摘要：采用ＬＥＤ不同波长（红＋蓝、白、红、蓝、黄和绿）光源，以白色荧光为对照，研究不同光质条件下葡萄试管苗的增殖特性、光合特性和叶绿素荧光动力学特性．结果表明：葡萄试管苗的增殖倍数、冠鲜质量、根鲜质量、叶面积、叶绿素含量、净光合速率、叶绿荧光参数Ｆｖ／Ｆｍ、ｑＰ、ΦＰＳⅡ和Ｆｖ／Ｆｏ在ＬＥＤ红＋蓝光下最高，而胡萝卜素含量和ＮＰＱ最低，在ＬＥＤ黄光和绿光下净光合速率为负值．在ＬＥＤ蓝光下，根长最短，这说明短波光抑制根系的伸长生长．

关键词：葡萄试管苗；ＬＥＤ光质；增殖；光合作用；叶绿素荧光

葡萄的组织培养已成功应用于生产，对葡萄产业发展中种苗的快速繁殖发挥了重要作用．目前，有关葡萄组织培养的研究主要集中在组织器官培养和培养基的改进研究［１－４］，生长调节物质的试验［５－９］，生根理论研究［１０－１１］，细胞代谢调控［１２］，培养微环境的调控［１３］等方面，但对光系统中的光质对葡萄砧木试管苗生长发育调控的报道尚少［１４］．近年来，新型ＬＥＤ光源由于其节能、光质纯、可调节性强等特点已在设施农业的研究中进行了广泛的应用，并在部分作物栽培试验中得到了肯定［１５－１７］，但在葡萄组织培养中的应用研究鲜见报道［１８］．本文从葡萄试管苗在ＬＥＤ光源几种单色光和红＋蓝光与普通白色荧光下的增殖、光合以及叶绿素荧光动力学特征入手，从不同层次研究ＬＥＤ光源不同光质下葡萄砧木试管苗生物学和叶绿素荧光动力学特征，以期探究ＬＥＤ光源不同光质对葡萄砧木试管苗增殖特性、光合指标和叶绿素荧光动力学特征的影响，为阐明ＬＥＤ光源对葡萄试管苗增殖和光合影响的生理机制提供参考．

１ 材料与方法

１．１ 试验材料

以甘肃农业大学生命科学技术学院植物细胞工程研究室继代保存２ａ的‘ＬＮ３３’和选自野生山葡萄（Ｖｉｔｉｓ ｐｉａｓｅｚｋｉｉ Ｍａｘｉｍ）的‘ＬＤＰ－２９４’为试验材料．

１．２ 试验方法

１．２．１ 接种与光质处理 将继代保存的‘ＬＮ３３’和‘ＬＤＰ－２９４’葡萄砧木试管苗接种（每瓶接３个单芽茎段）于ＧＳ培养基上，分别置于白色荧光（ＣＫ，４１０～６９０ｎｍ，采用佛山电器照明股份公司生产的ＹＺ ４０ＷＲＲ２５Ｔ８Ｄ型灯管），ＬＥＤ白光（Ｗ，４２４～７２４ｎｍ，４５９ｎｍ）、红光（Ｒ，６０６～６５７ｎｍ，６３５ｎｍ）、黄光（Ｙ，５６７～６０６ｎｍ，５８８ｎｍ）、蓝光（Ｂ，４４０～５００ｎｍ，４６５ｎｍ）、绿光（Ｇ，４８８～５６２ｎｍ，５１７ｎｍ）和蓝＋红光（Ｂ＋Ｒ，４４０～５００ｎｍ，６０６～６５７ｎｍ，４６５ｎｍ，６３５ｎｍ）７种光质（光谱采用ＬＩ－１８００，ＬＩ－ＣＯＲ，ＵＳＡ分光仪测定，光谱如图１；白光和４种单色光谱采用香港夜明珠灯饰有限公司生产的ＬＥＤ节能灯杯，蓝红光采用ＬＥＤ蓝色灯杯与ＬＥＤ红色灯杯相间排列，各灯间距８ｃｍ），光周期１６ｈ／ｄ，光强１０μｍｏｌ／ｍ２／ｓ，对照光强为９．９７μｍｏｌ／ｍ／ｓ，培养温度（２５±１）℃下培养３０ｄ，每个品种、每种光质下接种２０对瓶，培养３０ｄ后在每一处理下随机取３瓶，每１瓶为１个重复．

１．２．２ 根鲜质量、根长、增殖倍数和冠鲜质量测定 试管苗培养３０ｄ后测定试管苗的冠鲜质量、根鲜质量及根长并统计增殖倍数．根长采用精度为０．１ｃｍ刻度尺测量每株的全部根长，计算每瓶３株的平均值．冠鲜质量与根鲜质量采用精度０．１ｍｇ的电子天平分别称量地上部和地下部．增殖倍数按每株的茎段数与接种茎段数的比值，计算每瓶３株的平均值．

１．２．３ 叶面积的测定 试管苗培养３０ｄ后，用７９Ｓｅ－２型叶面积测定仪测定第２片新增叶的叶面积．

１．２．４ 叶绿素和类胡萝卜素含量的测定 精确称取葡萄新鲜叶片０．２ｇ，剪碎，用１∶１丙酮无水乙醇１０ｍＬ浸提，置于暗处２４ｈ，混匀并取上清液用紫外分光光度计（岛津，日本）于６６３、６４５、４７０ｎｍ处测定吸光度值，色素含量按Ｂｏｑｉｎｏｃ法［１９］计算．

１．２．５ 净光合速率测定 净光合速率使用美国斯爱迪公司的ＣＩ－３１０便携式光合测定仪，采用闭路系统测定试管苗生长３０ｄ时的净光合速率［２０］．

１．２．６ 叶绿素荧光参数测定 叶绿素荧光参数采用英国汉莎科学仪器公司生产的ＦＭＳ－２便携调制式荧光仪测定．测定前通过用户定义手册进行仪器程序设计．测定时随机抽取被测幼苗植株，并选用同一部位且伸展方向相对一致的叶片．测定最大量子效率（Ｆｖ／Ｆｍ）时，试验材料在测定前用暗适应夹充分暗适应１５ｍｉｎ．随后测定实际量子效率（ΦＰＳⅡ），可以得到初始荧光（Ｆｏ）、暗下最大荧光（Ｆｍ）、光化学猝灭（ｑＰ）、ＰＳＩＩ的潜在活性（Ｆｖ／Ｆｏ）和非光化学猝灭（ＮＰＱ）等参数［２１］．

１．３ 数据处理

所有数据均采用ＳＰＳＳ １３．０ｆｏｒ ｗｉｎｄｏｗｓ软件进行统计分析．

２ 结果与分析

２．１ ＬＥＤ不同光质对试管苗增殖的影响

光照的波长对植物的生长发育和形态建成有着重要影响．在ＬＥＤ冷光源白色、红色、蓝色、黄色、绿色和红＋蓝色６种光质下，以白色荧光为对照，葡萄试管苗增殖结果如表１所示，２个砧木品种第２片新叶叶面积均在ＬＥＤ红＋蓝光下最大，分别为９．６６７ ０ｃｍ２和５．９６６ ７ｃｍ２，与白色荧光和其他ＬＥＤ光质差异均达显著水平，而ＬＥＤ黄光与绿光下叶面积最小，与其他光差异显著．

‘ＬＮ３３’单株生物量在ＬＥＤ红＋蓝光下最大，为３．１３６ ７ｇ／株），与其他光质间差异显著，而在ＬＥＤ黄光和绿光下最小，分别为１．９０３ ３ｇ／株和１．９７０ ０ｇ／株，与其他光质差异也达显著水平．‘ＬＤＰ－２９４’在ＬＥＤ红＋蓝光和ＬＥＤ白光下单株生物量最大，与其他光质差异显著，而其他光质间差异不显著．

‘ＬＮ３３’根长在ＬＥＤ白光下最长，‘ＬＤＰ－２９４’在ＬＥＤ红＋蓝光和绿光下最长，２个品种均在ＬＥＤ蓝光下最短，与其他光质间差异显著．说明长波光有利于根的伸长生长，而蓝光抑制了根的伸长，促进根的横向生长．这可能是在长波光下，根尖的生长素含量较，促进了根的伸长，而在蓝光下，生长素发生了光氧化分解，降低了根尖生长素的含量，而使根的纵向生长受阻，而横向生长得到了加强．

‘ＬＮ３３’单株根重在ＬＥＤ红＋蓝光下最大，ＬＤＰ－２９４在ＬＥＤ红＋蓝光，白光和红光下较大．增殖倍数２个品种均在ＬＥＤ红＋蓝光下最大，分别为５．６９０ ０和６．７２０ ０，而在蓝光和绿光下最小，与其他光质间的差异均达显著水平．这说明单独的蓝光和绿光不利于植株根系的生长．

２．２ ＬＥＤ不同光质对光合色素含量和光合速率的影响

植物光合作用和光合色素的合成依赖于光的波长和强度．葡萄试管苗在ＬＥＤ红光、蓝光、红＋蓝光、白光、黄光、绿光和白色荧光下生长１个月后，测定试管苗叶片的光合色素和净光合速率，以白色荧光下生长的试管苗为对照，结果如表２和图２所示．由表２可以看出，叶绿素２个品种均在黄光和绿光下最少，与其他光质间的差异显著，‘ＬＮ３３’的其他光质间差异不显著，而‘ＬＤＰ－２９４’在ＬＥＤ红光和蓝光下的叶绿素ａ也较ＬＥＤ红＋蓝光、白光和荧光白光ＣＫ下的少，且差异显著．

‘ＬＮ３３’叶绿素ｂ含量在ＬＥＤ红＋蓝光下最高，绿光下含量最低，且与其他光质间差异显著．‘ＬＤＰ－２９４’叶绿素ｂ含量也在绿光下含量最低，与其他光质间差异显著，其次是黄光，其他各光质间差异不显著．

叶绿素ａ＋ｂ含量２个品种均在绿光下含量最低，其次是黄光，而在ＬＥＤ红＋蓝光下含量最高，但‘ＬＮ３３’在该光质下的含量与其他几种光质间差异不显著．‘ＬＤＰ－２９４’在ＬＥＤ红＋蓝光下叶绿素总含量与其他光质间的差异显著．叶绿素ａ／ｂ没有普遍的规律性．

类胡萝卜素含量２个品种均在ＬＥＤ红＋蓝光下最低，而在绿光下最高．‘ＬＮ３３’各光质下含量差异达显著水平，而‘ＬＤＰ－２９４’部分光质间差异不显著．

由图２可以看出，２个品种葡萄试管苗的净光合速率在ＬＥＤ红光＋蓝光下最高，分别为０．９８６μｍｏｌ／ｍ２／ｓ和０．８９７μｍｏｌ／ｍ２／ｓ，其次是ＬＥＤ白光，而黄光和绿光下最低，且均为负值（‘ＬＮ３３’为－０．１３４μｍｏｌ／ｍ２／ｓ和－０．１１６μｍｏｌ／ｍ２／ｓ，‘ＬＤＰ－２９４’为－０．２２μｍｏｌ／ｍ２／ｓ和－０．２１２μｍｏｌ／ｍ２／ｓ），各光质间差异均达显著水平．这可能是在黄光和绿光下植株叶绿素的含量低，类胡萝卜含量高，吸收的光量子主要以热能的形式耗散，且在该２种光质的呼吸速率大于光合速率，因而测出的净光合速率为负值．

２．３ ＬＥＤ不同光照条件下葡萄试管苗叶绿素荧光诱导及猝灭分析

不同光质下的葡萄试管苗荧光参数如图３所示，２个品种叶片的ＰＳ最大光化学效率Ｆｖ／Ｆｍ（图３－Ａ）均在ＬＥＤ红＋蓝光下最大，而在绿光下最小，各光质间的差异均达显著水平．非光化学猝灭系数ＮＰＱ（图３－Ｂ）在红＋蓝光下最小，与ＣＫ和其他光质间差异显著，在绿光和黄光下最大．光化学猝灭系数ｑＰ（图３－Ｃ）在红＋蓝光下最大，与其他光质间差异显著，在绿光下最下．实际光化学效率ΦＰＳⅡ（图３－Ｄ）在红＋蓝光下最大，与其他光质间差异显著，在绿光下最小．ＰＳⅡ的潜在活性Ｆｖ／Ｆｏ（图３－Ｅ）２个品种也在红＋蓝光下最大，与其他光质间差异显著，而在绿光下最小，与其他光质也达显著水平．

上述叶绿素荧光５个参数的分析可以看出，ＬＥＤ光源下的红＋蓝光较对照白色荧光和其他ＬＥＤ光源不同光质更有利于葡萄试管苗的光合，Ｆｖ／Ｆｍ、ｑＰ、ΦＰＳⅡ和Ｆｖ／Ｆｏ均明显高于其各光质，而ＮＰＱ远小于其他光质，说明在葡萄组织培养的弱光照条件下（１ ５００～２ ０００ｌｘ），ＬＥＤ红＋蓝光的光量子被叶色素捕获后，能够被叶绿体较充分利用，而用于热耗散的很少，这与叶色素中该光质条件下叶绿素总量高于其他各光质，而类胡萝卜素含量低于其他各光质，净光合速率也明显高于其他各光质的结果相吻合．

３ 讨论

光质被认为是影响植物形态建成的重要因子．Ａｋｓｅｎｏｖａ等［２２］、Ｋｉｍ等［２３］、Ｙａｎａｇｉ等［２４］研究认为红光更利于根的伸长生长，本试验中，长波光（红光）促进葡萄试管苗的伸长生长，短波光（蓝光）则抑制植物的纵向生长，其作用机理可能是蓝光提高ＩＡＡ氧化酶的活性，降低了植物体内的ＩＡＡ水平，从而抑制了植物的伸长生长．

大量研究认为，离体培养中，植物试管苗所需营养物质大部分来源于培养基，且各营养成分处于速效状态，试管苗自身光合提供物质仅占物质总需求量的很少一部分，即试管苗以异养为主［１０］．但在本试验中，２种葡萄试管苗叶面积和生物量在７种光质中存在差异，均在ＬＥＤ红＋蓝光下最大，这表明在离体培养条件下，虽然有共同的速效营养物质，但不同光质条件通过影响试管苗自身光合的自养作用和从培养基吸收的异养作用，进而对包括叶面积和生物量在内的形态指标进行调控．而这种调控可能是通过影响离体试管苗相关内源激素的合成，进而调控对培养基速效养的吸收和自身的光合作用来实现．但试管苗自身光合生产物质在总物质需求量中所占的比例是否增加，自养能力可否增强，还有待进一步研究证实．

近些年来由于电子技术的突破，高效、节能的ＬＥＤ冷光源应用于植物生产和离体培养成为可能，因而更多研究关注该光源的应用研究．本试验中，ＬＥＤ光源对葡萄试管苗增殖特性效应分析表明，ＬＥＤ红＋蓝光较常规的荧光更有利于试管苗的增殖，这说明该ＬＥＤ光源红＋蓝光的光量子叶片捕获后，能够被叶片的叶绿体更好地利用进行光合作用，而用于热耗散的少．再从该光照条件下的色素合成来看，叶绿素总量最高，而类胡萝卜素含量最低，净光合速率也最高，这进一步说明该光照条件有利于叶绿素的合成，合成大量的叶绿素来捕捉大量的光量子，进行光化学转化，从而促进了光合作用的ＣＯ２的固定与还原，因而表现出净光合速率较高．而ＬＥＤ绿光和黄光下，叶绿素的合成量少，该光质条件下的光量子叶色素捕捉的量少，且由于光化学反应的ＰＳＩＩ系统难以转化为电能用于光化学反应，因而就捕捉的少量的光量子通过类胡萝卜素以热能的形式耗散，而在离体培养的条件下，植物材料的呼吸较为旺盛，因而呼吸消耗大于光合积累，测定出的在ＬＥＤ绿光和黄光下的净光合速率就为负值．其次从叶绿素的荧光动力学的参数分析表明，ＬＥＤ光源下的红＋蓝光较对照和其他光质更有利于葡萄试管苗的光合，Ｆｖ／Ｆｍ、ｑＰ、ΦＰＳⅡ和Ｆｖ／Ｆｏ均明显高于其各光质，而ＮＰＱ远小于其他光质，这说明在葡萄组织培养的弱光照条件下（１ ５００～２ ０００ｌｘ），ＬＥＤ红＋蓝光的光量子被叶色素大量捕获后，能够被叶绿体的ＰＳⅡ快速进行光化学反应，转化为电能，进而通过电子传递，将电能转变为化学能，从而实现光能的充分利用，因而在这种光质下叶绿素含量要高，而用于热耗散的类胡萝卜素含量要低，这与试验中测得的叶色素结果相一致，因而在该光照条件下，净光合速率也就明显高于其他各光质．