光質(zhì)對LED植物生長發(fā)育的影響
自然界的光均來自太陽，太陽光譜可可粗分為三個部分: 紫外光<400nm(uv-a315-400nm，uv-b280-315nm，uv-c100-280nm)，遠(yuǎn)紅光及紅外光>700nm(遠(yuǎn)紅 光 700-780nm，紅外光780nm-1000μm)，光合有效輻射400-700nm(藍(lán)紫光400- 500nm，綠光500-575nm，黃橙光575-620nm，紅光620-700nm)。其中中紫外 UV-B和遠(yuǎn)紫外UV-C大多被地球上空的臭氧層所吸收，到達地面的紫外光以近紫外UV-A 為主。 II 和 Ps I 的存在，表現(xiàn)出當(dāng)紅光和遠(yuǎn)紅光一起射時光合速率遠(yuǎn)高于單色射的雙光增益現(xiàn)象。
1.2 光敏色素
光敏色素由生色基團和脫輔基蛋白共價結(jié)合而成，包括遠(yuǎn)紅光吸收型(Pfr)和紅光吸收型(Pr)兩種類型，主要吸收600-700nm的紅光及700-760nm的遠(yuǎn)紅光，通過遠(yuǎn)紅光和紅光的可逆作用調(diào)節(jié)植物的生理活動。在植物體中，光敏色素主要參與調(diào)控種子萌發(fā)、幼苗形成、光 合系統(tǒng)的建立、避蔭作用、開花時間和晝夜節(jié)律響應(yīng)等過程。此外，還對植株的抗逆生理起到調(diào)控作用。
1.3 隱花色素
隱花色素是藍(lán)光受體，主要吸收320-500nm的藍(lán)光和近紫外光UV-A，吸收峰大致位于 375nm、420nm、450nm和480nm。隱花色素主要參與植株體內(nèi)的開花調(diào)控。此外，它還參與調(diào)控植株的向性生長、氣孔開張、細(xì)胞周期、保衛(wèi)細(xì)胞的發(fā)育、根的發(fā)育、非生物脅迫、頂端優(yōu)勢、果實和胚珠的發(fā)育、細(xì)胞程序性死亡、種子休眠、病原體反應(yīng)和磁場感應(yīng)等過程。
1.4 向光素
向光素是繼光敏色素和隱花色素之后發(fā)現(xiàn)的一種藍(lán)光受體，可與黃素單核昔酸結(jié)合后進行磷酸化作用。能夠調(diào)節(jié)植物的趨光性、葉綠體運動、氣孔開放、葉伸展和抑黃化苗的胚軸伸長。
2.光質(zhì)對植物的影響
不同光質(zhì)或波長的光具有顯不同的生物學(xué)效應(yīng) , 包括對植物的形態(tài)結(jié)構(gòu)與化學(xué)組成、光合作用和器官生長發(fā)育的不同影響。
2.1 紅光
紅光一般表現(xiàn)出對植株的節(jié)間伸長抑、促進分蘗以及增加葉綠素、類胡蘿卜素、可溶性糖等物質(zhì)的積累。紅光對豌豆苗的葉面積增長和β胡蘿卜素積累有促進作用;生菜幼苗預(yù)紅光后施加近紫外光，發(fā)現(xiàn)紅光能增強抗氧化酶活性并提高近紫外吸收色素的含量從而降低近紫外光對生菜幼苗的傷害;草莓進行全光實驗發(fā)現(xiàn)紅光有利于提高草莓有機酸和總酚的含量。
2.2 藍(lán)光
藍(lán)光能顯縮短蔬菜的節(jié)間距、促進蔬菜的橫向伸展以及縮小葉面積。同時，藍(lán)光還能促進植株次生代謝產(chǎn)物的積累。此外，實驗發(fā)現(xiàn)藍(lán)光能減輕紅光對黃瓜葉片光合系統(tǒng)活性及光合電子傳遞能力的抑，因此藍(lán)光是光合系統(tǒng)活性和光合電子傳遞能力的重要影響因子。植物對藍(lán)光的需要存在顯的物種差異。草莓進行采后補光發(fā)現(xiàn)不同波長藍(lán)光中470nm對花色苷和總酚含量的效用顯。
2.3 綠光
綠光一直是頗受爭議的光質(zhì)，部分學(xué)者認(rèn)為其會抑植株的生長，導(dǎo)致植株矮小并使蔬菜減產(chǎn)。然而，也有不少關(guān)于綠光對蔬菜起積極作用的研究見報，低比例的綠光能促進生菜的生長;在紅藍(lán)光的基礎(chǔ)上增補24%的綠光可以促進生菜的生長。
2.4 黃光
黃光基本上表現(xiàn)為對植株生長的抑，并且由于不少研究者把黃光并入綠光中，所以關(guān)于黃光對植物生長發(fā)育影響的文獻十分少。
2.5 紫外光
紫外光一般更多地表現(xiàn)為對生物的殺傷作用，減少植物葉面積、抑下胚軸伸長、降低光合作用和生產(chǎn)力，以及使植株更易受侵染。但適當(dāng)?shù)脑鲅a紫外光可以促進花色苷以及類黃酮的合成，通過給采后的結(jié)球甘藍(lán)增補少量UV-B促進其多酚類物質(zhì)的合成;采后UV-c處理能減緩紅辣椒的果膠溶解、質(zhì)量損失及軟化過程，從而顯著降低紅辣椒的腐敗速度延長保質(zhì)期，并能促進酚類物質(zhì)在紅辣椒表面的積累。此外紫外光還與藍(lán)光影響植株細(xì)胞的伸長及非對稱生長，從而影響植株的定向生長。UV-B輻射導(dǎo)致矮小的植物表型、小而厚的葉片、短葉柄、增加腋生的分枝以及根/冠比的變化。
2.6 遠(yuǎn)紅光
遠(yuǎn)紅光一般與紅光配比使用，由于吸收紅光與遠(yuǎn)紅光的光敏色素結(jié)構(gòu)問題，因而紅光與遠(yuǎn)紅光對植株的效果能相互轉(zhuǎn)化相互抵消。在生長室內(nèi)白色熒光燈為主要光源時用LEDs補充遠(yuǎn)紅輻射 (發(fā)射峰734nm)，花色素苷、類胡蘿卜素和葉綠素含量降低, 而植株鮮重、干重、莖長、葉長和葉寬增加。補加FR對生長的促進作用可能是由于葉面積增加而導(dǎo)致的對光吸收的增加。低R/FR處理的擬南芥比高R/FR處理時有更大更厚的葉片、生物量增大，并且有更多的可溶性代謝物積累從而提高了寒冷抗性。
3.光質(zhì)對植物組織培養(yǎng)的影響
植物組織培養(yǎng)過程中幼苗形態(tài)建成與生理生化變化受到諸多環(huán)境因子(光、溫度、濕度等) 的調(diào)控。其中，光對植物細(xì)胞、組織、器官的生長和分化有著極其重要的作用。植物組織培養(yǎng)過程中從外植體愈傷組織誘導(dǎo)到形成完整植株的各個形態(tài)建成階段均受到LED光質(zhì)的影響，且不同植物的不同組織培養(yǎng)階段對光質(zhì)的反應(yīng)也不同。
3.1 LED光質(zhì)對愈傷組織誘導(dǎo)、生長及分化的影響
3.1.1對愈傷組織誘導(dǎo)的影響
愈傷組織培養(yǎng)是植物離體培養(yǎng)的重要組成部分。研究發(fā)現(xiàn)100%的紅光對蘭花愈傷組織的誘導(dǎo)率最高，在紅藍(lán)光比例為3:1時愈傷組織的生長效果最佳。單色紅光LED促進紅掌愈傷組織形成，但隨著藍(lán)光比例的增加，葉片愈傷 組織誘導(dǎo)率逐漸降低。紅光和白光促進辣椒子葉愈傷組織的誘導(dǎo)，綠光和藍(lán)光則表現(xiàn)出抑作用。黃光有利于蘿卜下胚軸愈傷組織的誘導(dǎo)，而藍(lán)光促進子葉愈傷組織的誘導(dǎo)。紅光下顯著促進大蒜愈傷組織的誘導(dǎo)和增殖，而藍(lán)光對懷山藥愈 傷組織分化的促進作用最強。黃光最有利于葡萄愈傷組織增殖，其次是綠光。黃光有利于蘿卜下胚軸愈傷組織的誘導(dǎo)，而藍(lán)光有利于子葉愈傷組織的誘導(dǎo)，紅光有利于愈傷組織的增殖。紅光有利于文心蘭原球莖愈傷組織的誘導(dǎo)和增殖。劍蘭原球莖愈傷組織在紅光下增殖率最高。紅光下蘭花的愈傷組織誘導(dǎo)率最高。藍(lán)光和黃光顯促進白樺愈傷組織的增殖生長。由此可見，不同光質(zhì)對愈傷組織誘導(dǎo)的效應(yīng)因植物種類或外植體類型的不同而存在差異。
