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LED灯在组培生产中的研究现状及应用前景
发布时间:2010-11-04
   植物组织培养是一项能获得大量同源母本基因幼苗的生物技术,可以通过规模化生产,在短时间内获得大量同品质种苗的快速繁育,组培育苗由于繁育速度快,不受外界气候、地势、地域和时间等条件的约束,目前已经成为遗传育种、种质资源保护和脱毒快繁的重要手段。目前,已经形成了市场应用规模庞大的产业,广泛应用于农业和园艺生产、生态与经济林培育,是现代高效农业的支柱之一。由于植物组培及其工厂化育苗产业完全依赖于电光源,这为电光源提供了巨大的消费市场,但采用的人工光源多为荧光灯,光效低、发热量大、植物能效仅为0.5%,电能浪5极大,电费成本约占组培苗总成本的30%~40%。应用新型节能光源、减少能耗一直是植物组培研究的一大热点。国外正在加大LED在植物组培和工厂化组培育苗上的研究和应用推广力度, LED将首先在该产业领域获得突破性应用。高生物能效的新型LED光源的应用,必将引起植物组培产业的深刻变革,推动组培育苗产业规模的扩大。
    20世纪90年代以来,世界各国都在积极研究利用LED作为组培光源的可行性。在单色光对组培苗的影响方面,Tanaka等研究发现,红光LED能促进兰花组培苗叶片生长,但叶绿素含量、茎和根的干重比荧光灯略低。Iwanami等通过钣LED补充单色红光或远红光来改变光质,进而控制马铃薯组培苗茎的长度与生长状况。Kim等研究认为,单独红光LED或红光LED+远红光LED处理下,菊花组培苗茎过分伸长导致茎杆脆弱,其他重要指标也降低了,总体上不利于植物正常生长发育。主要原因是单色红光导致了系统可利用的光能分布不平衡,抑制了茎的生长。Poudel等研究发现,纯红光LED处理下所有基因型的葡萄组培苗,其株高与节间长度明显比荧光灯处理的长,但叶绿素含量以及叶片气孔数目以单色蓝光LED处理的为最高,红光LED处理的为最低。这说明植物株高与生根比例有直接关系,长波长(660 nm)的红光是葡萄根形态建成所必需的。红蓝光LED组合对组培植物生长发育能产生积极影响,主要是由于红、蓝光的光谱能量分布与叶绿素吸收光谱峰值区域一致,从而提高了组培苗的净光合速率。
    Nhut等用不同组合的红蓝光LED与荧光灯相比较对香蕉组培苗的生长状况进行了研究,采用80%红光LED+20%蓝光与90%红光LED+10%蓝光LED在不同的光照强度(45, 60, 75μmol•m-2•s-1)下照射香蕉苗,结果表明,在80%红光ED+20%蓝光LED(60μmol•m-2•s-1)的光照强度下试管苗的芽和根鲜重明显高于其他处理。饶瑞佶等使用超高亮度红光与蓝光LED开发出可调整光量、光质、发光频率与占空比的人工光源系统。Fang等使用高频闪烁的红、蓝光LED为光源,发现可在不提高耗电成本下提高马铃薯组培苗的生长速率。
    Barta等用红光、蓝光及其组合LED对百合属植物的幼芽分化再生进行研究,结果表明红蓝光组合LED与其他光源相比更能促进花芽分化,更适合幼芽生长,植株大小和干、鲜重都有了明显的增长。Nhut等]研究发现, 70%红光LED+30%蓝光LED照射下,草莓组培苗的叶片数、根数、根长、鲜重、干重值最大,移栽后长势也最好。可见,不同红蓝光LED组合下的光照对幼苗生长有很大的影响。
    展望21世纪被誉为是“光的世纪”,植物光合作用是地球上一切生命的基础。太阳光照不足情况下的人工补光以及密闭环境下的人工照明均需要高光效、低能耗的新型光源。LED以其节能高效的特有优势正吸引着全世界的目光,尤其是在全球能源短缺的背景下, LED的推广普及正受到p界各国的高度重视,预计在不久的将来LED将会在农业与生物产业获得空前的发展,特别是在高能耗的组培产业。

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