不同光谱能量对马铃薯试管苗生长发育的影响开题报告

1. 研究目的与意义

1.研究意义：马铃薯是世界第四大粮食作物，也是兼菜、饲料、工业原料为一体的经济作物，其分布广泛,适应性强。作为一种以营养器官（块茎）进行无性繁殖的作物，在栽培过程中，易受到病毒的侵染，发生退化，从而使得产量降低，商品性状变差^[1]。随着植物组织培养技术的发展和应用，生产上开始利用组培脱毒试管薯进行快速繁殖和生产，这从根本上解决了马铃薯的品种退化问题。健壮的试管苗是试管薯诱导的基础，试管苗的发育状况直接影响了试管薯的形成和产量，只有在诱导结薯的前一个阶段中培养出根系发达,茎干粗壮,叶色浓绿的试管苗,才有可能获得高产优质的试管薯^[2]。马铃薯试管苗的生长不仅受内在基因的影响，还受温度、光照、植物生长调节剂和培养基成分等多种外在因素的调控，其中光是影响马铃薯试管苗生长发育的重要的外界因素之一。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，调节其发育过程；且光对植物的生长、形态建成、光合作用、物质代谢以及基因表达均有调控作用。在运用led光源对马铃薯试管苗的研究中，前人利用led光源进行了单色光和红蓝复合光的研究，但是单色光和红蓝复合光源对植物的生长发育有一定的局限性，并不能完全满足马铃薯组培苗的生长发育，因此我们开展在红蓝光基础上添加黄光对马铃薯试管苗生长发育的影响。本课题采用发光二极管（led）调制光质和光量，研究光谱能量分布对马铃薯试管苗生长发育的影响，为光谱调控在培育健壮的试管苗以获得高产优质的马铃薯生产应用中提供科学依据和理论基础。

2.研究概况：光谱是指一种或多种不同波长光的组合,生物学上多用光质一词表达,综合生物学和物理学中所表达的含义,采用光谱一词表达更为妥贴。植物培养中使用的光源一般是荧光灯、金属卤化物灯、高压钠灯和白炽灯。然而这些光源的光谱能量分布是依据人眼对光的高效需求原则设计生产的,含有很多不必要的波长,因此对植物生长促进作用很少,光效很低^[3]。同传统的光源相比，led波宽窄,光色纯,波长种类丰富,与植物光合作用和形态建成的光谱范围吻合，具有较小的质量和体积、较长的寿命^[4],调节其频率和占空比可以节省能源和提高光合效率。

世界上最早将led用于植物栽培的是日本三菱公司，早在1982年就有关于波长650nm的红色led光源用于温室番茄补光的试验报告。到了1987年，已经有学者开始在马铃薯上进行研究。seabrook提出对于离体培养的马铃薯试管苗，增加光谱中红光部分，有利于叶面积的增加，同时也对叶片数量和干重有显著的影响^[5]。charles等也在1992年通过实验证明了这一结论^[6]。seabrook等还发现用黄色的树脂玻璃膜过滤掉波长380-525 nm的蓝光，可以增加组织培养下马铃薯试管苗的株高。也就是说蓝光对马铃薯试管苗株高的生长具有一定的抑制作用^[7]。muleo等研究发现，蓝光能削弱顶端优势，促进腋芽数的增加，使单株结薯数不止一个^[8]。jao 和fang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。同时，在不影响植物生长速率的条件下，工作比可调进一步提升省电空间^[9-10]。

2. 研究内容和预期目标

1.研究目标：

探讨不同光谱能量分布对马铃薯脱毒组培苗生长及生理特性的影响，以期为马铃薯脱毒组培苗的专用led光源研发提供理论支持和技术支撑，也为马铃薯脱毒苗的规模化生产提供优质脱毒组培壮苗。

2.研究内容：

3. 研究的方法与步骤

1.研究方法

1.供试材料及处理条件：

由南京农业大学农学院LED光源实验室提供的马铃薯早熟品种费乌瑞它。光照培养架为钢架结构,光源设于顶部,高度可调,培养架内层即各处理间光源用镀铝反光板进行隔断。培养环境下的光密度可通过调节电压、电流、占空比以及光源与植株的距离使之一致。

2.生理指标测定方法：80%丙酮提取法测定叶片中叶绿素和类胡萝卜素含量，蒽酮比色法测定蔗糖、可溶性糖和淀粉，茚三酮溶液显色方法测定游离氨基酸，考马斯亮蓝法测定可溶性蛋白含量。

3.数据分析：利用SPSS16.0数据处理软件进行数据处理及分析。

2.技术路线：(见附件）

3.实验方案：

1.马铃薯壮苗培养阶段：将继代马铃薯组培苗去根切取为含有两叶的茎段接种于壮苗培养基中。接种时每瓶接种7个茎段。先黑暗处理一段时间后，进行光照培养。

2.马铃薯处理培养阶段：将生长健壮的马铃薯组培苗去根切取为含有两叶的茎段接种于结薯培养基中。接种时每瓶接种8个茎段。将接种好的材料置于温度(252)℃，光周期12h/d的条件下进行试验：研究不同光谱分布对试管苗生长的影响,将接种后的培养基随机地置于不同光谱条件下培养：

荧光灯处理作为对照，35d后分析马铃薯组培苗的形态指标：株高、根长、茎粗、地上地下部鲜重、地上部干重。生理指标：光合色素积累、可溶性糖、蔗糖、淀粉、可溶性蛋白和游离氨基酸。

3.指标测定及数据处理

形态指标测定：株高、根长、茎粗、地上地下部鲜重、地上部干重。测定时将各处理样本全部进行测定。

生理指标测定：80%丙酮提取法测定叶片中叶绿素和类胡萝卜素含量；蒽酮比色法测定蔗糖、可溶性糖和淀粉；茚三酮溶液显色方法测定游离氨基酸；考马斯亮蓝法测定可溶性蛋白含量。测定时对于各处理样本，均采用随机取样，每处理三次重复。

处理数据：利用SPSS软件进行数据处理与分析。

4.可行性分析：

南京农业大学LED光源实验室满足了本研究所需所有实验材料以及仪器设备。

本实验室从2007年至今，已在组培上广泛开展了LED光照的实验，先后已经在菊花、冬青、蝴蝶兰、番茄、白菜、桔梗、铁皮石斛等植物上进行了相关研究，并且已经发表了相关的论文，获得了许多宝贵的数据及相应的LED光质调控参数。目前，已收集、查阅较权威的有关文献，大部分主要的预备实验已经完成，较熟练的掌握了基本实验操作。

4. 参考文献

LED 为新型半导体光源，具有光质纯、光效高、波长类型丰富、光谱能量调制便捷、低发热、节能环保等突出优势，是替代荧光灯用于植物组织培养领域的新一代节能环保型光源。

5. 计划与进度安排

1.研究计划

2022.7-2022.12进行文献阅读、实验技能学习、通过状苗接种熟练操作；

2022.1-2022.4进行实验接种处理，然后测定形态指标及生理指标；