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LED光源在植物照明中的应用及对植物六大影响分析

2015-07-07 11:57
天堂的苦涩
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  由于LED照明对植物形态学方面的影响已有大量的研究(Bula et al., 1991; Folta et al., 2005; Mas- sa et al.,2008; Yeh and Chung, 2009; Ilieva et al.,2010; Johkan et al., 2010; Watanabe,2011; Jeonget al., 2012; Cope and Bugbee, 2013; Gupta andJatothu, 2013;Kobayashi et al., 2013),本文将重点评述LED照明对植物体内功能性化学物质积累的作用,以期引起国内同行的关注。

  二、LED对植物体内功能性化学物质积累的影响

  不同光强和光质的LED照明对植物体内功能性化学物质积累的影响表现在多个方面。近年来,国内外的科研人员主要研究了用不同光强和光质的LED照射植物对其体内功能性化学物质积累的影响,并通过实验观察不同条件下植物体内功能性化学物质的积累情况来研究LED对植物体内生理活性的影响。所观察和检测的功能性化学物质的种类很多,包括多酚类、各种类胡萝卜素、叶绿素、花青素、精油及各种其它酸苷等。下文将对这些方面的研究进展进行评述。

  1、多酚类

  酚类化合物被认为具有直接的抗氧化功能,或者具有促进人体内其它抗氧化性化合物产生的作用(Connoret al., 2005)。许多研究表明,植物多酚有助于人类健康,具有延缓机体衰老、预防心血管疾病和防癌等功效(黄海智等, 2011)。Johkan等(2010)用不同光谱成分的LED灯(主要包括蓝光、红光和蓝光与红光3种光组合)照射红叶生菜植株,经过不同光质与光强的配比处理后,在蓝色LED光照处理播种17天后,发现生菜的多酚含量和总抗氧化能力高于用荧光灯培养的植株。该实验表明在蓝光下培育幼苗对种植后的生菜植株多酚含量的积累具有促进作用。Jeong等(2012)将菊花放于补充的蓝光、绿光、红光和白光LED下,以研究LED对其叶多酚物质合成的影响。实验结果表明,菊花叶中的木犀草素-7-o-葡萄糖苷在绿光照射下浓度达到最大,柚(苷)配基-7-o-葡萄糖苷和芹菜苷配基-7-o-葡萄糖苷在红光下浓度最大,表明菊花中多酚物质的合成受光质的影响。

  2、类胡萝卜素

  植物中花和果实所呈现出的、用于吸引传粉者并进行种子传播的颜色(黄色、橙色和红色)由类胡萝卜素决定(Howitt and Pogson, 2006)。类胡萝卜素在植物的生理过程中起着重要作用,诸如辅助植物在光合作用过程中捕获光,在光氧化过程中起光保护作用及稳定脂膜等(Frank and Cogdell, 1996; Havaux, 1998;Ledford andNiyogi, 2005)。类胡萝卜素又是人体所必需的营养物质,是一种影响身体健康的微量营养元素(Mactierand Weaver, 2005)。研究表明,蔬菜水果中所富含的类胡萝卜素对于癌症、心血管病、黄斑变性、白内障等疾病以及由紫外线导致的皮肤损伤等都能起到很好的辅助治疗作用(Ziegler, 1991; Gazianoand Henneckens, 1993; Mayne, 1996;Giovan-nucci, 1999)。新鲜蔬果中类胡萝卜素含量的增加可以提高其营养价值(Keyhaninejad et al., 2012)。

  因此,如何增加植物中类胡萝卜素的含量就成了人们感兴趣的研究内容。Li和Kubota (2009)用紫外线A、蓝光、绿光、红光和远红光LED照明灯管来培育幼叶生菜,实验结果表明,与在白色光控制下的植物相比 ,经补充的蓝光处理后 ,类胡萝卜素增加了12%;经补充的红光作用后,酚类浓度增加了6%。实验表明,补充蓝光能增加类胡萝卜素的浓度,补充红光能增加酚类物质的浓度。受控光质在使用合适的蓝光或红光作为白光的补充光源后,可能会提高植物功能性化学物质的浓度并增加其干重。

  Tuan等(2013)研究了影响类胡萝卜素合成的最佳光 谱波段 ,他们将 苦荞芽 菜 (Fagopyrum tatari-cum)在白光、蓝光和红光LED的环境中培养,经过一段时间后,发现总类胡萝卜素积累最丰富的是白光照射下的芽菜实验组,这些芽菜所积累的总类胡萝卜素比在蓝光和红光中培养的实验组更多。另有实验表明,咖啡中的类胡萝卜素在蓝光照射下也会有所增加(Ra-malho et al., 2002)。

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