作者：来自南中国农业大学园艺学院的Yamin Li和Houcheng Liu等

文章资料来源：温室园艺

设施园艺设施的类型主要包括塑料温室，太阳能温室，多跨度的温室和植物工厂。由于设施建筑物在一定程度上阻止了自然光源，因此室内光线不足，进而降低农作物的产量和质量。因此，补充光在该设施的高质量和高收益作物中起着必不可少的作用，但它也已成为设施中能源消耗和运营成本增加的主要因素。

长期以来，设施园艺领域中使用的人造光源主要包括高压钠灯，荧光灯，金属卤素灯，白炽灯等。突出的缺点是高热量产量，高能源消耗和高运营成本。新一代发光二极管（LED）的发展使得在设施园艺领域使用低能人造光源是可能的。 LED具有高光电转换效率，DC功率，少量，长寿命，低能消耗，固定波长，低热辐射和环境保护的优势。与目前常用的高压钠灯和荧光灯相比，LED不仅可以根据植物生长的需求调整光的数量和质量（各种带光的比例），并且可以在近距离照射植物因此，可以提高栽培层和空间利用率的数量，并且可以实现无法用传统光源代替的能源节能，环境保护和空间有效利用的功能。

基于这些优势，LED已成功用于设施园艺照明，可控环境的基础研究，植物组织培养，植物工厂幼苗和航空航天生态系统。近年来，LED增长照明的性能正在改善，价格正在下降，并且各种具有特定波长的产品正在逐渐开发，因此其在农业和生物学领域的应用将更广泛。

本文总结了LED在设施园艺领域的研究状态，重点是在光生物学基础中使用LED补充光，LED在植物光中生长光，营养质量以及延迟衰老的效果，建设和应用的效果光公式以及LED补充光技术的当前问题和前景的分析和前景。

LED补充灯对园艺作物生长的影响

光对植物生长和发育的调节作用包括种子发芽，茎的伸长，叶子和根发育，光子主义，叶绿素合成和分解以及花诱导。设施中的照明环境元素包括光强度，光周期和光谱分布。这些元素可以通过人造光补充来调整，而不会限制天气条件。

目前，植物中至少有三种类型的光感受器：植物色素（吸收红光和远红光），加密色素（吸收蓝光和近距离紫外线）以及UV-A和UV-B。使用特定的波长光源来照射作物可以提高植物的光合作用效率，加速光形态发生并促进植物的生长和发育。植物光合作用中使用了红色的橙色光（610〜720 nm）和蓝色紫色（400〜510 nm）。使用LED技术，可以按照最强的叶绿素吸收带辐射单色光（例如具有660nm峰的红光，具有450nm峰的蓝光，峰等），光谱域宽度仅为±20 nm。

目前认为，红橙色的光将显着加速植物的发展，促进干物质的积累，鳞茎，块茎，叶片鳞茎和其他植物器官的形成，使植物更早地盛开和搭配水果，并发挥作用在植物颜色增强中的主要作用；蓝色和紫罗兰色的光可以控制植物叶的光质主义，促进气孔开口和叶绿体运动，抑制茎的伸长，防止植物延长，延迟植物开花并促进营养器官的生长；红色和蓝色LED的组合可以补偿两者的单一颜色的不足光，并形成光谱吸收峰，这基本上与作物光合作用和形态相一致。光能利用率可以达到80％至90％，节能效果很明显。

设施园艺中配备LED补充灯可以实现非常显着的生产增加。研究表明，在300μmol/（m²·s）LED条和LED管的补充光中，水果的数量，每种樱桃番茄的总产量和重量为12h（8：00-20：00）显着增加。 LED带的补充光分别增加了42.67％，66.89％和16.97％，LED管的补充光分别增加了48.91％，94.86％和30.86％。在整个生长期间，LED生长照明固定装置的LED补充光（红色和蓝光的比例为3：2，光强度为300μmol/（m²·S）]可以显着提高单个水果的质量和产量Chiehwa和茄子的单位区域。 Chikuquan增加了5.3％和15.6％，茄子增加了7.6％和7.8％。通过LED光质量及其整个增长期的强度和持续时间，可以缩短植物生长周期，可以改善农产品的商业产量，营养质量和形态学价值，并且高效，节能和节省能量，可以实现智能生产园艺作物。

LED补充光在蔬菜幼苗种植中的应用

通过LED光源调节植物形态以及生长和发展是温室种植领域的重要技术。较高的植物可以通过光感受器系统（例如植物色素，密码色素和光感受器）感知并接收光信号，并通过细胞内信使进行形态学变化，以调节植物组织和器官。显微形态发生意味着植物依靠光来控制细胞分化，结构和功能变化，以及组织和器官的形成，包括对某些种子发芽的影响，促进顶端优势，抑制横向芽的生长，茎延长和向上主义。

蔬菜种植是设施农业的重要组成部分。连续下雨的天气会导致设施的光线不足，并且幼苗容易延长，这将影响蔬菜的生长，花芽分化和水果的发育，并最终影响其产量和质量。在生产中，某些植物生长调节剂，例如吉布雷素，生长素，紫杉醇和chlormequat，用于调节幼苗的生长。但是，不合理的使用植物生长调节器可以轻松污染蔬菜和设施的环境，人类健康是不利的。

LED补充光具有补充光的许多独特优势，它是使用LED补充光升起幼苗的可行方式。在LED补充光中[25±5μmol/（m²·s）]在低光的条件下进行的实验[0〜35μmol/（m²·s）]，发现绿光促进了延伸和生长黄瓜幼苗。红光和蓝光抑制幼苗的生长。与自然弱光相比，补充红光和蓝光的幼苗的强幼苗指数分别增加了151.26％和237.98％。与单色光质量相比，强幼苗的指数在复合光补充光的处理下包含红色和蓝色成分增加了304.46％。

将红光添加到黄瓜幼苗中可以增加真正的叶子，叶子面积，植物高度，茎直径，干燥和新鲜质量，较强的幼苗指数，根活力，草皮活性和可溶性蛋白质的蛋白质蛋白质含量。补充UV-B可以增加黄瓜幼苗叶片中叶绿素A，叶绿素B和类胡萝卜素的含量。与自然光相比，补充红色和蓝色LED光可以显着增加叶片面积，干物质质量和番茄幼苗的较强幼苗指数。补充LED红光和绿光可显着增加番茄幼苗的高度和茎厚度。 LED绿光补充剂处理可以显着增加黄瓜和番茄幼苗的生物量，并且幼苗的新鲜和干重随着绿光补充浅色强度的增加而增加，而番茄厚的茎和浓稠的幼苗指数幼苗都遵循绿灯补充灯。强度的增加。 LED红色和蓝光的组合可以增加茎厚度，叶片面积，整个植物的干重，芽比和茄子的强幼苗指数。与白光相比，LED红光可以增加卷心菜幼苗的生物量，并促进卷心菜幼苗的伸长生长和叶片膨胀。 LED蓝光促进了卷心菜幼苗的浓厚生长，干物质积累和强幼苗指数，并使卷心菜幼苗矮矮。以上结果表明，用光调节技术种植的蔬菜幼苗的优势非常明显。

LED补充灯对水果和蔬菜的营养质量的影响

水果和蔬菜中含有的蛋白质，糖，有机酸和维生素是对人类健康有益的营养材料。光质量可以通过调节VC合成和分解酶的活性来影响植物中的VC含量，并且可以调节园艺植物中蛋白质代谢和碳水化合物的积累。红光促进碳水化合物的积累，蓝光处理对蛋白质的形成有益，而红色和蓝光的组合可以改善植物的营养质量明显高于单色光的植物。

添加红色或蓝色的LED光可以减少生菜中的硝酸盐含量，添加蓝色或绿色的LED光可以促进可溶性糖在生菜中的积累，而添加红外LED光有利于VC在生菜中的积累。结果表明，蓝光的补充可以改善番茄的VC含量和可溶性蛋白质含量。红光和红蓝色的混合光可以促进番茄果实的糖和酸含量，而糖与酸的比率最高，在红蓝色的混合光下。红色蓝色组合的光可以改善黄瓜水果的VC含量。

苯酚，类黄酮，花青素和蔬菜中的其他物质不仅对水果和蔬菜的颜色，风味和商品价值具有重要影响，而且还具有天然的抗氧化活性，并且可以有效地抑制或去除人体的自由基。

使用LED蓝光来补充光可以将茄子皮肤的花青素含量显着增加73.6％，而使用LED红光和红色和蓝光的组合可以增加类黄酮和总苯酚的含量。蓝光可以促进番茄水果中番茄红素，类黄酮和花色苷的积累。红色和蓝光的结合在一定程度上促进了花青素的产生，但抑制了类黄酮的合成。与白光处理相比，红光处理可以显着增加生菜芽的花青素含量，但蓝光处理的花色苷含量最低。在白光，红蓝色的浅色和蓝光处理下，绿叶，紫色叶和红叶生菜的总苯酚含量更高，但在红光处理下是最低的。补充LED紫外线或橙色光可以增加生菜叶中酚类化合物的含量，同时补充绿光可以增加花青素的含量。因此，使用LED生长光是调节设施园艺种植中水果和蔬菜营养质量的有效方法。

LED补充光对植物抗衰老的影响

叶绿素降解，植物衰老期间的快速蛋白质丢失和RNA水解主要表现为叶片衰老。叶绿体对外部光明环境的变化非常敏感，尤其是受光质量影响。红光，蓝光和红蓝色组合的光有利于叶绿体形态发生，蓝光有利于叶绿体中淀粉颗粒的积累，红光和远红光对叶绿体发育产生负面影响。蓝光，红色和蓝光的结合可以促进黄瓜幼苗叶片中叶绿素的合成，红色和蓝光的组合也可以延迟后期叶绿素含量的衰减。随着红光比的降低和蓝光比的增加，这种效果更为明显。 LED红色和蓝色组合光处理下的黄瓜幼苗叶子的叶绿素含量明显高于荧光灯控制和单色红色和蓝色光处理。 LED蓝光可以显着增加Wutacai和绿色大蒜幼苗的叶绿素A/B值。

在衰老过程中，有细胞分裂素（CTK），生长素（IAA），脱甲酸含量变化（ABA）和各种酶活性变化。植物激素的含量很容易受到光环境的影响。不同的光质对植物激素具有不同的调节作用，光信号转导途径的初始步骤涉及细胞分裂素。

CTK促进叶片细胞的膨胀，增强叶片光合作用，同时抑制核糖核酸酶，脱氧核糖核酸酶酶和蛋白酶的活性，并延迟核酸，蛋白质和叶绿素的降解，因此可以显着延迟叶片衰老。光和CTK介导的发育调控之间存在相互作用，光可以刺激内源性细胞分裂素水平的增加。当植物组织处于衰老状态时，其内源性细胞分裂素含量会降低。

IAA主要集中在剧烈生长的一部分中，在衰老的组织或器官中的含量很少。紫色的光可以增加吲哚乙酸氧化酶的活性，而低IAA水平可以抑制植物的伸长和生长。

ABA主要在衰老的叶组织，成熟的水果，种子，茎，根和其他部位形成。红色和蓝光的组合下的黄瓜和白菜的ABA含量低于白光和蓝光。

过氧化物酶（POD），超氧化物歧化酶（SOD），抗坏血酸酯过氧化物酶（APX），过氧化氢酶（CAT）是植物中更重要且与光相关的保护酶。如果植物年龄，这些酶的活性将迅速降低。

不同的光品质对植物抗氧化酶的活性具有重大影响。经过9天的红光处理，强奸幼苗的APX活性显着增加，POD活性降低。 15天的红光和蓝光后，番茄的POD活性高于白光的POD活性，分别为20.9％和11.7％。经过20天的绿光处理，番茄的豆荚活性最低，只有55.4％的白光。补充4H蓝光可以显着增加可溶性蛋白质含量，POD，SOD，APX和CAT酶的活性在幼苗阶段。另外，随着光的延长，SOD和APX的活性逐渐降低。蓝光和红光下的SOD和APX的活性缓慢降低，但总是高于白光。红光照射显着降低了茄子叶的番茄叶和IAA过氧化物酶的过氧化物酶和IAA过氧化物酶活性，但导致茄子叶的过氧化物酶活性显着增加。因此，采用合理的LED补充光策略可以有效地延迟设施园艺作物的衰老，并提高产量和质量。

LED灯配方的构建和应用

植物的生长和发育受到光质量及其不同组成比率的显着影响。光公式主要包括几个元素，例如光质量比，光强度和轻度时间。由于不同的植物对光，不同的生长和发育阶段有不同的要求，因此栽培作物需要光质量，光强度和光补充时间的最佳组合。

 ◆光谱比

与白光和单一红色和蓝光相比，LED红色和蓝光的组合对黄瓜和卷心菜幼苗的生长和发育具有全面的优势。

当红光和蓝光的比例为8：2时，植物的茎厚度，植物高度，植物干重，新鲜重量，较强的幼苗指数等显着增加，并且也有助于形成叶绿体基质和基础薄片和同化的输出很重要。

红豆芽的红色，绿色和蓝色质量的结合使用对干物质积累有益，绿灯可以促进红豆芽的干物质积累。当红色，绿色和蓝光的比率为6：2：1时，生长最为明显。红豆芽幼苗植物性下胚轴的伸长效应在8：1的红光和蓝光之比下是最好的，并且在6：3的红色和蓝色光比下，红豆芽甘蓝伸长率显然被抑制了，但是可溶性蛋白内容最高。

当红色和蓝色光的比率为8：1时，丝瓜幼苗的强烈幼苗指数和可溶性糖含量最高。当使用6：3的红光比的光质量，叶绿素A含量，叶绿素A/B比和卢法幼苗的可溶性蛋白质含量是最高的。

当使用红色和蓝光与芹菜的3：1比率时，它可以有效地促进芹菜植物高度，叶柄长度，叶子数，干物质质量，VC含量，可溶性蛋白质含量和可溶性糖含量的增加。在番茄培养中，增加LED蓝光的比例会促进番茄红素，游离氨基酸和类黄酮的形成，并增加红光的比例，促进可滴定酸的形成。当红光和蓝光与生菜叶的比率为8：1时，它对类胡萝卜素的积累有益，并有效地减少了硝酸盐的含量并增加了VC的含量。

 ◆光强度

在弱光下生长的植物比在强光下更容易受到光抑制。番茄幼苗的净光合速率随着光强度的增加而增加[50，150，200，300，450，450，550μmol/（m²·S）]，显示出首先增加然后降低的趋势，然后在300μmol/（m²M²） ·S）达到最大值。生菜的植物高度，叶子面积，水含量和VC含量在150μmol/（m²·S）光强度处理下显着增加。在200μmol/（m²·S）光强度处理下，新鲜重量，总重量和游离氨基酸的含量显着增加，在处理300μmol/（m²·S）光强度，叶子面积，水含量下，叶绿素A，叶绿素A+B和生菜的类胡萝卜素都减少了。与黑暗相比，随着LED增长的光强度的增加[3，9，15μmol/（m²·s）]，叶绿素A，叶绿素B和叶绿素A+B的含量显着增加。 VC含量在3μmol/（m²·s）时最高，可溶性蛋白，可溶性糖和蔗糖含量最高，最高为9μmol/（m²·s）。在相同的温度条件下，随着光强度的增加[（2〜2.5）lx×103 lx，（4〜4.5）lx×103 lx，（6〜6.5）lx×103 lx]，胡椒幼苗的幼苗时间缩短，可溶性糖的含量增加，但是叶绿素A和类胡萝卜素的含量逐渐减少。

 ◆轻时光

适当延长轻度的时间可以减轻一定程度上光强度不足引起的低光压力，帮助园艺作物的光合产物积累，并达到提高产量和提高质量的效果。随着轻度时间的延长（0、4、8、12、16、20H/天），芽的VC含量逐渐增加，而游离氨基酸含量，SOD和CAT活动都显示出趋势的下降。随着轻度时间的延长（12、15、18h），中国卷心菜植物的新鲜重量大大增加。中国白菜的叶子和茎中的VC含量分别为15和12h。中国白菜叶子的可溶性蛋白质含量逐渐减少，但茎是15h后最高的。中国白菜叶的可溶性糖含量逐渐增加，而茎则最高12小时。当红光和蓝光的比例为1：2时，与12h光线相比，20h光处理会降低绿叶生菜中总苯酚和类黄酮的相对含量，但是当红光和蓝光的比率为2：1， 20H光处理显着增加了绿叶生菜中总苯酚和类黄酮的相对含量。

从上面可以看出，不同的光公式对不同农作物类型的光合作用，光态生成以及碳和氮代谢具有不同的影响。如何获得最佳的光公式，光源配置和智能控制策略的制定需要植物物种作为起点，并且应根据园艺作物的商品需求，生产目标，生产因素等的商品需求进行适当的调整在节能条件下，实现了智能控制光环境以及高质量和高产园艺作物的目标。

现有问题和前景

LED生长光的显着优势在于，它可以根据光合作用特征，形态，质量和不同植物的产量的需求来进行智能组合调整。不同类型的农作物和同一农作物的不同生长期都对光质量，光强度和光周期均具有不同的要求。这需要进一步开发和改进光配方研究，以形成巨大的光公式数据库。结合专业灯的研究和开发，可以实现LED补充灯在农业应用中的最大价值，从而更好地节省能源，提高生产效率和经济利益。 LED生长光在设施园艺中的应用显示出剧烈的活力，但是LED照明设备或设备的价格相对较高，一次性投资很大。在不同环境条件下的各种农作物的补充光需求尚不清楚，补充光谱，不合理的强度和生长光的时间将不可避免地在生长照明行业的应用中造成各种问题。

但是，随着技术的进步和改进以及LED生产成本的降低，LED补充照明将被更广泛地用于设施园艺。同时，LED补充光技术系统的发展和进步以及新能源的结合将使设施农业，家庭农业，城市农业和太空农业的快速发展，以满足人们在特殊环境中人们对栖息地的需求。