LUXEON SunPlus系列绿黄光LED带来高产量高营养的绿叶蔬菜

研究显示，来自Lumileds的绿黄光、绿光及紫光LED可用以生产高产量的红叶生菜，同时可提高对人类健康有益的必需营养素的浓度。

 （Lumileds/LEDinside）

该研究由纽约州特洛伊市伦斯勒理工学院照明驱动系统和应用中心（LESA）的高级研究员Tessa Pocock博士完成。LED正迅速成为室内园艺应用的首选光源，因为其能够定制光谱以满足相关植物的成长和营养需求，这是传统园艺光源无法实现的。此外，与垂直农场和种植厂使用的荧光灯管相比，LED的寿命更长，能源效率更高，极少需要维护，且对生长环境散发的热量更少。
 
色拉作物因其营养和健康益处而非热量需求而被人们所食用。如果生长得当，它们可以成为营养物质的绝佳来源，如可帮助控制体内自由基破坏程度的抗氧化剂。在这项研究中，研究员监测并量化了叶绿素以及两种重要生物活性抗氧化剂—花青素和类胡萝卜素的浓度。类胡萝卜素是一类黄色和橙色色素，包括β-胡萝卜素（维生素A的前身）和玉米黄质及叶黄素，它们是保护视网膜免受高能辐射（如紫外线和蓝光）的黄色色素。花青素是红色、蓝色及紫色色素，其摄取量与人体健康呈正相关，可治疗视力障碍、预防神经障碍、降低心血管疾病的发病率、提高认知能力及增强抗氧化保护。以前使用市售LED的研究显示，在荧光粉转换型（PC）LED照明下成长的许多绿叶蔬菜的叶子通常大而薄，且苍白，叶绿素和花青素含量始终较低。
 
此项植物生长研究评估了Lumileds专为园艺设计的新型市售PC LED（LUXEON SunPlus 系列）与Valoya和定制直接发射RGB LED相比之下的性能表现。目的是确定最近推出的荧光粉转换型（PC）LED是否能提高红叶生菜的产量，同时使包括花青素和类胡萝卜素在内的关键营养素水平增高。研究检测了红叶生菜的产量（地上生物量）与营养质量之间的关系或平衡。
 
照明配置和方法

选择光谱光子分布以在作物水平上提供光合光子通量密度（PPFD），灯具之间具有相同的红色（600-700 nm）、蓝色（400-500 nm）及绿色（500-600 nm）波长范围（光谱比值）输出。在两个环境受控的生长箱（Adaptis 1000，Conviron）内各安装两种灯具，通过设定光程序和／或调整作物距离使 PPFD 介于 217-242 µmol/m2s 之间（Figure 1）。测量生长箱中心及生长区域某一网格内的光谱光子分布，以检查均匀性（Figure 2）。将光合有效辐射（PAR）的光谱比值设计为相同；20％蓝光（400-500 nm），20％绿光（500-600 nm 及 60％红光（600-700 nm）。但远红光区域（700-800 nm）的PPFD存在差异。在 RGB 直接照射光谱中不存在，但在 Valoya PC中为19 µmol，在 LUXEON SunPlus绿黄光 + 紫光灯具中为25µmol，在 LUXEON SunPlus 紫光 + LUXEON 3535L绿光灯具中为28µmol，在 LUXEON SunPlus 紫光灯具中为32µmol。光分析表明，光谱和 PPFD 的均匀性从生长箱一侧到另一侧平均较差，而从前到后则明显要好。安装较大的光条可改善这些均匀性的差异。光周期为16小时/天，持续14天，日/夜温度为23°C/18°C，相对湿度在50％至70％之间。植物采用改良的 Hoagland 溶液施肥。进行三项独立的重复操作，并确定光试验之间的统计差异（KruskalWallis ANOVA，SigmaPlot v11）。收割具有最大光均匀性之生长区域的样品进行测量。根据Pocock中的方法用分光光度法对花青素浓度进行定量、Lichtenthaler中的方法对类胡萝卜素和叶绿素浓度进行定量。

 
▲Figure 1：Rouxai红叶生菜在安装有LUXEON SunPlus绿黄光 + 紫光、LUXEON SunPlus紫光 + LUXEON 3535L绿光、LUXEON SunPlus紫光、Valoya及RGB灯具的Adaptis生长箱内生长14天。（Lumileds/LEDinside）

▲Figure 2：以每种光源的光子通量密度（PFD）来测量光谱光子分布。为了能够进行统一的比较，研究人员在各生长箱中心的作物水平上测量 SPD。（Lumileds/LEDinside）

产量、植物健康和抗氧化剂

通过确定在不同光照处理下生长的红叶生菜栽培品种 Rouxai 的鲜重（g）、花青素、类胡萝卜素和叶绿素浓度以及光化性来测定产量。在 LUXEON SunPlus系列绿黄光 + 紫光和LUXEON SunPlus紫光 + LUXEON 3535L绿光LED及Valoya光照条件下生长的幼苗的产量明显要高，其次是LUXEON SunPlus系列紫光 LED，再是 RGB（Figure 3）。与 LUXEON SunPlus绿黄光 + 紫光和紫光 + 绿光LED及Valoya灯具下生长的生菜相比，后两组条件下生长的生菜的鲜重偏低，这是因为缺乏远红光（700-800 nm）的输出。远红光对细胞延长和叶片尺寸有着促进作用，这是公认的事实。与在Valoya灯具下生长的Rouxai 生菜相比，LUXEON SunPlus绿黄光 + 紫光LED、紫光 + 绿光LED及RBG 光谱下生长的生菜的花青素浓度明显要高（Figure 4）。
 
类胡萝卜素的浓度不受光照处理的影响，此外，尽管并不显著，但  LUXEON SunPlus系列LED和RGB LED下生长的生菜的叶绿素浓度始终高于 Valoya 条件下生长的生菜（Figure 5 和Figure 6）。植物健康可以通过使用脉冲调幅叶绿素荧光仪的叶绿素荧光技术来测量 （PAM 2500, Walz, DE）。植物健康（FV/FM）、植物光转换（Y(II)）及光保护 （NPQ）的效率在健康范围内，这表明，在这些研究中，光合作用（Figure 7）过程没有压力。植物适应所有光源。

▲Figure 3：生长14天后，使用LUXEON SunPlus绿黄光 + 紫光、Valoya和LUXEON SunPlus紫光 + LUXEON 3535L绿光灯具的生长箱内的红叶生菜产量（鲜重）最高。（Lumileds/LEDinside）

▲Figure 4：LUXEON SunPlus绿黄光 + 紫光和紫光 + 绿光LED光照条件下生长的红叶生菜的花青素浓度最高。（Lumileds/LEDinside）

 
▲Figure 5：所有LED光照处理均对类胡萝卜素浓度有促进作用。（Lumileds/LEDinside）

▲Figure 6：RGB和LUXEON SunPlus系列LED光照条件下生长的生菜的叶绿素浓度最高。（Lumileds/LEDinside）

 
▲Figure 7：光化学结果表明，使用所有光源均可实现良好的植物健康 （Fv/Fm ）、有效的光化学作用 Y(II)及光保护机制（NPQ）。（Lumileds/LEDinside）

结论

绿叶蔬菜具备丰富的营养价值，是日常食用的理想作物。这项研究表明，在特定LED光谱条件下生长的红叶生菜Rouxai有着明显较高的产量及更高浓度的花青素和类胡萝卜素。
 
LUXEON SunPlus绿黄光 + 紫光LED在产量（鲜重）和抗氧化剂含量方面表现最佳。这种光源的光谱包括远红光（700-800 nm）范围波长的输出，可以提高生菜产量。Valoya PC LED条件下产生的绿叶产量相当，但从统计上看，抗氧化剂的含量较低，表明磷光体下转换的光谱光子分布可能对作物质量有不同影响。总之，这些数据表明，使用 LUXEON SunPlus绿黄光 + 紫光LED组合中具有强皇家蓝光、绿光、深红光及远红光组件的PC LED可最佳化植物的生长和营养。
 
在产量（鲜重）和营养浓度方面均表现优异的光谱为LUXEON SunPlus 系列绿黄光 + 紫光及紫光 + 绿光LED。要在室内环境中有效栽培Rouxai红叶生菜和类似作物，使用LUXEON SunPlus系列绿黄光 + 紫光及紫光 + 绿光LED可带来明显优势。



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