光质调控对芽苗菜生长和品质影响的研究*

周秦 朱一丹 朱璞 郭子卿

（浙江省金华市农业科学研究院，浙江金华 321017）

·研究综述·

光质调控对芽苗菜生长和品质影响的研究*

周秦 朱一丹 朱璞 郭子卿

（浙江省金华市农业科学研究院，浙江金华 321017）

芽苗菜因其品质柔嫩、口感极佳、风味独特、易于消化且生长周期短等特点，受到人们的关注和青睐。光质调控作为一种物理手段，可以有效改善芽苗菜的营养品质。本文就光质调控机理、影响芽苗菜生长和品质的主要因素及研究趋势、人工光环境在生产中的应用前景进行了分析研究。

光质调控；芽苗菜；LED；生长发育；营养品质

芽苗菜亦称活体蔬菜，是利用作物的种子、根茎、枝条等繁殖材料，在黑暗或弱光条件下培育成供食用的幼嫩芽苗、芽球、幼茎或嫩梢等。我国是世界上生产芽苗菜最早的国家，早在秦汉时期的《神农本草经》中便有相关记载，之后相继传入日本等东南亚各国和欧美等国。按芽苗菜发育过程中利用营养来源的不同，可分为种（子）芽菜、体芽菜和软化芽菜。芽苗菜不仅富含蛋白质、维生素和大量矿物质元素，而且具有清热解毒等医疗保健功能，品质柔嫩，口感极佳，风味独特，易于消化，是品质优良、营养丰富的保健食品。芽苗菜生产的周围环境可有效控制，生产周期短，产品形成所需的营养主要依靠种子或根、茎等器官所贮藏的养分，只需在适宜的温度条件下保证水分供应便可培育。我们发现通过选择性使用不同人工光环境，在物理手段调控下生产芽苗菜，可以减少生长调节剂等化学物质的使用，使产品更符合绿色食品的标准。

1 光质调控机理

光是植物生长发育的基本因素之一，对植物生长、形态建成、光合作用、物质代谢以及基因表达均有调控作用。植物在整个生命周期中始终处于不断变化的光环境中，并在长期的进化过程中逐渐适应光环境的变化。光环境可分为光照度（光量）、光质（光谱分布）和光周期（明/暗时间）3个部分[1]。光质则作为光环境中的关键影响因子，通过光受体转导途径调节植物的整个生命周期，也是影响植物从黄化到非黄化状态转变的重要信号，激发植物的生长发育并影响植物生命周期内与细胞组分和基因表达相关的生物合成。

1.1 光受体

光受体对植物的生长发育及光形态建成起着重要的调控作用。光敏色素、蓝光/紫外光-A受体（或隐花色素）和紫外光-B受体组成了植物对光信号响应的三大系统。其中，光敏色素存在两种形式，即红光吸收型（Pr）和远红光吸收型（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，这两种形式的光敏色素是可以相互转变的，它们的转变是生色团异构化的结果。隐花色素是吸收蓝光（400～500nm）和近紫外光（320～400nm）来调节植物形态及新陈代谢变化和向光性反应的一类光敏受体，具有促进花色素苷积累、促进子叶扩张、调节开花时间和气孔开放、抑制下胚轴的伸长、参与生物钟调控等作用。UV-B受体主要吸收280～320nm的光波段，以吸收紫外光保护植物其他代谢反应，可以合成花青苷和黄酮类物质，保护细胞不受伤害。

1.2 信号转导

在光信号的传递过程中，通过光受体对外界光信号进行感应，然后通过特定的受体与光形态建成的调控因子进行结合，再由中心信息处理与特定反应的效应子发生光反应，作用于目的基因，进而调控基因表达。由于植物激素可以独立影响植物的生长发育过程而不受光信号的影响，因此在某些反应中也可通过植物激素途径传递一些信号，信号分子包括Ca2+、钙调素、G蛋白和cGMP等，部分作用机理和转导途径仍有待研究[2]。

2 人工光环境的选择

在温室植物生产中普遍使用的人工光源有白炽灯、荧光灯、金属卤化物灯、高压钠灯和日光色镝灯[3]。由于以上人工光源发出的是复配光，光源中的R/B比和R/FR比无法调控，光利用率较低，且这些人工光源为热光源，表面温度较高，不利于植株生长。发光二极管（LED）作为一种高效、节能、环保的新型光源，具有发光效率高、发热低、能耗低、寿命长和自身发射高纯度单色光等优点，可实现高效能、低热负荷和紧凑空间的集约化芽苗菜的安全、优质和低耗生产[4]。在生产不同的芽苗菜时，可使用不同光谱组合的LED光照。

3 光质对芽苗菜生长发育的影响

从种子萌发到形成蔬菜产品，芽苗菜作为植物幼苗经历了个体发育和光形态建成过程，并通过光受体感受光质与光强的微妙变化，这些光受体通过激发信号传递途径来改变发育的形态建成。随着光生物学研究的不断深入和低成本高光效LED人工光源的不断研发，光质调控技术已逐渐运用到芽苗菜的生产过程中。

3.1 光质对芽苗菜形态建成和生长的影响

张欢等发现，红光和远红光可显著提高萝卜芽苗菜下胚轴长度，而白光、黄光、蓝光和红蓝组合光抑制下胚轴伸长。远红光通过提高植物体内赤霉素的含量来增加植株节间长度和高度[5]。在芽苗菜生长过程中，蓝光可明显抑制芽苗菜下胚轴伸长，其作用机理可能是蓝光提高了IAA氧化酶的活性，降低了IAA的水平，进而抑制了植物的伸长，引起细胞壁的可塑性下降。蓝光还会破坏植物叶绿体光合片层结构，降低光合效率，从而影响植物的碳同化作用，这也可能是蓝光明显抑制芽苗菜碳水化合物积累的重要原因。此外，黄光可显著促进萝卜芽苗菜根的生长，其他光质对根的生长有抑制作用。

3.2 光质对芽苗菜生理特性的影响

光质对植物的碳水化合物代谢和蛋白质代谢有调节作用。在红蓝光条件下，可溶性糖、淀粉、碳水化合物、蔗糖含量均为最大且显著高于红光条件下，表明在红光中添加一定的蓝光更加有利于芽苗菜碳水化合物的合成，这可能与红蓝光在光形态建成中的作用有关。蓝光可显著提高可溶性蛋白含量，并诱导抗氧化酶基因的表达，从而缓解植物可溶性蛋白的降解。张立伟等研究报道，红蓝混合光、蓝光处理下萝卜芽苗菜蛋白质含量显著高于白光和红光处理[6]。蛋白质是大分子物质，较其他光合产物的合成需要更多能量，而蓝光区光量子能量较高，因此蓝光促进蛋白的合成可能与光质能量有关。

3.3 光质对芽苗菜品质的影响

植物性食物是人体所需Vc的主要来源，研究结果表明，红蓝混合光更有利于芽苗菜Vc含量的增加，红光可能对Vc含量的增加起补充作用，其通过提高可溶性碳水化合物含量来增加Vc含量[7]。粗纤维素主要成分为纤维素、残存少量的半纤维素和木质素，是结构性碳水化合物，有助于消化，但粗纤维含量过高，芽苗菜的口感会变差。红光有利于碳水化合物的形成与积累，蓝光恰好相反；而纤维素是由碳水化合物衍生的，所以红光也有利于纤维素的形成，蓝光恰好相反[8]。

通过光质调控提高芽苗菜中矿物质元素的含量、改善营养品质是一种具有安全、高效特点的有效途径。研究发现，远红光照射能显著提高萝卜芽苗菜中Zn、P、Mn、Ca、Na含量，推测可能与远红光造成的弱光环境有关[9]。邢泽南等研究表明，蓝光和黄光可显著提高油葵芽苗菜的可食鲜质量和全株鲜质量，还可显著提高芽苗菜的可食率[10]。

4 应用前景

芽苗菜智能化是实现工厂化、规模化、集约化生产的必由之路，应用节能环保、安全高效的新型LED光调控技术不仅可以有效促进芽苗菜生长，提高其产量和营养品质，为芽苗菜生产开辟新途径，还可为LED在设施农业中的应用提供新思路。通过光质调控改进芽苗菜生产方式，对今后开展营养富集型芽苗菜生产及品质育种研究具有重要的理论和实践意义。

[1]魏灵玲，杨其长，刘水丽.LED在植物工厂中的研究现状与应用前景[J].中国农学通报，2007，23（11）：408～411.

[2]陈祥伟.不同光质LED对乌塌菜生长生理特性及营养品质的影响[D].山东农业大学，2014.

[3]周国泉，徐一清，付顺华，等.温室植物生产用人工光源研究进展[J].浙江林学院学报.2009，25（6）：798～802.

[4]杨其长，徐志刚，陈弘达，等.LED光源在现代农业的应用原理与技术进展[J].中国农业科技导报，2011，13（5）：37～43.

[5]张欢.光环境调控对植物生长发育的影响[D].南京农业大学，2010.

[6]张立伟，刘世琦，张自坤，等.光质对萝卜芽苗菜营养品质的影响[J].营养学报，2010，32（4）：390～393.

[7]张欢，章丽丽，李薇，等.不同光周期红光对油葵芽苗菜生长和品质的影响[J].园艺学报，2012，39（2）：297～304.

[8]纪红，任洋，张美平，等.花生芽苗菜生长过程中营养物质代谢的研究[J].北京农学院学报，2008，28（3）：13～15.

[9]崔瑾，张晓燕，鲁燕舞.LED光调控技术在芽苗菜生产中的应用[J].科技导报，2014，32（10）：32～35.

[10]邢泽南，张丹，李薇，等.光质对油葵芽苗菜生长和品质的影响[J].南京农业大学学报，2012，35（3）：47～51.

金华市科技项目——应用潮汐式灌溉移动苗床生产新型芽苗菜的关键技术研究，2014A23044。联系电话：0579-82050172。