LUXEON SunPlus 系列綠黃光 LED 帶來高產(chǎn)量高營養(yǎng)的綠葉蔬菜

　　研究顯示，來自 Lumileds 的綠黃光、綠光及紫光 LED 可用以生產(chǎn)高產(chǎn)量的紅葉生菜，同時可提高對人類健康有益的必需營養(yǎng)素的濃度。

　　研究由紐約州特洛伊市倫斯勒理工學(xué)院照明驅(qū)動系統(tǒng)和應(yīng)用中心 (LESA) 的高級研究員——Tessa Pocock 博士完成。

　　LED 正迅速成為室內(nèi)園藝應(yīng)用的首選光源，因?yàn)槠淠軌蚨ㄖ乒庾V以滿足相關(guān)植物的成長和營養(yǎng)需求——這是傳統(tǒng)園藝光源無法實(shí)現(xiàn)的。此外，與垂直農(nóng)場和種植廠使用的熒光燈管相比，LED 的壽命更長，能源效率更高，極少需要維護(hù)，且對生長環(huán)境散發(fā)的熱量更少。

　　沙拉作物因其營養(yǎng)和健康益處而非熱量需求而被人們所食用。如果生長得當(dāng)，它們可以成為營養(yǎng)物質(zhì)的絕佳來源，如可幫助控制體內(nèi)自由基破壞程度的抗氧化劑。在這項(xiàng)研究中，研究員監(jiān)測并量化了葉綠素以及兩種重要生物活性抗氧化劑——花青素和類胡蘿卜素的濃度。類胡蘿卜素是一類黃色和橙色色素，包括 β-胡蘿卜素(維生素 A 的前身)和玉米黃質(zhì)及葉黃素，它們是保護(hù)視網(wǎng)膜免受高能輻射(如紫外線和藍(lán)光)的黃色色素。¹ 花青素是紅色、藍(lán)色及紫色色素，其攝取量與人體健康呈正相關(guān)，可治療視力障礙、預(yù)防神經(jīng)障礙、降低心血管疾病的發(fā)病率、提高認(rèn)知能力及增強(qiáng)抗氧化保護(hù)。² 以前使用市售 LED 的研究顯示，在熒光粉轉(zhuǎn)換型 (PC) LED 照明下成長的許多綠葉蔬菜的葉子通常大而薄，且蒼白，葉綠素和花青素含量始終較低 ³。

　　此項(xiàng)植物生長研究評估了 Lumileds 專為園藝設(shè)計(jì)的新型市售 PC LED(LUXEON SunPlus 系列)與 Valoya 和定制直接發(fā)射 RGB LED 相比之下的性能表現(xiàn)。目的是確定最近推出的熒光粉轉(zhuǎn)換型 (PC) LED 是否能提高紅葉生菜的產(chǎn)量，同時使包括花青素和類胡蘿卜素在內(nèi)的關(guān)鍵營養(yǎng)素水平增高。研究檢測了紅葉生菜的產(chǎn)量(地上生物量)與營養(yǎng)質(zhì)量之間的關(guān)系或平衡。

　　照明配置和方法

　　選擇光譜光子分布以在作物水平上提供光合光子通量密度 (PPFD)，燈具之間具有相同的紅色 (600-700 nm)、藍(lán)色 (400-500 nm) 及綠色 (500-600 nm) 波長范圍(光譜比值)輸出。在兩個環(huán)境受控的生長箱(Adaptis 1000，Conviron)內(nèi)各安裝兩種燈具，通過設(shè)定光程序和/或調(diào)整作物距離使 PPFD 介于 217-242 μmol/m2s 之間(Figure 1)。測量生長箱中心及生長區(qū)域某一網(wǎng)格內(nèi)的光譜光子分布，以檢查均勻性(Figure 2)。將光合有效輻射 (PAR) 的光譜比值設(shè)計(jì)為相同;20% 藍(lán)光 (400-500 nm)，20% 綠光 (500-600 nm) 及 60% 紅光 (600-700 nm)。但遠(yuǎn)紅光區(qū)域 (700-800 nm) 的 PPFD 存在差異。在 RGB 直接照射光譜中不存在，但在 Valoya PC 中為 19 μmol，在 LUXEON SunPlus 綠黃光 + 紫光燈具中為 25 μmol，在 LUXEON SunPlus 紫光 + LUXEON 3535L 綠光燈具中為 28 μmol，在 LUXEON SunPlus 紫光燈具中為 32 μmol。光分析表明，光譜和 PPFD 的均勻性從生長箱一側(cè)到另一側(cè)平均較差，而從前到后則明顯要好(Figure 3)。安裝較大的光條可改善這些均勻性的差異。光周期為 16小時/天，持續(xù) 14 天，日/夜溫度為 23°C/18°C，相對濕度在 50% 至 70% 之間。植物采用改良的 Hoagland 溶液施肥。進(jìn)行三項(xiàng)獨(dú)立的重復(fù)操作，并確定光試驗(yàn)之間的統(tǒng)計(jì)差異(KruskalWallis ANOVA，SigmaPlot v11)。收割具有最大光均勻性之生長區(qū)域的樣品進(jìn)行測量。根據(jù) Pocock 中的方法用分光光度法對花青素濃度進(jìn)行定量。³ 根據(jù) Lichtenthaler 中的方法對類胡蘿卜素和葉綠素濃度進(jìn)行定量。⁴

　　Figure 1：Rouxai 紅葉生菜在安裝有 LUXEON SunPlus 綠黃光 + 紫光、LUXEON SunPlus紫光 + LUXEON 3535L 綠光、LUXEON SunPlus 紫光、Valoya 及 RGB 燈具的 Adaptis 生長箱內(nèi)生長 14 天。

　　Figure 2：以每種光源的光子通量密度 (PFD) 來測量光譜光子分布。為了能夠進(jìn)行統(tǒng)一的比較，研究人員在各生長箱中心的作物水平上測量 SPD。

　　Figure 3: 用生長室內(nèi)的JAZ光譜儀測量的光柵. 從生長室的中心部分收成紅葉生菜以確保最高的光均勻性(PFD in μmol).

　　產(chǎn)量，植物健康和抗氧化劑

　　通過確定在不同光照處理下生長的紅葉生菜栽培品種 Rouxai 的鮮重 (g)、花青素、類胡蘿卜素和葉綠素濃度以及光化性來測定產(chǎn)量。在 LUXEON SunPlus 系列綠黃光 + 紫光和LUXEON SunPlus 紫光 + LUXEON 3535L 綠光 LED 及 Valoya 光照條件下生長的幼苗的產(chǎn)量明顯要高，其次是 LUXEON SunPlus 系列紫光 LED，再是 RGB(Figure 4)。與 LUXEON SunPlus 綠黃光 + 紫光和 紫光 + 綠光 LED 及 Valoya 燈具下生長的生菜相比，后兩組條件下生長的生菜的鮮重偏低，這是因?yàn)槿狈h(yuǎn)紅光 (700-800 nm) 的輸出。遠(yuǎn)紅光對細(xì)胞延長和葉片尺寸有著促進(jìn)作用，這是公認(rèn)的事實(shí)。與在 Valoya 燈具下生長的 Rouxai 生菜相比，LUXEON SunPlus 綠黃光 + 紫光 LED、紫光 + 綠光LED 及 RBG 光譜下生長的生菜的花青素濃度明顯要高(Figure 5)。類胡蘿卜素的濃度不受光照處理的影響，此外，盡管并不顯著，但 LUXEON SunPlus 系列 LED 和 RGB LED 下生長的生菜的葉綠素濃度始終高于 Valoya 條件下生長的生菜(Figure 6 和Figure 7)。植物健康可以通過使用脈沖調(diào)幅葉綠素?zé)晒鈨x的葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)來測量 (PAM 2500, Walz, DE)⁵。植物健康 (FV/FM)、植物光轉(zhuǎn)換 (Y(II)) 及光保護(hù) (NPQ) 的效率在健康范圍內(nèi)，這表明，在這些研究中，光合作用(Figure 8)過程沒有壓力。植物適應(yīng)所有光源。

　　Figure 4：生長 14 天后，使用 LUXEON SunPlus 綠黃光 + 紫光、Valoya 和LUXEON SunPlus紫光 + LUXEON 3535L 綠光燈具的生長箱內(nèi)的紅葉生菜產(chǎn)量(鮮重)最高。

　　Figure 5：LUXEON SunPlus 綠黃光 + 紫光和紫光 + 綠光 LED 光照條件下生長的紅葉生菜的花青素濃度最高。

　　Figure 6：所有 LED 光照處理均對類胡蘿卜素濃度有促進(jìn)作用。

　　Figure 7：RGB 和 LUXEON SunPlus 系列 LED 光照條件下生長的生菜的葉綠素濃度最高。

　　Figure 8：光化學(xué)結(jié)果表明，使用所有光源均可實(shí)現(xiàn)良好的植物健康 (Fv/Fm)、有效的光化學(xué)作用 Y(II) 及光保護(hù)機(jī)制 (NPQ)。

　　結(jié)論

　　綠葉蔬菜具備豐富的營養(yǎng)價值，是日常食用的理想作物。這項(xiàng)研究表明，在特定 LED 光譜條件下生長的紅葉生菜 Rouxai 有著明顯較高的產(chǎn)量及更高濃度的花青素和類胡蘿卜素。

　　LUXEON SunPlus 綠黃光 + 紫光 LED 在產(chǎn)量(鮮重)和抗氧化劑含量方面表現(xiàn)最佳。這種光源的光譜包括遠(yuǎn)紅光 (700-800 nm) 范圍波長的輸出，可以提高生菜產(chǎn)量。Valoya PC LED 條件下產(chǎn)生的綠葉產(chǎn)量相當(dāng)，但從統(tǒng)計(jì)上看，抗氧化劑的含量較低，表明磷光體下轉(zhuǎn)換的光譜光子分布可能對作物質(zhì)量有不同影響。總之，這些數(shù)據(jù)表明，使用 LUXEON SunPlus 綠黃光 + 紫光 LED 組合中具有強(qiáng)皇家藍(lán)光、綠光、深紅光及遠(yuǎn)紅光組件的 PC LED 可優(yōu)化植物的生長和營養(yǎng)。

　　在產(chǎn)量(鮮重)和營養(yǎng)濃度方面均表現(xiàn)優(yōu)異的光譜為 LUXEON SunPlus 系列綠黃光 + 紫光及紫光 + 綠光 LED。要在室內(nèi)環(huán)境中有效栽培 Rouxai 紅葉生菜和類似作物，使用 LUXEON SunPlus 系列綠黃光 + 紫光及紫光 + 綠光LED 可帶來明顯優(yōu)勢。

　　參考文獻(xiàn)

　　1. Krisky N.I.,Landrum J.T. and R.A. Bone.(2003) Biologic mechanisms of the protective role of lutein and zeaxanthin in the eye. Annual Review of Nutrition. 23:171-201.

　　2. Lila MA. Anthocyanins and human health: An in vitro investigative approach. Journal of Biomedicine and Biotechnology 2004. 5: 305-313.

　　3. Pocock, T. (2015) (2015) Advanced lighting technology in controlled environment agriculture. Lighting, Research and Technology. 12/2015; DOI: 10.1177/1477153515622681.

　　4. Lichtenthaler, H.K. and C. Buschmann (2001) Current Protocols in Food Analytical Chemistry F4.3.1-F4.3.8.

　　5. Maxwell, K and G.N. Johnson (2000) Chlorophyll fluorescence -- a practical guide. Journal of Experimental Botany. 51: 659-668.