周秦 朱一丹 朱璞 郭子卿

（浙江省金華市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，浙江金華 321017）

·研究綜述·

光質(zhì)調(diào)控對(duì)芽苗菜生長和品質(zhì)影響的研究*

周秦 朱一丹 朱璞 郭子卿

（浙江省金華市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，浙江金華 321017）

芽苗菜因其品質(zhì)柔嫩、口感極佳、風(fēng)味獨(dú)特、易于消化且生長周期短等特點(diǎn)，受到人們的關(guān)注和青睞。光質(zhì)調(diào)控作為一種物理手段，可以有效改善芽苗菜的營養(yǎng)品質(zhì)。本文就光質(zhì)調(diào)控機(jī)理、影響芽苗菜生長和品質(zhì)的主要因素及研究趨勢(shì)、人工光環(huán)境在生產(chǎn)中的應(yīng)用前景進(jìn)行了分析研究。

光質(zhì)調(diào)控；芽苗菜；LED；生長發(fā)育；營養(yǎng)品質(zhì)

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(chǎn)芽苗菜最早的國家，早在秦漢時(shí)期的《神農(nóng)本草經(jīng)》中便有相關(guān)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(fā)育過程中利用營養(yǎng)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(zhì)、維生素和大量礦物質(zhì)元素，而且具有清熱解毒等醫(yī)療保健功能，品質(zhì)柔嫩，口感極佳，風(fēng)味獨(dú)特，易于消化，是品質(zhì)優(yōu)良、營養(yǎng)豐富的保健食品。芽苗菜生產(chǎn)的周圍環(huán)境可有效控制，生產(chǎn)周期短，產(chǎn)品形成所需的營養(yǎng)主要依靠種子或根、莖等器官所貯藏的養(yǎng)分，只需在適宜的溫度條件下保證水分供應(yīng)便可培育。我們發(fā)現(xiàn)通過選擇性使用不同人工光環(huán)境，在物理手段調(diào)控下生產(chǎn)芽苗菜，可以減少生長調(diào)節(jié)劑等化學(xué)物質(zhì)的使用，使產(chǎn)品更符合綠色食品的標(biāo)準(zhǔn)。

1 光質(zhì)調(diào)控機(jī)理

光是植物生長發(fā)育的基本因素之一，對(duì)植物生長、形態(tài)建成、光合作用、物質(zhì)代謝以及基因表達(dá)均有調(diào)控作用。植物在整個(gè)生命周期中始終處于不斷變化的光環(huán)境中，并在長期的進(jìn)化過程中逐漸適應(yīng)光環(huán)境的變化。光環(huán)境可分為光照度（光量）、光質(zhì)（光譜分布）和光周期（明/暗時(shí)間）3個(gè)部分[1]。光質(zhì)則作為光環(huán)境中的關(guān)鍵影響因子，通過光受體轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑調(diào)節(jié)植物的整個(gè)生命周期，也是影響植物從黃化到非黃化狀態(tài)轉(zhuǎn)變的重要信號(hào)，激發(fā)植物的生長發(fā)育并影響植物生命周期內(nèi)與細(xì)胞組分和基因表達(dá)相關(guān)的生物合成。

1.1 光受體

光受體對(duì)植物的生長發(fā)育及光形態(tài)建成起著重要的調(diào)控作用。光敏色素、藍(lán)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(duì)光信號(hào)響應(yīng)的三大系統(tǒng)。其中，光敏色素存在兩種形式，即紅光吸收型（Pr）和遠(yuǎn)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(zhuǎn)變的，它們的轉(zhuǎn)變是生色團(tuán)異構(gòu)化的結(jié)果。隱花色素是吸收藍(lán)光（400～500nm）和近紫外光（320～400nm）來調(diào)節(jié)植物形態(tài)及新陳代謝變化和向光性反應(yīng)的一類光敏受體，具有促進(jìn)花色素苷積累、促進(jìn)子葉擴(kuò)張、調(diào)節(jié)開花時(shí)間和氣孔開放、抑制下胚軸的伸長、參與生物鐘調(diào)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(hù)植物其他代謝反應(yīng)，可以合成花青苷和黃酮類物質(zhì)，保護(hù)細(xì)胞不受傷害。

1.2 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)

在光信號(hào)的傳遞過程中，通過光受體對(duì)外界光信號(hào)進(jìn)行感應(yīng)，然后通過特定的受體與光形態(tài)建成的調(diào)控因子進(jìn)行結(jié)合，再由中心信息處理與特定反應(yīng)的效應(yīng)子發(fā)生光反應(yīng)，作用于目的基因，進(jìn)而調(diào)控基因表達(dá)。由于植物激素可以獨(dú)立影響植物的生長發(fā)育過程而不受光信號(hào)的影響，因此在某些反應(yīng)中也可通過植物激素途徑傳遞一些信號(hào)，信號(hào)分子包括Ca2+、鈣調(diào)素、G蛋白和cGMP等，部分作用機(jī)理和轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑仍有待研究[2]。

2 人工光環(huán)境的選擇

在溫室植物生產(chǎn)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(fā)出的是復(fù)配光，光源中的R/B比和R/FR比無法調(diào)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(fā)光二極管（LED）作為一種高效、節(jié)能、環(huán)保的新型光源，具有發(fā)光效率高、發(fā)熱低、能耗低、壽命長和自身發(fā)射高純度單色光等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)高效能、低熱負(fù)荷和緊湊空間的集約化芽苗菜的安全、優(yōu)質(zhì)和低耗生產(chǎn)[4]。在生產(chǎn)不同的芽苗菜時(shí)，可使用不同光譜組合的LED光照。

3 光質(zhì)對(duì)芽苗菜生長發(fā)育的影響

從種子萌發(fā)到形成蔬菜產(chǎn)品，芽苗菜作為植物幼苗經(jīng)歷了個(gè)體發(fā)育和光形態(tài)建成過程，并通過光受體感受光質(zhì)與光強(qiáng)的微妙變化，這些光受體通過激發(fā)信號(hào)傳遞途徑來改變發(fā)育的形態(tài)建成。隨著光生物學(xué)研究的不斷深入和低成本高光效LED人工光源的不斷研發(fā)，光質(zhì)調(diào)控技術(shù)已逐漸運(yùn)用到芽苗菜的生產(chǎn)過程中。

3.1 光質(zhì)對(duì)芽苗菜形態(tài)建成和生長的影響

張歡等發(fā)現(xiàn)，紅光和遠(yuǎn)紅光可顯著提高蘿卜芽苗菜下胚軸長度，而白光、黃光、藍(lán)光和紅藍(lán)組合光抑制下胚軸伸長。遠(yuǎn)紅光通過提高植物體內(nèi)赤霉素的含量來增加植株節(jié)間長度和高度[5]。在芽苗菜生長過程中，藍(lán)光可明顯抑制芽苗菜下胚軸伸長，其作用機(jī)理可能是藍(lán)光提高了IAA氧化酶的活性，降低了IAA的水平，進(jìn)而抑制了植物的伸長，引起細(xì)胞壁的可塑性下降。藍(lán)光還會(huì)破壞植物葉綠體光合片層結(jié)構(gòu)，降低光合效率，從而影響植物的碳同化作用，這也可能是藍(lán)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(jìn)蘿卜芽苗菜根的生長，其他光質(zhì)對(duì)根的生長有抑制作用。

3.2 光質(zhì)對(duì)芽苗菜生理特性的影響

光質(zhì)對(duì)植物的碳水化合物代謝和蛋白質(zhì)代謝有調(diào)節(jié)作用。在紅藍(lán)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(lán)光更加有利于芽苗菜碳水化合物的合成，這可能與紅藍(lán)光在光形態(tài)建成中的作用有關(guān)。藍(lán)光可顯著提高可溶性蛋白含量，并誘導(dǎo)抗氧化酶基因的表達(dá)，從而緩解植物可溶性蛋白的降解。張立偉等研究報(bào)道，紅藍(lán)混合光、藍(lán)光處理下蘿卜芽苗菜蛋白質(zhì)含量顯著高于白光和紅光處理[6]。蛋白質(zhì)是大分子物質(zhì)，較其他光合產(chǎn)物的合成需要更多能量，而藍(lán)光區(qū)光量子能量較高，因此藍(lán)光促進(jìn)蛋白的合成可能與光質(zhì)能量有關(guān)。

3.3 光質(zhì)對(duì)芽苗菜品質(zhì)的影響

植物性食物是人體所需Vc的主要來源，研究結(jié)果表明，紅藍(lán)混合光更有利于芽苗菜Vc含量的增加，紅光可能對(duì)Vc含量的增加起補(bǔ)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(zhì)素，是結(jié)構(gòu)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(huì)變差。紅光有利于碳水化合物的形成與積累，藍(lán)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(lán)光恰好相反[8]。

通過光質(zhì)調(diào)控提高芽苗菜中礦物質(zhì)元素的含量、改善營養(yǎng)品質(zhì)是一種具有安全、高效特點(diǎn)的有效途徑。研究發(fā)現(xiàn)，遠(yuǎn)紅光照射能顯著提高蘿卜芽苗菜中Zn、P、Mn、Ca、Na含量，推測(cè)可能與遠(yuǎn)紅光造成的弱光環(huán)境有關(guān)[9]。邢澤南等研究表明，藍(lán)光和黃光可顯著提高油葵芽苗菜的可食鮮質(zhì)量和全株鮮質(zhì)量，還可顯著提高芽苗菜的可食率[10]。

4 應(yīng)用前景

芽苗菜智能化是實(shí)現(xiàn)工廠化、規(guī)?；?、集約化生產(chǎn)的必由之路，應(yīng)用節(jié)能環(huán)保、安全高效的新型LED光調(diào)控技術(shù)不僅可以有效促進(jìn)芽苗菜生長，提高其產(chǎn)量和營養(yǎng)品質(zhì)，為芽苗菜生產(chǎn)開辟新途徑，還可為LED在設(shè)施農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用提供新思路。通過光質(zhì)調(diào)控改進(jìn)芽苗菜生產(chǎn)方式，對(duì)今后開展?fàn)I養(yǎng)富集型芽苗菜生產(chǎn)及品質(zhì)育種研究具有重要的理論和實(shí)踐意義。

[1]魏靈玲，楊其長，劉水麗.LED在植物工廠中的研究現(xiàn)狀與應(yīng)用前景[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2007，23（11）：408～411.

[2]陳祥偉.不同光質(zhì)LED對(duì)烏塌菜生長生理特性及營養(yǎng)品質(zhì)的影響[D].山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，2014.

[3]周國泉，徐一清，付順華，等.溫室植物生產(chǎn)用人工光源研究進(jìn)展[J].浙江林學(xué)院學(xué)報(bào).2009，25（6）：798～802.

[4]楊其長，徐志剛，陳弘達(dá)，等.LED光源在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的應(yīng)用原理與技術(shù)進(jìn)展[J].中國農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報(bào)，2011，13（5）：37～43.

[5]張歡.光環(huán)境調(diào)控對(duì)植物生長發(fā)育的影響[D].南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2010.

[6]張立偉，劉世琦，張自坤，等.光質(zhì)對(duì)蘿卜芽苗菜營養(yǎng)品質(zhì)的影響[J].營養(yǎng)學(xué)報(bào)，2010，32（4）：390～393.

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

[8]紀(jì)紅，任洋，張美平，等.花生芽苗菜生長過程中營養(yǎng)物質(zhì)代謝的研究[J].北京農(nóng)學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，28（3）：13～15.

[9]崔瑾，張曉燕，魯燕舞.LED光調(diào)控技術(shù)在芽苗菜生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].科技導(dǎo)報(bào)，2014，32（10）：32～35.

[10]邢澤南，張丹，李薇，等.光質(zhì)對(duì)油葵芽苗菜生長和品質(zhì)的影響[J].南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，35（3）：47～51.

金華市科技項(xiàng)目——應(yīng)用潮汐式灌溉移動(dòng)苗床生產(chǎn)新型芽苗菜的關(guān)鍵技術(shù)研究，2014A23044。聯(lián)系電話：0579-82050172。