LED补光灯珠在设施园艺中的应用及对作物生长的影响

新一代照明光源发光二极管（LED灯珠）的发展，使低能耗人工光源在设施园艺领域的应用成为可能。LED灯珠具有光电转换效率高、使用直流电、体积小、寿命长、耗能低、波长固定、热辐射低、环保等优点，与目前普遍使用的高压钠灯和荧光灯相比，LED灯珠不仅光量、光质（ 各种波段光的比例等） 可以根据植物生长的需要精确调整，并因其冷光性可近距离照射植物， 从而使栽培层数和空间利用率提高，实现传统光源无法替代的节能、环保和空间高效利用等功能。基于这些优点，LED灯珠被成功应用于设施园艺照明、可控环境基础研究、植物组织培养、植物工厂化育苗及航天生态系统等。近年来，LED补光灯珠的性能不断提高、价格逐渐下降以及各类特定波长的产品逐渐被开发，其在农业与生物领域的应用范围将会更加广阔。 该文综述了LED灯珠在设施园艺领域的研究现状，重点介绍了LED补光灯珠应用的光生物学基础、LED补光灯珠对植物光形态建成、营养品质与延缓衰老的影响、光配方的构建与应用等方面的应用，并对LED补光灯技术目前存在的问题与前景进行了分析和展望。 LED补光灯珠对园艺作物生长的影响 光对植物生长发育的调节作用包括种子萌发、茎的伸长、叶和根的发育、向光性、叶绿素的合成与分解及花的诱导等。设施内的光照环境要素包括光照强度、光照周期和光谱分布，采用人工补光的方式，可以对其要素进行调节而不受天气条件的限制。 植物对光具有选择性吸收的特性，由不同的光受体感知光信号，目前发现植物体内至少有三类光受体，光敏素（吸收红光和远红光）、隐花色素（吸收蓝光和近紫外光）和紫外光受体（UV-A和UV-B）。采用特定波长光源来照射作物，可提高植物的光合作用效率，使其光形态建成加快，从而促进植物的生长发育。植物光合作用主要是利用红橙光（610~720 nm）和蓝紫光（400~510nm）。利用LED灯珠技术，能够辐射出符合叶绿素最强吸收区波段的单色光（如波峰为660nm的红光、波峰为450nm的蓝光等），光谱域宽仅为±20 nm。目前认为，红橙光会使植物的发育显著加速，促进干物质的积累，鳞茎、块根、叶球以及其他植物器官的形成，引起植物较早开花、结实，在植物增色中起着主导作用；蓝、紫光能够控制植物叶片向光性，促进气孔开放及叶绿体运动，抑制茎伸长，防止植物徒长，还可延迟植物开花，促进营养器官的生长；红蓝光LED灯珠 组合后可弥补两者单色光的不足，形成与作物光合作用和形态建成基本吻合的光谱吸收峰值，光能利用率可达80%~90%，节能效果显著。 设施园艺中配备LED补光灯珠可达到非常显著的增产效果。通过全生育期LED灯珠光质及其强度、时长的时空调配，能够缩短植物生长周期，提高农产品商品性产量、营养品质及形态价值，实现设施园艺作物高效、节能和智能化生产。 LED补光灯珠在蔬菜育苗上的应用 LED灯珠调控植株形态建成和生长发育是温室栽培领域的一项重要技术。高等植物能通过光敏色素、隐花色素、向光素等光受体系统感应并接受光信号，经胞内信使传导，调控植物组织和器官建成等形态变化。光形态建成是植物依赖光来控制细胞的分化、结构和功能的改变，以及组织和器官的建成，包括对部分种子萌发的影响、促进顶端优势抑制侧芽生长、茎伸长、引起向性运动等。 蔬菜育苗是设施农业的重要环节。连续的阴雨天气会使设施内的光照不足，幼苗极易发生徒长，进而影响蔬菜的生长、花芽分化及果实发育，最终影响其产量和品质。生产中，为调控幼苗的生长会使用一些植物生长调节剂，如赤霉素、生长素、多效唑和矮壮素等，但是植物生长调节剂的不合理使用易使蔬菜及设施环境受到污染，对人类健康不利。LED补光灯珠独有诸多补光优势，应用LED 补光灯珠育苗是一个可行的途径。在弱光[0~35 μmol/(m2·s)] 条件下进行的LED补光[25±5 μmol/(m2·s)] 试验中发现，绿光灯珠促进黄瓜幼苗的伸长生长，红光与蓝光抑制幼苗徒长，与自然弱光下幼苗壮苗指数相比，补充红、蓝光的壮苗指数分别提高了151.26%、237.98%，且与单色光质相比，含红蓝成分的复合光质补光处理下壮苗指数提高304.46%。对黄瓜幼苗补红光能提高黄瓜幼苗的真叶数、叶面积、株高、茎粗、干鲜质量、壮苗指数、根系活力、SOD活性和可溶性蛋白含量，补UV-B则能提高黄瓜幼苗叶片的叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量；与自然光相比，补充LED红光、蓝光灯珠使番茄幼苗叶面积、干物质量、壮苗指数显著提高，LED红蓝组合光能增加茄子的茎粗、叶面积、全株干重、根冠比、壮苗指数；与白光相比，LED红光灯珠能提高结球甘蓝幼苗的生物量，促进结球甘蓝幼苗的伸长生长和叶片扩展；LED蓝光灯珠促进结球甘蓝幼苗的加粗生长、干物质积累和壮苗指数，使结球甘蓝幼苗矮化。以上结果表明，结合光调控技术培育出的蔬菜幼苗优势十分明显。 LED补光灯对果蔬营养品质的影响 果蔬含有的蛋白质、糖类、有机酸、维生素是对人体健康有益的营养物质。光质可通过调控VC合成与分解酶的活性影响植物中VC的含量，且对园艺植物体内蛋白质代谢和碳水化合物的积累有调控作用，红光促进碳水化合物的积累，蓝光处理有利于蛋白质形成，而红蓝光组合对植物营养品质的提高效果显著高于单色光。补充LED红光或蓝光能降低生菜体内的硝酸盐含量，补充蓝光或绿光能促进生菜可溶性糖的积累，补充红外光则有利于生菜体内VC的积累。补充蓝光能够促进番茄VC含量、可溶性蛋白含量的提高；红光和红蓝组合光处理对番茄果实中的糖、酸含量起到促进作用，并在红蓝组合光处理下其糖酸比最高；红蓝组合光则能促进黄瓜果实VC含量的提高。 果蔬所含的酚类物质、类黄酮类、花色苷等物质，不仅对果蔬的色泽、风味、商品价值有重要影响，同时具有天然的抗氧化活性，能够有效抑制或清除人体自由基。使用LED蓝光灯珠补光能使茄皮花青素含量显著提高73.6%，而使用LED红光、红蓝组合光则能提高类黄酮和总酚含量；蓝光则能促进番茄果实中的番茄红素、类黄酮和花青素的积累，红蓝组合光在一定程度上促进花青素的生成，但抑制类黄酮的合成；与白光处理相比，红光处理能够显著提高生菜地上部的花青素含量，但蓝光处理的生菜地上部花青素含量最低；绿叶、紫叶和红叶生菜的总酚含量在白光、红蓝组合光及蓝光处理下均有较大值，但在红光处理下均为最低值；补充LED紫外光灯珠或橙色光灯珠能够增加生菜叶片中酚类化合物的含量，而补充绿光可以提高花青素的含量。因此采用LED补光灯珠是调控设施果蔬营养品质的有效途径。

关键词：红光灯珠,LED灯珠,蓝光灯珠,紫外光灯珠,紫光灯珠,