一种基于LED节能光源的马铃薯试管薯诱导方法与流程

本发明属于生物技术领域，涉及一种基于led组合光源的马铃薯试管薯诱导栽培方法。

背景技术：

光是植物生长发育必不可少环境因子之一。太阳光的光谱范围在300～2600nm之间，其中波长为390～760nm之间的光(即可见光)是太阳辐射光谱中具有生理活性的波段。而在生理活性的光谱波段中，红光(620～700nm)与蓝光(430～490nm)是植物进行光合作用吸收的主要光谱；此外红光与蓝光分别受光敏色素和蓝光受体介导，以信号形式影响植物的生长发育。

植物生长led灯具一直以来都被看作是未来植物照明领域的主流产品。植物光合作用在可见光光谱380～760nm，所吸收的光能约占生理辐射光能的60％～65％，其中主要为波长610～720nm的红、橙光和波长为400～510nm的蓝紫光；led的光谱域宽在(±20)nm左右，波长正好与植物光合作用和形态建成的光谱范围吻合。与传统光源相比，led灯能够发出植物生长所需要的单色光光谱，并能对不同光谱和光输出实现单独控制，在植物补光中易于控制管理。且led具有寿命长、发光效率高、功耗低、启动时间短、显色指数高、工作温度低、占用空间很小、结构牢固、不怕震动、方向性好、工作电压低、无紫外辐射、环保等众多种优点。可在满足作物需光量的前提下，节约能耗、提高光能利用率和空间利用率。

马铃薯(solanumtuberosuml.)为茄科一年生双子叶草本植物，已被列为我国第四大粮食作物。在多年栽培下，病毒或类病毒会侵染马铃薯并通过薯块世代传递积累，造成严重减产。病毒或类病毒对马铃薯的侵染是系统感染，目前还没有能够有效防治马铃薯植物病毒的化学药剂。同一品种可以同时感染多种病毒，无论通过何种途径都很难以培育出同时对多种病毒具有抗性的马铃薯品种。目前解决这一问题的最有效途径是以组织培养为基础，利用马铃薯茎尖脱毒技术，生产合格的脱毒马铃薯种苗和诱导脱毒微型种薯。但当前马铃薯试管薯的生产存在缺少高效诱导光谱、诱导率低、薯膨大效果差、产量低的障碍，严重限制马铃薯试管薯的稳定周年生产。

技术实现要素：

发明人研究发现，光谱中添加红光有利于马铃薯试管薯植株株高、叶面积和微型薯诱导数量的增加，且叶片数较多，有助于植株捕获更多的光能，但单色红光下植株将过多的营养物质分配于营养生长，导致中后期不利于试管薯的膨大；光谱中添加蓝光，有助于马铃薯试管薯植株壮苗形成，并且促进微型薯膨大，但蓝光比例过大不利于微型薯的诱导，并且可能会导致营养组织早衰。红光和蓝光是马铃薯试管薯培育所需要的必要光谱，但是如何平衡光谱中红光和蓝光的应用比例当前仍然是制约马铃薯试管薯生产补光的问题。因此，本发明的目的在于找到适于试管薯诱导的红蓝光谱比例，提供一种基于led组合光源的马铃薯试管薯诱导栽培方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于led组合光源的马铃薯试管薯诱导栽培方法，包括以下步骤：

步骤(1)、基础苗繁殖：在无菌条件下，剪取带一片叶的马铃薯脱毒组培苗中间茎段，接种于含3～4％蔗糖和0.7～0.9％琼脂的ms培养基中；先置于无光环境下暗适应3～4天，再移至白色led光源下培养20～30天，得到健壮马铃薯脱毒组培苗；培育环境：光密度为60±5μmol.m^-2.s^-1；光周期为14～16h/d；白天温度为20±2℃，夜晚温度为18±2℃；相对湿度为70±5％；

步骤(2)、光质处理：取步骤(1)获得的健壮马铃薯脱毒组培苗，在无菌条件下，剪取带一片叶的中间茎段，接种于含8％蔗糖和0.7～0.9％琼脂的ms培养基中；先置于无光环境下暗适应3～4天，再移至白色led光源下培养25～30天，最后移至红蓝光led组合光源进行试管薯诱导处理，诱导处理60天，收获。

本发明所述的中间茎段为马铃薯脱毒组培苗去掉茎尖后、上部带3～5片叶的茎段。

步骤(2)中，白色led光源下的培育环境与步骤(1)相同：光密度为60±5μmol.m^-2.s^-1；光周期为14～16h/d；白天温度为20±2℃，夜晚温度为18±2℃；相对湿度为70±5％。

所述的红蓝光led组合光源为红光和蓝光1:1～1:4的组合光源，优选为红光和蓝光1:3～1:4的组合光源。具体的，所述的红蓝光led组合光源选自红蓝比1:1的组合光源(rb1)、红蓝比1:2的组合光源(rb2)、红蓝比1:3的组合光源(rb3)、红蓝比1:4的组合光源(rb4)，优选为红蓝比1:3的组合光源(rb3)、红蓝比1:4的组合光源(rb4)。

所述的诱导处理的环境条件：光密度为80±5μmol.m^-2.s^-1；光周期为8h/d；白天温度为20±2℃，夜晚温度为17±2℃；相对湿度为70±5％。

所述的红光的波长为660nm，蓝光的波长为440nm。

本发明所述的光源均为47.5×50cm的长方形灯板，在所述的长方形灯板的长度方向上设置20个发光套组，在所述的长方形灯板的宽度方向上设置19个发光套组，所述的每个发光套组由三个发光二极管组成。

所述的白色led光源或红蓝光led组合光源受一个可调恒流驱动电源控制，通过调控电流来调控光强。

本发明的有益效果：

本发明基于led组合光源的马铃薯试管薯诱导栽培方法具有以下优点：①操作简单；②节能环保；③可使植株形成更有利于试管薯产量形成的生理状态与形态建成，即较高的叶绿素含量、健壮的植株以及薯中更多的干物质分配，高效诱导马铃薯试管薯。

本发明为马铃薯试管薯的生产与相关生物学研究提供了新的途径和技术参考，具有较高的实际应用价值，适于马铃薯试管薯的工厂化生产。

附图说明

图1为不同红蓝组合光下三株有代表性的试管薯植株收获时根、茎、叶的形态建成。

图2为不同红蓝组合光下试管薯的收获情况。

图3为不同红蓝组合光谱对马铃薯试管薯植株60d时叶片叶绿素含量的影响。

图4为不同红蓝组合光谱对马铃薯试管薯植株株高的影响。

图5为不同红蓝组合光谱对马铃薯试管薯植株茎粗的影响。

图6为不同红蓝组合光谱对马铃薯试管薯植株收获时茎中蔗糖含量的影响。

图7为不同红蓝组合光谱对马铃薯试管薯植株收获时茎中淀粉含量的影响。

图8为不同红蓝组合光谱对马铃薯试管薯植株收获时块茎中蔗糖含量的影响。

图9为不同红蓝组合光谱对马铃薯试管薯植株收获时块茎中淀粉含量的影响。

图10为不同红蓝组合光谱对马铃薯试管薯植株收获时干物质分配的影响。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明的技术方案作进一步说明。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法，所述百分含量“％”如无特别说明均为体积百分含量。

实施例1

马铃薯试管薯品种：费乌瑞它。

一种基于led组合光源的马铃薯试管薯诱导栽培方法，包括以下步骤：

步骤(1)、基础苗繁殖，在无菌操作台上剪取带一片叶的马铃薯脱毒组培苗中间茎段，接种于含4％蔗糖和0.9％琼脂的ms培养基中；置于无光环境下暗适应3～4天，再移至白色led灯下培养，培育环境：光密度为60μmol.m^-2.s^-1；光周期为16h/d；环境温度为白天20±2℃，夜晚17±2℃；相对湿度为70±5％；培养30天，得到健壮马铃薯脱毒组培苗。

步骤(2)、光质处理：取步骤(1)获得的健壮脱毒组培苗，在无菌操作台上剪取带一片叶的中间茎段，将其接种于含8％蔗糖和0.9％琼脂的ms培养基中；置于无光环境下暗适应3～4天，移至白色led灯下培养(培养环境与步骤(1)相同)30天，移至不同led光源下进行试管薯诱导处理，诱导环境条件：光密度为80μmol.m^-2.s^-1；光周期为8h/d；环境温度为白天20±2℃，夜晚17±2℃；相对湿度为70±5％；诱导处理60天，收获。

led光源分别为：白光(ck)、红蓝比1:1的组合光源(rb1)、红蓝比1:2的组合光源(rb2)、红蓝比1:3的组合光源(rb3)、红蓝比1:4的组合光源(rb4)。红光波长为660nm，蓝光波长为440nm。

光源均为47.5×50cm的长方形灯板，在长方形灯板的长度方向上设置20个发光套组，在长方形灯板的宽度方向上设置19个发光套组；每个发光套组由三个发光二极管组成。

led光源受一个可调恒流驱动电源控制，通过调控电流来调控光强。

处理效果

1.1不同光谱对马铃薯试管薯产量形成的影响

如表1、图2所示，在红蓝比1:1～1:4的组合光谱下，单瓶试管薯的诱导数量(7株/瓶)无显著差异，但显著优于白光对照组。红蓝组合光谱中，蓝光组分较大有利于试管薯单薯重以及有效薯(>50mg)数的增加；而相比于其它红蓝组合光谱处理，红蓝光比例为1:3时试管薯的平均有效单薯重、有效薯数以及有效薯率最大，是较适于马铃薯试管薯产量形成的光谱组合。

表1.不同光谱处理对马铃薯试管薯产量形成的影响

注：表中同列数据后小写字母表示不同处理间在p<0.05水平上差异显著。

1.2不同光谱对马铃薯试管薯植株株高与茎粗的影响

如图1、图4、图5所示，在红蓝组合光谱中，红光组分较大时有利于试管薯植株茎的伸长，但并不利于试管薯茎粗的增加；而随着蓝光比例的增加，茎伸长受到一定抑制，茎粗则增加。与白光处理相比，红蓝组合光源下的株高和茎粗的变化并无显著差异。说明：红光有利于试管薯株高的增加，蓝光反之；蓝光有利于茎粗的增加，红光反之；而白光对于试管薯植株株高和茎粗的影响较为中性。rb3和rb4处理能够得到较健壮的植株，是适用于培育试管薯健壮植株的光谱。

1.3不同光源处理对马铃薯试管薯植株叶片叶绿体含量的影响

由于诱导培育的第30天是试管薯的膨大关键期，该时期的叶绿素含量及其关联的光合作用能力直接影响试管薯最终的产量形成，因此测量了第30天各光谱处理下的叶绿素含量。

如图3所示，红蓝组合光谱中，随着蓝光比例的增加，叶绿素含量也随之增加。红蓝光1:3和1:4处理下的叶绿素a(chla)和叶绿素b(chlb)以及叶绿素总量都显著高于红蓝光1:1、红蓝光1:2和白光处理，说明蓝光有利于叶绿素的合成以及叶绿素含量的增加。这可能也是rb3处理下试管薯植株叶片较为浓绿的原因。

1.4不同光源处理对马铃薯试管薯碳代谢相关指标和整株干物质分配的影响

如图6、图7、图8、图9所示，在茎中，收获时rb1处理下的蔗糖含量显著低于其它处理，而rb2、rb3、rb4、ck中的蔗糖含量无显著差异，但在rb3和rb4处理下呈现出最高水平；茎中淀粉含量在rb3、rb4处理下呈现出最低水平，且显著低于其它处理，而其它处理间无显著差异；在试管薯中，rb1、rb2、rb3、rb4处理下的蔗糖含量无显著差异，但显著高于ck；而rb3、rb4处理下的薯淀粉含量显著高于其它处理，且rb3处理下的薯淀粉含量呈现最高水平。

如图10与表2所示，整株总的干物质积累量在各处理间无显著差异，都处于80～90mg之间，但rb1、rb2、ck处理下的干物质积累量略低于rb3与rb4处理。在各器官中的干物质分配存在较大差异：rb1处理下，根中的干物质分配率达到12.92％，显著高于其它处理；在rb1、rb2、ck处理下，茎中与叶中的干物质分配率较大，显著高于rb3和rb4；而在薯中，rb3和rb4的干物质分配率分别达到44.12％和38.49％，显著高于其它处理。由此可见，蓝光比例较大有利于干物质向块茎积累，而红光比例较大则偏向于将干物质往茎、叶中积累，且红光比例较大可能有利于根系的发育。此外，rb3处理下块茎的干物质积累量与干物质积累率最高，而在根、茎、叶中的干物质分配率较低，这说明rb3的光谱配比有利于试管薯植株干物质向块茎中积累。

表2.不同光谱处理对马铃薯试管薯植株干物质分配率的影响

注：表中同列数据后小写字母表示不同处理间在p<0.05水平上差异显著。

总的来说，rb1、rb2光源处理并不利于马铃薯试管薯的产量形成以及叶绿素的合成，而是偏向于将光合产物或者培养基所吸收的营养分配用于植株自身的营养生长；而rb3、rb4相比于rb1、rb2、ck来说，更有助于植株叶片叶绿素的合成，以及促进茎、叶中的营养物质流向试管薯，促进薯膨大。但并非蓝光比例越高越好，rb4相比于rb3，单薯重、有效薯率、单瓶有效薯数都有所下降，其中单薯重显著低于rb3。因此，rb3是有利于马铃薯试管产量形成的有效光谱组合。