CN102321567B - Led在植物组织培养中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了LED在植物组织培养中的用途，具体地说是LED作为植物组织培养光源中的应用。本发明通过研究还进一步确定采用特定的红光和蓝光配比能够提高光源的利用率，采用特定的光照强度能够有效提高植物的生长量。本发明还提供了一种用于植物组织培养的灯管式LED培养架，包括架体，在架体上设有多个隔板，在隔板底面设有多个灯管式LED，所述灯管式LED与一调控装置相连。采用灯管式LED作为光源能够广泛地用于植物组织培养，其能提高植物生长效率，降低能耗。

Description

LED在植物组织培养中的应用

技术领域

本发明涉及植物组织培养用的新型光源。

背景技术

植物组织培养，是根据植物细胞具有全能性的理论，利用植物体离体的器官、组织或细胞，如根、茎、叶、花、果实、种子、胚、胚珠、子房、花药、花粉以及贮藏器官的薄壁组织、维管束组织等，在无菌和适宜的人工培养基及光照、温度等条件下，能诱导出愈伤组织、不定芽、不定根，最后形成完整的植株。至今，世界各国在无性系繁殖、花卉育种、植株脱病毒和种质保存等方面，广泛应用组织培养技术。

植物组织培养所用的光源通常是普通荧光灯以及高压钠灯等。它们普遍存在寿命短、发热量大以及发光效率不理想等缺点。并且，植物对这些光源的利用率低，50％以上的光照是无效光照，不能被植物有效利用，大大浪费了能源。

LED(Light Emitting Diode)，发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光，与传统的人工光源相比，具有光电转换率高、体积小、寿命长、波长固定、光强可调、发热量低等特点。LED早期主要用作仪器仪表的指示光源，后来各种光色的LED在交通信号灯和大面积显示屏中得到了广泛应用，产生了很好的经济效益和社会效益。然而，目前还没有发现将LED作为植物组织培养用光源的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供LED在植物组织培养中的应用。

本发明的另一目的在于提供一种用于植物组织培养的灯管式LED培养架。

植物光合作用的波长范围主要集中在400nm到700nm之间。在光源的可见光谱中380nm-760nm中，植物吸收的光约占生理辐射光的60％-65％，主要为610nm-720nm的红橙光。

发明人尝试通过不同红蓝光配比的LED灯管式排列组合来得到植物高效利用的光源。结果表明，喜光性不同的植物采用红光与蓝光比为6∶4～8∶2时，植物利用的效率较高，优选红光与蓝光比为7∶3。光照强度控制在40～90μmol·m^-2·s^-1，优选为60μmol·m^-2·s^-1。

本发明中所述的红光是指波长为640nm的光波，所述蓝光为波长450nm的光波。

本发明还提供一种用于植物组织培养的灯管式LED培养架，包括架体，在架体上设有多个隔板，在隔板底面设有灯管式LED，所述灯管式LED与一调控装置相连。该隔板将培养架隔成多层，形成层式培养架。所述调控装置通过调节电流或电压来调控LED的光照强度。该调控装置可以对每层隔板的LED分别进行调节，也可以对每个LED进行调节。

优选LED灯管在隔板下呈有序排列。考虑到红蓝光的调节使用，在安装时可以按照红光灯光与蓝光灯管7∶3排列，在使用时，可以根据需要打开或闭合部分红光或蓝光灯管，调节红蓝光的比例，并通过调节光照强度，使光源达到最佳。

本发明具有如下优点：

1、由于LED相比传统光源，其光电转化率高，有效光照高，寿命长，因此可以节约能源，降低成本；

2、由于灯管式LED体积小，外观规格与普通荧光灯灯相同，为冷光源，不产生热量，因此可以缩短补光植物间的距离，提高补光效果，还可以提高单位面积的组织培养量，从而提高空间利用率，此外，由于LED不产生热量，因此能降低基质蒸发干燥速度；

3、可采用灯管形式的LED，不同红蓝光配比和白光可以满足不同植物的不同光源需求。有利于提高能源的利用。

附图说明

图1是本发明灯管式LED培养架的结构示意图；

图2是本发明灯管式LED培养架隔板的结构示意图(仰视)。

图中，1为架体，2为隔板，3为灯管，4为调控装置。

具体实施方式

以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改或替换，均属于本发明的范围。

若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。

实施例1

一、实验材料

实验用菊花品种‘香雪’。按下述方法诱导分化并培养成供试试管苗：选用菊花的茎段作为外植体，节取1～2个节间，接种于MS+6-BA2.0mg/L+NAA0.2mg/L+蔗糖30g/L+琼脂6g/L(pH值5.8)的固体培养基上，在常规培养条件(温度25℃，光强3000Lx，光照12h/d)下诱导分化。将分化出的幼苗转接到MS+6-BA1.0mg/L+NAA0.1mg/L+蔗糖30g/L+琼脂6g/L(pH值5.8)的固体培养基上进行扩繁，30天后转入MS+蔗糖30g/L+琼脂6g/L(pH值5.8)的固体培养基上进一步培养。幼苗经30天进一步培养后，取带3片叶子的茎尖作为供试材料。

实验中选用黄菖蒲去皮种子作为外植体，接种于MS固体培养基上，在常规培养条件(温度25℃，光强3000Lx，光照12h/d)下诱导发芽。将幼苗转接到MS+6-BA1.0mg/L+NAA0.1mg/L+蔗糖30g/L+琼脂6g/L(pH值5.8)的固体培养基上进行扩繁。选取株高3cm左右带两片叶子的幼苗作为供试材料。

‘金娃娃’萱草(Hemerocallis‘stella deoro’)属百合科萱草属植物，是从萱草中杂交选育出的优良四倍体宿根花卉新品种。“金娃娃”耐干旱，对土壤和环境适应性强，在中性、偏碱性土壤中均能生长良好。该品种适应性强，能耐低温、高温。植株低矮，花期长达6个月，观赏价值高。

实验中选用‘金娃娃’的花梗上部作为外植体，接种于MS+6-BA1.0mg/L+IBA0.5mg/L+KT 1.0mg/L+蔗糖30g/L+琼脂6g/L固体培养基上，在常规培养条件(温度25℃，光强3000Lx，光照12h/d)下诱导分化，然后转接到MS+6-BA1.0mg/L+NAA0.1mg/L+蔗糖30g/L+琼脂6g/L(pH值5.8)的固体培养基上进行扩繁，将幼苗转接到1/2MS+NAA0.1mg/L+蔗糖30g/L+琼脂6g/L(pH值5.8)的固体培养基上进行生根，选取株高3cm左右带两片叶子的幼苗作为供试材料。

二、实验方法

灯管式发光二极管(LED)培养架

红/蓝光配比分为7∶3；6∶4；8∶2

使用MS+蔗糖30g/L+琼脂6g/L为培养基，pH值调整至5.8。以100ml三角瓶作为培养容器。将供试材料每容器接种3株，每个种四种处理各接种10容器，共30株。每个处理实际测量株数为15株。重复试验两次。

培养条件：温度：25℃

光强：60μmol·m^-2·s^-1

光照时间：12h/d

生长指标测定：每个处理的培养时间为30天。测试管内培养30天后和移栽30天后的生长指标，包括株高、叶数、根数、最大根长、地上部分鲜重、地下部分鲜重、地上部分干重及地下部分干重。测定干重时，首先将植物材料在105℃条件下干燥30分钟，之后移入恒温干燥箱，在60℃条件下继续加热干燥48小时后测定。

数据分析：所有数据均采用邓肯氏新复极差测验法(SSR法)进行比较，显著水平P≤0.05。

三、实验结果

1、不同的光质下菊花‘香雪’品种组培苗的生长情况

在LED光照培养箱8∶2、7∶3和6∶4三种不同红/蓝光比例光质条件下，经30天培养后，‘香雪’品种组培苗的生长状况见表1。Ck是荧光灯的对照。

表1不同红/蓝光比例对菊花‘香雪’品种组培苗生长的影响

注：x数据采用Ducan检验，p＝0.05，表中数字后英文字母代表各处理的差异性。y为荧光灯处理。

测定培养30天的‘香雪’组培苗，结果表明：在四种光质条件下，组培苗的株高在红蓝比7∶3条件下最高，其次为分别为8∶2、6∶4，株高最矮的是荧光灯。邓肯氏新复极差表明，各处理间表现显著性差异。叶片数量指标上，发光二极管处理的组培苗叶片数量显著高于对照组，三个发光二极管处理中红蓝光比例为7∶3条件下叶片数量最多，但8∶2、7∶3和6∶4三个光质处理不存在显著性差异。红蓝光比例为7∶3光质条件下根数最多，其次分别为8∶2、6∶4及荧光灯，其中发光二极管各处理间存在显著性差异，红蓝光比例为6∶4与对照处理间差异不显著。最大根长以7∶3光质条件下最长，其次分别为8∶2、6∶4及对照组。干重指标上，地上部分在7∶3光质条件下干重最大，其次分别为6∶4、对照组和8∶2，地下部分7∶3光质条件下干重最大，其次分别为8∶2、6∶4和荧光灯。

比较不同红蓝比例下的组培苗，7∶3组在株高，叶数，根数，最大根长，地上干重，地下干重各项指标上占据绝对优势，表明其光合效率最高，生长势最好，植株最茁壮。而6∶4虽然株高稍低，但是叶片数量多，地上干重大，说明地上生长势好，植物茁壮；而其根数少，但地下干重却相对较高，说明根系较发达。8∶2组则相反，虽然株高较高，叶片数量较多，但地上干重小，植株叶片较小，含水量高，地上生长势低下；而其根数多，但地下干重相对不高，说明根系不发达。结果表明菊花‘香雪’在不同红蓝光下生长均优于对照组，其最佳红蓝比例为7∶3。

总之对于菊花的三个品种，A9(14)、香雪均以7∶3条件下生长最好，东林瑞雪在7∶3和8∶2条件下生长情况相似，LED作为光源的菊花组培苗生长均优于对照组。

2.不同光质下黄菖蒲组培苗的生长情况

在LED光照培养架8∶2、7∶3和6∶4三种不同红/蓝光比例光质条件下，经30天培养后，黄菖蒲组培苗的生长状况见表2。

表2不同红/蓝光比例对黄菖蒲组培苗生长的影响

注：x数据采用Ducan检验，p＝0.05，表中数字后英文字母代表各处理的差异性。y为荧光灯处理。

测定不同光质培养30天的黄菖蒲组培苗，结果表明在四种光质条件下，组培苗的株高在红蓝比6∶4条件下最高，其次为分别为7∶3、8∶2，最低为对照组荧光灯光源。邓肯氏新复极差表明，LED培养架与对照组间存在显著性差异。组培苗叶片数量在7∶3光照处理下最多，但四个光质处理之间不存在显著性差异。红蓝光比例为7∶3光质条件下根数最多，其次分别为8∶2、6∶4及荧光灯，四个光质处理间差异不显著。比较培养30天后的组培苗的叶长，最大叶长以7∶3光质条件下最长，其次分别为8∶2、6∶4及荧光灯。7∶3处理条件下与对照组之间存在显著差异。从试管苗生长情况来看，根长在7∶3光质条件下最长，其次分别为6∶4、对照组和8∶2，四种处理之间不存在显著性差异。

比较不同红蓝比例下的组培苗，7∶3组在株高，叶数，根数，最大根长，地上干重，地下干重各项指标上占据绝对优势，表明其生长势最好，植株最茁壮。而8：2与6∶4在各项指标上稍低于7∶3组。而对照组的各项指标都显著低于经过发光二极管处理的组培苗，表明了发光二极管在黄菖蒲组培苗生长上的有效性，其培养最佳LED红蓝光比例为7∶3.

3.不同光质下萱草组培苗的生长情况

在灯管式LED光照培养架8∶2、7∶3和6∶4三种不同红/蓝光比例光质条件下，经30天培养后，黄菖蒲组培苗的生长状况见表3。

表3不同红/蓝光比例对萱草‘金娃娃’组培苗生长的影响

注：x数据采用Ducan检验，p＝0.05，表中数字后英文字母代表各处理的差异性。y为荧光灯处理。

测定不同光质培养30天的萱草‘金娃娃’组培苗，结果表明在四种光质条件下，组培苗的株高在红蓝比7∶3条件下最高，其次为分别为6∶4、8∶2，最低为对照组荧光灯光源。7∶3光照处理与其它三组之间表现显著性差异。邓肯氏新复极差表明。组培苗叶片数量在7∶3光照处理下最多，LED培养箱与对照组之间存在显著性差异。在四种处理下，红蓝光比例为7∶3光质条件下根数最多，其次分别为6∶4、对照组及8∶2，四个光质处理间差异不显著。叶长指标上，最大叶长以7∶3光质条件下最长，其次分别为6∶4、8∶2及对照组。7∶3处理条件下与对照组之间存在显著差异。从试管苗生长情况来看，根长在7∶3光质条件下最长，其次分别为8∶2、6∶4及对照组，四种处理之间不存在显著性差异。

比较不同红蓝比例下的组培苗，7∶3组在株高，叶数，根数，最大根长，地上干重，地下干重各项指标上占据绝对优势，表明其生长势最好，植株最茁壮。而8∶2与6∶4整体生长势并无显著差异但均优于对照组。

LED红蓝光7∶3配比条件下萱草‘金娃娃’组培苗生长状况最佳。实施例2灯管式LED培养架

如图1所示，本发明用于植物组织培养的灯管式LED培养架，包括架体1，在架体1上设有多个隔板2，在隔板2底面设有多个灯管式LED 3(图2)，所述灯管式LED 3与一调控装置4相连。该隔板将培养架隔成多层，形成层式培养架。这样可以在有限的空间内可以提供更多的培养面积。该调控装置2通过调节电流或电压来调控LED的光照强度，并且，可以进行设定光照周期，从而节约人为参与的成本。调控装置2可以单独控制各层的LED，或者单独控制每个LED。这样可以节约不必要的能量浪费。

Claims (3)

1.一种用于植物组织培养的灯管式LED培养架，包括架体，其特征在于，在架体上设有多个隔板，形成多层样式，在隔板底面设有灯管式LED，所述灯管式LED与一调控装置相连，所述调控装置控制各灯管式LED的开关，并调节各灯管式LED的光照强度；

安装时按照红光灯管与蓝光灯管7：3排列；其中，所述光照强度为40～90μmol·m^-2·s^-1。

2.如权利要求1所述的灯管式LED培养架，其特征在于，光照强度为60μmol·m^-2·s^-1。

3.如权利要求1所述的灯管式LED培养架，其特征在于，所述调控装置控制各层灯管式LED照射强度。

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