摘 要：光是植物生长中的重要环境因子之一。LED因体积小、质量轻、寿命长、光强可调等优点，使其成 为植物光环境调控的重要光源之一，并在节能和促进植物生长方面都具有明显的优势。目前，LED在植 物组织培养研究中已得到一定的应用，并取得了一些可喜的进展。此文介绍了LED的主要特点及其在 植物组织培养中的应用情况。

 关键词：LED；植物组织培养；光质；光强；光周期

       LED独有的优点，使其成为植物组织培养研究的 重要光源之一。20世纪80年代以来，世界上一些国家 陆续开始了LED在植物组织培养中应用的研究。中 国的一些高等院校和科研机构也开始了该方面的研 究，并取得了一些可喜的进展。

 1 光照与植物 

1.1 光对植物的影响 

      光是植物生长中最重要的环境因子之一，它不仅 为植物光合作用提供辐射能，还为植物提供信号转导， 调节其发育过程。植物在它的整个生命周期中始终处 于一个不断变化的光环境中，在长期的进化中，植物不 仅适应了光环境的变化，而且还能相互影响而改变周 围的光环境[1] 。

1.2 光线与色素 

       到达地面的太阳光波长大约从300~2 600 nm，其 中对光合作用的有效波长在 4 00~700 nm 之间，其中 425~490 nm的蓝光以及610~700 nm的红光对光合作 用贡献率最大，而520~610 nm（绿色）的光线被植物吸 收的比率很低[2] 。可见，并不是所有的光都有助于植 物的光合作用。

      色素可以吸收光能来产生一系列的生化反应，不 同的色素吸收的波长不同。植物体内有很多色素，分 别起着不同的作用，但有两种色素，即光敏色素和隐花 色素在调节植物对光的反应中起着关键性的作用。光 敏色素有两个互变异构体—红光光敏色素（Pr）和远红 光光敏色素（Pfr）。Pr 吸收波长为 660 nm 左右的红光，Pfr 吸收波长为 730 nm 左右的远红光。光敏色素 调节多种不同植物对光的反应，包括光周期，种子萌 发、展叶、下胚轴伸长和脱黄化。隐花色素吸收蓝光和 紫外光范围的光波，其它色素与植物的发育有关[2] 。 

     由此可见，460 nm左右的蓝光和660 nm左右的红 光是植物最需要的光波，并对植物的生长发育起着关 键性的作用。

2 LED简介及优点

 2.1 LED简介

       LED（light-emitting diodes），即发光二极管，是一 种可以有效地把电能转变成电磁辐射的装置[3] 。1962 年，GE、Monsanto、IBM的联合实验室开发出发红光的 半导体化合物GaAsP。1965年，全球第一款商用化的 用锗材料做成的可发出红外光的LED诞生。随着技 术的不断进步，近年来白光LED的发展相当迅速，白 光LED的发光效率已经达到30 lm/W，实验室研究成 果可以达到 60 lm/W，大大超过白炽灯，向荧光灯逼 近。

2.2 LED优点分析

      LED 具有体积小、重量轻、固态、寿命长、波长特 殊、驱动电压较低、光效率高、能耗小、安全、可靠耐用、 不容易色衰的优点，且红光LED光子具有较大的光通 量[4-8] 。另外，LED 具有较窄的波谱，波谱半宽范围从 几纳米到几十纳米，在±20 nm左右，波长正好与植物 光合成和光形态形成的光谱范围相吻合[9-10] 。

3 LED光源在植物组织培养中的应用

      LED 在植物组织培养中的应用是基于 LED 技术 的发展和植物组织培养环境调控而发展起来的[11-12] 。 世界上最早将LED用于植物栽培的是日本的三菱公 司，早在 1982 年就有关于波长为 650 nm 的红光 LED 光源用于温室番茄补光的试验报告[8] 。后来LED也被 应用于植物组织培养中的环境调控，并对LED在节能 方面的作用加以探讨[13] 。目前，LED在植物组织培养 中的应用主要集中在光质和光强对组培苗生长影响方 面，而对光周期等研究较少。就世界范围来说，LED 在植物组织培养中的应用研究主要集中在日本和美 国。日本的研究处于国际领先地位，不但开发了专门 应用于植物组织培养的 LED 发光系统，而且与其它 环境调控因子相结合，取得了一些重要的基础数据。 中国一些科研机构也开始了这方面的研究，并自主开 发了一些 LED 光源系统，用于植物组织培养研究工 作[14-18] 。

3.1 光质选择 

       LED 诞生之初，人们用 660 nm 左右的红光 LED作为主光源，荧光灯作为辅助光源进行研究，随着 LED技术的不断发展，各种波段的LED纷纷被用于植 物组织培养，主要有660 nm左右红光，460 nm左右蓝 光，730 nm左右远红光和白光。 

      日本的 Tanaka 等[18] 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。Le Van等人 [19] 研究表明，在红蓝光比例为3:1时愈伤组织的生长效 果最佳，但 100%的红光对愈伤组织的诱导率最高。 Anzelika 等[20] 在对葡萄的组织培养中发现，光谱中的 蓝光成分阻止试管苗的伸长，但能促进叶的形成和各 种光合色素的合成。远红光成分PPF的增减对干鲜重 的积累和光合色素的合成也都有明显的影响。红光 LED 有助于增加株高、节间长和生根率，而蓝光与叶 绿素的合成和气孔的发育有关。尽管在红光LED条 件下叶绿素含量较低，但是这个作用可以通过照射蓝 光LED或荧光灯来削弱。另外红光有利于可溶性糖 和淀粉的积累，降低色素含量。而蓝光能够逆转此效 应，可促进色素和可溶性蛋白的合成。红光和蓝光组 合处理的叶中可溶性糖和淀粉含量以及根系活力均高 于白光处理，尤以高R/B配比光处理的组培苗生长健 壮，移栽成活率最高[15,21-22] 。张婕等[16] 研究表明，红蓝光 比例7∶3的条件下，菊花组培苗的生长状况最好。蒋要 卫[14] 研究表明，含有较大红光比例LED 光源对大花蕙 兰和蝴蝶兰试管苗的影响优于含有较大蓝光比例的 LED 光源。岳岚[23] 研究表明，在红蓝光比例为 3∶1 时 牡丹品种“乌龙捧盛”和“洛阳红”试管苗的各生长指标 均较好，而胡红试管苗在红蓝光比例为 1∶1 时生长良 好。但在全红光和全蓝光时试管苗植株较矮，长势较 差。总体来说红光有利于植物茎和根的伸长，促进形 态建成，远红光和蓝光处理的植株矮小，根短细[24-25] 。

3.2 光强选择 

      对植物来说，光强即光合量子通量（PPF，其单位 为μmol/(m2 ·s)），是影响植物光合作用的重要参数之 一。Nhut等人[26-27] 研究发现，当PPF为60 μmol/(m2 ·s) 时，草莓组培苗的生长状况最好；白鹤芋组培苗在 60~70 μmol/(m2 ·s)时，其地上部分和地下部分鲜重较 高。Anzelika 等人[20] 用四种不同波长的 LED 灯进行 葡萄组培苗培养，发现适合葡萄组培苗生长的总的 PPF值的范围为40~55 μmol/(m2 ·s)。张婕等人[16] 对菊 花的研究证明，光强为 60 μmol/(m2 ·s)时组培苗的株 高、叶数、根数、最长根长、干重等主要生长指标都显 著高于对照。

3.3 光周期选择 

      陈育菘等人研究表明，龙胆出瓶指标最适合的 LED光环境为蓝光比例50%，PPF为120 μmol/(m2 ·s)， 光周期为16 h。台糖研究所用日光灯研究龙胆最佳光 环境为 PPF 80 μmol/(m2 ·s)，光周期 12Hr。R.C.Jao 等 人[28-29] 研究表明，在光周期为16 h时，马铃薯组培苗在 红蓝光同时照射时要比红蓝光交替照射的培养效果 好，另外低PPF长时间照射要比高PPF长时间照射培 养效果好。

3.4 供电方式选择 

      赖建洲等人研究表明以直流电来驱动LED，驱动 器提供40 Hz供电频率可比60 Hz更省电。然而，要进 一步降低成本可直接使用交流电来驱动，可免去交直 流转换电路的制作成本。有研究表明，使用交流供电 的全红光 LED 进行彩色海芋组培苗生产是可行的。 Jao Ruey-Chi等人[29] 在对马铃薯的研究中表明，如果只 考虑生长率，LED在720 Hz(1.4 ms)，工作比为50%，光 周期为16 h时，植物生长最佳；而如果主要考虑能耗问 题，LED 在 180 Hz（5.5 ms），工作比为 50%，光周期为 16 h时最节能。

4 LED光源在植物组织培养中的应用前景

4.1 制约因素及对策

       LED 本身的一些缺点，如：亮度低、PN 结散热困 难、光斑亮度和色度均匀性差，以及价格高等都限制了 LED在植物组织培养中的推广和应用，不利于LED在 植物组培产业化生产中的规模化应用[5,7,14,30-31] 。而解决 这个难题需要光电技术的发展与完善，以及相关政策 法规的出台，随着光电技术的发展，LED 本身的技术 难题必将迎刃而解，LED 的价格也会有所降低，这都 将有助于LED在组织培养中的广泛应用。

4.2 发展趋势

        LED是新型的高效节能光源，在植物组织培养中 用LED作为光源，不仅能降低组织培养的成本，同时 由于LED光质、光强可调、窄波段等特点，使得对植物 光生理学的研究更加深入。

      未来LED在植物组织培养中的应用，应从照明装 置严格把关，选择合适的 LED，考虑性能和可靠性及 植物照明的特殊使用条件；结合LED的特点，合理地 利用LED，考虑LED额定工作条件[7] ，驱动电路的设计 和电源的选用，结合环境调控的其它因素，如 CO2施 肥、温度调控等。另外要跟植物生长调节剂的使用结 合起来，使得LED在植物组织培养中的应用研究更加 深入和系统。