不同光質對珊瑚姜組培苗生長的影響

不同光質對珊瑚姜組培苗生長的影響駱  娜，張小霞，楊麗嬌，王小菁，孫姝蘭*華南師范大學生命科學學院/廣東省植物發(fā)育生物工程重點實驗室，廣東廣州  510631摘 要   紅光和藍光是植物進行光合作用和光形態(tài)建成的主要光質，不同植物對紅光和藍光光質配比的需求有所差異。本研究采用發(fā)光二極管(LED)輻射產生的不同光質，探究不同光質對珊瑚姜愈傷組織誘導、芽增殖及組培苗生長發(fā)育的影響。結果表明，在愈傷組織誘導階段，黑暗和紅光的條件更利于珊瑚姜愈傷組織的誘導和生長，二者沒有顯著性差異。不同光質下珊瑚姜愈傷組織誘導率從高到低依次為黑暗>紅光>白光>藍光、紅藍組合光，為節(jié)能省電，建議使用黑暗條件誘導珊瑚姜愈傷組織。在珊瑚姜芽增殖階段，紅藍組合光下珊瑚姜芽增殖系數最高，紅光次之。相比白光，紅光會促進珊瑚姜組培苗長高，而藍光使苗矮化。但紅光條件下，幼苗生長狀態(tài)較柔弱。紅藍組合光和白光條件下，幼苗較為健壯。因此，建議使用低耗能、低散熱、壽命長的LED  紅藍組合光替代普通白熾燈作為珊瑚姜芽增殖培養(yǎng)的光源。該研究結果為LED系統(tǒng)在珊瑚姜的規(guī)?；a中的應用提供參考。關鍵詞   珊瑚姜；光質；愈傷誘導；芽增殖；組培苗中圖分類號   S123           文獻標識碼   AEffects of Different Light Qualities on Plantlets Development of Zingiber corallinum Hance LUO Na, ZHANG Xiaoxia, YANG Lijiao, WANG Xiaojing, SUN Shulan*Guangdong Provincial Key Laboratory of Biotechnology for Plant Development/School of Life Sciences, South China Normal University, Guangzhou, Guangdong 510631, ChinaAbstract Red and blue light are the most important lights for photosynthesis and photomorphogenesis of plants. Lights with different ratio of red and blue light are required for different plants. This study was conducted to investigate the effects of different LED light qualities on callus induction, shoots multiplication and plantlets growth of Z. corallinum Hance. The results showed that both dark and red light had good effects on callus induction and growth, and there was no significant difference between these two light condition. The callus induction rate of Z. corallinum Hance under different light quality could be listed from high to low as dark, red light, white light, and red combined blue light or blue light. For energy saving, dark condition is recommended to be used in the induction of Z. corallinum Hance callus. At the stage of shoots multiplication, the proliferation coefficient under red combined blue light was the highest, followed by red light. The plantlets height was promoted under red light, while reduced under blue light, compared to the white light. The plantlets became more healthy under the conditions of red combined blue light or white light than under red light. Therefore, the low-energy, low-heat, long-life LED with red combined blue light is recommended to replace the ordinary incandescent lamp as the light source of Z. corallinum Hance shoots multiplication and plantlets growth. The results would provide a reference for the application of LED system in the large-scale production of Z. corallinum Hance. Key words Zingiber corallinum Hance; light quality; callus induction; shoots multiplication; plantletsdoi 10.3969/j.issn.1000-2561.2018.04.006珊瑚姜 (Zingiber corallinum Hance)是姜科姜屬植物，主要分布在我國云南、廣西、廣東、貴州等地，是極好的園林布置材料和插花配材1，還是集醫(yī)藥、化工和觀賞價值為一體的重要植物資源。珊瑚姜的藥用價值較高，其精油有抑菌作用，是一種理想的空氣消毒劑及植物源農藥，其根莖可入藥，具有消腫、解毒、抗菌的功能2。在畜牧業(yè)中，珊瑚姜提取物能降低料比，提高仔豬飼料利用效率3。珊瑚姜在自然狀態(tài)下萌發(fā)率很低，幼苗生長慢，根莖繁殖率也很低，不利于大規(guī)模生產。因此，穩(wěn)定高效的珊瑚姜組織培養(yǎng)與快繁技術體系為規(guī)模生產提供技術支持尤為重要。 溫度、光照、水肥、土壤等環(huán)境因素等均影響植物生長，其中光照是植物生長發(fā)育和產量形收稿日期   2017-12-21                          修回日期  2018-02-23基金項目   國家自然科學基金委員會廣東省人民政府聯合基金(No. U1301213)。作者簡介    駱  娜(1992)，女，碩士研究生；研究方向：植物發(fā)育及調控。*通訊作者(Corresponding author)：孫姝蘭(SUN Shulan)，E-mail: sunslscnu.edu.cn。熱 帶作物 學報 2018，39  ( 4 ) ： 651-655Chinese Journal of Tropical Crops熱 帶 作 物 學 報 第 39 卷- 652 -成的驅動力。光對植物組織培育的調控主要體現在人工光源的選擇，包括光質、光照強度、光周期。不同波長的光作為一種可調控的物理因子已廣泛地應用于植物組織培養(yǎng)過程中的形態(tài)發(fā)生、生長控制、光形態(tài)建成及其各種反應機制的研究4。LED光源與傳統(tǒng)的熒光燈相比，其具有能效高、散熱量低、光譜光強可調、光電轉換效率高、壽命長等優(yōu)點，更有利于組培苗的生長5。其中光質對植物的生長、物質代謝、基因表達和光形態(tài)建成均具有調控作用。潘瑞熾等6的研究表明，光合作用的有效波長在400700  nm之間，其中425490  nm(藍光)及610700 nm(紅光)對光合作用貢獻最大，而520610 nm(綠光)被植物吸收的比率很低。因此，光質研究一般設定紅光、藍光和紅藍組合光為研究對象。在對大花蕙蘭和菊花的研究中發(fā)現，紅藍組合光的條件更適合組培苗的生長7-8。發(fā)光二極管(light-emitting  diode, LED)是一種能發(fā)光的半導體電子元件，具有制作成本低、節(jié)能環(huán)保、壽命長、波長固定、光效高等特點9，具備產業(yè)化替代傳統(tǒng)光源的潛力，在農業(yè)生產方面具有良好的前景10。在此之前，未見有報道探究關于不同光質對珊瑚姜組培苗生長的影響。本研究利用初步建立的珊瑚姜組培苗再生體系，采用發(fā)光二極管作為光源，利用具有特定波長的單一光質和組合光質，研究不同光質對珊瑚姜組培苗誘導、增殖和分化等影響，以期找出珊瑚姜組織培養(yǎng)最適光質，為提高珊瑚姜增殖效率提供理論依據。1  材料與方法1.1  材料  1.1.1  試驗材料   試驗在LED光照培養(yǎng)室進行，培養(yǎng)溫度為(252)。供試材料為野生型珊瑚姜(由華南師范大學生命科學學院王英強教授惠贈)，采自廣東省惠州市龍門縣桂峰山(位于11400'  377“E，2319' 678“N，海拔385 m)。1.1.2  光源   以普通白熾燈(白光)360750  nm為對照，采用固定波長的紅光、藍光和紅藍組合光為光源，其中紅光波峰為625  nm、藍光波峰為425  nm，紅光藍光=73(625  nm/425 nm)，光照強度設置為50  mol.m-2.s-1。所有的LED光源購自惠州市純英半導體照明科技有限公司。測試儀器為遠方PMS-50系統(tǒng)，由杭州遠方光電公司制造。1.1.3  培養(yǎng)基   MS基本培養(yǎng)基為MS(Murashige-Skoog)加3%(w/V)蔗糖和0.75%(w/V)瓊脂，pH  5.8。珊瑚姜種子萌發(fā)培養(yǎng)基為MS基本培養(yǎng)基。珊瑚姜愈傷組織誘導培養(yǎng)基為MS+2,4-D  1.0 mg/L+6-BA 0.5 mg/L，芽誘導培養(yǎng)基為MS+6-BA  1.0 mg/L+NAA 0.5 mg/L，121 高壓滅菌20 min。1.2  方法  1.2.1  種子萌發(fā)   從珊瑚姜植株上采下成熟、自然開裂的蒴果，經過消毒沖洗后，接種在MS基本培養(yǎng)基上進行暗培養(yǎng)。1.2.2  愈傷組織的誘導   芽誘導實驗以種子萌發(fā)后的下胚軸為外植體。將下胚軸接種在芽誘導培養(yǎng)基上誘導叢芽形成。誘導形成的叢芽用來作為后續(xù)的莖基部誘導芽增殖(愈傷誘導實驗)。將珊瑚姜莖基部接種到愈傷誘導培養(yǎng)基上，放置于普通白熾燈和不同光質的LED燈下培養(yǎng)，光照時間12  h/d，以暗培養(yǎng)為對照，得到的愈傷每隔30  d繼代1次，共繼代13次，繼代培養(yǎng)基與愈傷誘導培養(yǎng)基的配方相同。1.2.3  芽增殖   將1.2.2中得到的叢芽切成單芽，留下莖基部接種在培養(yǎng)基上，分別置于不同光質的LED燈下培養(yǎng)，并以普通白熾燈為對照，光照時間16 h/d。1.2.4  生根與馴化   將誘導出的珊瑚姜叢芽切成單芽，接種芽增殖培養(yǎng)基上，因組培苗在芽增殖培養(yǎng)基上可以自然生根，故不需轉接在專門的壯苗生根培養(yǎng)基上生根。將根系發(fā)達、生長狀況良好的珊瑚姜組培苗(高度約6  cm)移出組培室，打開瓶蓋在實驗室通風和散射光下煉苗34  d后，用鑷子輕輕取出組培苗，洗去基部殘留的培養(yǎng)基，移栽到培養(yǎng)室以營養(yǎng)土(購自廣州市東朕園藝有限公司)作基質的花盆內。在起初的1周內，每天澆1次水，之后，每3d澆1次。20  d后觀察苗的生長狀況并統(tǒng)計成活率。1.3  測定指標與數據處理培養(yǎng)結束后，測量試管苗基部到頂芽的距離作為株高，株高為每重復測定20株苗(重復3次)。統(tǒng)計每株的根長、根的數目和葉片數目，計算其平均值。其他指標計算公式為：愈傷組織誘導率=(形成愈傷的外植體數/接種的外植體總數)100%；芽增殖誘導率=(誘導生芽的外植體數/接種外植體總數)100%；芽增殖系數=再生不定芽數/再生外植體數；移栽成活率=(成活的植株數目/移栽的總植株數目)100%。數據采用SPSS軟件進行方差分析和多重比較分析(Duncan nulls法)，用Microsoft  Excel軟件繪圖。2  結果與分析2.1  不同光質對珊瑚姜愈傷組織誘導的影響在不同的光質下誘導珊瑚姜愈傷組織，發(fā)現其駱  娜等：不同光質對珊瑚姜組培苗生長的影響第 4期- 653 -誘導率存在著顯著差異。誘導出愈傷組織的時間在紅光與暗處理條件下最短，均在10  d后珊瑚姜莖基部開始膨大，15  d后逐漸有黃綠色愈傷組織形成，并且誘導率最高，分別為47.92和55.16(圖1)。白光條件下，珊瑚姜愈傷組織誘導時間明顯延后，15 d莖基部才逐漸膨大，20  d后愈傷組織才逐漸形成，誘導率僅為11.69%(圖1)。而藍光與紅藍組合光(紅光藍光=73)下所有莖基部外植體均發(fā)生組織褐化、壞死，均不能誘導出愈傷組織。因此，愈傷組織誘導率從高到低依次為黑暗>紅光>白光>藍光、紅藍組合光，說明藍光不利于珊瑚姜的愈傷誘導組織形成。60.0050.0040.0030.0020.0010.000.00愈傷誘導率/%黑暗          紅光            白光          藍光  紅光:藍光=7:3光質cd dab圖 1 不同光質對珊瑚姜愈傷組織誘導的影響Fig. 1 Effects of different light quality on callus induction of Z. corallinum Hance2.2 不同光質對珊瑚姜愈傷組織 品質影響的差異不同光質下的愈傷組織不僅在愈傷組織誘導時間和愈傷組織誘導率上存在差異，而且愈傷組織品質也存在明顯差異。如圖2所示，白光下誘導的愈傷組織顏色渾濁、生長緩慢，不適宜用作下一步的增殖分化實驗材料；紅光下誘導的愈傷組織顏色略顯黃綠，質地較致密，生長略慢，較適合增殖分化；而暗處理誘導的珊瑚姜愈傷組織顏色淺黃透明，質地較為疏松，生長較快，適于進一步增殖分化。2.3  不同光質對珊瑚姜芽誘導及芽增殖系數的影響在探究不同光質對珊瑚姜芽增殖的實驗中，發(fā)現不同光質對珊瑚姜芽增殖的影響也有一定的差異。珊瑚姜莖基部外植體在白光、紅光、紅藍組合光、藍光4種不同光質下的芽誘導率沒有顯著差異，分別為(58.331.67)%、(65.001.67)%、(57.141.43)%、(68.338.33)%。但是不同光質對芽增殖系數的影響差別較大，白光、紅光、藍光、紅藍組合光下的總芽增殖系數分別為2.740.74、4.430.04、2.950.51、5.180.58(表1)。其中，紅藍光組合下的芽增殖系數最大，與白光相比提高了89.05%；單一的紅光對芽增殖也有明顯的促進作用，相比白光提高了61.69%；藍光下的芽增殖系數最小，與白光下的芽增殖系數無明顯差異。由于0.5 cm以上的芽更利于繼代培養(yǎng)，于是我們進一步統(tǒng)計0.5  cm以上的芽增殖系數。結果顯示，白光、紅光、紅藍組合光、藍光4種不同光質下大于0.5  cm的芽增殖系數分別為1.641.64、3.380.38、4.820.01、2.280.84，分別占總芽增殖系數的59.85%、76.30%、93.05%、77.29%。綜上，說明紅光、紅藍組合光均能促進珊瑚姜的芽增殖，且紅藍組合光的促進作用 更顯著。 A：莖基部外植體；BF：珊瑚姜愈傷組織在不同光質下培養(yǎng)30 d(B：暗處理；C：白光；D：紅光；E：藍光；F：紅光藍光=73)。A: Explant from stem base; BF: Callus of Z. corallinum Hance cultured in different light types for 30 days B: Dark; C: White light; D: Red light; E: Blue light; F: Red combined with blue light(73).圖 2  不同光質對珊瑚姜愈傷組織品質的影響Fig. 2 Effects of different light types on callus quality of Z. corallinum Hance表 1 不同光質對珊瑚姜叢芽增殖的影響Table 1 Effects of different light quality on shoots multiplication of Z. corallinum光質 芽誘導率/% 總芽增殖系數 大于0.5 cm芽增殖系數白光 (58.331.67)a (2.740.74)a (1.641.64)a紅光 (65.001.67)a (4.430.043)ab (3.380.38)a紅光:藍光=7:3 (57.141.43)a (5.180.58)b (4.820.012)a藍光 (68.338.33)a (2.950.51)a (2.280.84)a說明：表中數值為平均值標準誤，同列不同小寫字母表示p紅光>白光>藍光、紅藍組合光。說明黑暗和單色紅光條件更利于珊瑚姜愈傷組織的誘導。因此，說明不同光質對愈傷組織誘導的效應因植物種類不同而存在差異。在植物組織培養(yǎng)芽增殖階段，幼苗的株高是植物組培苗的一項重要指標，本研究發(fā)現，單色紅光能促進珊瑚姜植株增高，而藍光抑制幼苗株高。Schuerger等13發(fā)現紅光對芽與莖的伸長及對光敏色素的響應反應有著重要作用，任桂萍等14在蝴蝶蘭組織培養(yǎng)中發(fā)現紅光有利于蝴蝶蘭單芽株高的增加，而藍光則抑制蝴蝶蘭單芽的株高。李杰等15發(fā)現金線蓮在紅光處理下的株高顯著高于其他光質下的處理，而藍光不利于金線蓮組培苗的生長。Moreira等16報道文心蘭的組培苗在藍光下培養(yǎng)，其節(jié)間長度及株高均降低。說明紅光和藍光對不同物種生長影響之間存在共性。不同的植物其紅/藍光受體與隱花色素之間存在協(xié)同交互效應，從而促進或者抑制其莖的生長17。然而李杰等15發(fā)現純紅光處理東源金線蓮的株高 顯著高于其他處理。王表 2  不同光質對珊瑚姜叢芽生長的影響Table 2 Effects of different light quality on shoots growth of Z. corallinum Hance.光質   株高/cm    葉片數目    根數目    根長/cm白光 (4.150.48)ab (4.060.66)a (8.542.34)a (5.681.36)a紅光 (5.080.40)b (2.430.47)a (6.760.93)a (9.770.42)b紅光:藍光=7:3 (3.210.72)a (3.630.36)a (5.311.29)a (5.121.19)a藍光 (3.120.28)a (3.590.35)a (7.430.88)a (5.830.73)a駱  娜等：不同光質對珊瑚姜組培苗生長的影響第 4期- 655 -亞沉等18在研究光質對根生長的影響時發(fā)現紅藍組合光(R2B1)處理的碧玉蘭組培苗根長最長，紅光處理的碧玉蘭組培苗根長次之。蘇俊等19發(fā)現紅藍綠(RBG)和紅藍白(RBW)光質對煙草組培苗植株根長的促進效果均顯著優(yōu)于其他組合光、  單色光和白光處理。不同光質對不同物種根生長的影響存在差異。而在本研究中發(fā)現，紅光顯著利于珊瑚姜根的生長?？赡苁怯捎诩t光通過光合作用積累淀粉，儲存于根系中，從而促進珊瑚姜根系生長20。在植物組織培養(yǎng)的芽增殖方面，普遍發(fā)現單一光質對不定芽生長情況不利，紅藍組合光在芽增殖和組培苗生長方面均有良好成效。楊長娟等21以切花洋桔梗組培苗為實驗材料，發(fā)現，紅藍組合光(紅光：藍光=2:1)處理的組培苗增殖量最高，藍光處理的組培苗增殖量最低。王亞沉等18在光質對碧玉蘭的芽生長影響實驗中發(fā)現，紅藍組合光(紅光藍光=21)處理最有利于碧玉蘭組培苗的生長。李杰等15發(fā)現金線蓮的增殖系數在R8B2處理下最大，紅光合R2B8處理次之。說明紅光對植物的芽增殖具有普遍的促進作用，但對于不同植物所需紅光的比例卻存在著差異。本研究得出的結果與以上不同光質對其植物的組織培養(yǎng)的影響的結果相似一致。原因可能是由于紅藍光組合條件下對光敏色素和隱花色素的交互作用更利于植物對光的響應，但具體作用機制有待進一步驗證。本研究發(fā)現在愈傷組織誘導階段，黑暗和紅光更利于珊瑚姜愈傷組織的誘導和生長，二者沒有顯著性差異。為節(jié)能省電，建議使用黑暗條件誘導珊瑚姜愈傷組織。在珊瑚姜芽增殖階段，相比白光，紅藍組合光和紅光對珊瑚姜芽增殖更有利，藍光會抑制珊瑚姜芽的增殖，其中，紅藍組合光對珊瑚姜芽增殖的效果最好。相比白光，紅光會促進珊瑚姜組培苗長高，而藍光使苗矮化。但紅光條件下，幼苗生長狀態(tài)較柔弱，紅藍組合光和白光條件下，幼苗較為健壯。綜上，紅藍組合光對珊瑚姜組培苗的芽增殖均優(yōu)于其他光質，芽的生長狀態(tài)優(yōu)于單色光，并與白光條件沒有顯著差異。因此，建議使低耗能、低散熱、壽命長的LED紅藍組合光替代普通白熾燈作為珊瑚姜芽增殖培養(yǎng)的 光源。參 考文獻1  高江云，陳  進，夏永梅.  國產姜科植物觀賞特性評價及優(yōu)良種類篩選J. 園藝學報，2002，29(2)：158-162，198.2  包  駿，冉懋雄.  貴州苗族醫(yī)藥研究與開發(fā)M.  貴陽：貴州科技出版社 ，1999.3  陳春林.  珊瑚姜香精油研究進展及在畜牧業(yè)中的應用J.  畜禽業(yè)，2014(4)：7-8.4  劉  浩，李  勝，馬紹英，等.  LED不同光質對蘿卜愈傷組織誘導、增殖和蘿卜硫素含量的影響J. 植物生理學通訊，2010(4)：347-350.5  劉文科，楊其長.  植物工廠LED照明應用的幾點思考J.  照明工程學報，2015，26(4)：98-102.6 潘瑞熾. 植物生理學M. 北京：高等教育出版社，2001.7  張  婕，高亦珂，何  琦，等.  發(fā)光二極管(LED)在菊花組織培養(yǎng)中的應用研究C/中國園藝學會觀賞園藝專業(yè)委員會2008年學術年會論文集. 2008.8  Tanaka M，Takamura  T，Watanabe  H， et al. 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