LED在芽苗菜生產中的應用及前景展望

陳亞云，康玉凡

(中國農業大學農學與生物技術學院，北京　100193)

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LED在芽苗菜生產中的應用及前景展望

陳亞云，康玉凡

(中國農業大學農學與生物技術學院，北京100193)

芽苗菜因其品質柔嫩、生長周期短、不受季節等因素影響，越來越受到人們的關注和青睞。LED采用一種物理調控手段，可以有效改善芽苗菜的營養品質。本文就芽苗菜的國內外研究現狀、影響芽苗菜生長和品質主要的因素及研究趨勢、LED燈在芽苗菜生產中的應用及前景進行了分析。

芽苗菜；LED燈；光調控

芽苗菜俗稱“芽菜”，一般是指用植物種子或其他營養體，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[1]。芽苗菜口感柔嫩且富含營養物質，中國綠色食品中心把它認定為標準綠色食品[2]。目前，我國市場上常見的芽苗菜種類有黃豆芽、綠豆芽、香椿苗、豌豆苗、山黧豆苗、蘿卜苗、蕎麥苗等20種，國外研究較多的有黃豆芽、綠豆芽、蕎麥苗、苜蓿苗、椰菜芽等芽苗菜種類。

1　國內外芽苗菜的研究現狀

1.1國內芽苗菜的研究現狀

苗菜是作物種子在一定的環境條件下經種子萌發而形成的芽體，其生長和品質受到種子自身和外界培育環境的影響，目前我國對芽苗菜的研究主要集中在種子特性、栽培條件(浸種時間、播種密度、培育溫度、光條件、采收時間)和外界化學物質誘導等方面。

1.1.1種子特性種子特性對芽苗菜的生長和品質有很大的影響，李振華等[3]研究大豆籽粒大小差異對豆芽營養品質的影響發現大豆百粒質量與豆芽可溶性糖含量呈顯著正相關，與大豆粗蛋白含量和粗脂肪含量呈極顯著負相關，綜合產量和品質應選擇百粒質量在10.0～10.9g的中小粒大豆作為芽菜品種更適。李振華等[4-6]有相關研究豆芽產出量與百粒重呈極顯著負相關，與豆芽下胚軸長呈極顯著正相關。王爽等[7]研究發現，蘿卜芽苗菜的生長和品質在不同品種間存在顯著差異；綠皮蘿卜和紅皮蘿卜品種在生長和營養品質上優于白皮蘿卜‘浙大長’。徐娜等[8]采用外源鋅處理大豆種子，發現10μg/mL的外源鋅浸種有利于大豆芽對鋅的積累。霍玉芹等[9]研究發現水的硬度值為26度，pH值為6.0的處理液處理綠豆種子，其發芽率、發芽勢、發芽指數、芽苗菜平均株高和生物產量均較高。

1.1.2栽培條件芽苗菜的栽培環境影響著芽苗菜的生產和營養品質?，F在完善的苗菜基本生產工藝流程包括：種子精選、種子清洗、浸種、催芽、栽培管理、收獲等過程，其中播種密度、浸種時間、栽培溫度、采收時間及激素處理等都會影響芽苗菜的產量和品質。張余洋等[10]研究發現，豌豆芽苗菜在播種密度為2.4kg/m2、浸種24h、溫度20～25℃左右、培養8d后采收的經濟產率和品質最佳；蘿卜芽苗菜在播種密度為0.5kg/m2、浸種6h、溫度25℃左右、培養7d后采收的經濟產率和品質較為理想。劉乃森等[11-13]研究發現，蘿卜芽苗菜播種密度為850g/m2時產量較高；豌豆苗播種密度為2.71kg/m2時產量最優；最適浸種時間為24h。楊和連等[14，15]研究發現黑豆種子在8h的浸種時間發芽勢最高；浸種7～8h的黑豆芽苗菜產量較高，7h的維生素C含量最高。楊越勝等[16]研究了浸種時間、播種密度以及采收時間對紫蘇芽苗菜的生長及產量的影響，發現紫蘇芽苗菜的最佳栽培條件為浸種18h，密度播種0.6kg/m2，最適采收時間為播種后第15d。李春龍等[17]研究不同溫度處理和采收時間對大麥芽苗菜生產的影響，結果表明，25℃的生長溫度、10d的采收時間大麥苗的產量最高。

1.1.3化學處理周慶紅和揚秀堅等[18，19]研究發現，用GA3處理可以提高蘿卜芽苗菜的產量和營養品質。盧鳳剛[20]研究發現，60～80mg/L的硫酸亞鐵水溶液浸種處理豌豆種子，可以提高其產量和營養品質。吳正景等[21]研究不同時期噴施亞硒酸鈉對豌豆芽苗生長及硒含量的影響，發現亞硒酸鈉對豌豆苗根系生長有促進作用，對芽苗生長具有一定的抑制作用。楊輝德等[22]研究發現二氧化碳濃度在1 200mg/L對豌豆芽苗生長效果最理想。胡選萍等[23]研究發現不同營養噴灑液對香椿芽苗生長具有顯著的影響作用，噴灑液各組分中6-BA與GA3是影響香椿芽苗生長的關鍵效應變量。宋越冬等[24]研究發現，花椒種子經過20d左右的冷熱交替處理，然后用400mg/L的GA3浸種24h，在30℃恒溫黑暗條件下催芽8d，發芽率可接近80%。張凡、閆春花等[25，26]研究發現，適宜濃度的硒處理赤豆可以提高赤豆芽苗菜的產量、品質和保護酶的活性。

李揚等[27]對蕎麥芽苗菜不同生長階段提取物的抗氧化作用進行了研究，發現生長到第10d的蕎麥芽苗菜對DPPH自由基、羥基自由基及超氧自由基的清除能力達到最高，以后幾天略有下降。郎曉娟[28]研究大豆在發芽過程中、維生素C、氨基酸及可溶性糖含量的變化，發現在培養第3d的豆芽最宜食用，測定的營養價值最高。紀紅等[29]對花生芽苗菜生長過程中營養物質代謝進行了研究，結果顯示，花生從萌發的從第2d開始蛋白質含量逐漸升高，第8d時達最高；脂肪含量隨發芽時間的推移逐漸在減少，第8d時達到最低值；維生素C含量從第1～5d時顯著增加，第5d時達到峰值，第5～8d逐漸降低。

1.2國外芽苗菜的研究現狀

植物誘導子和物理刺激處理種子影響著芽菜的品質。Huang[30]等研究了證明乙烯調控在綠豆芽根系伸長生長和側根形成中的作用與細胞壁降解酶的木質化相關。有研究發現光和茉莉酸甲酯共同作用于發芽的蘿卜苗時，可以提高其花青素的含量[31]。Yuan等[32]研究表明，蘿卜苗經100mmol/L NaCl處理后，第5、7d中蘿卜苗異硫氰酸鹽、總芥子油苷含量，第3、5d中蘿卜苗總酚含量顯著增加。Doblado等[33]研究發現，高壓處理豌豆苗可以提高豌豆苗維生素C含量和總抗氧化能力，并且可以延長豌豆苗的保質期。Liu等[34]研究發現，綠豆芽經100 mg/L乙烯利處理其總酚含量可達到0.594mg/g FW。Aphalo等[35]對豆芽化學成分，如血管緊張素轉換酶的抑制活性和抗氧化活性及自由基清除力進行了測定，發現莧菜芽是一種潛在健康和營養的天然食物。Yoo等[36]研究發現，冷凍干燥和熱風干燥可以提高所選豆芽抗氧化活性。Guo等[37]研究表明，經88mmol/L蔗糖溶液處理西蘭花苗，其蘿卜硫素、抗壞血酸和花青素含量和對照相比都有顯著性的提高。Wei等[38]研究發現，葡萄糖溶液處理芥藍和白菜芽苗菜，其總芥子油苷、酚類化合物、花青素含量和抗氧化力顯著的提高，而當葡萄糖溶液處理蘿卜苗后只有花青素和抗壞血酸的含量有所增加。

2　影響芽苗菜生長和品質的主要因素及研究趨勢

2.1影響芽苗菜生長和品質的主要因素

芽苗菜是一種生長周期短，生長過程易于操作，目前我國芽苗菜的種植多采用的是大棚立體式種植，受外界氣候因素影響較低，因此，芽苗菜的生長和品質主要受各個階段室內水分、溫度、空氣和光照狀況的影響較大。由第一部分可以明顯看出，目前國內外對芽苗菜營養品質的研究熱度逐漸呈現上升的變化趨勢，而研究的內容也是圍繞影響芽苗菜營養品質的因素來進行由淺到深的研究。總體來看，影響芽苗菜生長的外部環境因素大于苗菜種子的內部因素，其外部因素主要有種子精選的質量、浸種時間、播種密度、淋水次數、環境溫濕度、光照情況、化學處理及采收時間等影響因素；而內部因素主要指苗菜種子的質量及生長過程的抗逆性等種子內部的影響因素。

2.2影響芽苗菜生長和品質的研究趨勢

近幾年，我國對芽苗菜生長和品質的研究主要集中在浸種時間、播種密度、培育溫度、采收時間、激素處理及光環境調控等方面；國外對芽苗菜次級代謝產物的研究較多，尤其是LED光質對芽苗菜次級代謝產物的合成及基因表達的研究較為廣泛。隨著對芽苗菜栽培技術研究的不斷深入，不同種類芽苗菜較適宜的浸種時間、播種密度、培育溫度、采收時間等的確定，單靠簡單的處理已不能滿足對芽苗菜營養品質的需求。有相關研究表明，激素在一定程度上可以提高芽苗菜的產量和營養品質，但由于芽苗菜生長周期短，易導致化學物質殘留，從而失去了芽苗菜作為一種綠色蔬菜的意義。光是進行苗菜生產的必需環境要素，影響著芽苗菜的生長和營養品質。LED是具有發光效率高、發熱低、能耗低、壽命長等特性優點的新型照明光源，可促進苗菜的安全、優質和低耗生產[39，40]，有效利用LED光環境調控是提高芽苗菜營養品質和節約能源的一種方式，且光調控芽苗菜生長作為一種物理調控機制，避免化學物質殘留的缺陷，因此，光環境調控在芽苗菜上的應用越來越受到研究人員的重視，因此，LED光環境調控必將成為推進苗菜生產方式改革中的必要研究內容。

3　LED在芽苗菜生產中的應用及前景

3.1LED在芽苗菜上的應用

目前，有關LED光調控在芽苗菜上的應用已有一些報道，主要為常見的芽苗菜，如豌豆苗、蕎麥苗、香椿苗、蘿卜苗等。張立偉、劉文科、王玉潔等[41-43]研究了光質對豌豆苗生長和營養品質的影響，結果發現，藍光處理可增加豌豆苗的維生素C、可溶性蛋白含量，紅光處理增加了豌豆苗可溶性糖和粗纖維含量，紅藍光處理促進了豌豆苗地上部生長，增加了維生素C、類胡蘿卜素和葉綠素a、b含量，白光處理的豌豆苗莖葉中花青素和類胡蘿卜素含量。張歡、張立偉、催瑾等[44-46]研究了光質對蘿卜苗生長和品質的影響，結果表明，紅光處理顯著促進了蘿卜芽苗菜生長，增加可溶性糖、淀粉和粗纖維含量等，藍光處理增加了維生素C和蛋白質含量等，白光處理增加蘿卜芽苗菜類黃酮和可溶性糖含量，紅藍光組合處理下，可溶性糖、淀粉含量，維生素C和蛋白質含量有所提高。Hossen等[47]研究發現，當紅光：綠光：藍光=4：1：1處理蕎麥苗后其葒草苷、異葒草苷、牡荊苷和異牡荊苷含量最高。張立為等[48]研究發現，紅光處理香椿苗后其株高、鮮質量、干質量、可溶性糖含量均較高，藍光處理香椿苗葉綠素含量、可溶性蛋白含量較高。李慧敏等[51]研究發現，大葉蠶豆苗在低藍紅組合光(B∶R=15∶85)下，可溶性蛋白和維生素C的含量明顯高于對照，紅光處理對色素含量影響顯著，葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總量和類胡蘿卜素的含量在紅光下達到最大值。Pham等[49-50]研究了紅光、藍光及白光對苦蕎麥苗類胡蘿卜素積累及類胡蘿卜素生物合成基因表達的影響，結果表明，在播種8d后，白光下蕎麥苗的類胡蘿卜素的生物合成基因表現出較高的表達，其次還證明了T8和T10蕎麥品種在照光下類胡蘿卜素生物合成基因水平高于暗光下T8和T10蕎麥品種。Chang等[51]研究發現，與紅光和藍光相比，黑暗或白色熒光燈條件下生長的紅花，更能有效地抑制黑色素的合成，因此，認為紅花苗中的這種活性物質——8-hydroxyarctigenin，可能是一個有效美白劑化妝品資源。Lee等[52]研究表明，藍色LED能夠不同程度的提高蕎麥苗酚類化合物的含量，尤其對苦蕎的作用更明顯。Thwe等[53]研究證明，藍光和白光比紅光更有利于蕎麥芽基因的表達，且紅光下生長的蕎麥苗兒茶素含量在10d內急劇增加，藍光下照射4d后蕎麥芽的蘆丁含量最高、10d后花青素(3-O-蕓香糖苷)含量最高，由此藍色LED燈被推薦為可以提高蕎麥苗酚類化合物的光源。Maeda等[54]研究了補光對花椰菜苗酚類物質的增加和抗氧化性的影響，結果顯示，白光和紫外光結合能夠提高花椰菜多酚類含量和增加其抗氧化能力。Perez-Balibrea等[55]研究發現，和黑暗相比，光有利于耶菜芽維生素C、酚類化合物、芥子油苷含量等對人體健康的植物化學物質含量的提高。Urbonaviciute等[56]研究發現，閃爍的光顯著的影響著綠色豆芽的新陳代謝，從而調節豆芽的營養品質。其次，光強和光周期也影響著芽苗菜的生長發育和營養品質。如光強為3、9、15μmol/(m2·s)時黑豆芽苗菜的下胚軸直徑顯著增加；光強為3μmol/(m2·s)時黑豆芽苗菜的維生素C含量顯著增加；光強為9μmol/(m2·s)時黑豆芽苗菜的可溶性蛋白、可溶性糖和蔗糖含量顯著增加[57]。當光周期為12h/d時，蕎麥芽苗菜莖及葉片中蘆丁含量最高[47]。隨著光周期從0延長至12h/d，油葵芽苗菜下胚軸長顯著降低，子葉面積顯著增加；而隨著光周期從0延長至16h/d時，芽苗菜葉綠素和類胡蘿卜素含量顯著提高；全株鮮質量和淀粉含量在光周期為16h/d時均有顯著提高[58]。可見，近幾年有關光質對芽苗菜營養品質影響的報道較多，研究內容也逐漸的由簡單的營養品質轉向對人體有益的功效成分的研究，但有關光強和光周期對芽苗菜生長和營養品質影響的報道較少，光強和光周期也是衡量光環境重要的影響因素，因此，有關光強和光周期在芽苗菜上的應用也必將逐漸引起人們的注意，以此來提高芽苗菜的營養品質。

3.2應用前景

光是植物生長發育必不可少的因素，對植物的形態建成和營養品質至關重要。LED燈作為第四代新型照明光源，因其獨特的優點——高效節能優質安全，越來越受到人們的青睞，近幾年，LED燈被逐漸應用于設施栽培中，取得了良好的效果。芽苗菜是采用一種無土栽培技術，生長過程只需滿足水分、溫度和光照條件即可，操作簡便，且采用立體式種植，LED燈作為一種冷光源，可近距離照射植物，有效的利用種植空間，從而降低成本，增加其經濟效益。其次，由于芽苗菜生長周期短，LED燈作為一種物理調控技術，避免了使用化學物質的殘留問題，保證了芽苗菜食用的安全性。因此，LED燈被認為是在芽苗菜培養中十分有前途的人工光源[59]?！?/p>

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(責任編輯李燕妮)

Application of LED in Sprout Production and Its Development Prospect

CHEN Ya-yun，KANG Yu-fan

(China Agricultural University，College of Agronomy and Biotechnology，Beijing 100193，China)

Because of the quality of tender sprouts，short growth cycle，not affected by seasonal factors，sprout was favored by more and more people. Using physical control means，LED could effectively improve the nutritional quality of sprouts.The research actuality at home and abroad sprouts，influencing factors and the research trends of the growth and quality of sprouts，research situation and application prospect of the LED lamp of sprouts were analyzed.

sprout；LED；light control

國家食用豆技術現代產業體系建設專項資金資助(項目編號：nycytx-18)。

陳亞云(1987—)，女，碩士，研究方向：種子科學與工程。

康玉凡(1963—)，女，博士，教授，研究方向：種子生物學及豆類芽菜理論與技術。