荧光粉激发型LED光对拟南芥生长发育的影响

doi:10.11983/CBB17097

植物学报 ›› 2018, Vol. 53 ›› Issue (4): 502-508.DOI: 10.11983/CBB17097 cstr: 32102.14.CBB17097

荧光粉激发型LED光对拟南芥生长发育的影响

周智^1,^2,³, 张永丽², 王变变², 盖淑杰^1,², 王若仲³, 卢向阳³, 李瑞莲^1,^*()

¹湖南农业大学农学院, 长沙 410128
²湖南农业大学理学院, 长沙 410128
³湖南农业大学生物科学技术学院, 长沙 410128

收稿日期:2017-05-16 接受日期:2017-12-26 出版日期:2018-07-01 发布日期:2018-09-11
通讯作者: 李瑞莲
作者简介:† 共同第一作者。
基金资助:
湖南农业大学作物种质创新与资源利用重点实验室开发课题(No.15KFXM06)、湖南省自然科学基金(No.2016JJ3065)和国家自然科学基金(No.21706060)

The Effects of Different Phosphor Excitation-type LED Lighting on the Growth and Development of Arabidopsis

Zhou Zhi^1,^2,³, Zhang Yongli², Wang Bianbian², Gai Shujie^1,², Wang Ruozhong³, Lu Xiangyang³, Li Ruilian^1,^*()

¹College of Agriculture, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China
²College of Science, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China
³College of Bioscience and Biotechnology, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China

Received:2017-05-16 Accepted:2017-12-26 Online:2018-07-01 Published:2018-09-11
Contact: Li Ruilian
About author:† These authors contributed equally to this paper

摘要/Abstract

摘要： 在室内人工光源照射条件下, 探究150 μmol∙m^-2·s^-1光强下不同比例的红蓝光对拟南芥(Arabidopsis thaliana)生长发育的影响。以哥伦比亚(Columbia-0)野生型拟南芥为研究对象, 采用荧光粉激发型LED作为植物生长光源, 以SrSiAlN₃为红色基底, 调节荧光粉添加量获得不同红蓝光谱, 考察不同光照条件下拟南芥萌发率、根长、株高、叶绿素含量和相对电导率等参数的变化规律。结果表明, 在荧光粉激发型LED光照调节下的拟南芥具有更高的萌发率、根长、株高、叶绿素含量和相对电导率, 且在红蓝光质比为2:1时萌发率(95.63%)和叶绿素含量(26.7)最高; 在红蓝光质比为4:5时根长(4.19 cm)较长; 在红蓝光质比为4:1时株高(15.5 cm)较高; 在红蓝光质比为4:5时相对电导率(40.5 S·m^-1)较大。研究结果表明相对平衡的光质(红蓝光质比为4:1)有利于拟南芥生长发育, 且减少蓝光比例对根系生长及叶绿素积累有一定的促进作用。研究表明不同光谱对模式植物拟南芥的生长发育有较明显的影响, 改变光谱组成可以对植物的生长发育起不同程度的调控作用。

关键词: 荧光粉激发型LED, 生长, 模式植物, 光谱组成

Abstract: To investigate the effects of different red and blue bands on the growth and development of Arabidopsis, we used the model plant Arabidopsis thaliana Columbia-0 to observe the relation between light quality and plant growth. The phosphor excitation-type LED lighting affords an adjustable light spectrum by adjusting the amount of the nitride-based phosphor SrSiAlN₃:Eu²⁺. The germination rate, root length, variation in plant height, chlorophyll content, conductivity and other parameters of the model plant under different light spectra were studied. The germination rate could reach 95.63% and the content of chlorophyll by SPAD meter was up to 26.7 with a red to blue band ratio of 2:1. Root length was much longer and could even reach 4.19 cm under a ratio of 4:5. The height showed the highest value of 15.5 cm with a red to blue band ratio of 4:1, and conductivity was as high as 40.5 S·m^-1 with a ratio of 4:5. Maintaining the relative balance of red and blue light can have a positive effect on growth of Arabidopsis, and decreasing the ratio of blue light will benefit the growth of roots and accumulation of chlorophyll. Different light spectra have a great influence on the growth and deve- lopment of the model plant Arabidopsis, and the spectral adjustments can be one of the most important environmental factors for plant research.

Key words: phosphor excitation-type LED lighting, plant growth, model plant, spectral form

周智, 张永丽, 王变变, 盖淑杰, 王若仲, 卢向阳, 李瑞莲. 荧光粉激发型LED光对拟南芥生长发育的影响. 植物学报, 2018, 53(4): 502-508.

Zhou Zhi, Zhang Yongli, Wang Bianbian, Gai Shujie, Wang Ruozhong, Lu Xiangyang, Li Ruilian. The Effects of Different Phosphor Excitation-type LED Lighting on the Growth and Development of Arabidopsis. Chinese Bulletin of Botany, 2018, 53(4): 502-508.

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图/表 6

图1 SrSiAlN3:Eu2+的扫描电镜(SEM)照片和实物照片

Figure 1 The scanning electron microscope (SEM) and physical photo of phosphor SrSiAlN3:Eu2+

图2 实验装置(A)及不同光照条件下整体(B)与个体(C)拟南芥实物

Figure 2 The diagram of experimental device (A) and the photos of whole (B) and individual (C) Arabidopsis plants under different light conditions

图3 SrSiAlN3:Eu2+荧光粉的X射线衍射图

Figure 3 The XRD diffraction pattern of phosphor sample SrSiAlN3:Eu2+

图4 SrSiAlN3:Eu2+荧光粉发射光谱和激发光谱

Figure 4 The PL and PLE spectrum pattern of phosphor SrSiAlN3:Eu2+

表1 不同光质对拟南芥种子萌发率的影响

Table 1 Effect of different light quality on the Arabidopsis seed germination rate

Spectrum	Day 3 (%)	Day 4 (%)	Day 5 (%)	Day 6 (%)	Day 7 (%)	Day 8 (%)
CK (WET)	23.90	60.78	82.33	89.26	90.42	91.73
T1 (RED(610))	25.39	65.39	89.41	90.21	90.31	92.26
T2 (R(610)4B1)	25.13	62.09	89.52	90.36	92.33	95.05
T3 (R(610)2B1)	26.67	65.52	90.74	91.74	94.25	95.63
T4 (R(610)4B5)	24.90	64.37	85.26	92.36	94.31	93.45
T5 (BLUE(460))	23.85	62.37	80.26	89.63	91.42	90.39

表2 不同光质对拟南芥生长相关指标的影响

Table 2 The effects of different light quality index on the growth of Arabidopsis thaliana

Spectrum	Root length (cm)	Grass height (cm)	Chlorophyll content (SPAD)	Conductivity (S·m^-1)
CK (WET)	3.27 cCD	12.32 cdC	25.19 bB	38.91 aA
T1 (RED(610))	3.00 cD	11.34 dC	23.32 cCD	37.89 aA
T2 (R(610)4B1)	3.78 aAB	15.48 aA	26.69 aA	39.78 aA
T3 (R(610)2B1)	3.67 bBC	13.94 bB	23.88 cC	40.10 aA
T4 (R(610)4B5)	4.19 aA	12.63 cBC	22.43 dD	40.50 aA
T5 (BLUE(460))	3.02 cD	12.22 cdC	20.32 eE	37.42 aA

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荧光粉激发型LED光对拟南芥生长发育的影响

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