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现代农业发展需要“光肥” 植物照明应用解析

2016-02-16 00:07
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  2、LED应用于植物组织培养

  在植物组织培养中,光合光量子通量密度(PPFD:Photosynthetic Photon Flux Density)、光照周期和光谱分布对植物的光合作用和形态建成起重要作用。植物组培主要依靠电光源,传统电光源对植物的生物能效极低、发热量大,光照用电约占整个电费成本的65%,是植物组织培养中最高的非人力成本之一。因此在植物组织培养中采用LED提供照明,调控光质和PPFD,不仅能够调控组培植物的生长发育和形态建成、缩短培养周期、提高品质,而且能够大大减少能耗,降低成本。

  (1)红光(620~660 nm)和远红光(710~740 nm)LED 对组培植物生长的影响

  光谱中红光与远红光光通量的比值(R/FR)对植物形态建成、调节植株高度具有重要影响。R/FR 比值已成为控制植株形态的一个重要评价参数。

  Fujiwara 等研究发现,LED光源中,红光LED和远红光LED光源比荧光灯更易影响组培苗的光形态建成和生长发育。Tanaka等研究发现红光LED促进兰花组培苗叶片生长但降低了叶绿素含量、茎和根的干重。Lian等研究表明:在单独红光LED照射下,百合离体培养鳞茎的生长指标和干物质积累较低,这与单独红光导致的低CO2同化作用有关。这一结果印证了Goins 等将红光LED应用于小麦光合产量的研究结果。

  然而,有关红光或远红光LED 对组培植物生长影响的报道并不一致。Miyashita 等研究发现随着红光LED 的PPFD 增加,马铃薯组培苗茎伸长,叶绿素含量也增加,但叶面积和干重没有显著差异。Nhut 等的研究表明,在红光LED 照射下,草莓组培苗叶片伸展、叶柄伸长、茎明显伸长,但叶绿素含量降低。Kim 等研究认为,单独红光LED 或红光LED+远红光LED 处理下,菊花组培苗茎过分伸长导致茎杆脆弱,其它重要生长指标也降低了,总体上不利于植物的正常生长发育。Hahn 等发现了红光LED 对毛地黄组培苗茎生长的抑制作用。这些现象被认为是单色红光导致光系统Ⅰ和Ⅱ可利用的光能量分布不平衡,因此抑制茎的生长。

  此外,在研究PPFD 均为45 μmol/(m2·s)的不同光质LED 对兰花原球茎小块照射处理的实验结果中,发现红光LED 处理对从原球茎片段中诱导愈伤组织是最有效的。

  (2)蓝光(450~470 nm)LED 对组培植物生长的影响

  有报道认为蓝光直接或间接影响植物胚轴的伸长、酶的调节和合成、气孔的张开、叶绿体的成熟和光形态建成。但是有关单一蓝光LED 显著影响组培苗生长发育的报道并不多见。

  Appelgen 等曾报道蓝光强烈抑制天竺葵组培苗茎的延长。Nhut 等的研究表明,经单一蓝光LED 处理的草莓组培苗叶片数目最少,根长最短,抑制草莓组培苗生长,但没有蓝光LED 照射会导致草莓组培苗生长和发育不平衡。

  在对马蹄莲组培苗光合兼养条件下生长效果的研究中发现,在LED 处理之前,干质量和生长速率没有显著的差异,但是添加蓝光LED 处理对叶绿素含量和株高指标有显著的正效应。Tanaka 等研究发现红光LED 促进了兰花叶片的生长但降低了叶绿素的含量,然而蓝光LED 却逆转这个效应。

  (3)红光与蓝光LED 组合对组培植物生长的影响

  迄今为止,有不少报道认为,红蓝LED 组合对组培植物的生长发育产生积极影响,优于单色光处理。如Hahn等研究发现,经单一红光LED 或蓝光LED 处理的毛地黄组培苗出现徒长现象,但是在红蓝LED 复合光下生长健壮。还有研究发现,一种双蝴蝶属组培植物在红光LED下生根最好,在蓝光LED 下生根最差;而在红蓝LED 复合光照下,植物的根数、鲜重和叶绿素含量综合指标明显好于单色LED 和荧光灯处理。

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