光处理对铁皮石斛繁殖生长的影响

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　　摘要 以铁皮石斛原球茎为供试材料，通过诱导原球茎增殖、分化得到培养苗，采用单因素试验设计探究光照因子（光照时间、光质及光照强度）对铁皮石斛培养苗再生体系建立、生长情况的影响。结果表明，當培养条件一定时，光照时间为10 h/d铁皮石斛培养苗的生长情况最好;红蓝光的光质比为1∶1是铁皮石斛培养苗生长健壮的光质，光照强度2 500 lx为铁皮石斛培养苗生长适宜强度。
　　关键词 铁皮石斛;光照时间;光质;光照强度
　　中图分类号 S123文献标识码 A文章编号 0517-6611（2020）17-0049-04
　　doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.17.015
　　开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
　　Effects of Light Treatment on the Growth of Dendrobium officinale
　　WANG Xueni1， LIN Wei2，WANG Jingjing1 et al
　　（1.College of Horticulture， Fujian Agriculture and Forestry University， Fuzhou，Fujian 350002;2.Forestry College， Fujian Agriculture and Forestry University， Fuzhou， Fujian 350002）
　　Abstract Using the protocorm of Dendrobium officinale as the test material， the culture seedlings were obtained by inducing the proliferation and differentiation of the protocorm， and the effects of light factors on the establishment and growth of the regeneration system of Dendrobium officinale culture seedlings were investigated by single factor experiment design. The results showed that 10 h/d was the optimum illumination time and that light quality that composed by red light and blue light whose proportion was 1∶1 was the optimum light quality and that 2 500 lx was the optimum illumination intensity.
　　Key words Dendrobium officinale;Illumination time;Light quality;Illumination intensity
　　铁皮石斛（Dendrobium officinale Kimura et Migo）为兰科（Orchidaceae）石斛属（Dendrobium）多年生附生型草本植物，是我国特有的一种名贵药材[1]，具生津益胃、滋阴清热、润肺止咳等功效[2]，以及抗衰老、抗肿瘤、提高人体免疫力的作用[3]。铁皮石斛多分布于海拔近千米山地的半阴湿岩石上，对生长环境敏感，因其种子小、无胚乳，在自然条件下发芽率极低（低于5%）[4]，即使进行人工授粉成功率也只有30%[5]，加上长期人为采挖，野生铁皮石斛资源日渐枯竭[6-7]。笔者以铁皮石斛原球茎为材料，通过原球茎增殖与分化得到所需培养苗，研究不同光照时间、不同光质、不同光照强度对铁皮石斛培养苗生长的影响，从而为通过控制光照时间、光质、光照强度快速繁育铁皮石斛进行规模化、产业化生产提供理论支持。
　　1 材料与方法
　　1.1 试验材料
　　试验材料为铁皮石斛原球茎，由福建农林大学园艺学院设施农业科学与工程实验室提供。
　　1.2 试验方法
　　1.2.1 原球茎增殖。
　　将供试的原球茎在无菌条件下切割成直径0.5 cm的接种团，并转接到表1的培养基中进行增殖培养，每种培养基接种20瓶，每瓶接种4团，40 d后对原球茎的增殖情况进行统计。
　　1.2.2 原球茎的分化培养。
　　将增殖培养基中增殖的原球茎在无菌条件下切割成直径0.5 cm的接种团，转接到表2的培养基中进行分化培养，每种培养基接种20瓶，每瓶接种4团，40 d后对原球茎的分化情况进行统计[8-9]。
　　1.2.3 生根培养。
　　在分化培养出的无根丛生苗中选取长势良好、生长状况相同的小苗，在无菌条件下转接到表3的培养基中进行生根培养，每种培养基接种20瓶，每瓶接种3棵，60 d后对生根情况进行统计。
　　1.2.4 移栽。
　　移栽前要进行炼苗，即将培养瓶放在温室条件下7～10 d，打开瓶盖放置1～2 d，从瓶中将根系发达、茎粗壮、株高5 cm的生根苗取出，用清水将根部表面的培养基洗净，沥干小苗上的水分至不滴水为止，用1%多菌灵浸泡1 min，移入进口水苔、刨花、进口泥炭土∶珍珠岩为3∶1的3种基质中，每种基质移栽10盆，每盆移栽2株，30 d后对铁皮石斛移栽成活率进行统计。
　　1.2.5 不同光照时间对铁皮石斛培养苗生长的影响。 　　采用以1/2 MS为基本培养基，添加KT 1.5 mg/L、蛋白胨1 g/L、马铃薯60 g/L、花宝2号0.5 g/L、琼脂粉6.5 g/L、蔗糖25 g/L、活性炭1.0 g/L、pH 5.7的培养基，经过一段时间的培养后，将长势良好一致的培养苗接种于增殖培养基中，培养室温度为（23±2）℃，通风良好，光照强度为2 500 lx，在光照时间为2、6、10、14、18 h条件下进行培养，比较不同光照时间对培养苗生长的影响。将原球茎分化的铁皮石斛培养苗分成单株，然后选取长势良好、生长状况相同的小苗，并将其接种于培养苗生长最适培养基中，每瓶接6株，每个处理接种5瓶，进行培养，60 d后对小苗的生长情况进行观察，并统计分析数据。
　　1.2.6 不同光质对铁皮石斛培养苗生长的影响。
　　采用以1/2MS为基本培养基，添加KT 1.5 mg/L、蛋白胨1 g/L、马铃薯60 g/L、花宝2号0.5 g/L、琼脂粉6.5 g/L、蔗糖25 g/L、活性炭1.0 g/L、pH 5.7的培养基，进行一段时间的培养后将长势良好一致的培养苗接种于培养基中，培养室温度为（23±2）℃，通风良好，光照强度为2 500 lx，在光质为红光、蓝光、50%红光+50%蓝光、白光条件下进行培养，比较不同光质对培养苗生长的影响。将原球茎分化的铁皮石斛培养苗分成单株，然后选取长势良好、生长状况相同的小苗，并将其接种于培养苗生长最适培养基中，每瓶接6株，每个处理接种5瓶，进行培养，60 d后对小苗的生长情况进行观察，并统计分析数据。
　　1.2.7 不同光照强度对铁皮石斛培养苗生长的影响。
　　采用以1/2 MS为基本培养基，添加KT 1.5 mg/L、蛋白胨1 g/L、马铃薯60 g/L、花宝2号0.5 g/L、琼脂粉6.5 g/L、蔗糖25 g/L、活性炭1.0 g/L、pH 5.7的培养基，进行一段时间的培养后将长势良好一致的培养苗接种于培养基中，培养室温度为（23±2）℃，通风良好，在光照强度为500、1 500、2 500、3 500、4 500 lx条件下进行培养，比较不同光照强度对培养苗生长的影响。将原球茎分化的铁皮石斛培养苗分成单株，然后选取长势良好、生长状况大致相同的小苗，并将其接种于培养苗生长最适培养基中，每瓶接6株，每个处理接种5瓶，进行培养，60 d后对小苗的生长情况进行观察，并统计分析。
　　2 结果与分析
　　2.1 不同培养基对铁皮石斛原球茎增殖的影响
　　鐵皮石斛接种于不同培养基中，40 d后的观察结果见表4。由表4可知，在原球茎的增殖过程中，各个培养基中原球茎增殖速度不同，且在相同培养基中，不同时段原球茎增殖速度也不同。4组培养基中原球茎均有不同程度的增殖，其中2组增殖程度与原球茎增殖质量最好，表现为3>1>4，因此，培养基为MS+BA 1.0 mg/L+NAA 0.3 mg/L+KT 0.5 mg/L+蛋白胨1 g/L+琼脂粉6.5 g/L+蔗糖25 g/L+活性炭1.0 g/L时原球茎增殖程度与质量最好;另外，添加附加物如马铃薯、香蕉等也能使原球茎有明显的增大，但添加附加物使得培养过程中污染现象加重。
　　2.2 不同培养基对铁皮石斛原球茎分化的影响
　　将铁皮石斛接种于不同培养基中，40 d后结果见表5。由表5可知，在原球茎分化过程中，原球茎颜色淡绿色开始加深，基部则为白色透明状，而后出现膨大，在原球茎顶端有抽生新芽的现象，最后分化成丛生芽。4组培养基中原球茎均有不同程度的分化，其中8组分化程度最高，形成丛生芽状态最好，其余分化程度为6>7>5，因此，培养基为1/2MS+ BA 3.0 mg/L+NAA 0.2 mg/L+IBA 0.1 mg/L+马铃薯60 g/L +琼脂粉6.5 g/L+蔗糖25 g/L+活性炭1.0 g/L时分化程度最高长势也最好;另外，适当添加附加物马铃薯也在一定程度上促进了原球茎的分化，但不同激素如BA、NAA等也会影响原球茎的分化，浓度过高会使其在分化过程中受到抑制，甚至出现畸形。
　　2.3 不同培养基对铁皮石斛诱导生根的影响
　　将无根丛生苗接种于不同培养基中，60 d后结果见表6。由表6可知，4组培养基均能诱导生根，只是诱导生根程度不同，其中11组诱导生根程度最高，根系状态最佳，其余诱导生根程度为12>10>9，因此，培养基为1/2MS+IBA 1.0 mg/L+NAA 0.2 mg/L+马铃薯60 g/L +琼脂粉6.5 g/L+蔗糖25 g/L+活性炭1.0 g/L时诱导生根效果最好;另外，添加有机添加物能有效促进生根，其中以马铃薯效果最好。
　　2.4 不同基质对铁皮石斛移栽成活率的影响
　　选用的基质为进口水苔、刨花、进口泥炭∶珍珠岩=3∶1，移栽30 d后结果见表7。由表7可知，不同基质对移栽成活率具有很大影响，其中基质为刨花时更利于铁皮石斛移栽，泥炭∶珍珠岩=3∶1次之，水苔则最低。因此，当基质为刨花时更有利于铁皮石斛移栽成活。
　　2.5 不同光照时间对铁皮石斛培养苗生长的影响
　　将原球茎分化后长成的试管苗接种在培养苗最适培养基中，分别置于不同光照时间下进行培养，培养60 d后进行统计分析，结果见表8。由表8可知，各处理组铁皮石斛培养苗的植株形态表现出明显的差异，通过观察并统计植株的长势、丛生苗数、株高及茎粗，并根据其综合长势情况，比较不同光照时间对铁皮石斛培养苗生长的影响。
　　从表8可以看出，5个处理的培养苗均有不同程度的生长变化，其中A3处理培养苗总体长势、株高、茎粗及丛生苗数均优于其他处理，A4组处理次之，其余组的生长变化为A2>A5>A1，因此，综合比较可以看出光照时间对铁皮石斛培养苗的植株长势、丛生苗数、株高有较大的影响。由此可知，当光照时间少于10 h/d时，植物进行光合作用时间较短，所产生的有机物及能量不足以支持正常生命活动，导致植株生长缓慢，颜色变浅，长势不良;由于植物生长有最适光照时间，当光照时间超过10 h/d时，植物并不会按照理想的轨迹不停地进行光合作用而提高产量，反而会因为过度光照而使植物生长出现一些被抑制的现象，说明光照时间过长不利于植株的生长发育;因此，当光照时间为10 h/d时，铁皮石斛的植株长势、丛生苗数、株高、茎粗等综合指标表现出较好的生长发育状况。 　　2.6 不同光质对铁皮石斛培养苗生长的影响
　　将原球茎分化后长成的培养苗接种在试管苗最适培养基中，分别置于不同光质条件下进行培养，培养60 d后进行统计分析，发现各处理组铁皮石斛培养苗的植株形态表现出明显的差异，通过观察并统计植株的长势、丛生苗数、株高及茎粗，并根据其综合长势情况，比较不同光质对铁皮石斛培养苗生长的影响。
　　从表9可以看出，不同光质对铁皮石斛培养苗的植株长势、丛生苗数、株高、茎粗有较大影响。B1处理的铁皮石斛培养苗在单一红光照射下植株的株高能达到最大值;之后随着蓝光比例的逐渐增加，培养苗的株高也随之减小，然而茎粗随之增大，植株相对于在单一红光照射下粗壮一些;B2处理铁皮石斛培养苗在单一蓝光照射下植株株高最小，比B4处理在白光照射下培养苗的株高低;B3处理即红蓝光的光质比为1∶1时，铁皮石斛培养苗的生长情况最好，植株的综合指标最高。
　　2.7 不同光照强度对铁皮石斛培养苗生长的影响
　　将原球茎分化后长成的培养苗接种在试管苗最适培养基中，分别置于不同光照强度条件下进行培养，培养60 d后进行统计分析，发现各处理铁皮石斛培养苗的植株形态表现出明显的差异，通过观察并统计植株的长势、丛生苗数及株高，并根据其综合长势情况，比较不同光照强度对铁皮石斛培养苗生长的影响。
　　从表10可以看出，C3处理的植株除株高与茎粗比C4组高外，其余生长情况均与C4组处理中的植株差异不明显，但明显高于其他3组;C2处理的铁皮石斛试管苗生长情况与C5处理的植株差异不明显;C1处理的铁皮石斛试管苗生长情况最差，因此不同光照强度对铁皮石斛培养苗的植株长势、丛生苗数、株高、茎粗有较大影响。当光照强度为500 lx时，植株的生长情况较差，说明光照强度弱时，植株的生长速度缓慢;随着光照强度的增强，植株生长发育情况逐渐变好，但当光照强度过强时，植株的生长反而受到抑制，说明光照强度过强不利于植株的生长发育;当光照强度为2 500 lx时，铁皮石斛培养苗的植株长势、丛生苗数、株高、茎粗等综合指标表现出较好的生长发育状况。
　　3 讨论
　　3.1 不同附加物在铁皮石斛组织培养中的作用
　　添加适量的马铃薯、香蕉等附加物来促进铁皮石斛的生长，但并不是所有附加物都能很好地促进其生长。该试验研究了马铃薯、香蕉及蛋白胨对其原球茎增殖与分化的影响，结果表明，蛋白胨与马铃薯对原球茎的增殖及分化均有明显的促进作用，香蕉则对原球茎的生长没有很明显的作用，反而会使原球茎产生黄化现象。因此，附加物的种类与附加物的浓度对原球茎生长的影响也不同。
　　3.2 不同光照条件在铁皮石斛组织培养中的作用
　　植物在生长发育过程中受到很多外界环境因子的影响，包括温度、湿度、光照、通风情况、营养物质等，而在这些环境影响因子中，光照具有重要的地位[10-11]，在光照对植物具体的影响因子中，包括光照时间、光质与光照强度3个因素。该试验研究了铁皮石斛培养苗在不同光照时间、光质及光照强度的生长发育情況。由于光照时间影响植物进行光合作用时间，因此光照时间能直接影响植物光合作用，并影响植物生理代谢等生命活动，长时间的光线照射可以对光敏色素进行刺激从而进行信号转导，通过调节植物相关生理反应对植物生长的影响[12];不同光质对铁皮石斛培养苗的株高、茎粗、生根、活力状况等有显著影响，红光有利于铁皮石斛培养苗的生长，当进行单一红光处理时铁皮石斛培养苗的株高能达到最大值，蓝光有抑制铁皮石斛培养苗高度生长的作用，但能促进其茎的增粗;光照强度对植株生长情况有较大的影响，包含植株在培养过程中的增殖、器官分化及胚状体形成等[13]，研究表明，适宜的光照强度可以促进植株在培养过程中的快速生长，并能使其避免受到强光的抑制作用[14];而光照强度过大往往导致铁皮石斛叶色浓绿，植株矮壮且幼苗的增殖率大[15]。因此，适宜的光照时间、光质、光照强度在铁皮石斛生长、培养中具有较大的影响。
　　3.3 污染的原因及解决方法
　　该试验中引起污染的主要原因是添加了有机添加物，如马铃薯、香蕉、蛋白胨等。在试验过程中发现，添加有机添加物的培养苗比未添加有机物的培养苗易污染，这是因为加入这些物质后使得培养基在高温灭菌时不彻底，导致在培养过程中易滋生细菌或是在还没接种前已经被污染。因此，添加附加物的培养基在进行高温灭菌时应适当延长高温灭菌时间，以达到彻底灭菌的效果。另外，在培养过程中一旦发现已被污染的培养瓶应及时撤掉，避免培养瓶间相互污染。
　　3.4 黄化现象及解决方法
　　在进行植物组织培养过程中，经常会出现黄化现象，在该试验中黄化主要发生在原球茎增殖阶段，原因是在该阶段如果环境通气不良、光照不足、长时间没有转接都会使原球茎发生黄化，另外培养基中的激素配比不当也会使原球茎出现黄化现象。因此，在配制培养基的过程中要准确称量各种添加物，及时对培养物进行转接，给予适当光照，加强培养环境的通风状况，必要时可使用透气的封口膜代替瓶盖以改善瓶内的通气状况。
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