發布日期：2022-04-17 點擊率：89
隨著人們對半導體發光材料研究的不斷深入，LED制造工藝的不斷進步和新材料的開發應用，LED的發展取得了突破性進展，價格也大幅度下降，其應用于植物設施栽培的研究逐漸被各國學者關注。尤其是在超高亮度LED開發成功后，被廣泛應用于植物生理或栽培領域的研究，如光形態發生、光合作用及葉綠素合成研究等。
1、應用于植物設施栽培的LED特征
光是植物生長發育的基本因素之一。光質對植物的生長、形態建成、光合作用、物質代謝以及基因表達均有調控作用。通過光質調節，控制植株形態建成和生長發育是設施栽培領域的一項重要技術。
傳統植物設施栽培中使用的光源一般是熒光燈、金屬鹵化物燈、高壓鈉燈和白熾燈。這些光源是依據人眼對光的適應性所選擇的，其光譜有很多不必要的波長，對植物生長的促進作用少。而LED作為第四代新型照明光源，具有節能環保、安全可靠、使用壽命長、響應時間短、體積小、重量輕、發熱量少、易于分散或組合控制等許多不同于其他電光源的重要特點。
隨著光電技術革新和生產成本下降，LED因具備以下卓越性能成為植物設施栽培領域的首選光源：（1）光譜性能好，可按照需要組合獲得純正單色光與復合光譜，其波譜寬度小于±30nm，波長正好與植物光合成和光形態建成的光譜范圍吻合；（2）光能有效利用率可達80%～90%，并能對不同光質和發光強度實現單獨控制；（3）作為冷光源，可以近距離地照射植物，大大提高空間的利用效率，可用于多層栽培立體組合系統，實現了低熱負荷和生產空間小型化；（4）LED耐沖擊，不易破碎，不含汞，無污染，廢棄物可回收利用，使用壽命是普通光源的數十倍，特強的耐用性也降低了運行成本。
由于這些顯著的特征，LED十分適合應用于可控設施環境中的植物栽培，如植物組織培養、設施園藝和閉鎖式植物工廠以及航天生態生保系統等。不過，由于目前LED的價格較高，在植物設施栽培領域的推廣應用還需要有一個過程。但隨著LED向高亮度、低價格的方向飛速發展，LED一定會在不久的將來廣泛應用于植物設施栽培領域。
2、LED應用于植物組織培養
在植物組織培養中，光合光量子通量密度（PPFD：PhotosyntheticPhotonFluxDensity）、光照周期和光譜分布對植物的光合作用和形態建成起重要作用。植物組培主要依靠電光源，傳統電光源對植物的生物能效極低、發熱量大，光照用電約占整個電費成本的65％，是植物組織培養中最高的非人力成本之一。因此在植物組織培養中采用LED提供照明，調控光質和PPFD，不僅能夠調控組培植物的生長發育和形態建成、縮短培養周期、提高品質，而且能夠大大減少能耗，降低成本。
（1）紅光（620～660nm）和遠紅光（710～740nm）LED對組培植物生長的影響
光譜中紅光與遠紅光光通量的比值(R/FR)對植物形態建成、調節植株高度具有重要影響。R/FR比值已成為控制植株形態的一個重要評價參數。
Fujiwara等研究發現，LED光源中，紅光LED和遠紅光LED光源比熒光燈更易影響組培苗的光形態建成和生長發育。Tanaka等研究發現紅光LED促進蘭花組培苗葉片生長但降低了葉綠素含量、莖和根的干重。Lian等研究表明：在單獨紅光LED照射下，百合離體培養鱗莖的生長指標和干物質積累較低，這與單獨紅光導致的低CO2同化作用有關。這一結果印證了Goins等將紅光LED應用于小麥光合產量的研究結果。
然而，有關紅光或遠紅光LED對組培植物生長影響的報道并不一致。Miyashita等研究發現隨著紅光LED的PPFD增加，馬鈴薯組培苗莖伸長，葉綠素含量也增加，但葉面積和干重沒有顯著差異。Nhut等的研究表明，在紅光LED照射下，草莓組培苗葉片伸展、葉柄伸長、莖明顯伸長，但葉綠素含量降低。Kim等研究認為，單獨紅光LED或紅光LED＋遠紅光LED處理下，菊花組培苗莖過分伸長導致莖桿脆弱，其它重要生長指標也降低了，總體上不利于植物的正常生長發育。Hahn等發現了紅光LED對毛地黃組培苗莖生長的抑制作用。這些現象被認為是單色紅光導致光系統Ⅰ和Ⅱ可利用的光能量分布不平衡，因此抑制莖的生長。
此外，在研究PPFD均為45μmol/(m2·s)的不同光質LED對蘭花原球莖小塊照射處理的實驗結果中，發現紅光LED處理對從原球莖片段中誘導愈傷組織是最有效的。
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