LED在芽苗菜生產(chǎn)中的應(yīng)用及前景

馬 超 張 歡 郭銀生 谷艾素 崔 瑾

（南京農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京 210095）

1 我國芽苗菜的發(fā)展研究現(xiàn)狀及存在的問題

芽苗菜俗稱“芽菜”，一般是指用植物種子或其他營養(yǎng)體，在一定條件下培育出可供食用的嫩芽、芽苗、芽球、幼梢或幼莖等芽苗類蔬菜（王德檳和張德純，1998）。目前市場上常見的芽苗菜種類有黃豆芽、綠豆芽、香椿苗、蘿卜苗、豌豆苗、黑豆苗、茴香苗、香芹苗、白菜苗、紫蘇等20余個種類，芽苗菜營養(yǎng)豐富，風(fēng)味獨特，品質(zhì)柔嫩，且種子萌發(fā)后營養(yǎng)價值提升，含有人體不可缺少的多種氨基酸和礦物質(zhì)，安全衛(wèi)生并具有一定的醫(yī)療保健作用（徐偉忠 等，2006；張德純，2006），為此中國綠色食品中心把它認定為標準綠色食品（劉桂蘭，2009）。因其具有這些優(yōu)點而成為 21世紀受歡迎的綠色食品和保健蔬菜（張德純和王德檳，2003），具有廣闊的發(fā)展前景。

1.1 芽苗菜發(fā)展研究現(xiàn)狀

1.1.1 對芽苗菜生長發(fā)育的研究 韓玉珠和全永會（2009）從浸種時間、播種密度和采收時間對蘿卜芽苗菜進行研究，結(jié)果表明，室溫浸種12 h，播種密度為0.5 kg·m-2，第12天采收的產(chǎn)量最高，生物產(chǎn)量較理想，品質(zhì)鮮嫩，經(jīng)濟效益高。許彬等（2004）研究了影響豌豆芽苗菜生長和產(chǎn)量的因素，發(fā)現(xiàn)在 20～25 ℃下播種，第 8天采收，豌豆芽苗菜的產(chǎn)量最高；播種密度為 2.4 kg·m-2時，生物產(chǎn)量和生物產(chǎn)率都比較理想。毛久庚等（2010）研究發(fā)現(xiàn)，用有機基質(zhì)栽培芽苗菜與用吸水紙和無機基質(zhì)相比，產(chǎn)量明顯提高。彭世勇和王興東（2008）認為，以巖棉作為基質(zhì)對蘿卜芽苗菜胚軸生長和增產(chǎn)具有顯著效果，與對照相比，芽苗菜胚軸長度和單位面積產(chǎn)量分別提高了238.0%和122.22 %。

楊秀堅和羅富英（2006）研究發(fā)現(xiàn)500mg·L-1的GA3極顯著地提高了蘿卜芽苗菜的高度，增產(chǎn)效果顯著；噴施不同濃度的 6-BA對蘿卜芽苗菜的生長均有不同程度的抑制作用。張桂芬（2005）的研究證明對香椿噴施赤霉素可促進頂芽提前萌發(fā)，100～150mg·L-1的赤霉素能促進香椿頂芽迅速生長，單株產(chǎn)量顯著增加，采收提前。6-BA處理后能誘發(fā)側(cè)枝大量萌發(fā)，6-BA為50mg·L-1時最為顯著。6-BA為75 mg·L-1時能夠促進頂芽提前萌發(fā)、抑制頂芽的頂端優(yōu)勢，香椿芽生長速度快、粗壯，顯著提高其單株產(chǎn)量。

1.1.2 對芽苗菜營養(yǎng)品質(zhì)的研究 近年來，許多人對芽苗菜的營養(yǎng)品質(zhì)進行了研究。史鈾等（2007）用含鐵鋅的溶液培養(yǎng)豆芽，可以形成高鐵和高鋅豆芽。Kim等（2002a，2002b）研究發(fā)現(xiàn)鍺處理的豆芽含水量、灰分、膳食纖維、鍺、鈣和鐵含量高于對照，產(chǎn)量可增加10%～20%，胚軸較粗，顏色較深，但胚軸長度和子葉粗壯度與對照無明顯差異。從感官品質(zhì)上看，這種豆芽外觀、風(fēng)味、口感都較好。

劉志敏（2001）研究發(fā)現(xiàn)，在0～2 mg·L-1的碘濃度范圍內(nèi)，蘿卜、豌豆、黃豆幼苗的含碘量隨濃度的增加升高，3種作物以蘿卜對碘的富集能力最強且表現(xiàn)出主動吸收的特點。郭紅轉(zhuǎn)等（2006）和夏石頭等（2002）分別對黃豆芽和豌豆苗在碘化鉀濃度為 0～2.0mg·L-1范圍內(nèi)培養(yǎng)12 d VC含量的變化規(guī)律進行了研究，得出低濃度碘能增加VC含量，豆芽中含有一定量的碘。吳永堯等（2004）以東北和恩施黃豆為試驗材料，采用不同硒濃度處理，研究不同黃豆品種的芽苗菜對硒的富集及硒對芽苗菜生長的影響，結(jié)果表明硒濃度小于6 mg·L-1時黃豆芽生長較好。

1.2 芽苗菜生產(chǎn)過程中存在的問題

隨著人們對芽苗菜需求量的增加，芽苗菜生產(chǎn)發(fā)展迅速，但多為小作坊式生產(chǎn)，工廠化、集約化生產(chǎn)較少，此外為了提高芽苗菜的生物產(chǎn)量和經(jīng)濟產(chǎn)量，現(xiàn)在生產(chǎn)中通常使用一些生長調(diào)節(jié)劑或微量元素溶液進行浸種或噴灑。雖然在芽苗菜栽培過程使用植物生長調(diào)節(jié)劑或微量元素溶液能夠起到一定程度的調(diào)控生長、富集礦質(zhì)元素、增強豆芽的保健功能，然而由于生長迅速，生產(chǎn)周期短，這些措施也易造成化學(xué)物質(zhì)在芽苗菜內(nèi)的積累，從而引發(fā)安全與衛(wèi)生隱患。現(xiàn)在人們逐漸認識到化學(xué)調(diào)控手段存在環(huán)境污染和食品安全等問題，逐漸在很多國家和地區(qū)被禁止使用。美國有相關(guān)法令禁止蔬菜種苗公司使用任何化學(xué)生長調(diào)節(jié)劑來調(diào)控幼苗生長。因此，研究開發(fā)安全環(huán)保、經(jīng)濟有效的芽苗菜生產(chǎn)技術(shù)迫在眉睫。光環(huán)境調(diào)控技術(shù)采用物理手段調(diào)控植物生長，符合綠色農(nóng)業(yè)的要求，在芽苗菜生產(chǎn)中具有廣闊的應(yīng)用前景。

2 LED應(yīng)用于芽苗菜生產(chǎn)的研究

光質(zhì)對幼苗的生長有很大的影響，芽苗菜作為一種綠化型的蔬菜，光質(zhì)對其生長及品質(zhì)有很大的影響，因此利用光質(zhì)調(diào)節(jié)芽苗菜的生長及其營養(yǎng)品質(zhì)有了可能性。LED具有光質(zhì)純、光效高、波長類型豐富、光譜能量調(diào)制便捷等突出優(yōu)勢，是芽苗菜生產(chǎn)中理想光環(huán)境調(diào)控設(shè)施（Bula et al.，1991；Brown et al.，1995；饒瑞佶 等，2001；Guo et al.，2008）。但目前關(guān)于LED光照對芽苗菜生長及品質(zhì)的影響的研究報道還很少。

Wu等（2007）對豌豆芽苗菜的研究表明紅光和藍光分別控制幼苗的葉面積和質(zhì)量增長。與白光相比，LED紅光顯著增加了莖長和葉面積，顯著提高β-胡蘿卜素含量和抗氧化酶活性，LED藍光顯著提高了幼苗的質(zhì)量及葉綠素含量。有研究發(fā)現(xiàn)對芽苗菜生長來說，光合作用所需的光照分為紅光與藍光兩種，這兩種光質(zhì)對葉綠素促進各有偏向，其中紅光偏向于形成更多的葉綠素a，藍光促進形成更多的葉綠素b，生產(chǎn)上以紅光藍光比為葉綠素a/葉綠素b = 5∶1或3∶1為好；藍光使芽苗菜更脆嫩，紅光使芽苗菜產(chǎn)量更高、顏色更濃綠，兩者科學(xué)結(jié)合為最好的光質(zhì)搭配模式（池田彰，1992）。

圖1 光質(zhì)對不同芽苗菜生長的影響

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)植物發(fā)育生物學(xué)實驗室采用LED冷光源培養(yǎng)箱（寧波海曙賽福實驗儀器廠生產(chǎn)）培養(yǎng)芽苗菜，研究不同光質(zhì)對豌豆、蘿卜、黑豆、油葵等芽苗菜生長和營養(yǎng)品質(zhì)的影響（圖1）。結(jié)果表明，紅光處理對芽苗菜生長影響顯著，下胚軸長、子葉面積、植株鮮質(zhì)量及干質(zhì)量均達到較大值，且顯著高于對照。紅光與紅藍光組合處理下，芽苗菜營養(yǎng)品質(zhì)均顯著高于對照。研究發(fā)現(xiàn)光質(zhì)對芽苗植物的形態(tài)建成和部分營養(yǎng)品質(zhì)有一定的調(diào)控作用（張歡 等，2009），但光質(zhì)對不同芽苗菜的影響不盡相同，如豌豆苗在黃光處理下發(fā)生徒長，而黑豆苗在藍光處理下的營養(yǎng)品質(zhì)優(yōu)于紅光處理。

3 LED光環(huán)境調(diào)控技術(shù)在芽苗菜生產(chǎn)中的應(yīng)用前景分析

芽苗菜作為植物幼苗，光對其生長和營養(yǎng)品質(zhì)都有很大的影響。利用LED光調(diào)控技術(shù)培育芽苗菜是一項節(jié)能環(huán)保、經(jīng)濟有效且簡便易行的新方法，它將有效提高芽苗菜的產(chǎn)量和品質(zhì)，增加經(jīng)濟效益。運用物理調(diào)控手段，可真正實現(xiàn)芽苗菜的無公害生產(chǎn)，保障食品安全。此外，芽苗菜大多較耐弱光，適合進行多層立體栽培，LED作為冷光源，熱輻射很小，可近距離照射植物，能有效利用種植空間，成倍提高單位面積產(chǎn)量，大幅度降低成本，光譜能量調(diào)制便利的特點又使其具有更廣泛的適應(yīng)性。因此，LED被認為是在芽苗菜培養(yǎng)中十分有前途的人工光源（崔瑾 等，2008）。

目前LED在植物生理與植物栽培領(lǐng)域的應(yīng)用研究已經(jīng)引起全世界的廣泛關(guān)注。以日本和美國為代表的發(fā)達國家不僅深入研究LED對植物生長發(fā)育的調(diào)控機理，更注重積極研究將LED作為廣泛應(yīng)用于植物設(shè)施栽培領(lǐng)域的技術(shù)和產(chǎn)品。當前，發(fā)達國家的蔬菜生產(chǎn)已開始走向植物工廠之路，采用 LED光源，可以使作物栽培的層間距和空間利用率成倍提高。日本大阪府立大學(xué)在2010上海世博會展出LED栽培技術(shù)，引起世人的關(guān)注。芽苗菜智能化生產(chǎn)是實現(xiàn)工廠化、規(guī)模化、集約化的必由之路，但迄今為止我國芽苗菜生產(chǎn)領(lǐng)域的LED應(yīng)用機理研究及植物工廠的設(shè)施設(shè)計開發(fā)還處于起步階段。因此借鑒國外研究成果，進一步系統(tǒng)深入研究 LED應(yīng)用于我國芽苗菜生產(chǎn)的基礎(chǔ)理論并開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的LED光環(huán)境調(diào)控設(shè)施具有十分重要的意義。

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