LED光源在植物组织培养中的神奇应用.doc

LED光源在植物组织培养中的应用 摘要：光是植物生长中的重要环境因子之一。LED因体积小、质量轻、寿命长、光强可调等优点，使其成为植物光环境调控的重要光源之一，并在节能和促进植物生长方面都具有明显的优势。目前，LED在植物组织培养研究中已得到一定的应用，并取得了一些的进展。文介绍了LED的主要特点及其在植物组织培养中的应用情况。 LED独有的优点，使其成为植物组织培养研究的重要光源之一。20世纪80年代以来，世界上一些国家陆续开始了LED在植物组织培养中应用的研究。中国的一些高等院校和科研机构也开始了该方面的研究，并取得了一些可喜的进展。本文简要从以下几个方面对LED在植物设施栽培方面已做过的工作做一个总结，并对它在该领域的应用前景做一个评估。 光是植物生长中最重要的环境因子之一，它不仅为植物光合作用提供辐射能，还为植物提供信号转导，调节其发育过程。植物在它的整个生命周期中始终处于一个不断变化的光环境中，在长期的进化中，植物不仅适应了光环境的变化，而且还能相互影响而改变周围的光环境[1]。到达地面的太阳光波长大约从300~2 600 nm，其中对光合作用的有效波长在4 00~700 nm之间，其中425~490 nm的蓝光以及610~700 nm的红光对光合作用贡献率最大，而520~610 nm（绿色）的光线被植物吸收的比率很低[2]。可见，并不是所有的光都有助于植物的光合作用。色素可以吸收光能来产生一系列的生化反应，不同的色素吸收的波长不同。植物体内有很多色素，分别起着不同的作用，但有两种色素，即光敏色素和隐花色素在调节植物对光的反应中起着关键性的作用。光敏色素有两个互变异构体—红光光敏色素（Pr）和远红光光敏色素（Pfr）。Pr吸收波长为660 nm左右的红光，Pfr吸收波长为730 nm左右的远红光。光敏色素调节多种不同植物对光的反应，包括光周期，种子萌发、展叶、下胚轴伸长和脱黄化。隐花色素吸收蓝光和紫外光范围的光波，其它色素与植物的发育有关[2]。由此可见，460 nm左右的蓝光和660 nm左右的红光是植物最需要的光波，并对植物的生长发育起着关键性的作用。LED（light-emitting diodes），即发光二极管，是一种可以有效地把电能转变成电磁辐射的装置[3]。1962年，GE、Monsanto、IBM的联合实验室开发出发红光的半导体化合物GaAsP。1965年，全球第一款商用化的用锗材料做成的可发出红外光的LED诞生。随着技术的不断进步，近年来白光LED的发展相当迅速，白光LED的发光效率已经达到30 lm/W，实验室研究成果可以达到60 lm/W，大大超过白炽灯，向荧光灯逼近。 LED具有体积小、重量轻、固态、寿命长、波长特殊、驱动电压较低、光效率高、能耗小、安全、可靠耐用、不容易色衰的优点，且红光LED光子具有较大的光通量[4-]。另外，LED具有较窄的波谱，波谱半宽范围从几纳米到几十纳米，在±20 nm左右，波长正好与植物光合成和光形态形成的光谱范围相吻合[-8]。 LED在植物组织培养中的应用是基于LED技术的发展和植物组织培养环境调控而发展起来的[-10]。世界上最早将LED用于植物栽培的是日本的三菱公司，早在1982年就有关于波长为650 nm的红光LED光源用于温室番茄补光的试验报告[]。后来LED也被应用于植物组织培养中的环境调控，并对LED在节能方面的作用加以探讨[1]。目前，LED在植物组织培养中的应用主要集中在光质和光强对组培苗生长影响方面，而对光周期等研究较少。就世界范围来说，LED在植物组织培养中的应用研究主要集中在日本和美国。日本的研究处于国际领先地位，不但开发了专门应用于植物组织培养的LED发光系统，而且与其它环境调控因子相结合，取得了一些重要的基础数据。中国一些科研机构也开始了这方面的研究，并自主开发了一些LED光源系统，用于植物组织培养研究工作[1-16]。 LED诞生之初，人们用660 nm左右的红光LED作为主光源，荧光灯作为辅助光源进行研究，随着LED技术的不断发展，各种波段的LED纷纷被用于植物组织培养，主要有660 nm左右红光，460 nm左右蓝光，730 nm左右远红光和白光。 日本的Tanaka等[18]较早地利用LED作为兰花组培苗光源，发现红光可促进大花蕙兰试管苗叶片的生长，但会降低叶绿素含量，不过这种现象可被蓝光所抵消，试管苗生长的最佳红蓝光比例为8∶2。Le Van等人研究表明，在红蓝光比例为3:1时愈伤组织的生长效果最佳，但100%的红光对愈伤组织的诱导率最高。Anzelika等[]在对葡萄的组织培养中发现，光谱中的蓝光成分阻止试管苗的伸长，但能促进叶的形成和各种光合色素的合成。远红光成分PPF的增减对干鲜重的积累和光合色素的合成也都有明显的影响