光是植物光合作用和获取能量的主要环境因 子，是植物光合产物形成的基础，决定植物生长发 育与经济产量 ^[1]。植物组织培养过程中，往往要利 用日光灯作为光源。在大规模生产如植物工厂化育 苗过程中，由于大量使用日光灯不仅耗费大量的能 源，还会增加生产成本，影响组培生产效益。

植物光合色素的吸收光谱主要集中在波长为610～ 720 nm 的红橙光及波长为 400～ 510 nm 的蓝 紫光，而传统日光灯发射的光谱主要在 450～ 580 nm 之间，对光合作用起关键作用的红光区 (610～ 720 nm)辐射却很低 ^[2]，因此近年来人们探索用光谱范 围窄的 LED (Light-emitting Diode)光源代替传统日 光灯。 LED 即发光二极管，是一种将电能转化为 光能，在可见光、红外范围内，通过 P-N 结或异质 结注入，由自发辐射非相干光的固体发光器，具有 发光效率高、耗电量少、使用寿命长、安全可靠性 强、有利于环保等优点 ^[3]。 LED 发射的窄单色红光 光谱(620～ 625 nm)、蓝光光谱(470～ 475 nm)与光 合色素尤其是叶绿素 a、叶绿素 b 的吸收波长相匹 配。白光 LED 发射的光谱在 420～ 490 nm 和 510～ 710 nm 范围内最强，也与植物光合色素吸收光谱 相吻合。由于 LED 能发射窄单色的光谱，减少耗 能，国内外在利用 LED 作为光源在植物组织培养 中的应用进行了探索 ^{[4, 5, 6]}。 Tanaka 等较早地利用 LED 作为兰花组培苗光源，发现红光可促进大花蕙兰试 管苗叶片的生长，但会降低叶绿素含量，不过这种 现象可被蓝光所抵消，试管苗生长的最佳红蓝光比 例为 8： 2^[5]。郭威威等在菊花和非洲菊上的研究表 明，不同类型的 LED 光质对植物的形态建成差别 较大，红蓝光使非洲菊形成矮壮苗的同时，也能促 进叶绿素的积累，综合长势较好。远红光能使菊花 形成高壮植株，而近红光能够促使菊花形成矮壮植 株，各处理的能效值均远远大于对照组 ^[6]。马琳等 ^[7] 研究发现，红光促进大蒜愈伤组织的分化，蓝光和 红蓝混合光显著抑制愈伤组织的分化。

甘蔗是我国重要的糖料作物，利用组培技术繁 殖甘蔗健康种苗，是提高甘蔗产量和糖分的的一种 重要技术。本试验研究不同光质对甘蔗愈伤组织分 化和甘蔗组培苗增殖效率的影响，为提高甘蔗组培 效率、降低生产成本提供参考。 1 材料和方法 1.1 材料

以甘蔗品种粤糖 93-159 为试验材料。 1.2 培养基

愈伤组织诱导及继代培养基： MS+2,4-D 2.0 mg/L+蔗糖 30 g/L+琼脂 8 g/L。

分化培养基： MS+6-BA 0.5 mg/L+蔗糖 30 g/L+ 琼脂 8 g/L。

增殖培养基为： MS+6-BA 1.0 mg/L+KT 0.5 mg/L 蔗糖 30 g/L+琼脂 8 g/L。 1.3 光质选择及处理条件

LED 光源为全白光 W(430～ 750 nm)、红光 R(660± 5 nm)、蓝光 B(456± 5 nm)、红蓝组合光 RB(红光：蓝光=2： 1)，长 120 cm、宽 3.5 cm 的 平面光源上均匀分布 192 个 LED 灯珠，LED 光源 由宁波成利照明有限公司提供。 1.4 试验方法

取健康甘蔗茎尖生长点以上约 6 cm 的幼嫩心 叶作为外植体，无菌条件下，将消毒好的外植体切 成 0.5～2.5 mm 的圆盘片，接种于胚性愈伤诱导培 养基上，置于 26～ 28℃的黑暗条件下培养，20 d 后，获得第 1 代愈伤组织，挑选淡黄色，分散性好 的胚性愈伤组织继代 1 次后，获得第 2 代愈伤组织， 转接入新的胚性愈伤分化培养基上，暗培养 3 天 后，进行分化处理。每皿分化培养基接入 20 块愈 伤组织，接种后置于蓝光、红光、红蓝光和白光 4 种光质下，每个光质处理 15 皿。 光照时间为 12 h/d， 培养温度为 26± 2℃。接种分化培养皿 14 d 后愈伤 组织分化率：即分化出苗的愈伤组织块数/接种培 养的愈伤组织块数，每隔 3 d 统计 1 次。

将分化后长度约为 2.0 cm 的丛苗转入增殖培 养基中，每瓶接入 5 丛，每个光质下放置 6 瓶，接 种 14 d 后，统计从苗的增殖倍数(丛芽数/初始接种 的丛芽数)和长度。

可溶性蛋白测量：选取丛苗中完全展开的第 3～ 4 片叶，称取新鲜叶片 0.1 g，加少量石英砂用 蒸馏水研磨成匀浆，定容至 100 mL，置于 10000 G 离心机 20 min 提取上清液，即可溶性蛋白待测液， 每组样品重复 3 次。取待测液 1 mL 和考马斯亮蓝 G-250 溶液 5 mL，摇匀后于 595 nm 下比色(以标准 曲线的空白调零)，读取吸光度，测定可溶性蛋白 含量。

叶绿素含量测定：叶绿素提取参照张志良等 (2010)方法 ^[8]。选取丛苗中完全展开的新鲜叶片 0.5 g，剪碎，将细丝投入含 5 mL 80%丙酮的刻度试管 中，避光过夜，取 0.5 mL 用 80%丙酮稀释至 3 mL， 按照 Arnon(1949)^[9]方法用上海菁华公司制造的 752 紫外可见分光光度计分别测定波长 663 nm 和 645 nm 吸光值。叶绿素含量即可按以下公式计算：

叶绿素 a Ca = 12.7 OD663 - 2.69 OD645

叶绿素 b Cb = 22.9 OD645 - 4.68 OD663

总叶绿素 CT = Ca+Cb = 8.02OD663 + 20.21OD645 1.5 数据统计

数据统计分析采用 SPSS 11.0 软件。 2 结果与分析 2.1 LED 不同光质对愈伤组织分化率的影响

试验表明，不同光质对愈伤组织照射后的分化 出苗率差别较大，红光下的甘蔗愈伤组织分化时间 最短、分化系数最高，其次为白光，单蓝光和红蓝 光的分化系数最低(图 1)。当照射第 4 d，红光分化 率就已经达到 75.8%，而此时蓝光、白光和红蓝光 分化率分别只有 56.5%、 60.1%和 57.9%。 照射第 8 d 左右，红光的分化率达到 87.6%，也明显高于蓝光、 白光和红蓝光。经过 16 d 照射后，红光后分化率 达到最高值 88.1%，此时接近最高。蓝光、白光和 红蓝光照射下愈伤组织分化率随时间变化趋势相 同，分化率在 24 d 时均达到最高值。

图1(Figure 1)

图1 不同光质条件下甘蔗愈伤组织的分化率

从本试验可看出，甘蔗愈伤组织分化出苗对红 光最敏感，在红光下照射 2 周后，分化率就接近最 高值，此时可将嫩苗转接入繁殖培养基，使其继续 生长，缩短成苗时间。而蓝光，白光和红蓝光在 20 d 时分化率接近最高值，此时是进行继代增殖的最 佳时间。 2.2 LED 不同光质照射下甘蔗幼苗增殖效率分析

如表 2 所示，甘蔗组培苗在不同光质下的增殖 效率存在显著差异。红蓝光增殖系数为 8.94，与红 光 9.88、白光 9.58 无显著差异，而单蓝光下的幼 苗增殖系数最低仅为 5.94。由此可见，4 种光质中 红蓝光下甘蔗长度最低，但增殖倍数和白光及红光 几近相当。统计各光质下的幼苗高度表明，在蓝光 照射下，幼苗虽然增殖慢，但是伸长速度最快，幼 苗的平均株高为 14.46 cm，显著高于其他光质。在 甘蔗瓶苗增殖过程中，株高生长过快，幼苗在继代 转接过程中，受污染的概率较低矮小苗大幅提高。 增殖过程低矮幼苗更利于继代转接，选用红蓝光在 不影响增殖倍数的同时，减少了剪切植株叶片的步 骤，降低了污染的可能性。

表2

Table 2

表2(Table 2)

表2 不同光质处理对甘蔗组培苗分化增殖的影响

表2 不同光质处理对甘蔗组培苗分化增殖的影响

如表 3 所示，甘蔗组培苗在不同光质下的叶绿素含量存在显著差异。蓝光下叶绿素 a 含量为 1.1230 mg/g，达到最小值，与红蓝光叶绿素 a 含量 1.4189 mg/g 相比差异显著。叶绿素 b 含量的最小值也是 在蓝光处理下。在红蓝光处理下，总叶绿素含量达 到最大值为 1.8084 mg/g。而蓝光下，叶绿素 a 与 叶绿素 b 之比达最大值。由此可见，一定比例的红 蓝光下植物对光能的利用和调节能力最强，而红光 下植物对光能的利用较白光和蓝光稍强。

表3

Table 3

表3(Table 3)

表3 不同光质处理对甘蔗组培苗叶绿素含量的影响

表3 不同光质处理对甘蔗组培苗叶绿素含量的影响

植物叶片中可溶性蛋白含量是反应植物总代谢 活动的一个指标，可反应组培苗的生长程度。本实 验采用考马氏亮蓝方法测定了 4 种光质下甘蔗组培 苗叶片中的可溶性蛋白含量，结果蓝光下的蛋白质 含量最高，为 13.5176 mg/g，其次为红蓝光 11.2728 mg/g，红光和白光下的可溶性蛋白含量较低，分别 为 10.5408 mg/g 和 9.5160 mg/g。甘蔗幼苗在蓝光 下的叶片可溶性蛋白含量为红光下可溶性蛋白的 1.42 倍。由此可见选用不同的光质对提高组培增殖 效率非常重要。

表4

Table 4

表4(Table 4)

表4 不同光质处理对甘蔗幼苗可溶性蛋白含量的影响

表4 不同光质处理对甘蔗幼苗可溶性蛋白含量的影响

LED 具有耗能低、体积小、重量轻、寿命长 等优点，在草莓、大蒜、菊花、蝴蝶兰等多种植物 组培培养中都已应用进行了大量的研究 ^[10]。从已有 研究看，不同植物的不同组培阶段对光质的反应也 不同，如红光促进大蒜愈伤组织的分化，而绿光最 有利于葡萄愈伤组织的生长。因此，结合生产需要， 针对组培培养的不同阶段建立选择合适的光源对于 提高组培效率和效果具有重要意义。梁钾贤等 ^[11]对 甘蔗品系海大 158 的研究表明，红光对甘蔗愈伤组 织的诱导分化出苗有明显的促进作用，白光次之， 而蓝光最差。本研究以粤糖 93-159 为材料研究也 表明，红光条件下甘蔗愈伤组织分化最快、分化率 最高。 因此，在甘蔗愈伤组织分化时期，可采用 LED 红光照射，提高其分化速率。

陈志等 ^[12]用 LED 红蓝混合光，单色光及白光 培养果蔗组培苗，研究发现整体形态上，红蓝配比 光下甘蔗组培苗生长得矮且壮，而单色光下甘蔗组 培苗则显细长，红蓝配比光下更有利于甘蔗组培苗 增殖。本试验研究了在 4 种不同 LED 光质下甘蔗 组培苗的增殖情况，结果表明，甘蔗幼苗在红光， 白光及红蓝配比光下增殖倍数无显著差异，而在蓝 光下显著降低；在叶绿素含量方面，红蓝配比光下 叶绿素含量最高，而蓝光下最低；植株高度以在红 蓝光下最低，这与陈志等的试验结果相似。由此可 见，甘蔗增殖早期，由于主要是需要提高丛苗的数 量，此时可采用红蓝配比光。红蓝光处理在增殖系 数保持较高水平下其可溶性蛋白含量也较高，瓶苗 表现低矮。而在瓶苗促根前，需要提高增加组培苗 的高度和成熟度，此时可采用蓝光照射。通过蓝光 照射能显著提高组培苗的伸长速度和可溶性蛋白含 量，利于瓶苗的移栽假植。

总体而言，采用红光照射在提高甘蔗愈伤组织 分化效率可达到较好的效果，而红蓝配比光在组培 苗增殖效率，可达到良好效果。发现组培瓶苗促根 前可用蓝光照射，提高组培苗高度和成熟度。根据 甘蔗组培幼苗不同生长时期，选用不同 LED 光质 照射，在不提高耗电成本下提高甘蔗组培苗的生长 效果。