王 政，刘伟超，何松林,2，贺 丹，尚文倩，宋盈龙

(1河南农业大学 林学院，河南 郑州 450002；2 河南科技学院 园艺园林学院，河南 新乡 453003)

红叶石楠“红罗宾”(Photiniafraseri‘Red Robin’)属蔷薇科石楠属，由石楠(Photiniaserrulata)和光叶石楠(Photiniaglabra)杂交而成，被誉为“红叶绿篱之王”，具有生长快、耐修剪、耐盐碱和观赏价值高的特点，是当前重要的彩色绿化树种之一[1]。红叶石楠以扦插繁殖为主，但繁殖系数低，且繁殖速度较慢，难以满足日益增长的市场需求。采用植物离体快繁技术可大规模生产优质种苗，且能极大提高苗木的产量和品质[2]。近年来，红叶石楠的离体培养主要集中在外植体的选择、消毒条件、取材时间、激素配比、生根培养、微环境调节等方面[2-5]。

光是影响植物离体快繁最重要的非生物因素之一，有关光的研究主要集中在光源选择及光照周期、光照强度、光质比例等对植物生长发育的影响等方面[6]。发光二极管(light emitting diode,LED)作为一种新型光源已在植物离体快繁培养过程中进行使用[7]，其中光质比例对植物生长和发育的影响表现得更为突出[6]，与其他光质相比，红光与蓝光作为植物叶片光合色素吸收最多的光质，对植物光合作用的影响更为明显[8]。然而，单独使用红光或者蓝光并不能满足植物正常的生长发育[9]。已有研究表明，一定比例红蓝光有利于铁皮石斛[10]、红掌[11]、蓝莓[12]、萱草[13]和草莓[14]等植物试管苗的生长，但有关红蓝光质比对红叶石楠试管苗生长的影响尚未见报道。本试验以红叶石楠试管苗为材料，研究LED光源不同红蓝光质比对其生长和抗氧化酶活性的影响，以期为生产高品质红叶石楠试管苗提供技术参考，进一步为植物组织培养专用光源的研发提供数据支持和理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验用红叶石楠“红罗宾”无菌苗作为外植体，以100 mL三角瓶为培养容器，在无菌条件下，接种于MS+0.5 mg/L 6-BA+0.2 mg/L IBA+30 g/L蔗糖(pH=5.80)的固体培养基上，在普通荧光灯培养条件(光照强度40 μmol/(m2·s)，温度(24±1) ℃，光照时间12 h/d)下进行壮苗培养。培养20 d后，随机选取生长状况及规格一致(株高约1.5 cm) 的试管苗作为供试材料。

1.2 试验设计

以LED红光R(主波长640 nm)和蓝光B(主波长464 nm)为光源，设置100%R、80%R+20%B、70%R+30%B、60%R+40%B、100%B 5种不同红蓝光质比处理[13]，以普通荧光灯光源作为对照(CK)。将供试试管苗在无菌条件下接种于1/2 MS+0.1 mg/L NAA+30 g/L蔗糖(pH=5.80) 的固体培养基上，每瓶接种3株试管苗，每个处理接种40瓶，接种后分别在不同的光照系统中培养，培养条件均为光照强度40 μmol/(m2·s)，温度(24±1) ℃，光照时间12 h/d，培养时间为50 d。

1.3 测定项目及方法

从各处理随机选择15株红叶石楠试管苗，测定株高、根长、根数、叶长、叶数、叶幅(试管苗自上而下第3片叶)和鲜质量，经烘干 (105 ℃烘箱内杀青30 min，60 ℃下恒温干燥48 h)后测定干样质量，并计算地上部、地下部和总干物率(干物率=干质量/鲜质量×100%)。叶绿素含量采用无水乙醇和丙酮混合液提取法[15]测定，可溶性蛋白含量采用赵世杰[15]的考马斯亮蓝法测定，根系活力采用李合生[16]的TTC法测定，可溶性总糖、蔗糖和丙二醛含量采用张志良等[17]的方法测定，抗氧化酶活性采用李合生[16]的方法测定，超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮蓝四唑法测定，过氧化物酶(POD)活性采用愈创木酚法测定，过氧化氢酶(CAT)活性采用高锰酸钾滴定法测定。以上各生理指标均随机从各处理选取10株试管苗混合均匀后测定，重复3次，结果取平均值。

1.4 数据处理

采用邓肯氏新复极差测验法( SSR 法) 检测不同处理间试验数据的差异显著性，显著性水平为P≤0.05。采用DPS 7.05和Excel 2003软件进行数据处理。

2 结果与分析

2.1 不同红蓝光质比对红叶石楠试管苗形态的影响

由表1可知，随蓝光(B)比例增加，红叶石楠试管苗株高整体呈下降趋势，100%R处理下株高达到最大值，为5.52 cm，与其他处理差异显著，且其他处理下的株高均显著低于CK。100%B处理下红叶石楠的叶数、叶长和叶幅均达到最大值，表明蓝光有利于叶数和叶面积的增加。随蓝光比例增加，试管苗根数和根长整体呈先升后降趋势，其中根数在70%R+30%B处理下达到最大值，但各处理间差异不显著；根长在60%R+40%B处理下达到最大值，显著高于100%R和CK处理；表明红光有利于根数的增加而蓝光有利于根长的增加，一定比例的红蓝光既有利于根数的增加也有利于根长的增加。

表1 不同红蓝光质比对红叶石楠试管苗形态的影响Table 1 Effects of different red and blue light quality ratios on morphology of Photinia fraseri test-tube plantlets

注：同列数据后标不同字母表示处理间差异显著(P<0.05)。下表同。

Note:Different letters show significant difference between treatments atP<0.05.The same below.

2.2 不同红蓝光质比对红叶石楠试管苗质量的影响

由表2可知，红叶石楠试管苗的总鲜质量和地下部鲜质量均在100%R处理下达到最大值，其次是70%R+30%B处理，且含红光处理的总鲜质量和地下部鲜质量均高于CK；地上部鲜质量在70%R+30%B处理下达到最大值，最小值仍为100%B处理，但各处理间无显著差异。在干质量方面，红叶石楠试管苗的总干质量最大值出现在70%R+30%B处理，最小值出现在100%B处理，二者差异显著；试管苗地上部干质量随着蓝光比例的增加先升高后降低，在70%R+30%B处理下达到最大值，最小值出现在100%R处理，且二者差异显著；地下部干质量在各处理间差异明显，在100%R处理下达到最大值。

表2 不同红蓝光质比对红叶石楠试管苗质量的影响Table 2 Effects of different red and blue light quality ratios on weight of Photinia fraseri test-tube plantlets

由图1可以看出，试管苗的总干物率和地上部干物率随着蓝光比例的增加呈升高趋势，均在100%B处理下达到最大值，最小值出现在100%R处理；地下部干物率在70%R+30%B处理下出现最大值，显著高于100%B处理。

图柱上标不同字母表示处理间差异显著(P<0.05)。下图同Different letters show significant difference between treatments at P<0.05.The same below

综上表明，红光有利于地下部干鲜质量的积累，蓝光有利于地上部干物率的提高，而一定比例的红蓝光对红叶石楠干鲜质量的积累和干物率的提高均有促进作用。

2.3 不同红蓝光质比对红叶石楠试管苗色素含量的影响

由表3可知，红叶石楠试管苗叶片中叶绿素a、叶绿素b和叶绿素a+b含量整体上随蓝光含量增加呈先增加后减少的趋势，均在70%R+30%B处理下最高；除100%R处理下的叶绿素b含量低于CK外，其他红蓝光处理的叶绿素a、叶绿素b和叶绿素a+b含量均高于CK；红叶石楠试管苗在100%B处理下的类胡萝卜素含量最高，其次是70%R+30%B和80%R+20%B处理，100%R处理下的类胡萝卜素含量最低。由以上结果可知，一定比例的红蓝光有利于红叶石楠试管苗色素含量的提高，其中以70%R+30%B处理下试管苗的综合表现最为突出。

表3 不同红蓝光质比对红叶石楠试管苗色素含量的影响

2.4 不同红蓝光质比对红叶石楠试管苗根系活力的影响

图2显示，红叶石楠试管苗根系活力随着蓝光的增加呈先升高后下降的趋势，在70%R+30%B处理下最高，其根系活力较CK提高128.16%，且差异达到了显著水平；其次是60%R+40%B、80%R+20%B和100%B处理，其根系活力分别较CK显著提高103.35%，66.56%和61.18%。

2.5 不同红蓝光质比对红叶石楠试管苗可溶性总糖、蔗糖和可溶性蛋白含量的影响

由表4可以看出，随着蓝光比例的增加，红叶石楠试管苗地上部、地下部和整株可溶性总糖含量的变化趋势基本相同，均呈先增加后减小趋势，在70%R+30%B处理下达到最大值，且显著高于其他处理，而在CK处理下为最小值。蔗糖含量变化趋势与可溶性总糖类似，红叶石楠试管苗整株和地上部蔗糖含量在70%R+30%B处理下达到最大值，其次是80%R+20%B处理；地下部蔗糖含量在80%R+20%B处理下达到最大值，其次是70%R+30%B处理，2个处理的蔗糖含量均显著高于CK；整株、地上部和地下部蔗糖含量均以CK处理最小。

图2 不同红蓝光质比对红叶石楠试管苗根系活力的影响Fig.2 Effect of different red and blue light quality on root vigor of Photinia fraseri test-tube plantlets

表4 不同红蓝光质比对红叶石楠试管苗可溶性总糖、蔗糖含量的影响Table 4 Effect of different red and blue light quality on solube sugar and sugar content of Photinia fraseri test-tube plantlets

由表5可知，红叶石楠试管苗整株、地上部和地下部可溶性蛋白含量均在70%R+30%B处理下出现最大值，其中整株和地上部可溶性蛋白含量显著高于其他处理；整株和地上部可溶性蛋白含量在80%R+20%B处理下显著高于除70%R+30%B处理外的其他处理，以100%R处理下含量最低；而地下部可溶性蛋白含量在60%R+40%B处理下最少，仅为1.90 mg/g。

表5 不同红蓝光质比对红叶石楠试管苗可溶性蛋白含量的影响Table 5 Effect of different red and blue light quality on solude protein content of Photinia fraseri test-tube plantlets mg/g

2.6 不同红蓝光质比对红叶石楠试管苗抗氧化酶活性的影响

由图3-A可知，红叶石楠试管苗叶片的SOD活性整体呈先升高后降低的趋势，其中在70%R+30%B处理下活性最高，显著高于其他处理；其次是100%R、60%R+40%B和80%R+20%B处理，均显著高于CK，100%B处理与CK间差异不明显。与SOD活性变化趋势类似，试管苗叶片POD活性在70%R+30%B处理下最高，其活性较CK显著提高55.43%，且显著高于其他处理；其次依次为100%R、60%R+40%B和80%R+20%B处理，其活性分别较CK显著提高32.17%，27.13%和24.42%。由图3-B可知，CK处理下试管苗叶片POD活性显著低于其他处理。图3-C显示，在100%R处理下红叶石楠叶片CAT活性最高，其次为70% R+30%B和80%R+20%B处理，三者显著高于其他处理；CK处理下红叶石楠叶片CAT活性最低，且与其他处理差异显著。图3-D表明，红叶石楠试管苗叶片MDA含量在80%R+20%B处理下最高，且显著高于其他处理；而在100%B处理下叶片MDA含量最低，也与其他处理差异显著。

图3 不同红蓝光质比对红叶石楠试管苗抗氧化酶活性的影响Fig.3 Effect of different red and blue light quality on antioxidant enzymes of Photinia fraseri test-tube

3 讨论与结论

LED单一或组合光质会对蓝莓[12]、黄瓜[18]、冰叶日中花[19]等植物光形态的建成和光合作用产生不同效应。本试验中，红叶石楠试管苗在单一红光下株高达到最大值，而含有蓝光处理时的株高均低于对照，说明红光对茎的伸长有促进作用，而蓝光对其有明显的抑制作用，可能是因为蓝光能够提高吲哚乙酸(IAA)氧化酶的活性，从而使IAA含量降低，进而抑制茎的伸长生长[20]。也有研究认为，蓝光可能通过刺激隐花色素感受器导致茎长减小，这在番茄[21]、黄瓜[22]、凤仙花[23]等植物中已有报道。本试验表明，红叶石楠的叶数、叶长和叶幅均在单一蓝光下达到最大值，表明蓝光增加有利于红叶石楠叶数和叶面积的增加，这与尚文倩等[13]对萱草的研究结果一致，但与Cao等[12]对蓝莓、Hernández等[18]对黄瓜的研究结果不一致，可能与植物品种不同有关。光质的改变会引起光合产物向不同的器官运转和积累，从本试验结果看，100%R处理下红叶石楠试管苗总鲜质量较大，而在70%R+30%B处理下植物总干质量较大，说明在70%R+30%B处理下红叶石楠含水量相对较少，生长健壮，其原因可能是一定比例的红蓝光较单一光质更有利于干物质的积累。

光合色素能够吸收、传递和转换光能，是植物进行光合作用的物质基础，其含量与组成直接影响叶片的光合速率，进而影响植株的生长[24]。有研究表明，蓝光及红蓝组合光均对生菜[6]、金娃娃萱草[13]和黄瓜[18]叶片叶绿素的合成有促进作用，单色红光则会抑制铁皮石斛[10]和蓝莓[12]叶片叶绿素含量的积累，本研究同样发现，单色蓝光和红蓝复合光下光合色素含量较高，而在100%R处理下光合色素含量较低。本研究发现，100%B处理下红叶石楠叶片的光合色素含量较高，但同时也发现100%B处理植株体内的生物量积累最低，这可能是由于蓝光处理下叶片光合色素含量较高，在引起较高的光合速率的同时，也提高了呼吸速率，从而促进了线粒体的暗呼吸作用，导致光合产物消耗增加，生物量积累减少[25]。

光合产物反馈作用于植物的光合作用，通过调节光合作用过程，进而影响植物的生长发育。可溶性总糖不仅是光合产物和渗透调节物质，还能够以类似植物激素的方式在信号传导中起重要作用，从而调控植物的生长、发育、成熟和衰老等过程[26]。红光下高的可溶性总糖含量负反馈调节叶绿素含量，表现为光合作用下降，植物生长受到抑制[27]。本研究发现，在70%R+30%B复合光质处理下，红叶石楠试管苗的可溶性总糖含量最高，但其叶绿素含量却显著大于单色红光处理，很可能是蓝光的一种反馈促进作用[28]。可溶性蛋白含量是反映植物营养、代谢作用及生长发育等生命活动的重要生理指标，有报道认为，蓝光可显著促进线粒体的暗呼吸作用，呼吸过程中的有机酸为氨基酸合成提供碳骨架，从而可促进蛋白质的合成[25]，而红光会抑制可溶性蛋白的合成[29]。本研究结果表明，单一蓝光处理时的可溶性蛋白含量高于单一红光处理；但同时也发现，在一定范围内可溶性蛋白含量与蓝光占比呈正相关，当超过一定范围后则呈负相关关系，适宜比例的红蓝光更有助于促进可溶性蛋白的合成，如70%R+30%B处理的红叶石楠可溶性蛋白含量最高，可能是红光和蓝光相抑或互扬作用的叠加结果，具体机理有待进一步研究。

植物体内存在抗氧化酶系统及其防御机制，具有维持植物体内活性氧平衡、保护膜结构的作用，从而可使植物在一定程度上忍耐、减缓或抵抗逆境胁迫[30]。而光作为一种调节因子，可激活植物体内的抗氧化防御系统，进而合成抗氧化物质[31]。Kim等[32]研究表明，蓝光处理下的番茄叶片SOD和CAT活性显著高于红光处理。Manivannan等[33]在对地黄的研究中也有类似发现。Simlat等[34]认为，蓝光可明显提高甜叶菊叶片的POD和CAT活性。Gupta等[35]研究发现，蓝光处理可显著提高仙茅叶片的SOD和CAT活性，红蓝复合光处理对叶片POD活性有促进作用。本研究发现，70%R+30%B处理显著提高了红叶石楠试管苗叶片的SOD、POD和CAT活性，并且使MDA含量保持在相对较低水平，明显提高了植株的抗氧化能力，对红叶石楠试管苗抗氧化酶防御机制有保护作用。

综上所述，70%R+30%B复合光质处理可以显著提高红叶石楠的生长指标、色素含量及光合产物和抗氧化酶活性等生理指标，是适宜红叶石楠试管苗离体培养的最佳光质比。但是不同红蓝光质比对红叶石楠试管苗的生长具有复杂的调控作用，该红蓝复合光质的具体作用机理目前尚不明确，还有待进一步研究。