LED在芽苗菜生产中的应用及前景展望

陈亚云，康玉凡

(中国农业大学农学与生物技术学院，北京　100193)



LED在芽苗菜生产中的应用及前景展望

陈亚云，康玉凡

(中国农业大学农学与生物技术学院，北京100193)

芽苗菜因其品质柔嫩、生长周期短、不受季节等因素影响，越来越受到人们的关注和青睐。LED采用一种物理调控手段，可以有效改善芽苗菜的营养品质。本文就芽苗菜的国内外研究现状、影响芽苗菜生长和品质主要的因素及研究趋势、LED灯在芽苗菜生产中的应用及前景进行了分析。

芽苗菜；LED灯；光调控

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[1]。芽苗菜口感柔嫩且富含营养物质，中国绿色食品中心把它认定为标准绿色食品[2]。目前，我国市场上常见的芽苗菜种类有黄豆芽、绿豆芽、香椿苗、豌豆苗、山黧豆苗、萝卜苗、荞麦苗等20种，国外研究较多的有黄豆芽、绿豆芽、荞麦苗、苜蓿苗、椰菜芽等芽苗菜种类。

1　国内外芽苗菜的研究现状

1.1国内芽苗菜的研究现状

苗菜是作物种子在一定的环境条件下经种子萌发而形成的芽体，其生长和品质受到种子自身和外界培育环境的影响，目前我国对芽苗菜的研究主要集中在种子特性、栽培条件(浸种时间、播种密度、培育温度、光条件、采收时间)和外界化学物质诱导等方面。

1.1.1种子特性种子特性对芽苗菜的生长和品质有很大的影响，李振华等[3]研究大豆籽粒大小差异对豆芽营养品质的影响发现大豆百粒质量与豆芽可溶性糖含量呈显著正相关，与大豆粗蛋白含量和粗脂肪含量呈极显著负相关，综合产量和品质应选择百粒质量在10.0～10.9g的中小粒大豆作为芽菜品种更适。李振华等[4-6]有相关研究豆芽产出量与百粒重呈极显著负相关，与豆芽下胚轴长呈极显著正相关。王爽等[7]研究发现，萝卜芽苗菜的生长和品质在不同品种间存在显著差异；绿皮萝卜和红皮萝卜品种在生长和营养品质上优于白皮萝卜‘浙大长’。徐娜等[8]采用外源锌处理大豆种子，发现10μg/mL的外源锌浸种有利于大豆芽对锌的积累。霍玉芹等[9]研究发现水的硬度值为26度，pH值为6.0的处理液处理绿豆种子，其发芽率、发芽势、发芽指数、芽苗菜平均株高和生物产量均较高。

1.1.2栽培条件芽苗菜的栽培环境影响着芽苗菜的生产和营养品质。现在完善的苗菜基本生产工艺流程包括：种子精选、种子清洗、浸种、催芽、栽培管理、收获等过程，其中播种密度、浸种时间、栽培温度、采收时间及激素处理等都会影响芽苗菜的产量和品质。张余洋等[10]研究发现，豌豆芽苗菜在播种密度为2.4kg/m2、浸种24h、温度20～25℃左右、培养8d后采收的经济产率和品质最佳；萝卜芽苗菜在播种密度为0.5kg/m2、浸种6h、温度25℃左右、培养7d后采收的经济产率和品质较为理想。刘乃森等[11-13]研究发现，萝卜芽苗菜播种密度为850g/m2时产量较高；豌豆苗播种密度为2.71kg/m2时产量最优；最适浸种时间为24h。杨和连等[14，15]研究发现黑豆种子在8h的浸种时间发芽势最高；浸种7～8h的黑豆芽苗菜产量较高，7h的维生素C含量最高。杨越胜等[16]研究了浸种时间、播种密度以及采收时间对紫苏芽苗菜的生长及产量的影响，发现紫苏芽苗菜的最佳栽培条件为浸种18h，密度播种0.6kg/m2，最适采收时间为播种后第15d。李春龙等[17]研究不同温度处理和采收时间对大麦芽苗菜生产的影响，结果表明，25℃的生长温度、10d的采收时间大麦苗的产量最高。

1.1.3化学处理周庆红和扬秀坚等[18，19]研究发现，用GA3处理可以提高萝卜芽苗菜的产量和营养品质。卢凤刚[20]研究发现，60～80mg/L的硫酸亚铁水溶液浸种处理豌豆种子，可以提高其产量和营养品质。吴正景等[21]研究不同时期喷施亚硒酸钠对豌豆芽苗生长及硒含量的影响，发现亚硒酸钠对豌豆苗根系生长有促进作用，对芽苗生长具有一定的抑制作用。杨辉德等[22]研究发现二氧化碳浓度在1 200mg/L对豌豆芽苗生长效果最理想。胡选萍等[23]研究发现不同营养喷洒液对香椿芽苗生长具有显著的影响作用，喷洒液各组分中6-BA与GA3是影响香椿芽苗生长的关键效应变量。宋越冬等[24]研究发现，花椒种子经过20d左右的冷热交替处理，然后用400mg/L的GA3浸种24h，在30℃恒温黑暗条件下催芽8d，发芽率可接近80%。张凡、闫春花等[25，26]研究发现，适宜浓度的硒处理赤豆可以提高赤豆芽苗菜的产量、品质和保护酶的活性。

李扬等[27]对荞麦芽苗菜不同生长阶段提取物的抗氧化作用进行了研究，发现生长到第10d的荞麦芽苗菜对DPPH自由基、羟基自由基及超氧自由基的清除能力达到最高，以后几天略有下降。郎晓娟[28]研究大豆在发芽过程中、维生素C、氨基酸及可溶性糖含量的变化，发现在培养第3d的豆芽最宜食用，测定的营养价值最高。纪红等[29]对花生芽苗菜生长过程中营养物质代谢进行了研究，结果显示，花生从萌发的从第2d开始蛋白质含量逐渐升高，第8d时达最高；脂肪含量随发芽时间的推移逐渐在减少，第8d时达到最低值；维生素C含量从第1～5d时显著增加，第5d时达到峰值，第5～8d逐渐降低。

1.2国外芽苗菜的研究现状

植物诱导子和物理刺激处理种子影响着芽菜的品质。Huang[30]等研究了证明乙烯调控在绿豆芽根系伸长生长和侧根形成中的作用与细胞壁降解酶的木质化相关。有研究发现光和茉莉酸甲酯共同作用于发芽的萝卜苗时，可以提高其花青素的含量[31]。Yuan等[32]研究表明，萝卜苗经100mmol/L NaCl处理后，第5、7d中萝卜苗异硫氰酸盐、总芥子油苷含量，第3、5d中萝卜苗总酚含量显著增加。Doblado等[33]研究发现，高压处理豌豆苗可以提高豌豆苗维生素C含量和总抗氧化能力，并且可以延长豌豆苗的保质期。Liu等[34]研究发现，绿豆芽经100 mg/L乙烯利处理其总酚含量可达到0.594mg/g FW。Aphalo等[35]对豆芽化学成分，如血管紧张素转换酶的抑制活性和抗氧化活性及自由基清除力进行了测定，发现苋菜芽是一种潜在健康和营养的天然食物。Yoo等[36]研究发现，冷冻干燥和热风干燥可以提高所选豆芽抗氧化活性。Guo等[37]研究表明，经88mmol/L蔗糖溶液处理西兰花苗，其萝卜硫素、抗坏血酸和花青素含量和对照相比都有显著性的提高。Wei等[38]研究发现，葡萄糖溶液处理芥蓝和白菜芽苗菜，其总芥子油苷、酚类化合物、花青素含量和抗氧化力显著的提高，而当葡萄糖溶液处理萝卜苗后只有花青素和抗坏血酸的含量有所增加。

2　影响芽苗菜生长和品质的主要因素及研究趋势

2.1影响芽苗菜生长和品质的主要因素

芽苗菜是一种生长周期短，生长过程易于操作，目前我国芽苗菜的种植多采用的是大棚立体式种植，受外界气候因素影响较低，因此，芽苗菜的生长和品质主要受各个阶段室内水分、温度、空气和光照状况的影响较大。由第一部分可以明显看出，目前国内外对芽苗菜营养品质的研究热度逐渐呈现上升的变化趋势，而研究的内容也是围绕影响芽苗菜营养品质的因素来进行由浅到深的研究。总体来看，影响芽苗菜生长的外部环境因素大于苗菜种子的内部因素，其外部因素主要有种子精选的质量、浸种时间、播种密度、淋水次数、环境温湿度、光照情况、化学处理及采收时间等影响因素；而内部因素主要指苗菜种子的质量及生长过程的抗逆性等种子内部的影响因素。

2.2影响芽苗菜生长和品质的研究趋势

近几年，我国对芽苗菜生长和品质的研究主要集中在浸种时间、播种密度、培育温度、采收时间、激素处理及光环境调控等方面；国外对芽苗菜次级代谢产物的研究较多，尤其是LED光质对芽苗菜次级代谢产物的合成及基因表达的研究较为广泛。随着对芽苗菜栽培技术研究的不断深入，不同种类芽苗菜较适宜的浸种时间、播种密度、培育温度、采收时间等的确定，单靠简单的处理已不能满足对芽苗菜营养品质的需求。有相关研究表明，激素在一定程度上可以提高芽苗菜的产量和营养品质，但由于芽苗菜生长周期短，易导致化学物质残留，从而失去了芽苗菜作为一种绿色蔬菜的意义。光是进行苗菜生产的必需环境要素，影响着芽苗菜的生长和营养品质。LED是具有发光效率高、发热低、能耗低、寿命长等特性优点的新型照明光源，可促进苗菜的安全、优质和低耗生产[39，40]，有效利用LED光环境调控是提高芽苗菜营养品质和节约能源的一种方式，且光调控芽苗菜生长作为一种物理调控机制，避免化学物质残留的缺陷，因此，光环境调控在芽苗菜上的应用越来越受到研究人员的重视，因此，LED光环境调控必将成为推进苗菜生产方式改革中的必要研究内容。

3　LED在芽苗菜生产中的应用及前景

3.1LED在芽苗菜上的应用

目前，有关LED光调控在芽苗菜上的应用已有一些报道，主要为常见的芽苗菜，如豌豆苗、荞麦苗、香椿苗、萝卜苗等。张立伟、刘文科、王玉洁等[41-43]研究了光质对豌豆苗生长和营养品质的影响，结果发现，蓝光处理可增加豌豆苗的维生素C、可溶性蛋白含量，红光处理增加了豌豆苗可溶性糖和粗纤维含量，红蓝光处理促进了豌豆苗地上部生长，增加了维生素C、类胡萝卜素和叶绿素a、b含量，白光处理的豌豆苗茎叶中花青素和类胡萝卜素含量。张欢、张立伟、催瑾等[44-46]研究了光质对萝卜苗生长和品质的影响，结果表明，红光处理显著促进了萝卜芽苗菜生长，增加可溶性糖、淀粉和粗纤维含量等，蓝光处理增加了维生素C和蛋白质含量等，白光处理增加萝卜芽苗菜类黄酮和可溶性糖含量，红蓝光组合处理下，可溶性糖、淀粉含量，维生素C和蛋白质含量有所提高。Hossen等[47]研究发现，当红光：绿光：蓝光=4：1：1处理荞麦苗后其荭草苷、异荭草苷、牡荆苷和异牡荆苷含量最高。张立为等[48]研究发现，红光处理香椿苗后其株高、鲜质量、干质量、可溶性糖含量均较高，蓝光处理香椿苗叶绿素含量、可溶性蛋白含量较高。李慧敏等[51]研究发现，大叶蚕豆苗在低蓝红组合光(B∶R=15∶85)下，可溶性蛋白和维生素C的含量明显高于对照，红光处理对色素含量影响显著，叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量和类胡萝卜素的含量在红光下达到最大值。Pham等[49-50]研究了红光、蓝光及白光对苦荞麦苗类胡萝卜素积累及类胡萝卜素生物合成基因表达的影响，结果表明，在播种8d后，白光下荞麦苗的类胡萝卜素的生物合成基因表现出较高的表达，其次还证明了T8和T10荞麦品种在照光下类胡萝卜素生物合成基因水平高于暗光下T8和T10荞麦品种。Chang等[51]研究发现，与红光和蓝光相比，黑暗或白色荧光灯条件下生长的红花，更能有效地抑制黑色素的合成，因此，认为红花苗中的这种活性物质——8-hydroxyarctigenin，可能是一个有效美白剂化妆品资源。Lee等[52]研究表明，蓝色LED能够不同程度的提高荞麦苗酚类化合物的含量，尤其对苦荞的作用更明显。Thwe等[53]研究证明，蓝光和白光比红光更有利于荞麦芽基因的表达，且红光下生长的荞麦苗儿茶素含量在10d内急剧增加，蓝光下照射4d后荞麦芽的芦丁含量最高、10d后花青素(3-O-芸香糖苷)含量最高，由此蓝色LED灯被推荐为可以提高荞麦苗酚类化合物的光源。Maeda等[54]研究了补光对花椰菜苗酚类物质的增加和抗氧化性的影响，结果显示，白光和紫外光结合能够提高花椰菜多酚类含量和增加其抗氧化能力。Perez-Balibrea等[55]研究发现，和黑暗相比，光有利于耶菜芽维生素C、酚类化合物、芥子油苷含量等对人体健康的植物化学物质含量的提高。Urbonaviciute等[56]研究发现，闪烁的光显著的影响着绿色豆芽的新陈代谢，从而调节豆芽的营养品质。其次，光强和光周期也影响着芽苗菜的生长发育和营养品质。如光强为3、9、15μmol/(m2·s)时黑豆芽苗菜的下胚轴直径显著增加；光强为3μmol/(m2·s)时黑豆芽苗菜的维生素C含量显著增加；光强为9μmol/(m2·s)时黑豆芽苗菜的可溶性蛋白、可溶性糖和蔗糖含量显著增加[57]。当光周期为12h/d时，荞麦芽苗菜茎及叶片中芦丁含量最高[47]。随着光周期从0延长至12h/d，油葵芽苗菜下胚轴长显著降低，子叶面积显著增加；而随着光周期从0延长至16h/d时，芽苗菜叶绿素和类胡萝卜素含量显著提高；全株鲜质量和淀粉含量在光周期为16h/d时均有显著提高[58]。可见，近几年有关光质对芽苗菜营养品质影响的报道较多，研究内容也逐渐的由简单的营养品质转向对人体有益的功效成分的研究，但有关光强和光周期对芽苗菜生长和营养品质影响的报道较少，光强和光周期也是衡量光环境重要的影响因素，因此，有关光强和光周期在芽苗菜上的应用也必将逐渐引起人们的注意，以此来提高芽苗菜的营养品质。

3.2应用前景

光是植物生长发育必不可少的因素，对植物的形态建成和营养品质至关重要。LED灯作为第四代新型照明光源，因其独特的优点——高效节能优质安全，越来越受到人们的青睐，近几年，LED灯被逐渐应用于设施栽培中，取得了良好的效果。芽苗菜是采用一种无土栽培技术，生长过程只需满足水分、温度和光照条件即可，操作简便，且采用立体式种植，LED灯作为一种冷光源，可近距离照射植物，有效的利用种植空间，从而降低成本，增加其经济效益。其次，由于芽苗菜生长周期短，LED灯作为一种物理调控技术，避免了使用化学物质的残留问题，保证了芽苗菜食用的安全性。因此，LED灯被认为是在芽苗菜培养中十分有前途的人工光源[59]。◇

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(责任编辑李燕妮)

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

国家食用豆技术现代产业体系建设专项资金资助(项目编号：nycytx-18)。

陈亚云(1987—)，女，硕士，研究方向：种子科学与工程。

康玉凡(1963—)，女，博士，教授，研究方向：种子生物学及豆类芽菜理论与技术。