LED在芽苗菜生產(chǎn)中的應(yīng)用及前景展望

陳亞云，康玉凡

(中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院，北京　100193)

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LED在芽苗菜生產(chǎn)中的應(yīng)用及前景展望

陳亞云，康玉凡

(中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院，北京100193)

芽苗菜因其品質(zhì)柔嫩、生長(zhǎng)周期短、不受季節(jié)等因素影響，越來越受到人們的關(guān)注和青睞。LED采用一種物理調(diào)控手段，可以有效改善芽苗菜的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。本文就芽苗菜的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、影響芽苗菜生長(zhǎng)和品質(zhì)主要的因素及研究趨勢(shì)、LED燈在芽苗菜生產(chǎn)中的應(yīng)用及前景進(jìn)行了分析。

芽苗菜；LED燈；光調(diào)控

芽苗菜俗稱“芽菜”，一般是指用植物種子或其他營(yíng)養(yǎng)體，在一定條件下培育出可供食用的嫩芽、芽苗、芽球、幼梢或幼莖等芽苗類蔬菜[1]。芽苗菜口感柔嫩且富含營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，中國(guó)綠色食品中心把它認(rèn)定為標(biāo)準(zhǔn)綠色食品[2]。目前，我國(guó)市場(chǎng)上常見的芽苗菜種類有黃豆芽、綠豆芽、香椿苗、豌豆苗、山黧豆苗、蘿卜苗、蕎麥苗等20種，國(guó)外研究較多的有黃豆芽、綠豆芽、蕎麥苗、苜蓿苗、椰菜芽等芽苗菜種類。

1　國(guó)內(nèi)外芽苗菜的研究現(xiàn)狀

1.1國(guó)內(nèi)芽苗菜的研究現(xiàn)狀

苗菜是作物種子在一定的環(huán)境條件下經(jīng)種子萌發(fā)而形成的芽體，其生長(zhǎng)和品質(zhì)受到種子自身和外界培育環(huán)境的影響，目前我國(guó)對(duì)芽苗菜的研究主要集中在種子特性、栽培條件(浸種時(shí)間、播種密度、培育溫度、光條件、采收時(shí)間)和外界化學(xué)物質(zhì)誘導(dǎo)等方面。

1.1.1種子特性種子特性對(duì)芽苗菜的生長(zhǎng)和品質(zhì)有很大的影響，李振華等[3]研究大豆籽粒大小差異對(duì)豆芽營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響發(fā)現(xiàn)大豆百粒質(zhì)量與豆芽可溶性糖含量呈顯著正相關(guān)，與大豆粗蛋白含量和粗脂肪含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，綜合產(chǎn)量和品質(zhì)應(yīng)選擇百粒質(zhì)量在10.0～10.9g的中小粒大豆作為芽菜品種更適。李振華等[4-6]有相關(guān)研究豆芽產(chǎn)出量與百粒重呈極顯著負(fù)相關(guān)，與豆芽下胚軸長(zhǎng)呈極顯著正相關(guān)。王爽等[7]研究發(fā)現(xiàn)，蘿卜芽苗菜的生長(zhǎng)和品質(zhì)在不同品種間存在顯著差異；綠皮蘿卜和紅皮蘿卜品種在生長(zhǎng)和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)上優(yōu)于白皮蘿卜‘浙大長(zhǎng)’。徐娜等[8]采用外源鋅處理大豆種子，發(fā)現(xiàn)10μg/mL的外源鋅浸種有利于大豆芽對(duì)鋅的積累?；粲袂鄣萚9]研究發(fā)現(xiàn)水的硬度值為26度，pH值為6.0的處理液處理綠豆種子，其發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、芽苗菜平均株高和生物產(chǎn)量均較高。

1.1.2栽培條件芽苗菜的栽培環(huán)境影響著芽苗菜的生產(chǎn)和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)?，F(xiàn)在完善的苗菜基本生產(chǎn)工藝流程包括：種子精選、種子清洗、浸種、催芽、栽培管理、收獲等過程，其中播種密度、浸種時(shí)間、栽培溫度、采收時(shí)間及激素處理等都會(huì)影響芽苗菜的產(chǎn)量和品質(zhì)。張余洋等[10]研究發(fā)現(xiàn)，豌豆芽苗菜在播種密度為2.4kg/m2、浸種24h、溫度20～25℃左右、培養(yǎng)8d后采收的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)率和品質(zhì)最佳；蘿卜芽苗菜在播種密度為0.5kg/m2、浸種6h、溫度25℃左右、培養(yǎng)7d后采收的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)率和品質(zhì)較為理想。劉乃森等[11-13]研究發(fā)現(xiàn)，蘿卜芽苗菜播種密度為850g/m2時(shí)產(chǎn)量較高；豌豆苗播種密度為2.71kg/m2時(shí)產(chǎn)量最優(yōu)；最適浸種時(shí)間為24h。楊和連等[14，15]研究發(fā)現(xiàn)黑豆種子在8h的浸種時(shí)間發(fā)芽勢(shì)最高；浸種7～8h的黑豆芽苗菜產(chǎn)量較高，7h的維生素C含量最高。楊越勝等[16]研究了浸種時(shí)間、播種密度以及采收時(shí)間對(duì)紫蘇芽苗菜的生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響，發(fā)現(xiàn)紫蘇芽苗菜的最佳栽培條件為浸種18h，密度播種0.6kg/m2，最適采收時(shí)間為播種后第15d。李春龍等[17]研究不同溫度處理和采收時(shí)間對(duì)大麥芽苗菜生產(chǎn)的影響，結(jié)果表明，25℃的生長(zhǎng)溫度、10d的采收時(shí)間大麥苗的產(chǎn)量最高。

1.1.3化學(xué)處理周慶紅和揚(yáng)秀堅(jiān)等[18，19]研究發(fā)現(xiàn)，用GA3處理可以提高蘿卜芽苗菜的產(chǎn)量和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。盧鳳剛[20]研究發(fā)現(xiàn)，60～80mg/L的硫酸亞鐵水溶液浸種處理豌豆種子，可以提高其產(chǎn)量和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。吳正景等[21]研究不同時(shí)期噴施亞硒酸鈉對(duì)豌豆芽苗生長(zhǎng)及硒含量的影響，發(fā)現(xiàn)亞硒酸鈉對(duì)豌豆苗根系生長(zhǎng)有促進(jìn)作用，對(duì)芽苗生長(zhǎng)具有一定的抑制作用。楊輝德等[22]研究發(fā)現(xiàn)二氧化碳濃度在1 200mg/L對(duì)豌豆芽苗生長(zhǎng)效果最理想。胡選萍等[23]研究發(fā)現(xiàn)不同營(yíng)養(yǎng)噴灑液對(duì)香椿芽苗生長(zhǎng)具有顯著的影響作用，噴灑液各組分中6-BA與GA3是影響香椿芽苗生長(zhǎng)的關(guān)鍵效應(yīng)變量。宋越冬等[24]研究發(fā)現(xiàn)，花椒種子經(jīng)過20d左右的冷熱交替處理，然后用400mg/L的GA3浸種24h，在30℃恒溫黑暗條件下催芽8d，發(fā)芽率可接近80%。張凡、閆春花等[25，26]研究發(fā)現(xiàn)，適宜濃度的硒處理赤豆可以提高赤豆芽苗菜的產(chǎn)量、品質(zhì)和保護(hù)酶的活性。

李揚(yáng)等[27]對(duì)蕎麥芽苗菜不同生長(zhǎng)階段提取物的抗氧化作用進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)生長(zhǎng)到第10d的蕎麥芽苗菜對(duì)DPPH自由基、羥基自由基及超氧自由基的清除能力達(dá)到最高，以后幾天略有下降。郎曉娟[28]研究大豆在發(fā)芽過程中、維生素C、氨基酸及可溶性糖含量的變化，發(fā)現(xiàn)在培養(yǎng)第3d的豆芽最宜食用，測(cè)定的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值最高。紀(jì)紅等[29]對(duì)花生芽苗菜生長(zhǎng)過程中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝進(jìn)行了研究，結(jié)果顯示，花生從萌發(fā)的從第2d開始蛋白質(zhì)含量逐漸升高，第8d時(shí)達(dá)最高；脂肪含量隨發(fā)芽時(shí)間的推移逐漸在減少，第8d時(shí)達(dá)到最低值；維生素C含量從第1～5d時(shí)顯著增加，第5d時(shí)達(dá)到峰值，第5～8d逐漸降低。

1.2國(guó)外芽苗菜的研究現(xiàn)狀

植物誘導(dǎo)子和物理刺激處理種子影響著芽菜的品質(zhì)。Huang[30]等研究了證明乙烯調(diào)控在綠豆芽根系伸長(zhǎng)生長(zhǎng)和側(cè)根形成中的作用與細(xì)胞壁降解酶的木質(zhì)化相關(guān)。有研究發(fā)現(xiàn)光和茉莉酸甲酯共同作用于發(fā)芽的蘿卜苗時(shí)，可以提高其花青素的含量[31]。Yuan等[32]研究表明，蘿卜苗經(jīng)100mmol/L NaCl處理后，第5、7d中蘿卜苗異硫氰酸鹽、總芥子油苷含量，第3、5d中蘿卜苗總酚含量顯著增加。Doblado等[33]研究發(fā)現(xiàn)，高壓處理豌豆苗可以提高豌豆苗維生素C含量和總抗氧化能力，并且可以延長(zhǎng)豌豆苗的保質(zhì)期。Liu等[34]研究發(fā)現(xiàn)，綠豆芽經(jīng)100 mg/L乙烯利處理其總酚含量可達(dá)到0.594mg/g FW。Aphalo等[35]對(duì)豆芽化學(xué)成分，如血管緊張素轉(zhuǎn)換酶的抑制活性和抗氧化活性及自由基清除力進(jìn)行了測(cè)定，發(fā)現(xiàn)莧菜芽是一種潛在健康和營(yíng)養(yǎng)的天然食物。Yoo等[36]研究發(fā)現(xiàn)，冷凍干燥和熱風(fēng)干燥可以提高所選豆芽抗氧化活性。Guo等[37]研究表明，經(jīng)88mmol/L蔗糖溶液處理西蘭花苗，其蘿卜硫素、抗壞血酸和花青素含量和對(duì)照相比都有顯著性的提高。Wei等[38]研究發(fā)現(xiàn)，葡萄糖溶液處理芥藍(lán)和白菜芽苗菜，其總芥子油苷、酚類化合物、花青素含量和抗氧化力顯著的提高，而當(dāng)葡萄糖溶液處理蘿卜苗后只有花青素和抗壞血酸的含量有所增加。

2　影響芽苗菜生長(zhǎng)和品質(zhì)的主要因素及研究趨勢(shì)

2.1影響芽苗菜生長(zhǎng)和品質(zhì)的主要因素

芽苗菜是一種生長(zhǎng)周期短，生長(zhǎng)過程易于操作，目前我國(guó)芽苗菜的種植多采用的是大棚立體式種植，受外界氣候因素影響較低，因此，芽苗菜的生長(zhǎng)和品質(zhì)主要受各個(gè)階段室內(nèi)水分、溫度、空氣和光照狀況的影響較大。由第一部分可以明顯看出，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)芽苗菜營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的研究熱度逐漸呈現(xiàn)上升的變化趨勢(shì)，而研究的內(nèi)容也是圍繞影響芽苗菜營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的因素來進(jìn)行由淺到深的研究?？傮w來看，影響芽苗菜生長(zhǎng)的外部環(huán)境因素大于苗菜種子的內(nèi)部因素，其外部因素主要有種子精選的質(zhì)量、浸種時(shí)間、播種密度、淋水次數(shù)、環(huán)境溫濕度、光照情況、化學(xué)處理及采收時(shí)間等影響因素；而內(nèi)部因素主要指苗菜種子的質(zhì)量及生長(zhǎng)過程的抗逆性等種子內(nèi)部的影響因素。

2.2影響芽苗菜生長(zhǎng)和品質(zhì)的研究趨勢(shì)

近幾年，我國(guó)對(duì)芽苗菜生長(zhǎng)和品質(zhì)的研究主要集中在浸種時(shí)間、播種密度、培育溫度、采收時(shí)間、激素處理及光環(huán)境調(diào)控等方面；國(guó)外對(duì)芽苗菜次級(jí)代謝產(chǎn)物的研究較多，尤其是LED光質(zhì)對(duì)芽苗菜次級(jí)代謝產(chǎn)物的合成及基因表達(dá)的研究較為廣泛。隨著對(duì)芽苗菜栽培技術(shù)研究的不斷深入，不同種類芽苗菜較適宜的浸種時(shí)間、播種密度、培育溫度、采收時(shí)間等的確定，單靠簡(jiǎn)單的處理已不能滿足對(duì)芽苗菜營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的需求。有相關(guān)研究表明，激素在一定程度上可以提高芽苗菜的產(chǎn)量和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)，但由于芽苗菜生長(zhǎng)周期短，易導(dǎo)致化學(xué)物質(zhì)殘留，從而失去了芽苗菜作為一種綠色蔬菜的意義。光是進(jìn)行苗菜生產(chǎn)的必需環(huán)境要素，影響著芽苗菜的生長(zhǎng)和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。LED是具有發(fā)光效率高、發(fā)熱低、能耗低、壽命長(zhǎng)等特性優(yōu)點(diǎn)的新型照明光源，可促進(jìn)苗菜的安全、優(yōu)質(zhì)和低耗生產(chǎn)[39，40]，有效利用LED光環(huán)境調(diào)控是提高芽苗菜營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和節(jié)約能源的一種方式，且光調(diào)控芽苗菜生長(zhǎng)作為一種物理調(diào)控機(jī)制，避免化學(xué)物質(zhì)殘留的缺陷，因此，光環(huán)境調(diào)控在芽苗菜上的應(yīng)用越來越受到研究人員的重視，因此，LED光環(huán)境調(diào)控必將成為推進(jìn)苗菜生產(chǎn)方式改革中的必要研究?jī)?nèi)容。

3　LED在芽苗菜生產(chǎn)中的應(yīng)用及前景

3.1LED在芽苗菜上的應(yīng)用

目前，有關(guān)LED光調(diào)控在芽苗菜上的應(yīng)用已有一些報(bào)道，主要為常見的芽苗菜，如豌豆苗、蕎麥苗、香椿苗、蘿卜苗等。張立偉、劉文科、王玉潔等[41-43]研究了光質(zhì)對(duì)豌豆苗生長(zhǎng)和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，藍(lán)光處理可增加豌豆苗的維生素C、可溶性蛋白含量，紅光處理增加了豌豆苗可溶性糖和粗纖維含量，紅藍(lán)光處理促進(jìn)了豌豆苗地上部生長(zhǎng)，增加了維生素C、類胡蘿卜素和葉綠素a、b含量，白光處理的豌豆苗莖葉中花青素和類胡蘿卜素含量。張歡、張立偉、催瑾等[44-46]研究了光質(zhì)對(duì)蘿卜苗生長(zhǎng)和品質(zhì)的影響，結(jié)果表明，紅光處理顯著促進(jìn)了蘿卜芽苗菜生長(zhǎng)，增加可溶性糖、淀粉和粗纖維含量等，藍(lán)光處理增加了維生素C和蛋白質(zhì)含量等，白光處理增加蘿卜芽苗菜類黃酮和可溶性糖含量，紅藍(lán)光組合處理下，可溶性糖、淀粉含量，維生素C和蛋白質(zhì)含量有所提高。Hossen等[47]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)紅光：綠光：藍(lán)光=4：1：1處理蕎麥苗后其葒草苷、異葒草苷、牡荊苷和異牡荊苷含量最高。張立為等[48]研究發(fā)現(xiàn)，紅光處理香椿苗后其株高、鮮質(zhì)量、干質(zhì)量、可溶性糖含量均較高，藍(lán)光處理香椿苗葉綠素含量、可溶性蛋白含量較高。李慧敏等[51]研究發(fā)現(xiàn)，大葉蠶豆苗在低藍(lán)紅組合光(B∶R=15∶85)下，可溶性蛋白和維生素C的含量明顯高于對(duì)照，紅光處理對(duì)色素含量影響顯著，葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總量和類胡蘿卜素的含量在紅光下達(dá)到最大值。Pham等[49-50]研究了紅光、藍(lán)光及白光對(duì)苦蕎麥苗類胡蘿卜素積累及類胡蘿卜素生物合成基因表達(dá)的影響，結(jié)果表明，在播種8d后，白光下蕎麥苗的類胡蘿卜素的生物合成基因表現(xiàn)出較高的表達(dá)，其次還證明了T8和T10蕎麥品種在照光下類胡蘿卜素生物合成基因水平高于暗光下T8和T10蕎麥品種。Chang等[51]研究發(fā)現(xiàn)，與紅光和藍(lán)光相比，黑暗或白色熒光燈條件下生長(zhǎng)的紅花，更能有效地抑制黑色素的合成，因此，認(rèn)為紅花苗中的這種活性物質(zhì)——8-hydroxyarctigenin，可能是一個(gè)有效美白劑化妝品資源。Lee等[52]研究表明，藍(lán)色LED能夠不同程度的提高蕎麥苗酚類化合物的含量，尤其對(duì)苦蕎的作用更明顯。Thwe等[53]研究證明，藍(lán)光和白光比紅光更有利于蕎麥芽基因的表達(dá)，且紅光下生長(zhǎng)的蕎麥苗兒茶素含量在10d內(nèi)急劇增加，藍(lán)光下照射4d后蕎麥芽的蘆丁含量最高、10d后花青素(3-O-蕓香糖苷)含量最高，由此藍(lán)色LED燈被推薦為可以提高蕎麥苗酚類化合物的光源。Maeda等[54]研究了補(bǔ)光對(duì)花椰菜苗酚類物質(zhì)的增加和抗氧化性的影響，結(jié)果顯示，白光和紫外光結(jié)合能夠提高花椰菜多酚類含量和增加其抗氧化能力。Perez-Balibrea等[55]研究發(fā)現(xiàn)，和黑暗相比，光有利于耶菜芽維生素C、酚類化合物、芥子油苷含量等對(duì)人體健康的植物化學(xué)物質(zhì)含量的提高。Urbonaviciute等[56]研究發(fā)現(xiàn)，閃爍的光顯著的影響著綠色豆芽的新陳代謝，從而調(diào)節(jié)豆芽的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。其次，光強(qiáng)和光周期也影響著芽苗菜的生長(zhǎng)發(fā)育和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。如光強(qiáng)為3、9、15μmol/(m2·s)時(shí)黑豆芽苗菜的下胚軸直徑顯著增加；光強(qiáng)為3μmol/(m2·s)時(shí)黑豆芽苗菜的維生素C含量顯著增加；光強(qiáng)為9μmol/(m2·s)時(shí)黑豆芽苗菜的可溶性蛋白、可溶性糖和蔗糖含量顯著增加[57]。當(dāng)光周期為12h/d時(shí)，蕎麥芽苗菜莖及葉片中蘆丁含量最高[47]。隨著光周期從0延長(zhǎng)至12h/d，油葵芽苗菜下胚軸長(zhǎng)顯著降低，子葉面積顯著增加；而隨著光周期從0延長(zhǎng)至16h/d時(shí)，芽苗菜葉綠素和類胡蘿卜素含量顯著提高；全株鮮質(zhì)量和淀粉含量在光周期為16h/d時(shí)均有顯著提高[58]?？梢?，近幾年有關(guān)光質(zhì)對(duì)芽苗菜營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)影響的報(bào)道較多，研究?jī)?nèi)容也逐漸的由簡(jiǎn)單的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)轉(zhuǎn)向?qū)θ梭w有益的功效成分的研究，但有關(guān)光強(qiáng)和光周期對(duì)芽苗菜生長(zhǎng)和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)影響的報(bào)道較少，光強(qiáng)和光周期也是衡量光環(huán)境重要的影響因素，因此，有關(guān)光強(qiáng)和光周期在芽苗菜上的應(yīng)用也必將逐漸引起人們的注意，以此來提高芽苗菜的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。

3.2應(yīng)用前景

光是植物生長(zhǎng)發(fā)育必不可少的因素，對(duì)植物的形態(tài)建成和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)至關(guān)重要。LED燈作為第四代新型照明光源，因其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)——高效節(jié)能優(yōu)質(zhì)安全，越來越受到人們的青睞，近幾年，LED燈被逐漸應(yīng)用于設(shè)施栽培中，取得了良好的效果。芽苗菜是采用一種無土栽培技術(shù)，生長(zhǎng)過程只需滿足水分、溫度和光照條件即可，操作簡(jiǎn)便，且采用立體式種植，LED燈作為一種冷光源，可近距離照射植物，有效的利用種植空間，從而降低成本，增加其經(jīng)濟(jì)效益。其次，由于芽苗菜生長(zhǎng)周期短，LED燈作為一種物理調(diào)控技術(shù)，避免了使用化學(xué)物質(zhì)的殘留問題，保證了芽苗菜食用的安全性。因此，LED燈被認(rèn)為是在芽苗菜培養(yǎng)中十分有前途的人工光源[59]?！?/p>

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(責(zé)任編輯李燕妮)

Application of LED in Sprout Production and Its Development Prospect

CHEN Ya-yun，KANG Yu-fan

(China Agricultural University，College of Agronomy and Biotechnology，Beijing 100193，China)

Because of the quality of tender sprouts，short growth cycle，not affected by seasonal factors，sprout was favored by more and more people. Using physical control means，LED could effectively improve the nutritional quality of sprouts.The research actuality at home and abroad sprouts，influencing factors and the research trends of the growth and quality of sprouts，research situation and application prospect of the LED lamp of sprouts were analyzed.

sprout；LED；light control

國(guó)家食用豆技術(shù)現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系建設(shè)專項(xiàng)資金資助(項(xiàng)目編號(hào)：nycytx-18)。

陳亞云(1987—)，女，碩士，研究方向：種子科學(xué)與工程。

康玉凡(1963—)，女，博士，教授，研究方向：種子生物學(xué)及豆類芽菜理論與技術(shù)。