光谱分布诱导马铃薯试管薯及其调节光合产物转运的机制

Potato tuberization is a key technology applied in building modern seed industry of virua-free seed potatoes factory production. However, the technology is subjected to the low quanlity of microtube induction and the small individual quality. Light drives life activity in plant, and light spectral distribution plays a vital role in regulating the microtuber induction, photosynthate translocation and matter accumulation. Microtuber which is the storage organ of plant is used as a mode organ to probe the regulation mechanism of spectral distribution on the development process of storage organ. In this research, the physiological process of spectral distribution regulation in metabolism, tuberization, photosynthate translocation and matter accumulation will be investigated, the regulation mechanism of spectral distribution on the microtuber induction and the photosynthate translocation will be illustrated, the design principle and application method of suitable spectral distribution will be put forward. The findings of this research are expected to understand the knowledge of spectral distribution on the regulating the development process of the storage organ. It will contribute to riching photobiology research content and promoting the research depth. This study will provide some accumulation in knowledge and theory for the physical agriculture innovation practice, and be helpful in partly replacing chemical technique with physical technology in order to reduce the amount of chemicals in the plant production.

马铃薯试管薯是构建种薯工厂化生产的现代制种工业体系的关键技术，但该技术正受制于试管薯诱导率低及个体质量小的问题。光驱动植物生命活动，光谱分布对试管薯的诱导、膨大期物质积累以及光合产物的转运有重要调节作用。试管薯作为植物的储藏器官，本项研究以其为模式器官，以全新思路探索光谱分布调控储藏器官的发育过程与规律，在探明光谱分布调节植株的物质代谢进而诱导试管薯、以及调控光合产物转运与试管薯物质积累的生理过程的基础上，阐明光谱分布对试管薯诱导的作用机理、对试管薯膨大期光合产物转运的调控机制，提出适宜于试管薯诱导及其质量积累与膨大的光谱分布构造原理和运用方法。本研究有助于从物理光谱角度，更精细地建立光谱调控植物储藏器官发育的知识和理解，丰富光生物学的研究内容与知识内涵、推进光生物学的深度研究；为物理农业与健康农业的创新实践提供知识与理论积累，以期用物理技术部分替代化学技术，减少植物生产的化学品投入。

试管马铃薯培育是构建种薯工厂化生产的现代繁种工业体系的关键技术之一，但该技术正受制于试管马铃薯产量低的问题。试管马铃薯的诱导及膨大受光谱的调控，但光谱影响试管马铃薯产量形成的生理研究仍不清晰，明确光谱对试管马铃薯产量形成的生理研究，将为优化试管马铃薯产量形成的光环境提供借鉴，为试管马铃薯专用发光二极管（Light-Emitting Diode, LED）光源的研发与应用提供数据及技术支撑。本研究以“费乌瑞它”马铃薯品种为材料，筛选出适宜于试管马铃薯诱导及膨大的光密度;测定并分析了单色光谱和复合光谱对试管马铃薯产量、各器官生长动态、叶绿素动态、干物质积累与分配动态、碳代谢物质和相关酶活性动态以及激素指标，探究了光谱对试管马铃薯产量形成的调控效应。主要研究结果如下：45～65 μmol m-2 s-1是适宜于试管马铃薯诱导和膨大的光密度。620 nm的红光和520 nm的绿光对试管苗快速进入试管马铃薯诱导期有利。蓝光对试管苗叶片光合形态建成和叶绿素合成有利，并利于光合产物向试管马铃薯中转运；460 nm的蓝光比440 nm的蓝光有较强的碳代谢产物供应能力，而较强的碳代谢产物供应能力利于试管马铃薯薯重增加，且460 nm的蓝光处理利于叶片光合产物快速形成和转运，因此，B460处理收获了总薯重大于B440处理的试管马铃薯。蓝白组合光对试管苗叶片光合形态建成有利，而叶片光合作用产生的光合产物是试管马铃薯膨大的基础，且蓝白组合光利于光合产物向试管马铃薯中转运；440 nm的蓝白组合光比460 nm的蓝白组合光有较强的碳代谢产物供应能力，而较强的碳代谢产物供应能力利于试管马铃薯薯重增加，且440 nm蓝白组合光处理利于叶片干物质快速转运，茎中干物质快速形成转运，因此，B440W处理收获了总薯重大于B460W处理的试管马铃薯。在马铃薯试管薯的制种生产中，诱导前期可采用620 nm的红光快速诱导试管马铃薯，随后采用520 nm绿光快速增多薯数，膨大期使用440 nm蓝光处理保证试管马铃薯的膨大，以缩短试管马铃薯生产过程并增加有效薯数和薯重。