羅 潔
(華南農(nóng)業(yè)大學(xué)材料與能源學(xué)院,廣東廣州 510642)
LED組合光源對(duì)溫室植物的生長(zhǎng)起著十分顯著的影響,不同的光照強(qiáng)度和照射時(shí)間對(duì)植物內(nèi)在營(yíng)養(yǎng)成分的合成發(fā)揮著不同的影響因素。不同光照類型下,溫室植物葉綠素、胡蘿卜素等生物微觀量的差異化表現(xiàn)。技術(shù)人員對(duì)溫室植物可溶性含量進(jìn)行測(cè)定后,可以適當(dāng)添加特殊LED光譜和光照輻射,可以提高溫室植物的生產(chǎn)速度以及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的合成速度,從而增加溫室的生產(chǎn)效益。
利用相關(guān)人工LED光源控制光照要素(強(qiáng)度、光質(zhì)和照射時(shí)間),提高溫室培養(yǎng)植物的光合速率,增加植物葉表光吸收面積,能夠促進(jìn)溫室培養(yǎng)物的生長(zhǎng),從而達(dá)到高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)抗病的影響目的。不同類型的溫室植物對(duì)光的反應(yīng)是存在較大差異的,目前的研究手段只討論一個(gè)特定的光波段對(duì)特定植物的光量和波長(zhǎng)的生產(chǎn)需求和反射。紅光作為植物生長(zhǎng)光合種最為基本的要素之一,不同波長(zhǎng)類型的紅光對(duì)于溫室植物積極有效生長(zhǎng)的影響情況也不同。
現(xiàn)有的光學(xué)結(jié)果表明,LED光所分支出的紅光波段在660+nm及其它波長(zhǎng)段的LED光對(duì)溫室植物的生長(zhǎng)發(fā)育有宏觀的調(diào)節(jié)作用,LED波長(zhǎng)范圍在660nm至690nm之間對(duì)于溫室植物的相關(guān)生物量的生成以及后期的產(chǎn)量有很大的促進(jìn)性作用,但是溫室植物的組織培養(yǎng)物在LED紅光或?qū)捈t外光照射下也造成一定水平莖的過度伸長(zhǎng),導(dǎo)致植物莖稈會(huì)具有一定的脆弱性。通過分析其他的重要光源指標(biāo)也可以的到相關(guān)波長(zhǎng)的LED光,直接或間接影響著溫室植物不同類型的伸長(zhǎng),相關(guān)葉綠體的生長(zhǎng)的速度以及氣孔等外部因素的影響也將受到其光源因素的共同作用。
紅光波段的LED光源對(duì)溫室植物葉片的生長(zhǎng)確有促進(jìn)作用,但通過相關(guān)實(shí)驗(yàn)表明該波段的光源降低了植物葉綠素的覆蓋量,而LED中的藍(lán)光波段則與紅光的效應(yīng)相反。因此,通過結(jié)合紅藍(lán)波段LED復(fù)合光照,植株鮮重和葉綠素含量將會(huì)明顯優(yōu)于單色LED以及熒光燈處理下的植株。因此,技術(shù)人員通過研究了LED藍(lán)光、紅光以及其復(fù)合搭配作用所的到的對(duì)溫室植物生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響,可以合理組建紅藍(lán)LED組合能切實(shí)提高植物的凈光合速率,并一定溫室背景下,有效促進(jìn)植物的生長(zhǎng)發(fā)育。相應(yīng)復(fù)合結(jié)果也表明,LED藍(lán)光對(duì)溫室植物移栽后的生長(zhǎng)育苗具有促進(jìn)作用,同時(shí)無論是對(duì)植物進(jìn)行單純的藍(lán)光處理還是相應(yīng)的紅光LED處理,其溫室植物的總?cè)~綠素含量均低于熒光燈處理后,LED藍(lán)光下植物所包含的葉綠素a與葉綠素b和類胡蘿卜素的比值相應(yīng)的的到了增加。通過對(duì)于光源的分析這可能是由于溫室植物地上部分和根系區(qū)域的生物化差異量,導(dǎo)致光合化色素的數(shù)目提高,溫室植物的抗氧化能力也在LED的處理下的到了有效的增強(qiáng),這不僅說明植物形態(tài)的結(jié)構(gòu)緊湊,LED光對(duì)于植物的影響反應(yīng)在可溶性糖合成和植物基礎(chǔ)蛋白質(zhì)含量等品質(zhì)化的重要指標(biāo)中。
LED光的不同波段對(duì)于可溶性糖含量的合成具有積極的促進(jìn)作用,但這也對(duì)溫室植物可溶性蛋白的合成有明顯抑制性作用,在LED藍(lán)光波段下培養(yǎng)物中合成的蛋白質(zhì)含量將會(huì)明顯優(yōu)于經(jīng)過LED白紅波段的處理,同時(shí)可以其可以促進(jìn)有關(guān)溫室植物蛋白質(zhì)的有效合成,防止由于波段光照而造成的相應(yīng)植物蛋白質(zhì)損失。同時(shí)相關(guān)溫室植物的葉綠素與胡蘿卜素這兩大生長(zhǎng)要素主要分布在390-510nm與620-690nm這兩條波段上,并對(duì)于相關(guān)的波段下的光學(xué)性能具有較高的吸收率,而反應(yīng)在在520-600nm這一水平則有較低的光譜吸收率。雖然所有的對(duì)照性植物觀察實(shí)驗(yàn)都在相同的波段強(qiáng)度下,但它們所接受的光吸收所帶來的植物促進(jìn)作用卻有著明顯的不同。而植物表現(xiàn)出的相似吸收性在相關(guān)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的合成中產(chǎn)生了階段化的差異。在原有光照強(qiáng)度達(dá)到了光合葉綠素合成最基本的最小光照強(qiáng)度時(shí),據(jù)有關(guān)溫室光照研究表明,葉綠素含量較低的植物的吸收率會(huì)高于葉綠素含量較高的,從而帶來更加豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)生成。
據(jù)相關(guān)生長(zhǎng)要素推測(cè),溫室應(yīng)用中的遠(yuǎn)紅外LED(波長(zhǎng)分布在690-730nm)的超寬光合范圍對(duì)溫室植物相較于常用白色熒光燈組合,沒有十分明顯的溫室光合影響,但相關(guān)遠(yuǎn)紅外LED的廣泛使得葉綠素、花青素等植物內(nèi)部營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度受到了抑制,所以在遠(yuǎn)紅外線照射的基礎(chǔ)上及時(shí)補(bǔ)充LED藍(lán)光對(duì)植物的生長(zhǎng)有很大好處。例如,LED藍(lán)光波段(435-475nm)這一溫室光照條件對(duì)植物生長(zhǎng)和外觀的影響以及外觀形態(tài)的主要體現(xiàn)在其光照對(duì)溫室植物的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)合成的促進(jìn)與抑制上。在紅色波段的LED實(shí)際促進(jìn)生長(zhǎng)的過程中,輔以相應(yīng)藍(lán)色LED光源的間接促進(jìn),可以提高溫室綠色植物的抗氧化能力,依靠多酚、花青素等重要生長(zhǎng)促進(jìn)因子的含量變化,并改善溫室綠色植物有關(guān)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)合成的品質(zhì)。同時(shí)使植物的著色作用得以促進(jìn)。同時(shí),如果溫室植物在大范圍生長(zhǎng)前一周左右的時(shí)間,適時(shí)地使用638nm范圍的LED光并補(bǔ)充以自然光的搭配,可以提高其溫室下的抗倒伏的能力。在同一環(huán)境下,技術(shù)人員通過研究紅藍(lán)白LED對(duì)溫室植物產(chǎn)量和品質(zhì)的影響,合理使用LED光,可以使植物的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)合成階段的到最大效率的利用與生長(zhǎng)功效處理。
LED光照的使用滿足了溫室植物最簡(jiǎn)單的光合葉綠素的合成工作,但在當(dāng)前的科研中也有報(bào)道稱,葉綠素含量較低的植物在受到相應(yīng)波段LED照射時(shí),植物體內(nèi)激素例如葉綠素含量較高的植物對(duì)此吸收率較高,可見處于不同光照程度處理下的植物激素的積累與作用方式有較大差異。LED光可以刺激植物的激素活力和相關(guān)鹽類在LED燈光下的吸收,促進(jìn)高級(jí)植物激素與硝酸還原酶等蛋白質(zhì)的合成。在特定的外部環(huán)境下,糖分在某些角度可以替代LED光照對(duì)于激素的影響,作為誘導(dǎo)植物體內(nèi)硝酸還原酶的“信使”,增加溫室植物體內(nèi)相關(guān)RNA的積累。增加含糖量與糖分?jǐn)z入的,使得在紅藍(lán)白三種波段的LED光可處理酸性鹽的分解,同時(shí)伴隨著紅藍(lán)白三種LED光,可溶性的糖含量在植物體內(nèi)逐步的到了積累。在這種條件下,這些植物糖有利于植物激素的產(chǎn)生與積累,使得植物有較為敏感的外界感官反應(yīng)。光照條件下,光照植物激素的積累在這些植物葉片中可溶性蛋白質(zhì)的含量沒有存在顯著差異,這表明蛋白質(zhì)合成的光譜是不利于的激素的促進(jìn)能力表現(xiàn)的。所以對(duì)溫室植物的LED光照控制,對(duì)于其自身的糖分與植物激素的搭配,有著十分積極的促進(jìn)作用。
光合作用在LED燈光下的主要作用點(diǎn)位于植物的葉片中,其相關(guān)產(chǎn)物是糖類,同時(shí)糖類又是植物體內(nèi)其他營(yíng)養(yǎng)與物質(zhì)的基石,參與到植物的整個(gè)生命活動(dòng)體征中。在滿足現(xiàn)有模式的LED溫室植物培養(yǎng)的產(chǎn)業(yè)化模式下,技術(shù)人員需要針對(duì)植物自身的特性趨利避害,使得最為合適的燈光波段能夠發(fā)揮出最大的功效。
綜合上述研究,在溫室內(nèi)采取一些特定波段的LED光源照射,在實(shí)際應(yīng)用中切實(shí)有效地對(duì)植物的生長(zhǎng)與激素產(chǎn)生起到促進(jìn)作用,使得經(jīng)照射培育后的植物其外在價(jià)值與內(nèi)部營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)的比例都有所提高。隨著相關(guān)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,LED燈光對(duì)于溫室植物的促進(jìn)作用在未來一段時(shí)間將會(huì)發(fā)揮出更大的效益。