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采前LED红蓝光连续光照对不同光质与氮形态水培生菜生长及营养元素吸收的影响

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光谱学与光谱分析 2020年第7期40卷 2215-2221页

作者：刘文科张玉彬查凌雁塔里木大学植物科学学院新疆阿拉尔843300 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所农业农村部设施农业节能与废弃物处理重点实验室北京100081

红光和蓝光是植物进行光合作用和光形态建成的主要有效光谱,且红蓝发光二极管(LED)成为植物工厂的主流光源。为实现LED连续光照在植物工厂中的应用,探明植物对红蓝光谱连续光照的响应特征及其与栽培氮形态和LED红蓝光质的关系十分必要... 详细信息

红光和蓝光是植物进行光合作用和光形态建成的主要有效光谱,且红蓝发光二极管(LED)成为植物工厂的主流光源。为实现LED连续光照在植物工厂中的应用,探明植物对红蓝光谱连续光照的响应特征及其与栽培氮形态和LED红蓝光质的关系十分必要。在环境可控的植物工厂内,采用水培方法和ICP-AES测试技术,研究了采收前LED红蓝光连续光照(CL)对不同光质与氮形态水培生菜生长及营养元素吸收的影响。在光照强度150μmol·m^-2·s^-1下,试验设置了3种红(R)蓝(B)光质:2R∶1B(Q2∶1), 3R∶1B(Q3∶1)和4R∶1B(Q4∶1),以及2种氮形态:80%硝态氮(N80%)和100%硝态氮(N100%)。结果表明, CL前, LED光质与营养液氮形态互作处理对水培生菜的地上干重具有显著影响,对地上鲜重及根鲜干重无显著影响,对N, C, P, K, Ca, Mg, Fe, Mn, Cu, Zn的含量及积累量均无显著影响。CL后,光质与营养液氮形态互作处理对水培生菜的根鲜重与根干重有显著影响,对地上鲜干重的影响无显著差异,只对N, P的含量, N, P, Fe, Zn的积累量有显著影响。CL对水培生菜的生物量,矿质元素含量及积累量有显著影响,与CL前相比,地上鲜重,根鲜重,地上干重及根干重均显著增加;各营养元素含量均有不同程度的降低趋势,其中CL显著降低了N, P, Fe, Zn的含量,而对于C, K, Ca, Mg, Mn, Cu的含量无显著影响。CL均显著提高了N, C, P, K, Ca, Mg, Fe, Mn, Cu, Zn的积累量。综上所述, CL前, LED光质与氮形态对生菜地上干重具有显著影响,对各营养元素的含量及积累量均无显著影响。CL后, LED光质与氮形态对根鲜干重具有显著影响,对N, P的含量及N, P, Fe, Zn的积累量具有显著影响, N80%Q4∶1处理积累的量最高。与CL处理前相比,水培生菜的地上鲜重,根鲜重,地上干重及根干重均显著增加;CL显著降低了N, P, Fe, Zn的含量,显著提高了N, C, P, K, Ca, Mg, Fe, Mn, Cu, Zn的积累量。因此,栽培光氮条件N80%Q4∶1和采前LED红蓝光连续光照结合可以提高水培生菜营养元素含量。

关键词：连续光照电感耦合等离子体原子发射光谱光质生物量营养元素

采收前连续光照光质对三种供氮水平的水培生菜营养元素含量的影响

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光谱学与光谱分析 2020年第12期40卷 3884-3889页

作者：刘文科张玉彬查凌雁刘义飞塔里木大学植物科学学院新疆阿拉尔843300 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所北京100081 农业农村部设施农业节能与废弃物处理重点实验室北京100081

红蓝复合光是植物生长发育最有效的光谱组合,且红蓝光LED成为植物工厂进行水培叶菜生产的主流光源。采收前进行LED红蓝光连续光照具有增产和提高品质的作用,在植物工厂水培叶菜生产中具有应用前景。在植物工厂中应用水培方法和ICP-AES... 详细信息

红蓝复合光是植物生长发育最有效的光谱组合,且红蓝光LED成为植物工厂进行水培叶菜生产的主流光源。采收前进行LED红蓝光连续光照具有增产和提高品质的作用,在植物工厂水培叶菜生产中具有应用前景。在植物工厂中应用水培方法和ICP-AES分析技术,研究了采收前LED红蓝光连续光照(CL)光质对三种供氮水平下水培生菜干物质累积和营养元素含量和累积量的影响。在光强150μmol·m^-2·s^-1下,试验设置了8, 10和12 mmol·L^-1三种供氮水平(N8, N10和N12),并在采收前3天设计了2种红蓝光质(2R∶1B和4R∶1B)的连续光照处理,光强为150μmol·m^-2·s^-1。结果表明,增加供氮水平可促进水培生菜地上部干重增加,采收前三天红蓝光CL后生菜地上部干重增加。供氮水平对生菜N, C和P含量无显著影响,而供氮水平的增加提高了Ca和Mg含量,但K, Fe, Mn, Cu和Zn含量却随氮水平升高呈现出降低的趋势。生菜地上部中N, Ca和Mg的累积量随供氮水平的增加而提高,但C, K, P和Fe的累积量与供氮水平无关,而微量元素Mn, Cu和Zn随氮水平升高呈现降低趋势。除C以外,其他营养元素含量和累积量均受采收前三天CL红蓝光质和供氮水平的共同影响。N浓度水平N10和N12条件下,红蓝光4∶1连续光照更有利于获得较高的营养元素含量和累积量。CL处理显著提高了生菜干物质中C的含量,但降低了K, P和Fe含量,对N, Ca, Mg, Mn, Cu和Zn的含量无显著影响;CL增加了N, C, K, P, Ca和Mg的累积量,但不影响微量元素的累积量。总之,高氮肥供给有利于提高水培生菜干物质产量和Ca和Mg含量和累积量。高氮水平下辅以LED红蓝光4∶1连续光照有利于增加较高的营养元素含量和累积量。CL处理提高了生菜干物质中C的含量,增加了N, C, K, P, Ca和Mg的累积量,但对微量元素的累积量无影响。高氮肥和采收前红蓝光CL可提高多数大中量营养元素的含量与累积量。

关键词：连续光照电感耦合等离子原子光谱光质氮水平营养元素吸收

连续光照条件下LED红蓝光供光模式对紫叶生菜生长和品质的影响

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中国农业科技导报 2023年第4期25卷 77-85页

作者：邵明杰陈艳琦刘文科中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所农业农村部设施农业节能与废弃物处理重点实验室北京100081

为了探究连续光照(continuous light,CL)条件下发光二极管(light emitting diode,LED)红蓝光供光模式对紫叶生菜生长、产量和品质的影响,在环境可控的人工光植物工厂内,设置6组不同LED处理,分别为常规光照-光子通量密度(spectral photon... 详细信息

为了探究连续光照(continuous light,CL)条件下发光二极管(light emitting diode,LED)红蓝光供光模式对紫叶生菜生长、产量和品质的影响,在环境可控的人工光植物工厂内,设置6组不同LED处理,分别为常规光照-光子通量密度(spectral photon flux density,SPD)恒定(RB,16 h/8 h)、CL和SPD恒定(RB’,24 h/0 h);CL和SPD发生规律性变化(S1和S2:交错光照处理,24 h周期内分别以蓝光、红蓝光、红光的顺序交替照射1次和2次;A1和A2:交替光照处理,24 h周期内蓝光和红光分别交替照射1次和2次),其中5个CL处理之间红蓝光量子数相同,光谱光强均为200μmol·m^(-2)·s^(-1)。对不同处理模式下紫叶生菜的生长、产量和品质进行测定。结果表明,CL显著增加了生菜地上部产量,其中红蓝光交替处理下生菜地上部生物量最高,红蓝光交替和交错照射均显著增加了过氧化氢、超氧阴离子和丙二醛含量,但是并未造成严重的光氧化胁迫,且提高了抗氧化酶活性,增加了花青素和总酚含量,但同时也增加了叶片中硝酸盐的含量。综上所述,连续光照条件下红蓝光交替照射处理效果最优。

关键词：植物工厂连续光照紫叶生菜抗氧化系统

LED红蓝光连续光照对五种生菜生长、光合和叶绿素荧光特性的影响

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植物生理学报 2017年第9期53卷 1735-1741页

作者：查凌雁刘文科中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所农业部设施农业节能与废弃物处理重点实验室北京100081

在环境可控的人工光植物工厂内,以常规光照(光周期12 h/12 h、光强240μmol·m^(-2)·s^(-1),NL)为对照,研究了LED红蓝光连续光照(光周期24 h/0 h、光强240μmol·m^(-2)·s^(-1),CL)对5种水培生菜生长、光合气体交换参数和叶绿素荧光... 详细信息

在环境可控的人工光植物工厂内,以常规光照(光周期12 h/12 h、光强240μmol·m^(-2)·s^(-1),NL)为对照,研究了LED红蓝光连续光照(光周期24 h/0 h、光强240μmol·m^(-2)·s^(-1),CL)对5种水培生菜生长、光合气体交换参数和叶绿素荧光特性的影响。结果表明,与NL处理相比,CL处理15 d后5种生菜的地上部和根系干鲜重及干鲜比均显著增加。除‘紫悦’外4种生菜CL处理的茎粗、叶厚、比叶重、叶面积和叶片叶绿素含量均显著高于NL处理。除‘绿罗’外4种生菜CL处理的净光合速率相比NL显著下降。CL处理下5种生菜的气孔导度,‘大速生’和‘紫珊’的胞间CO_2浓度以及其余3种生菜的蒸腾速率均显著低于NL处理。CL处理下‘紫珊’的初始荧光(F_o)和最大荧光产量(F_m)以及‘绿罗’生菜的F_m略有降低,其余品种的F_o和F_m略有升高或无显著差异。CL处理使‘紫珊’生菜的PSII最大光化学效率(F_v/F_m)和PSII潜在光化学效率(F_v/F_o)显著降低,其余品种略有降低或无显著变化。总之,CL处理15 d能够显著促进生菜生长,但会导致光合速率的下降及不同程度的光抑制。5种生菜对CL光照适应性存在显著差异,其中‘绿罗’生菜对CL的适应性最强。

关键词： LED 连续光照光合气体交换参数叶绿素荧光生菜品种

短期连续光照下水培生菜品质指标变化及其关联性分析

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中国生态农业学报 2011年第6期19卷 1319-1323页

作者：周晚来刘文科闻婧杨其长中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所农业部农业环境与气候变化重点开放实验室北京100081 江苏省农业科学院蔬菜研究所南京210014

以温室自然光照下水培20 d的生菜为试验材料,研究其在72 h连续光照下叶片和叶柄中硝酸盐、可溶性糖及Vc含量的变化规律及其关联性。结果表明:在72 h的连续光照下,生菜叶片和叶柄中的硝酸盐含量大幅度降低,但在不同光照时期降低速度各不... 详细信息

以温室自然光照下水培20 d的生菜为试验材料,研究其在72 h连续光照下叶片和叶柄中硝酸盐、可溶性糖及Vc含量的变化规律及其关联性。结果表明:在72 h的连续光照下,生菜叶片和叶柄中的硝酸盐含量大幅度降低,但在不同光照时期降低速度各不相同,叶片和叶柄中的硝酸盐含量分别在连续光照24 h和48 h后趋向于稳定;而可溶性糖和Vc含量以近似恒定的速度快速提高,其增速在72 h后并未表现出变缓趋势。可溶性糖在叶片和叶柄中的分布无显著差异,但叶片中的Vc含量显著高于叶柄。无论是在叶片还是叶柄中,硝酸盐含量与可溶性糖及Vc含量均呈极显著负相关。短期连续光照可实现生菜低硝酸盐与高可溶性糖及Vc的统一,显著提高了生菜的综合品质。

关键词：连续光照生菜叶柄叶片硝酸盐可溶性糖维生素C

采前红蓝光连续光照光强对水培生菜生长、品质及AsA代谢的影响

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中国农业科技导报 2022年第5期24卷 76-84页

作者：刘家源张玉彬刘文科中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所农业农村部设施农业节能与废弃物处理重点实验室北京100081

为了探明采收前发光二极管(LED)红(R)蓝(B)光连续光照对生菜(Lactuca sativa)生长与抗坏血酸(ascorbic acid,AsA)代谢的影响,在密闭植物工厂内,以红蓝LED(红光∶蓝光=4∶1)为光源,在采收前对水培生菜进行强度分别为100、150、200、300和... 详细信息

为了探明采收前发光二极管(LED)红(R)蓝(B)光连续光照对生菜(Lactuca sativa)生长与抗坏血酸(ascorbic acid,AsA)代谢的影响,在密闭植物工厂内,以红蓝LED(红光∶蓝光=4∶1)为光源,在采收前对水培生菜进行强度分别为100、150、200、300和500μmol·m^(-2)·s^(-1)的72 h连续光照,研究了采前连续光照光强对水培生菜生长、品质、AsA含量和关键酶活性的影响。结果表明:从产量角度来看,随着采前连续光照光强的升高,生菜地上部的鲜重和干重升高,根的鲜重和干重升高,生菜叶面积、干物质含量均显著增加,生菜的产量也逐渐提高。从品质来看,生菜叶片中可溶性糖含量随连续光照光强的升高而升高,硝酸盐含量随光强的升高逐渐降低。采前LED连续光照处理后,随着连续光照光强的升高,生菜叶片中AsA含量逐渐升高,生菜叶片DHA含量呈先升高后降低的趋势。

关键词：生菜水培连续光照光强抗坏血酸

采收前短期连续光照降低水培生菜硝酸盐含量的效果研究

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采收前短期连续光照降低水培生菜硝酸盐含量的效果研究

作者：周晚来中国农业科学院

学位级别：硕士

硝酸盐是一种对人体健康具有潜在危害的物质,蔬菜特别是叶菜类蔬菜普遍存在硝酸盐高量累积的现象,人类在食用这些蔬菜时常伴随着硝酸盐的过量摄入,从而对人体健康造成危害。采取各种农艺措施降低蔬菜产品中硝酸盐含量,是减少硝酸盐过量... 详细信息

硝酸盐是一种对人体健康具有潜在危害的物质,蔬菜特别是叶菜类蔬菜普遍存在硝酸盐高量累积的现象,人类在食用这些蔬菜时常伴随着硝酸盐的过量摄入,从而对人体健康造成危害。采取各种农艺措施降低蔬菜产品中硝酸盐含量,是减少硝酸盐过量进入人体的重要途径。在本研究中,作者提出了“采收前短期连续光照调控”（Pre-harvest Short-term Continuous Light, PSCL）的方法,即对达到成品大小的蔬菜实施短期的不间断（24 h/d）光照以降低蔬菜中硝酸盐含量。基于设施栽培环境（玻璃温室和植物工厂）以及人工光源（荧光灯和LED）,作者首先探索了72 h连续光照下水培生菜中硝酸盐、可溶性糖及Vc含量的变化规律,然后分别探索光质和光强在采收前短期连续光照调控中对调控效果的影响,主要试验结果及结论如下:1.在短期连续光照下,水培生菜中硝酸盐含量大幅降低,而可溶性糖及Vc含量持续快速升高。72 h连续荧光灯光照下,生菜叶片中硝酸盐含量降低了2378.1 mg·kg,叶柄中降低了1569.7 mg·kg,叶片中可溶性糖及Vc含量分别增加了9.70倍和8.18倍,叶柄中则分别提高了5.30倍和7.38倍。采收前短期连续光照可以显著提高水培生菜综合品质,可作为一种高效的蔬菜品质调控措施;2.在短期连续光照的不同阶段,硝酸盐含量的降低速率各不相同,而可溶性糖及Vc含量则以近似恒定的速率快速增加。72 h连续光照下水培生菜硝酸盐含量的降低速率逐渐降低,最初24 h的降低量占到了72 h中全部降低量的50%以上,而可溶性糖和Vc含量的增加速度均比较稳定,在72 h连续光照后期并没有出现减缓的趋势。从经济的角度考虑,若仅为了降低水培生菜中的硝酸盐含量则连续光照48 h即可,若为了大幅提高其中的可溶性糖及Vc含量则可进一步延长连续光照时间;3.光质显著影响短期连续光照对水培生菜硝酸盐、可溶性糖及Vc含量的调控效果。相比红色单色光,红蓝混合光更有利于降低硝酸盐含量而提高可溶性糖含量,在R/B为4的连续光照下,硝酸盐含量最低而可溶性糖含量最高,不同R/B光照处理间硝酸盐和可溶性糖含量的相对差异不随光照时间的延长而变化。增加蓝光有利于提高Vc含量,且随着光照时间的延长这一趋势更加明显。综合看来,适用于水培生菜的短期连续光照调控的R/B为4;4.光强显著影响短期连续光照对水培生菜硝酸盐、可溶性糖及Vc含量的调控效果。在光强从50μmol·m·s增加到200μmol·m·s的过程中,水培生菜的硝酸盐降低量、可溶性糖及Vc增加量都逐步增加,但当光强超过100μmol·m·s时,增加光强对降低水培生菜硝酸盐含量以及提高Vc含量的效果的边际效益逐渐减小,故而,从经济效益的角度考虑,100μmol·m·s-150μmol·m·s是适于采收前短期连续光照调控水培生菜品质的光照强度。总的说来,采收前2-3 d的连续光照可显著降低水培生菜的硝酸盐含量而提高其可溶性糖及Vc含量,其效果受到光质及光强的显著影响。适于水培生菜的采收前短期连续光照调控的R/B为4,相应的光照强度为100μmol·m·s-150μmol·m·s,采收前短期连续光照调控对其它蔬菜的调控效果尚需进一步研究。

关键词：蔬菜品质采收前调控连续光照硝酸盐可溶性糖 Vc

连续光照及光质对水培生菜生长及营养品质的影响

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现代农业科技 2019年第16期 55-56,58页

作者：李聪聪吉家曾丁慧霞陈增举彭旭广州市八斗农业科技有限公司广东广州510700

以罗马生菜为材料,研究在不同LED光质下采前连续光照24、48、72h对生物量和营养品质的影响。结果表明,连续光照24h后,生菜叶片中硝酸盐含量大幅下降,随着连续光照时间的增加,硝酸盐含量趋于稳定。地上鲜重、可溶性糖、VC含量在连续光照... 详细信息

以罗马生菜为材料,研究在不同LED光质下采前连续光照24、48、72h对生物量和营养品质的影响。结果表明,连续光照24h后,生菜叶片中硝酸盐含量大幅下降,随着连续光照时间的增加,硝酸盐含量趋于稳定。地上鲜重、可溶性糖、VC含量在连续光照48h后增幅最大,之后趋于稳定。可溶性蛋白含量随连续光照时间的增长而轻微下降。R/B=4、连续光照48h对生菜生物量及营养品质的提高效果最好。

关键词：连续光照光质生菜营养品质

采前红蓝光连续光照光强对三种氮水平水培生菜AsA累积代谢的影响

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照明工程学报 2021年第5期32卷 158-164页

作者：刘家源刘文科中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所农业农村部设施农业节能与废弃物处理重点实验室北京100081

为了探明采前LED红蓝光连续光照光强对三种氮水平水培生菜(Lactuca sativa)AsA代谢的影响,在密闭植物工厂内,以红蓝LED(红光∶蓝光=4∶1)为光源,设置2种光强(100、150μmol·m^(-2)·s^(-1))和3种氮水平(2.5、5、7.5 mmol/L)进行水培生... 详细信息

为了探明采前LED红蓝光连续光照光强对三种氮水平水培生菜(Lactuca sativa)AsA代谢的影响,在密闭植物工厂内,以红蓝LED(红光∶蓝光=4∶1)为光源,设置2种光强(100、150μmol·m^(-2)·s^(-1))和3种氮水平(2.5、5、7.5 mmol/L)进行水培生菜培养,在采收前第3天(定植第18天)开始进行为期3天的连续光照处理(150μmol·m^(-2)·s^(-1),红光∶蓝光=4∶1)。研究了氮水平与光强对生菜AsA含量和AsA合成代谢关键酶活性的影响。结果表明,提高氮水平和光强可以提高水培生菜的AsA含量。随着氮水平的上升,DHA含量呈下降趋势。连续光照前,AsA含量的增加是由于氮水平与光强的升高提高了参与AsA再生循环系统的MDHAR酶活性。连续光照后,低氮水平低光强下生菜的AsA含量增幅相比高氮水平高光强水培生菜更高。总之,AsA含量增加是因为供氮条件与连续光照耦合处理提高了GR和DHAR的酶活性,从而促进了AsA的累积。

关键词：光强连续光照氮水平 AsA 代谢酶