光質調控對芽苗菜生長和品質影響的研究*

周秦 朱一丹 朱璞 郭子卿

（浙江省金華市農業科學研究院，浙江金華 321017）

·研究綜述·

光質調控對芽苗菜生長和品質影響的研究*

周秦 朱一丹 朱璞 郭子卿

（浙江省金華市農業科學研究院，浙江金華 321017）

芽苗菜因其品質柔嫩、口感極佳、風味獨特、易于消化且生長周期短等特點，受到人們的關注和青睞。光質調控作為一種物理手段，可以有效改善芽苗菜的營養品質。本文就光質調控機理、影響芽苗菜生長和品質的主要因素及研究趨勢、人工光環境在生產中的應用前景進行了分析研究。

光質調控；芽苗菜；LED；生長發育；營養品質

芽苗菜亦稱活體蔬菜，是利用作物的種子、根莖、枝條等繁殖材料，在黑暗或弱光條件下培育成供食用的幼嫩芽苗、芽球、幼莖或嫩梢等。我國是世界上生產芽苗菜最早的國家，早在秦漢時期的《神農本草經》中便有相關記載，之后相繼傳入日本等東南亞各國和歐美等國。按芽苗菜發育過程中利用營養來源的不同，可分為種（子）芽菜、體芽菜和軟化芽菜。芽苗菜不僅富含蛋白質、維生素和大量礦物質元素，而且具有清熱解毒等醫療保健功能，品質柔嫩，口感極佳，風味獨特，易于消化，是品質優良、營養豐富的保健食品。芽苗菜生產的周圍環境可有效控制，生產周期短，產品形成所需的營養主要依靠種子或根、莖等器官所貯藏的養分，只需在適宜的溫度條件下保證水分供應便可培育。我們發現通過選擇性使用不同人工光環境，在物理手段調控下生產芽苗菜，可以減少生長調節劑等化學物質的使用，使產品更符合綠色食品的標準。

1 光質調控機理

光是植物生長發育的基本因素之一，對植物生長、形態建成、光合作用、物質代謝以及基因表達均有調控作用。植物在整個生命周期中始終處于不斷變化的光環境中，并在長期的進化過程中逐漸適應光環境的變化。光環境可分為光照度（光量）、光質（光譜分布）和光周期（明/暗時間）3個部分[1]。光質則作為光環境中的關鍵影響因子，通過光受體轉導途徑調節植物的整個生命周期，也是影響植物從黃化到非黃化狀態轉變的重要信號，激發植物的生長發育并影響植物生命周期內與細胞組分和基因表達相關的生物合成。

1.1 光受體

光受體對植物的生長發育及光形態建成起著重要的調控作用。光敏色素、藍光/紫外光-A受體（或隱花色素）和紫外光-B受體組成了植物對光信號響應的三大系統。其中，光敏色素存在兩種形式，即紅光吸收型（Pr）和遠紅光吸收型（Pfr），Pfr是生理激活型，最大吸收峰在730nm左右，而Pr是生理失活型，最大吸收峰在660nm左右，這兩種形式的光敏色素是可以相互轉變的，它們的轉變是生色團異構化的結果。隱花色素是吸收藍光（400～500nm）和近紫外光（320～400nm）來調節植物形態及新陳代謝變化和向光性反應的一類光敏受體，具有促進花色素苷積累、促進子葉擴張、調節開花時間和氣孔開放、抑制下胚軸的伸長、參與生物鐘調控等作用。UV-B受體主要吸收280～320nm的光波段，以吸收紫外光保護植物其他代謝反應，可以合成花青苷和黃酮類物質，保護細胞不受傷害。

1.2 信號轉導

在光信號的傳遞過程中，通過光受體對外界光信號進行感應，然后通過特定的受體與光形態建成的調控因子進行結合，再由中心信息處理與特定反應的效應子發生光反應，作用于目的基因，進而調控基因表達。由于植物激素可以獨立影響植物的生長發育過程而不受光信號的影響，因此在某些反應中也可通過植物激素途徑傳遞一些信號，信號分子包括Ca2+、鈣調素、G蛋白和cGMP等，部分作用機理和轉導途徑仍有待研究[2]。

2 人工光環境的選擇

在溫室植物生產中普遍使用的人工光源有白熾燈、熒光燈、金屬鹵化物燈、高壓鈉燈和日光色鏑燈[3]。由于以上人工光源發出的是復配光，光源中的R/B比和R/FR比無法調控，光利用率較低，且這些人工光源為熱光源，表面溫度較高，不利于植株生長。發光二極管（LED）作為一種高效、節能、環保的新型光源，具有發光效率高、發熱低、能耗低、壽命長和自身發射高純度單色光等優點，可實現高效能、低熱負荷和緊湊空間的集約化芽苗菜的安全、優質和低耗生產[4]。在生產不同的芽苗菜時，可使用不同光譜組合的LED光照。

3 光質對芽苗菜生長發育的影響

從種子萌發到形成蔬菜產品，芽苗菜作為植物幼苗經歷了個體發育和光形態建成過程，并通過光受體感受光質與光強的微妙變化，這些光受體通過激發信號傳遞途徑來改變發育的形態建成。隨著光生物學研究的不斷深入和低成本高光效LED人工光源的不斷研發，光質調控技術已逐漸運用到芽苗菜的生產過程中。

3.1 光質對芽苗菜形態建成和生長的影響

張歡等發現，紅光和遠紅光可顯著提高蘿卜芽苗菜下胚軸長度，而白光、黃光、藍光和紅藍組合光抑制下胚軸伸長。遠紅光通過提高植物體內赤霉素的含量來增加植株節間長度和高度[5]。在芽苗菜生長過程中，藍光可明顯抑制芽苗菜下胚軸伸長，其作用機理可能是藍光提高了IAA氧化酶的活性，降低了IAA的水平，進而抑制了植物的伸長，引起細胞壁的可塑性下降。藍光還會破壞植物葉綠體光合片層結構，降低光合效率，從而影響植物的碳同化作用，這也可能是藍光明顯抑制芽苗菜碳水化合物積累的重要原因。此外，黃光可顯著促進蘿卜芽苗菜根的生長，其他光質對根的生長有抑制作用。

3.2 光質對芽苗菜生理特性的影響

光質對植物的碳水化合物代謝和蛋白質代謝有調節作用。在紅藍光條件下，可溶性糖、淀粉、碳水化合物、蔗糖含量均為最大且顯著高于紅光條件下，表明在紅光中添加一定的藍光更加有利于芽苗菜碳水化合物的合成，這可能與紅藍光在光形態建成中的作用有關。藍光可顯著提高可溶性蛋白含量，并誘導抗氧化酶基因的表達，從而緩解植物可溶性蛋白的降解。張立偉等研究報道，紅藍混合光、藍光處理下蘿卜芽苗菜蛋白質含量顯著高于白光和紅光處理[6]。蛋白質是大分子物質，較其他光合產物的合成需要更多能量，而藍光區光量子能量較高，因此藍光促進蛋白的合成可能與光質能量有關。

3.3 光質對芽苗菜品質的影響

植物性食物是人體所需Vc的主要來源，研究結果表明，紅藍混合光更有利于芽苗菜Vc含量的增加，紅光可能對Vc含量的增加起補充作用，其通過提高可溶性碳水化合物含量來增加Vc含量[7]。粗纖維素主要成分為纖維素、殘存少量的半纖維素和木質素，是結構性碳水化合物，有助于消化，但粗纖維含量過高，芽苗菜的口感會變差。紅光有利于碳水化合物的形成與積累，藍光恰好相反；而纖維素是由碳水化合物衍生的，所以紅光也有利于纖維素的形成，藍光恰好相反[8]。

通過光質調控提高芽苗菜中礦物質元素的含量、改善營養品質是一種具有安全、高效特點的有效途徑。研究發現，遠紅光照射能顯著提高蘿卜芽苗菜中Zn、P、Mn、Ca、Na含量，推測可能與遠紅光造成的弱光環境有關[9]。邢澤南等研究表明，藍光和黃光可顯著提高油葵芽苗菜的可食鮮質量和全株鮮質量，還可顯著提高芽苗菜的可食率[10]。

4 應用前景

芽苗菜智能化是實現工廠化、規模化、集約化生產的必由之路，應用節能環保、安全高效的新型LED光調控技術不僅可以有效促進芽苗菜生長，提高其產量和營養品質，為芽苗菜生產開辟新途徑，還可為LED在設施農業中的應用提供新思路。通過光質調控改進芽苗菜生產方式，對今后開展營養富集型芽苗菜生產及品質育種研究具有重要的理論和實踐意義。

[1]魏靈玲，楊其長，劉水麗.LED在植物工廠中的研究現狀與應用前景[J].中國農學通報，2007，23（11）：408～411.

[2]陳祥偉.不同光質LED對烏塌菜生長生理特性及營養品質的影響[D].山東農業大學，2014.

[3]周國泉，徐一清，付順華，等.溫室植物生產用人工光源研究進展[J].浙江林學院學報.2009，25（6）：798～802.

[4]楊其長，徐志剛，陳弘達，等.LED光源在現代農業的應用原理與技術進展[J].中國農業科技導報，2011，13（5）：37～43.

[5]張歡.光環境調控對植物生長發育的影響[D].南京農業大學，2010.

[6]張立偉，劉世琦，張自坤，等.光質對蘿卜芽苗菜營養品質的影響[J].營養學報，2010，32（4）：390～393.

[7]張歡，章麗麗，李薇，等.不同光周期紅光對油葵芽苗菜生長和品質的影響[J].園藝學報，2012，39（2）：297～304.

[8]紀紅，任洋，張美平，等.花生芽苗菜生長過程中營養物質代謝的研究[J].北京農學院學報，2008，28（3）：13～15.

[9]崔瑾，張曉燕，魯燕舞.LED光調控技術在芽苗菜生產中的應用[J].科技導報，2014，32（10）：32～35.

[10]邢澤南，張丹，李薇，等.光質對油葵芽苗菜生長和品質的影響[J].南京農業大學學報，2012，35（3）：47～51.

金華市科技項目——應用潮汐式灌溉移動苗床生產新型芽苗菜的關鍵技術研究，2014A23044。聯系電話：0579-82050172。