茎粗均显著高于WL，增殖分化芽均比WL矮壮，但在R∶B = 2∶2、R∶B = 1∶4两种LED光质配比条件下出现少量黄叶现象，且随着蓝光光质比例增加黄叶呈加重的趋势（图 4C、D）。表明WL照射后红掌愈伤组织块增殖分化芽个数最多，但增殖分化芽状态不够健壮，密多，细高；R∶B = 4∶1红蓝光质配比照射后增殖分化芽个数适当减少，芽矮壮，且增殖分化芽叶片无黄叶，最适宜红掌愈伤组织芽分化阶段培养。
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| A：WL；B：R∶B = 4∶1；C：R∶B = 2∶2；D：R∶B = 1∶4. 图 4 不同LED光质配比下红掌福星愈伤组织芽分化情况 Fig. 4 Bud differentiation under different LED light quality ratio of Anthurium andraeanum Fuxing callus |
由表 3可知，在R∶B = 4∶1的LED光质条件下，在光照强度1 000~2 000 lx范围内，随光照强度升高，红掌福星愈伤组织块增殖分化芽个数和株高呈下降趋势，茎粗呈上升趋势，当光照强度达1 500 lx时增殖分化芽有少量黄叶（图 5B），光照强度升至2 000 lx时增殖分化芽整体生长较缓慢，且带有黄叶和干叶（图 5C）。表明较高光照强度对红掌福星愈伤组织芽生长和分化有抑制作用，且增殖分化芽会产生黄叶和干叶现象，以光照强度为1 000 lx时，增殖分化芽矮壮，无黄叶，生长势好，适宜红掌福星愈伤组织块芽分化。
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| A：1 000 lx；B：1 500 lx；C：2 000 lx 图 5 不同光照强度下红掌福星愈伤组织芽分化情况 Fig. 5 Bud differentiation under different light intensity of Anthurium andraeanum Fuxing callus |
2.4 不同LED光质配比和光照强度对红掌福星壮苗阶段组培苗的影响
由表 4可知，经WL照射后的红掌福星组培苗，叶片数最多（7.42片），根条数最少（4.79条），株高最大（3.25 cm），茎粗（1.29 mm）、叶长（9.24 mm）、叶宽（7.32 mm）均最小，组培苗呈现瘦高状态（图 6A）；经R∶B = 4∶1、R∶B = 2∶2、R∶B = 1∶4组合光照射后的红掌组培苗，叶片数和株高均显著小于WL，茎粗和根条数大于WL，叶长、叶宽显著大于WL，叶片的SPAD值均高于WL，其中R∶B = 2∶2光质条件下组培苗叶片SPAD值最高（41.63）。3种红蓝组合光质照射后组培苗植株均较WL矮壮，但R∶B = 2∶2、R∶B = 1∶4两种光质条件下组培苗有黄叶现象，且随着蓝光光质比例增加黄叶呈加重的趋势（图 6C、D）。表明WL光照条件下红掌福星组培苗纵向生长速度快，叶片数多，叶片小，株型细高，组培苗不够健壮；R∶B = 4∶1光质条件下，根条数多，株型矮壮，叶面积大，叶绿素含量较高（SPAD值为39.2），且叶片无黄叶现象。综合比较，R∶B = 4∶1光质条件最适于红掌福星壮苗阶段组培苗的培养。
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| A：WL；B：R∶B = 4∶1；C：R∶B = 2∶2；D：R∶B = 1∶4. 图 6 不同LED光质配比下红掌福星壮苗阶段组培苗生长情况 Fig. 6 The growth of tissue culture under different LED light quality ratio of Anthurium andraeanum Fuxing in the strong seedling stage |
从表 5可以看出，3种不同光照强度对红掌福星壮苗阶段组培苗的影响，在光照强度900~1 500 lx的范围内，随光照强度升高，叶片数、根条数、株高、SPAD值呈下降趋势，叶长、叶宽呈上升趋势，茎粗差异不大。其中光照强度为1 200 lx时组培苗植株带有少量黄叶（图 7B），光照强度达1 500 lx时组培苗植株黄叶较严重且带有少量干叶（图 7C）。表明红掌福星壮苗阶段组培苗适宜在900 lx的较低光照强度下培养，根条数多（5.67），生长势好，叶片无黄叶现象，叶绿素相对含量高（SPAD值为39.23）。
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| A：900 lx；B：1 200 lx；C：1 500 lx 图 7 不同光照强度下红掌福星壮苗阶段组培苗生长情况 Fig. 7 The growth of tissue culture under different LED light intensity of Anthurium andraeanum Fuxing in the strong seedling stage |
3 讨论
光照是植物生长关键的环境因子之一，光质和光强对植物的生长发育、形态构建、光合作用、物质代谢及基因表达均有调控作用[21-22]，对红掌组织培养也有一定影响[23]。吴鹏飞[24]、谷艾素[14]分别对草莓、花烛叶片愈伤组织诱导发现，红光有利于草莓、花烛叶片愈伤组织的诱导与形成，与本研究结果较为一致。Budiarto[15]认为，红蓝光质组合随着蓝色光质的减少，红掌愈伤组织的诱导明显加快；本试验发现，增加蓝光光质，红掌福星愈伤组织诱导率明显降低，叶片死亡率明显增高，说明筛选合适的LED光质条件对植物愈伤组织诱导非常重要。
增殖培养是种苗扩繁的重要阶段，对种苗生产的质量和效率都有很大的影响。对Bob’s yellow高山杜鹃[25]、红贝露矾根[26]、都克蓝莓[27]、彩色马蹄莲[28]等的研究表明，红光或红光成分较多的红蓝光组合有利于增殖培养。本研究发现，红掌福星愈伤组织在R∶B = 3∶1的LED组合光质条件下，增殖系数最高，而增殖分化芽在R∶B = 4∶1光照条件下，芽分化个数适当减少，矮壮，无黄叶，适宜增殖分化芽的培养，与上述结果相一致。潘晓韵等[23]研究发现，红掌自育品系36-06愈伤增殖和组培苗生长以光质配比较均衡的组合光源红∶蓝∶黄=1∶1∶1为好，与本研究结果不同，这可能是由于LED灯质材料不同，其他光质对红掌福星增殖培养的影响还需做进一步研究。
适宜的LED红蓝光配方复合光能够促进植物组培苗的形态构建和提高叶绿素含量[29]。谢苗苗等[30]研究发现4R1B处理有助于矾根组培苗的形态建成，窦同心等[31]研究也发现红光∶蓝光＝ 4∶1处理的香蕉组培苗较对照（荧光灯）生长更健壮、根系更发达，均与本试验红掌福星在R∶B = 4∶1的LED组合光质条件下组培苗较对照根条数多、株型矮壮的试验结果一致。光质不仅影响植株的光形态建成，同时也调控光合色素的合成[16]。陈孝丑等[32]研究发现，70% 红光+30% 蓝光的复合光能显著提高红掌阳光红心叶片叶绿素a和叶绿素b的含量，这与本试验结果不一致，可能是不同品种的红掌组培苗对红蓝光质的反应不同，红掌福星组培苗在R∶B = 2∶2红蓝LED组合光照条件下，组培苗叶片SPAD值最高，叶绿素相对含量也最高，但其他叶片有少量黄叶；R∶B = 4∶1的光质条件下，SPAD值较高，叶绿素相对含量较高，且无黄叶，说明不同红掌品种需根据组培苗的生长状态综合研究最适宜该品种的LED光质配比。
不同光照强度对不同植物组织培养的影响也各不相同，李林山[33]研究发现，粗肋草如意皇后和烟花茎段愈伤组织诱导最适的光照强度分别为3 000 lx和2 500 lx，红掌福星叶片愈伤组织诱导最适的光照强度为100 lx，这可能是由于不同的植物愈伤诱导的外植体材料不同。潘晓韵等[23]研究发现红掌愈伤培养以1支白光LED灯管为宜，光照过强则愈伤组织增殖放缓，褐化死亡率增加，本研究也显示光照强度高于600 lx时红掌福星愈伤组织增殖系数下降，说明适当的光照强度有助于红掌愈伤组织增殖培养。尚文倩等[21]研究发现，LED光质比为70%R + 30%B、光照强度为50 μmol/m2•s更适于金娃娃萱草试管苗的生长及品质的提高，其株高、叶数、根数、叶绿素含量达最大，而本研究中红掌福星组培苗在LED光质比为R∶B = 4∶1、光照强度为900 lx（近15 μmol/m2•s）时，组培苗株高、叶数、根数、茎粗、叶绿素相对含量达最大，植株整体生长健壮，可见这两种植物存在差异，这可能是由于LED不同光质配比和光照强度对两种植物相互作用的结果。LED不同光质配比和光照强度对红掌组培苗内源激素影响以及组培各阶段光化学反应的分子机理，还有待进一步研究。
4 结论LED光质配比和光照强度对红掌福星愈伤诱导、增殖培养、壮苗培养均有不同的影响，应根据不同组培阶段光质需求，选择适宜的LED光质配比。其中，光照强度为100 lx的10%R光质适于其愈伤组织诱导，诱导率最高、达79.58%，愈伤组织状态呈黄绿色，紧实，体积大，状态表现好；光质配比为R∶B = 3∶1、光照强度为600 lx，适宜愈伤组织增殖培养，愈伤组织增殖系数达最高（6.44）；与WL光照条件相比，R∶B = 4∶1光质配比更适宜红掌福星愈伤组织芽分化培养，在光照强度为1 000 lx时，愈伤组织块的增殖分化芽个数较少，为19.44个，芽矮壮，无黄叶现象，生长势好；红掌福星壮苗阶段组培苗培养，适合的光质配比是R∶B = 4∶1，光照强度为900 lx，红掌福星壮苗植株根条数较多，平均为5.67条，株高2.88 cm、茎粗1.44 mm，叶长10.69 mm、叶宽8.54 mm，植株叶片大，叶片叶绿素含量更高，SPAD值为39.23，植株整体生长健壮且无黄叶现象。
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（责任编辑 邹移光）