植物最为敏感的可见光波段为叶绿素a和叶绿素b的生理吸收峰值,即660nm的红光和454nm的蓝光(MeCree,1972),此波段光谱组合对生菜根系矿质元素吸收的调控尚未报道栽培基质的密度差异、基质中盐分残留及矿质养分分布不均匀等因素都可能影响到试验结果的准确性。
因此,在封闭式植物工厂中采用波峰分别为660nm和454nm的红、蓝光组合LED光源,进一步探究了组合光谱成分对生菜矿物质吸收和积累的影响,以期为植物工厂功能性蔬菜的生产及不同光配方下的营养液配方调节提供理论依据。光源与营养液分别是无土栽培蔬菜矿质养分的能量和物质来源,二者对于矿物质的吸收过程有着重要作用。
陈晓丽(2014)研究了荧光灯、8种红蓝LED复合光(峰值波长及半波宽分别为660nm和450nm)光源下水培生菜对K、P、Ca、Mg、Na、Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo的吸收情况。
陈晓丽(2013)研究表明,荧光灯发出的宽波段红光和LED发出的窄波段红光都明显促进了生菜对Fe和Cu元素的吸收,而LED光R(632nm)/B(460nm)为1:2处理下,生菜对K、P、Ca、Mg、Na、Mn、Zn、Cu、B等8种矿物质元素的累积量达到最大。陈晓丽(2014)发现,660nm单一红色光谱下7种矿质元素含量均达最大,但该光谱条件下生菜生物量最低导致一些元素的累积量反而最小,660nm和450nm红蓝组合光谱中,蓝光光量为20%时,生菜对Ca、Mg、Na、Fe、Mn、Zn、B 7种元素的累积量最大。
峰值450和660nm对应的单一或组合光谱均可增强水培生菜根对Na、Fe、Mn、Cu、Mo元素的吸收能力,且单一红光光谱的促进作用最为显著,4种元素含量分别为荧光灯全光谱下的数倍。根对K和B元素的吸收量在荧光灯全光谱下达到最大,而在红、蓝单一或组合光谱下吸收能力降低;单一蓝色光谱下根对Ca和Mg元素的吸收受到抑制,分别比荧光灯对照降低35%和33%;生菜在30%蓝光+70%红光的光谱条件下生物量最高,而在20%蓝光+80%红光条件下对Ca、Mg、Na、Fe、Mn、Z、B7种元素的累积量达到最大值。
结果的差异表明,光谱条件及栽培方式均对生菜矿质养分的吸收特性有所影响,光谱配方和营养液配方对设施蔬菜矿质品质的调控作用有助于植物工厂功能性蔬菜的研究与生产。为水培生菜光源光谱选择及营养液配方调节提供了理论依据。在660nm和450nm存在两个吸收波峰。
陈晓丽等(2015)研究了不同光谱条件对蒲公英无机元素吸收和积累的影响。结果表明,相近的光合有效辐射(PAR)条件下,单一红光及混合光有利于水培蒲公英可食生物量的积累,单一蓝光处理下可食生物量最低;峰值为660m的红光有利于蒲公英对钙、铁、锰和锌元素的吸收,铜元素含量受光谱条件的影响不明显;蒲公英地上部分对钙、钠、锰和锌4种元素的积累量均在纯红光下最高,而对其余6种元素的积累量以混合光FL+RB条件下最高。
蒲公英(Taraxacum mongolicum)是一种传统的中药材,含有蒲公英甾醇、蒲公英苦素、木脂素、皂苷、绿原酸等化学成分,具有清热解毒、消肿散结、利胆保肝等功效,同时蒲公英具有良好的口感和丰富的营养,也是人们喜食的保健蔬菜。
中药有效成分的发挥依赖于无机元素,如麻柳叶用于治疗关节炎的药效基础是Cu的水杨酸配合物,麻杏石甘汤的抗菌作用依赖于Z的甘草酸麻黄碱配合物等,药用蔬菜中的无机元素不仅是营养品质指标,也是重要的药效品质指标。光是植物生长过程中最重要的环境因子之一,光照条件影响植物的物质吸收和同化,而设施无土栽培中的水培种植模式具有营养液稳定、元素分布均匀、根系生长环境一致的特点,是研究光谱条件与无机元素关系的最佳栽培方式。