led植物燈光譜&波長變化如何影響植物在組織培養、幼苗、營養和開花過程中的生長？

自然界的光來自太陽，太陽光譜大致可分為三部分：紫外線400nm（uv-a315-400nm、uv-b280-315nm、uv-c100-280nm）、遠紅光和紅外線光 700nm（遠紅光700-780nm，紅外光780-1000μm），光合有效輻射400-700nm（藍紫光400-500nm，綠光500-575nm，黃橙光575-620nm，紅光620-700nm）。其中，中紫外UV-B和遠紫外UV-C大部分被地球上方的臭氧層吸收，到達地面的紫外光主要是近紫外UV-A。

植物對外界光環境的一系列反應都是基於光感受器對光的吸收。主要的光感受器包括光合色素、光敏色素、隱花色素和向光素。它們在植物中各司其職，影響著植物光合作用生理、代謝生理和形態發生的方方面面。

1.1 光合色素

光合色素是光系統的基本組成部分。光合色素包括葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿蔔素。光合作用中主要負責光能接收、能量傳遞、光電轉換等光合作用過程。實驗表明，葉綠素的主要吸收波長為645-675nm，在430-459nm有次吸收峰。類胡蘿蔔素對身體的保護作用更大。在光合作用中，由於Ps II和Ps I兩個光系的存在，說明當紅光和遠紅光同時照射時，光合速率遠高於單色光的雙光增益現象。輻照。

1.2 光敏色素

光敏色素是由髮色團和載脂蛋白共價結合形成的，包括遠紅光吸收型（Pfr）和紅光吸收型（Pr）。它們主要吸收615-675nm的紅光和720-740nm的遠紅光，通過遠紅光和紅光的可逆作用來調節植物的生理活動。在植物中，光敏色素主要參與種子萌發、幼苗形成、光合系統建立、避蔭、開花時間和晝夜節律反應的調控。此外，它還在植物的抗逆生理中起調節作用。

1.3 隱花色素

隱花色素是一種藍光受體，主要吸收320-480nm的藍光和近紫外光UV-A，在375nm、420nm、450nm和480nm處有吸收峰。隱花色素主要參與植物開花的調控。此外，它還參與植物向性、氣孔開放、細胞週期、保衛細胞發育、根係發育、非生物脅迫、頂端優勢、果實和胚珠發育、程序性細胞死亡、種子休眠、病原體反應和磁場的調節。就職。

1.4 向光素

螢光素是在光敏色素和隱花色素之後發現的一種藍光受體。與黃素單核苷酸結合後可被磷酸化。可調節植物的趨光性、葉綠體運動、氣孔張開、葉片伸展，抑制葉綠素幼苗下胚軸伸長。

不同的光質或波長的光具有顯著不同的生物學效應，包括對植物的形態結構和化學成分、光合作用以及器官生長發育的不同影響。

2.1 紅光

紅光一般抑制植物的節間伸長，促進分蘗，增加葉綠素、類胡蘿蔔素、可溶性糖等物質的積累。紅光促進豌豆幼苗葉面積生長和β-胡蘿蔔素積累；生菜苗先用紅光照射，然後用近紫外光照射。研究發現，紅光可以增強抗氧化酶的活性，增加近紫外吸收色素的含量，從而減少近紫外光。紫外線傷害萵苣幼苗；草莓全光實驗發現，紅光有利於增加草莓中有機酸和總酚的含量。

2.2 藍光

藍光可以顯著縮短蔬菜的節距，促進蔬菜的橫向膨脹，減少葉面積。同時，藍光還可以促進植物次生代謝物的積累。此外，實驗發現藍光可以降低紅光對黃瓜葉片光合系統活性和光合電子傳遞能​​力的抑製作用。因此，藍光是影響光合系統活性和光合電子傳輸能力的重要因素。植物對藍光的需求存在明顯的物種差異。草莓採收後發現，470nm不同波長的藍光對花青素和總酚含量有明顯影響。

2.3 綠光

綠光一直是有爭議的光質。有學者認為，它會抑制植物的生長，造成植株矮小，降低蔬菜產量。然而，也有許多關於綠光對蔬菜的積極影響的研究。低比例的綠光可以促進生菜的生長；在紅藍光的基礎上加入24%的綠光，可以促進生菜的生長。

2.4黃光

黃光基本上會抑制植物的生長，而且由於很多研究人員將黃光融入到綠光中，所以關於黃光對植物生長發育影響的文獻很少。

2.5 紫外光

紫外線一般更表現為對生物的殺滅作用，減少植物葉面積，抑制下胚軸伸長，降低光合作用和生產力，使植物更容易受到感染。但適當補充紫外線可促進花青素和黃酮類化合物的合成。通過在採後捲心菜中添加少量UV-B促進其多酚的合成；採後UV-c處理可以減緩紅辣椒果實的膠溶、品質損失和軟化過程，從而顯著降低紅辣椒的腐敗率，延長保質期，並能促進酚類物質在紅辣椒表面的積累. 此外，紫外線和藍光會影響植物細胞的伸長和不對稱生長，從而影響植物的定向生長。UV-B 輻射導致植物矮化、葉片小而厚、葉柄短、腋枝增加以及根/冠比發生變化。

2.6 遠紅光

遠紅光一般與紅光成比例使用。由於吸收紅光和遠紅光的感光色素的結構，紅光和遠紅光對植物的影響可以相互轉換，相互抵消。當白色熒光燈作為生長室的主要光源時，用LED補充遠紅輻射（發射峰734nm），花青素、類胡蘿蔔素和葉綠素的含量降低，而鮮重、乾重、莖植物的長度、葉長和葉寬增加。補充FR對生長的影響可能是由於葉面積增加引起的光吸收增加。用低 R/FR 處理的擬南芥葉片更大更厚，生物量增加，可溶性代謝物積累更多...

3.1 LED光質對癒傷組織誘導、生長和分化的影響

3.1.1 對癒傷組織誘導的影響

癒傷組織培養是植物離體培養的重要組成部分。研究發現，100%紅光對蘭花癒傷組織的誘導率最高，紅藍光比例為3：1時癒傷組織的生長效果最好。單色紅色LED促進紅掌癒傷組織的形成，但隨著藍光比例的增加，葉癒傷組織的誘導率逐漸降低。紅光和白光促進辣椒子葉癒傷組織的誘導，而綠光和藍光則具有抑製作用。黃光有利於蘿蔔下胚軸癒傷組織的誘導，而藍光促進子葉癒傷組織的誘導。紅光顯著促進大蒜癒傷組織的誘導和增殖，而藍光對山藥癒傷組織分化的促進作用最強。黃光最有利於葡萄癒傷組織的增殖，其次是綠光。黃光有利於蘿蔔下胚軸癒傷組織的誘導，藍光有利於子葉癒傷組織的誘導，紅光有利於癒傷組織的增殖。紅光有利於文心蘭原球莖癒傷組織的誘導和增殖。唐菖蒲原球莖癒傷組織在紅光下增殖率最高。紅光下蘭花癒傷組織誘導率最高。藍光和黃光明顯促進了樺樹癒傷組織的增殖和生長。

3.1.2 對癒傷組織生長的影響

不同光質下癒傷組織的生長曲線呈“s”形，但由於植物基因型和基質添加劑的不同，不同光質對癒傷組織生長的影響是不同的。黃色 LED 促進越南人參癒傷組織的生長。紅色和藍色 LED 抑制癒傷組織的生長。其中，紅色 LED 的抑製作用最強，而綠色和白色 LED 對癒傷組織生長沒有明顯影響。不同光質對西蘭花癒傷組織增殖的影響為白光紅光、藍光綠光黃光，不同光質下癒傷組織的可溶性蛋白含量和水分含量與癒傷組織增殖有關。性別。紅光下蘿蔔癒傷組織的生長最高，而黃光對癒傷組織生長的影響最低。不添加肉桂酸時，黃光最有利於葡萄葉癒傷組織的增殖。肉桂酸與光質共同作用時，綠光最適合癒傷組織的增殖，而黃光對癒傷組織的生長作用明顯減弱。.

3.1.3 對癒傷組織芽分化的影響

光質在芽分化中起重要作用。紅光明顯促進了甘蔗癒傷組織的分化和出現。藍光下文心蘭的不定芽數最多。藍光和紅藍光均抑制萵苣外植體不定芽的分化。紅光下大蒜癒傷組織的發芽率最高，達到25%，白光次之。藍光和紅藍光混合對癒傷組織的萌發有抑製作用。其中，藍光抑製作用最強，發芽率僅為3%。. 紅光促進紅掌葉癒傷組織不定芽的誘導，而藍光更有利於不定芽數量的增加。山藥癒傷組織芽分化率在藍光下最高，紅光和白光次之，綠光和黃光較低。藍光下瑪咖癒傷組織出芽率幾乎為零。紅光和藍光有利於癒傷組織不定芽的分化，藍光通過隱花色素促進不定芽的增加，紅光通過光敏色素調節頂端優勢促進不定芽的生長。

研究發現，單色光中的紅光可以促進組培苗的增殖。與對照熒光燈相比，純紅色LED下的蝴蝶蘭單芽數明顯增加，菊花和煙草的實驗也得出了相似的結論。單一的藍光不利於組培苗的增殖。在洋桔梗和甘蔗組培苗的研究中發現，單色藍光處理下的組培苗在所有光質處理中增殖係數最低。但藍光LED能有效促進蝴蝶蘭原球莖的形成。

大量實驗證明，與單色LED相比，不同的LED組合更有利於組培苗的增殖。LED紅藍組合光比單色光更能促進甘蔗不定芽的增殖，優於熒光燈和植物生長燈。紅藍光聯合處理下高山杜鵑葉片不定芽再生效果明顯優於100%紅藍光處理。但同一物種的不同植物或不同品種在組培增殖階段對光質比的要求不同。高山杜鵑在紅藍光（3:1）處理下葉片不定芽再生效果最好

研究證明，LED單色光對組培苗生長的影響低於不同LED組合光，紅藍LED組合光能增強植物光合作用，促進植物生長發育。單顆紅光或藍光LED處理的白棕組培苗生長較差，一定比例的紅藍光LED複合光有利於促進植物生長。菊花組培苗葉在紅藍光組合光下的淨光合速率顯著高於單色紅藍光，植株鮮重和乾重均達到最大值。草莓無糖組培苗的地上乾鮮重在藍光下最小。

組培苗生長的紅藍LED最佳配比，不同植物的研究結論並不一致。日本雙蝶草莓組培苗在70%紅光+30%藍光下生長最好。但紅掌組培苗在50%紅光+50%藍光處理下的生長指標顯著高於對照。紅光（R）處理白色和組培苗生長，藍光（B）處理白色和組培苗低，複合光有利於白色和組培的生長和形態；1RB光源處理白色和組培苗可溶性糖含量顯著高於其他處理...

因此，在組培生產應用中，調整最佳紅藍比例是生產出優質組培苗的關鍵。

光質對離體植物根系誘導和生長的影響隨波長的不同而不同，光質的影響取決於植物基因型和生根物質濃度。紅光促進紅掌、蝴蝶蘭、禦花、地被菊等組培苗不定根的形成，其特點是生根快、密，藍光有明顯的抑製作用。木瓜組培苗在藍光下根長最短；紅藍混光能在一定程度上促進紅薯組培苗的生長。但單色紅光下組培苗根系形態異常，移植成活率低。藍光有助於提高後期根系的活力，促進乾物質積累，降低水分含量，防止植物玻璃化。單色紅光照射的菊花根系活力低，移栽成活率僅為75%，而紅藍光組合下移栽的組培苗全部成活。與對照相比，LED與遠紅光組合處理的蝴蝶蘭根長和根活力顯著增加。文心蘭組培苗在紅藍光組合下的根長最長，在熒光燈下的根長最短。單色紅光照射的菊花根系活力低，移栽成活率僅為75%，而紅藍光組合下移栽的組培苗全部成活。與對照相比，LED與遠紅光組合處理的蝴蝶蘭根長和根活力顯著增加。文心蘭組培苗在紅藍光組合下的根長最長，在熒光燈下的根長最短。單色紅光照射的菊花根系活力低，移栽成活率僅為75%，而紅藍光組合下移栽的組培苗全部成活。與對照相比，LED與遠紅光組合處理的蝴蝶蘭根長和根活力顯著增加。文心蘭組培苗在紅藍光組合下的根長最長，在熒光燈下的根長最短。與對照相比，LED與遠紅光組合處理的蝴蝶蘭根長和根活力顯著增加。文心蘭組培苗在紅藍光組合下的根長最長，在熒光燈下的根長最短。與對照相比，LED與遠紅光組合處理的蝴蝶蘭根長和根活力顯著增加。文心蘭組培苗在紅藍光組合下的根長最長，在熒光燈下的根長最短。

組培階段使用的LED光源會影響組培苗移栽到室外後的生長和成活。室內組培階段採用紅藍LED組合光源，可提高草莓、白棕、菊花組培苗成活率，促進移植後苗木生長。因此，對於難以生根的植物組培苗，可通過前期紅光預處理，提高生根率和根數，然後再轉成一定比例的紅光、藍光和遠光。紅光栽培促進根系生長發育，提高根系活力，從而提高組培苗移栽的適應性。

光質對植物幼苗的生長發育和光合作用有顯著影響。紅光有利於蔬菜苗莖伸長和乾物質積累。藍光有利於蛋白質的積累和抗氧化酶的活性。組合光比單一光質更有利於蔬菜幼苗的光合作用和生長。紫外線可以減少單株植物的葉面積，抑制下胚軸的伸長，降低光合作用和生產力，使植物易受病原體的侵害，但可以誘導黃酮類化合物的合成和防禦機制；它還可以顯著降低大豆的高度和乾燥度。重質和含水量對幼苗光合色素的損害會更加嚴重。藍光可抑制紅豆芽下胚軸和菸苗莖的伸長，降低相對生長速度；它對植物葉子和根的生長有著極其重要的作用。可減少葉面積，減少萵苣幼苗的葉數。有利於促進與花芽分化和成花有關的營養物質的合成。綠光不是光合作用的有效吸收光譜，但補充綠光可以與紅光和藍光協同增加色素的合成，可以顯著增加番茄幼苗的株高和莖粗，促進豌豆芽的生長。紅橙光有利於莖的生長，促進植物開花和葉綠素的形成，縮短生長周期，提高可溶性糖含量和產量。遠紅光可以增加植物的干鮮重、莖長、葉長和葉寬；但在很多情況下會抵消紅光效應，降低花青素、類胡蘿蔔素和葉綠素的含量。上午對黃瓜幼苗進行低強度藍光和紅光補光2小時，發現補光增加了幼苗鮮重、葉面積和莖粗。使用紅色LED進行夜間延時補光可以促進黃瓜幼苗早期生長，紅藍混光夜間補光可以促進黃瓜幼苗後期生長，提高苗木指標。以LED紅藍光為光源，可有效促進豇豆、苦瓜、萵苣、辣椒苗的形態發育。隨著LED紅藍光的增強，幼苗的形態指標逐漸提高，葉綠素合成逐漸增強，根系活力逐漸增強。

不同的LED光質對不同品種黃瓜、辣椒和番茄的幼苗生長有顯著且不同的影響。苗期補充紅光或紅藍光，可促進幼苗生長，有利於培育壯苗。補光可以增加番茄和辣椒中黃酮類和總酚的含量，增強抗氧化酶系統cAt和soD的活性，有助於提高植物的抗逆能力和對環境的適應能力。移栽到大田後，成熟期的生長階段、生長速度和農藝性狀均優於溫室常規苗木，葉數和莖粗的差異達到非常顯著的水平；烤煙的長寬比、單葉重、厚度、比葉重等均遠優於對照。

作為光環境的一個重要特徵，光質直接或間接影響植物激素的合成和運輸。苗期紅藍光照射可顯著促進蔬菜幼苗生長，提高壯苗指標。不同波長的光可以通過影響植物中的激素水平來調節植物節間的生長。光敏色素可以通過影響豇豆幼苗內源性 GA 水平來調節下胚軸的生長。遠紅光促進番茄和萵苣幼苗下胚軸顯著伸長，幼苗嚴重伸長。藍紫光可以增加植物生長素氧化酶的活性，通過降低植物中的生長素水平，減弱頂端優勢，增強分蘗能力，然後抑制植物節的伸長。幼苗下胚軸的伸長與不同波長的光質有關。白光和藍光可以抑制莖的伸長，而綠光顯著促進節間的伸長。外源施用IAA或GA可在一定程度上恢復被藍光抑制的萵苣幼苗下胚軸伸長，說明藍光可能通過降低萵苣幼苗內源GAs水平來抑制下胚軸伸長。但在不同的複合光質處理下，植物中各種激素的水平降低，下胚軸生長速度降低。