LED在植物組織培養(yǎng)中的應用 摘要：LED做為一種新型光源，發(fā)展迅速。本文從LED光源的特點，LED在植物組織培養(yǎng)中的應用，以及LED未來發(fā)展前景和存在的問題4方面綜述了LED在組織培養(yǎng)中的新研究。 關鍵詞：LED；組織培養(yǎng)；光源 組培室內最優(yōu)化環(huán)境控制是獲得植物更高產量和更好質量所必需的。光對植物的生長發(fā)育具有特殊重要的地位，因為它不僅影響著植物幾乎所有的發(fā)育階段，還為光合作用提供能量。光調節(jié)的發(fā)育過程包括發(fā)芽、莖的生長、葉和根的發(fā)育、向光性、葉綠素的合成、分枝以及花的誘導等。 目前，傳統(tǒng)組培室人工光源主要采用熒光燈。熒光燈的發(fā)光效率，在最近的20年內上升了50%，但與高壓鈉燈相比還是比較低的，與金屬鹵化燈基本相等。同時，一般情況下，人工光源采用紅外和遠紅外光的比例較大，因此，有相當多的能量以熱效應方式傳遞到環(huán)境中。燈具產生大量熱量使得環(huán)境溫度上升，用空調降溫耗電量大，致使成本提高，直接影響了經濟效益的提高。電力消耗成本中，照明所占的成本在運行成本中占有大部分的比例。 1LED光源的特點 LED（lightemittingdiode）即發(fā)光二極管，它是一種在P-N結上施加正向電流時能發(fā)出紫外光、可見光、紅外光的半導體固體發(fā)光器件。LED的發(fā)光機理：半導體材料中的電子和空穴在P-N結處結合，發(fā)出與電子和正電荷空穴之間的能量差相對應的光子而發(fā)光。不同的半導體材料可制成各種波長發(fā)光的LED。LED具有高節(jié)能、壽命長、散熱少、適用范圍廣、安全、響應快、無汞污染、全固態(tài)的特性。此外，LED還具有體積小和重量輕等特點，被稱為第4代照明光源或綠色光源。 2用于植物組織培養(yǎng)LED的特征 將LED這些特征應用到植物組織培養(yǎng)光源之中，具體表現(xiàn)為以下優(yōu)勢： 2.1可以調節(jié)光源的光譜分布 LED輸出光譜比較小，紅色LED的光譜半幅值為20～30nm，接近于單色光。單色光單獨使用或組合使用都可以。使用LED可以集中特定波長的光均衡地照射作物，不僅可以調節(jié)作物開花與結實，而且還能控制株高和植物的營養(yǎng)成分。 2.2可以靠近作物照明 組培室離不開人工光源，而且需要比較多色的光，燈具產生大量的熱量使得室溫上升，用空調降溫耗電量大，成本高。組培室應用的LED屬于冷光源，可以置于離植物很近的地方而不會把植物燒傷。光的利用率很高，可用于多層立體組合系統(tǒng)。 2.3使用壽命長 其超強的耐用性也降低了生產的成本。光合色素的吸收光譜主要集中在波長為610～720nm的紅橙光，及波長為400～510nm的藍紫光，而傳統(tǒng)日光燈發(fā)射的光譜主要在450～580nm之間，對光合作用起關鍵作用的紅光區(qū)（610～720nm）輻射卻很低。LED發(fā)射的窄單色紅光光譜（620～625nm）、藍光光譜（470～475nm），與光合色素，尤其是葉綠素a、b的吸收波長相匹配白光LED發(fā)射的光譜在420～490nm和510～710nm范圍內最強，也與植物光合色素吸收光譜吻合。加之，LED光源能區(qū)分出不同的光質，不同的光質對植物生長的影響顯著不同，因此，國內外已有一些科學家嘗試用LED光源作為組培光源來提高組織培養(yǎng)效果。 3LED在組織培養(yǎng)中的應用 世界上最早將LED用于植物栽培的是日本三菱公司，早在1982年就有關于波長650nm的紅色LED光源用于溫室番茄補光的試驗報告。此后，美國NASA研究中心也把此項技術做為宇宙基地等閉鎖式生命維持系統(tǒng)（CELSS）的相關技術之一開展研究，并希望LED作為人工環(huán)境下植物栽培的主要光源。1987年以Wisconsin大學的Dr.Tibbitts等為主的研究小組正式采用LED光源，開始進行萵苣的栽培試驗，并進行階段性成果的研究報告。 20世紀90年代以來，世界上已有多家研究機構開始進行LED的試驗研究。日本Tanaka等較早地利用LED作為蘭花組培苗光源，發(fā)現(xiàn)紅光促進大花蕙蘭試管苗葉片的生長，但降低葉綠素含量，且這種現(xiàn)象可被藍光抵消。試管苗生長的最佳LED（紅光）和LED（藍光）的配比為8：2。1992年日本千葉大學古在豐樹教授的研究小組進行了有關LED紅色光、遠紅色光對馬鈴薯生理過程影響的試驗研究。目前，已經被證實許多作物或者花卉可以成功地應用LED進行培育，如萵苣、胡椒、菠菜、虎頭蘭、蝴蝶蘭、白鶴芋等。 以色列和中國臺灣省一些研究部門也進行過有關LED在植物工廠和組培室的試驗。臺灣大學生物資源暨農學院陳金男、陳育菘等以LED可調控系統(tǒng)探討星辰花與龍膽組培苗之光環(huán)境，以LED光環(huán)境控制系統(tǒng)與自行開發(fā)的LED可調控系統(tǒng)，設計不同的光環(huán)境，進行星辰花與龍膽組培苗光環(huán)境栽培，并以田口法——信號雜訊比（Taguchimethod—SignalofNoiseRatio）結合主成份分析（Principalcomponentanalysis，PCA），將所得相關性狀指標結合為——反映品質與變異的綜合指標，并透過田口主效應分析（Maineffectanalysis）與反應曲面法（Responsesurfacemethod，RSM），探討上述2種組培苗的最適光環(huán)境條件。 饒瑞佶、方煒使用不閃爍的紅、藍光LED培育蝴蝶蘭種苗，發(fā)現(xiàn)在熒光燈下培育的種苗除了葉長之外，并無明顯差異，從而證實了LED可用于蝴蝶蘭組培苗的生產，同時，亦適用于作為光形態(tài)建成基礎研究的人工光源。 蔣要衛(wèi)以自行開發(fā)、光質比例和光量子數(shù)可調的超高亮度紅光與藍光LED燈具為人工光源，對大花蕙蘭和蝴蝶蘭試管苗進行培養(yǎng)試驗。結果表明：不同光質比例光源相比，含有較大紅光比例的LED光源對大花蕙蘭和蝴蝶蘭試管苗的影響優(yōu)于含有較大藍光比例的LED光源。紅藍光比例為80：20的LED光源作大花蕙蘭試管苗組織培養(yǎng)用光源并結合CO2營養(yǎng)，可以顯著改善大花蕙蘭試管苗的生長狀況，并提高其品質，而傳統(tǒng)組織培養(yǎng)用熒光燈仍是蝴蝶蘭試管苗生長較為理想的光源。生長在不同光質比例光源下的大花蕙蘭試管苗，除地上部測定指標和干物率與對照處理沒有明顯差異外，葉綠素指數(shù)、氣孔大小和面積均高于對照處理。而生長在不同光質比例光源下的蝴蝶蘭試管苗除干物率和葉綠素指數(shù)高于對照處理外，其它測定指標均不及對照處理。 4LED發(fā)展前景及存在的問題 LED是一種高效、節(jié)能、可控性好的新型組培光源。LED集成發(fā)光板具有良好的光電特性，而且其光衰減性很具規(guī)律性，這將給組培光源的調控帶來很大便利，有利于組培育苗的工廠化和自動化生產。其次，LED光源比傳統(tǒng)日光燈光源具有更強的透射性，其有效發(fā)光效能也明顯高于傳統(tǒng)的日光燈。因此，對倡導工廠化、自動化、節(jié)能、高效的組培育苗產業(yè)來說，新型LED光源作為組培光源必將具有更廣闊的前景。 當前，影響LED光源在組織培養(yǎng)中普及應用的因素主要有2個方面：一是與廣域的光譜范圍的其它人工光源相比，單色光還是難以應對更多種類的作物。二是LED高昂的價格。隨著半導體技術的不斷發(fā)展，LED成本將大幅度降低，一些經濟、實用的LED光源及其配套設施必將推出，為組織培養(yǎng)的商業(yè)化普及推廣將會起到重要的推動作用。 參考文獻 1廖祥儒，張蕾，徐景等.光在植物生長發(fā)育中的作用[J].大學學報2001（3）