LED在芽苗菜生产中的应用及前景

马 超 张 欢 郭银生 谷艾素 崔 瑾

（南京农业大学生命科学学院，江苏 南京 210095）

1 我国芽苗菜的发展研究现状及存在的问题

芽苗菜俗称“芽菜”，一般是指用植物种子或其他营养体，在一定条件下培育出可供食用的嫩芽、芽苗、芽球、幼梢或幼茎等芽苗类蔬菜（王德槟和张德纯，1998）。目前市场上常见的芽苗菜种类有黄豆芽、绿豆芽、香椿苗、萝卜苗、豌豆苗、黑豆苗、茴香苗、香芹苗、白菜苗、紫苏等20余个种类，芽苗菜营养丰富，风味独特，品质柔嫩，且种子萌发后营养价值提升，含有人体不可缺少的多种氨基酸和矿物质，安全卫生并具有一定的医疗保健作用（徐伟忠 等，2006；张德纯，2006），为此中国绿色食品中心把它认定为标准绿色食品（刘桂兰，2009）。因其具有这些优点而成为 21世纪受欢迎的绿色食品和保健蔬菜（张德纯和王德槟，2003），具有广阔的发展前景。

1.1 芽苗菜发展研究现状

1.1.1 对芽苗菜生长发育的研究 韩玉珠和全永会（2009）从浸种时间、播种密度和采收时间对萝卜芽苗菜进行研究，结果表明，室温浸种12 h，播种密度为0.5 kg·m-2，第12天采收的产量最高，生物产量较理想，品质鲜嫩，经济效益高。许彬等（2004）研究了影响豌豆芽苗菜生长和产量的因素，发现在 20～25 ℃下播种，第 8天采收，豌豆芽苗菜的产量最高；播种密度为 2.4 kg·m-2时，生物产量和生物产率都比较理想。毛久庚等（2010）研究发现，用有机基质栽培芽苗菜与用吸水纸和无机基质相比，产量明显提高。彭世勇和王兴东（2008）认为，以岩棉作为基质对萝卜芽苗菜胚轴生长和增产具有显著效果，与对照相比，芽苗菜胚轴长度和单位面积产量分别提高了238.0%和122.22 %。

杨秀坚和罗富英（2006）研究发现500mg·L-1的GA3极显著地提高了萝卜芽苗菜的高度，增产效果显著；喷施不同浓度的 6-BA对萝卜芽苗菜的生长均有不同程度的抑制作用。张桂芬（2005）的研究证明对香椿喷施赤霉素可促进顶芽提前萌发，100～150mg·L-1的赤霉素能促进香椿顶芽迅速生长，单株产量显著增加，采收提前。6-BA处理后能诱发侧枝大量萌发，6-BA为50mg·L-1时最为显著。6-BA为75 mg·L-1时能够促进顶芽提前萌发、抑制顶芽的顶端优势，香椿芽生长速度快、粗壮，显著提高其单株产量。

1.1.2 对芽苗菜营养品质的研究 近年来，许多人对芽苗菜的营养品质进行了研究。史铀等（2007）用含铁锌的溶液培养豆芽，可以形成高铁和高锌豆芽。Kim等（2002a，2002b）研究发现锗处理的豆芽含水量、灰分、膳食纤维、锗、钙和铁含量高于对照，产量可增加10%～20%，胚轴较粗，颜色较深，但胚轴长度和子叶粗壮度与对照无明显差异。从感官品质上看，这种豆芽外观、风味、口感都较好。

刘志敏（2001）研究发现，在0～2 mg·L-1的碘浓度范围内，萝卜、豌豆、黄豆幼苗的含碘量随浓度的增加升高，3种作物以萝卜对碘的富集能力最强且表现出主动吸收的特点。郭红转等（2006）和夏石头等（2002）分别对黄豆芽和豌豆苗在碘化钾浓度为 0～2.0mg·L-1范围内培养12 d VC含量的变化规律进行了研究，得出低浓度碘能增加VC含量，豆芽中含有一定量的碘。吴永尧等（2004）以东北和恩施黄豆为试验材料，采用不同硒浓度处理，研究不同黄豆品种的芽苗菜对硒的富集及硒对芽苗菜生长的影响，结果表明硒浓度小于6 mg·L-1时黄豆芽生长较好。

1.2 芽苗菜生产过程中存在的问题

随着人们对芽苗菜需求量的增加，芽苗菜生产发展迅速，但多为小作坊式生产，工厂化、集约化生产较少，此外为了提高芽苗菜的生物产量和经济产量，现在生产中通常使用一些生长调节剂或微量元素溶液进行浸种或喷洒。虽然在芽苗菜栽培过程使用植物生长调节剂或微量元素溶液能够起到一定程度的调控生长、富集矿质元素、增强豆芽的保健功能，然而由于生长迅速，生产周期短，这些措施也易造成化学物质在芽苗菜内的积累，从而引发安全与卫生隐患。现在人们逐渐认识到化学调控手段存在环境污染和食品安全等问题，逐渐在很多国家和地区被禁止使用。美国有相关法令禁止蔬菜种苗公司使用任何化学生长调节剂来调控幼苗生长。因此，研究开发安全环保、经济有效的芽苗菜生产技术迫在眉睫。光环境调控技术采用物理手段调控植物生长，符合绿色农业的要求，在芽苗菜生产中具有广阔的应用前景。

2 LED应用于芽苗菜生产的研究

光质对幼苗的生长有很大的影响，芽苗菜作为一种绿化型的蔬菜，光质对其生长及品质有很大的影响，因此利用光质调节芽苗菜的生长及其营养品质有了可能性。LED具有光质纯、光效高、波长类型丰富、光谱能量调制便捷等突出优势，是芽苗菜生产中理想光环境调控设施（Bula et al.，1991；Brown et al.，1995；饶瑞佶 等，2001；Guo et al.，2008）。但目前关于LED光照对芽苗菜生长及品质的影响的研究报道还很少。

Wu等（2007）对豌豆芽苗菜的研究表明红光和蓝光分别控制幼苗的叶面积和质量增长。与白光相比，LED红光显著增加了茎长和叶面积，显著提高β-胡萝卜素含量和抗氧化酶活性，LED蓝光显著提高了幼苗的质量及叶绿素含量。有研究发现对芽苗菜生长来说，光合作用所需的光照分为红光与蓝光两种，这两种光质对叶绿素促进各有偏向，其中红光偏向于形成更多的叶绿素a，蓝光促进形成更多的叶绿素b，生产上以红光蓝光比为叶绿素a/叶绿素b = 5∶1或3∶1为好；蓝光使芽苗菜更脆嫩，红光使芽苗菜产量更高、颜色更浓绿，两者科学结合为最好的光质搭配模式（池田彰，1992）。

图1 光质对不同芽苗菜生长的影响

南京农业大学植物发育生物学实验室采用LED冷光源培养箱（宁波海曙赛福实验仪器厂生产）培养芽苗菜，研究不同光质对豌豆、萝卜、黑豆、油葵等芽苗菜生长和营养品质的影响（图1）。结果表明，红光处理对芽苗菜生长影响显著，下胚轴长、子叶面积、植株鲜质量及干质量均达到较大值，且显著高于对照。红光与红蓝光组合处理下，芽苗菜营养品质均显著高于对照。研究发现光质对芽苗植物的形态建成和部分营养品质有一定的调控作用（张欢 等，2009），但光质对不同芽苗菜的影响不尽相同，如豌豆苗在黄光处理下发生徒长，而黑豆苗在蓝光处理下的营养品质优于红光处理。

3 LED光环境调控技术在芽苗菜生产中的应用前景分析

芽苗菜作为植物幼苗，光对其生长和营养品质都有很大的影响。利用LED光调控技术培育芽苗菜是一项节能环保、经济有效且简便易行的新方法，它将有效提高芽苗菜的产量和品质，增加经济效益。运用物理调控手段，可真正实现芽苗菜的无公害生产，保障食品安全。此外，芽苗菜大多较耐弱光，适合进行多层立体栽培，LED作为冷光源，热辐射很小，可近距离照射植物，能有效利用种植空间，成倍提高单位面积产量，大幅度降低成本，光谱能量调制便利的特点又使其具有更广泛的适应性。因此，LED被认为是在芽苗菜培养中十分有前途的人工光源（崔瑾 等，2008）。

目前LED在植物生理与植物栽培领域的应用研究已经引起全世界的广泛关注。以日本和美国为代表的发达国家不仅深入研究LED对植物生长发育的调控机理，更注重积极研究将LED作为广泛应用于植物设施栽培领域的技术和产品。当前，发达国家的蔬菜生产已开始走向植物工厂之路，采用 LED光源，可以使作物栽培的层间距和空间利用率成倍提高。日本大阪府立大学在2010上海世博会展出LED栽培技术，引起世人的关注。芽苗菜智能化生产是实现工厂化、规模化、集约化的必由之路，但迄今为止我国芽苗菜生产领域的LED应用机理研究及植物工厂的设施设计开发还处于起步阶段。因此借鉴国外研究成果，进一步系统深入研究 LED应用于我国芽苗菜生产的基础理论并开发具有自主知识产权的LED光环境调控设施具有十分重要的意义。

崔瑾，徐志刚，邸秀茹.2008.LED在植物设施栽培中的应用和前景.农业工程学报，24（8）：249-253.

池田彰.1992.光ランプを光源とした人工光型植物工场の开-近接照射による照明电力の低.植物工场学会，3（2）：111-123.

郭红转，陆占国，王彩艳.2006.豆芽生长过程中维生素C的消长规律研究.食品研究与开发，27（2）：133-135.

韩玉珠，全永会.2009.不同处理对萝卜芽苗菜生长和产量的影响.种子科技，（9）：21-23.

刘桂兰.2009.无公害芽苗菜营养价值分析.现代农村科技，（2）：20.

刘志敏.2001.钙、碘对芽苗蔬菜的生理效应和芽苗蔬菜对钙、碘的富集现象及机理研究〔博士论文〕.长沙：湖南农业大学.

毛久庚，唐懋华，李英，赵俊杰.2010.不同类型基质对芽苗菜品质及产量的影响.上海蔬菜，（1）：50.

彭世勇，王兴东.2008.不同基质栽培对萝卜芽苗菜生长与产量的影响.科技资讯，（20）：137.

饶瑞佶，方炜，李登华.2001.超高亮度发光二极体作为组培苗栽培人工光源之灯具制作与应用.中国园艺文摘，47（3）：301-312.

史铀，汪红，尤康.2007.高微量元素豆芽研究.成都大学学报，26（2）：101-102.

王德槟，张德纯.1998.芽苗菜生产技术图册.北京：中国农业出版社.

吴永尧，张驰，周大寨.2004.豆芽菜对硒的富集特点初步研究.湖北农业科学，（6）：53-56.

闻婧，鲍顺淑，杨其长，崔海信.2009.LED光源R/B对叶用莴苣生理性状及品质的影响.中国农业气象，30（3）：413-416.

徐伟忠，陈银华，曹鹏飞.2006.芽苗菜智能化生产模式的研究.农产品加工，（5）：8-13.

许彬，张应华，范眸天.2004.不同处理对豌豆芽苗菜生长和产量的影响.云南农业大学学报，19（5）：613-615.

夏石头，彭克勤，萧浪涛，刘志敏.2002.碘对豌豆苗生长及其可食部分游离氨基酸和维生素C及纤维素含量的影响.湖南农业大学学报：自然科学版，28（2）：118-121.

杨秀坚，罗富英.2006.不同浓度GA3、6-BA对萝卜芽苗菜产量影响的研究.北方园艺，（4）：22-23.

张德纯，王德槟.2003.芽苗菜生产及展望.中国食物与营养，（1）：25-26.

张德纯.2006.体芽菜及其营养.中国食物与营养，（2）：48-50.

张桂芬.2005.不同浓度赤霉素和6-BA对香椿芽萌发及产量的影响.甘肃农业，（10）：181.

张欢，徐志刚，崔瑾，郭银生，谷艾素.2009.不同光质对萝卜芽苗菜生长和营养品质的影响.中国蔬菜，（10）：28-32.

Brown C S，Schuerger A C，Sager J C.1995.Growth and photomorphogenesis of pepper plants under red light-emitting diodes with supplemental blue or far-red lighting.Am Soc Hort Sci，120：808-813.

Bula R J，Morrow R C，Tibbits T W，Barta D J.1991.Light-emitting diodes as a radiation source for plants.HortScience，26（2）：203-205.

Guo S，Liu X，Ai W，Tang Y，Zhu J，Wang X，Wei M，Qin L，Yang Y.2008.Development of an improved ground-based phototype of space plant-growing facility.Advances in Space Research，41（5）：736-741.

Kim E J，Kyeoung I L，Kun Y P.2002a.Effects of germanium treatment during cultivation of soybean sprouts.Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition，31（4）：615-620.

Kim E J，Kyeoung I L，Kun Y P.2002b.Quantity analysis of nutrients in soybean sprouts cultured with germanium.Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition，31（6）：1150-1154.

Wu M C，Hou C Y，Jiang C M，Wang Y T，Wang C Y，Chen H H，Chang H M.2007.A novel approach of LED light radiation improves the antioxidant activity of pea seedlings.Food Chemistry，101（4）：1753-1758.