CN103222420A - 一种基于led节能光源的小青菜室内栽培技术 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于LED节能光源的小青菜室内栽培技术，属于生物技术领域。小青菜种子用清水浸泡4～8小时，在基质Ⅰ中育苗，环境条件如下：自然光照条件下，温度20±2℃，光周期12h·d^-1，相对湿度控制在70%～90%；待第2片真叶完全展开时，选取形态长势一致的幼苗移栽入基质Ⅱ中，进行LED光源处理，每天用霍格兰德营养液进行浇灌，光照下培养30天，白天温度20～25℃，夜晚15～18℃，光周期12h·d^-1，相对湿度控制在70%～90%。本发明具有操作简单、植株生长快速健壮，节省能源环保等优点，实际应用价值高。

Description

一种基于LED节能光源的小青菜室内栽培技术

技术领域

本发明属于生物技术领域，涉及一种小青菜室内栽培技术，具体涉及一种基于LED节能光源的小青菜室内栽培技术。

背景技术

光是植物生长发育的最重要的环境因子之一。太阳光的光谱范围在300～2600 nm之间，其中波长为390～760 nm之间的光（即可见光）是太阳辐射光谱中具有生理活性的波段，称为光合有效辐射。植物生长所需的光合有效辐射在波长400～700 nm之间，其中在蓝紫光区（430～450nm）和红光区（640～660 nm）光合效率最高。

与传统光源相比，半导体新型光源LED（light emitting diodes）具有很多优点：冷光源、质量和体积小、寿命长、光质纯、光效高、波长类型丰富，与植物光合作用和形态建成的光谱范围吻合。通过调节LED频率和占空比可以节省能源和提高光合效率。用于植物栽培光源的LED表现以下优势：LED光输出半宽窄，接近单色光，单独使用或组合使用均可；使用LED可以集中特定波长的光均衡地照射作物，不仅可以调节作物开花与结实，而且还能控制株高和植物的营养成分；LED光源属于冷光源，发热少，实现了低热负荷，可以置于离植物很近的地方而不会把作物烤伤，光的利用率很高，可用于多层栽培立体组合系统；LED形状极小，可以制备成多种形状的器件，占用空间很小，安装方便，使植物生产设施小型化。

小青菜（Brassica campestris L. ssp.chinensis）属十字花科芸薹属芸薹种，俗称小白菜、油菜等，原产于中国，是我国人民日常生活中的重要蔬菜。小青菜营养丰富，种类和品种繁多，生长期短，高产、省工。但是在夏季，由于高温、高湿、高光和虫害的影响，小青菜栽培品质差，产量不稳定，病虫害严重。

近年来，随着经济建设的发展，可用耕地面积日益减少。采用工厂化生产和立体栽培模式可以满足土地资源缺乏地区的作物生产需求。近几年，中国的设施农业的迅速发展，国内也开始探索和发展叶菜工厂化栽培模式。植物工厂是一种资源集约型的植物生产模式，可以大幅提高单位土地的利用率、产出率和经济效益。植物工厂受自然条件影响小，植物生产计划性强，生产周期短，自动化程度高，可以在各种资源（耕地、水、气候、环境等）限制的环境条件下保障食物供给和食品安全。如何合理调控设施光环境是设施生产中迫切需要解决的实际问题，这需要相关的应用基础研究提供理论支持。

本方法探索了小青菜室内栽培技术，建立了完整可行的试验方法，操作步骤简单，试验效果稳定、清楚，因此无论是在科研、检测以及学生试验中都能得到很好的应用。

发明内容

本发明的目的在于合理调控设施光环境，提供了一种基于LED节能光源的小青菜室内栽培技术。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种基于LED节能光源的小青菜室内栽培技术，包括以下步骤：

(1) 幼苗的制备：小青菜种子放入清水中浸泡4～8小时，放入基质Ⅰ中育苗，环境条件如下：自然光照条件下，温度20±2℃，光周期12h·d^-1，相对湿度控制在70%～90%；

(2) LED光源处理：待小青菜第2片真叶完全展开时，选取形态长势一致的幼苗移栽入基质Ⅱ中，进行LED光源处理，每天用霍格兰德营养液进行浇灌，光照下培养30天，白天温度20～25℃，夜晚15～18℃，光周期12h·d^-1，相对湿度控制在70%～90%。

步骤(2)中，所述的光源处理为单色黄光(Y)、单色绿光(G)、单色红光(R)或单色蓝光(B)的一种或两种组合，优选为单色蓝光或红蓝组合，更优选为红蓝组合4:1(RB=4:1)。

步骤(2)中，每天浇灌80ml霍格兰德营养液。

本发明所述的LED光源是由发光二极管灯和驱动调节器来控制光强和电流。可以根据不同的光源要求调节灯的组成。

本发明所述的基质Ⅰ为草炭+蛭石+珍珠岩3V∶1V∶1V，所述的基质Ⅱ为草炭+蛭石+珍珠岩1V∶1V∶1V。

和现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明提供了一种对小青菜室内栽培的控制技术，本发明的光源控制技术具有以下优点：1) 操作简单，效果好；2）节省能源环保；3）植株生长快速、健壮。本发明方法和结果为开展与小青菜室内栽培有关的生物学研究和开发提供了新的途径和依据。

附图说明

图1，不同LED光源处理下小青菜的质量和能效指标。

图2，不同LED光源处理下小青菜的根系活力。

图3，不同LED光源处理下小青菜的净光合速率。

图4，不同LED光源处理下小青菜的叶绿体超微结构，图4中，A:镝灯，B: 单色黄光，C: 单色绿光，D: 单色红光，E: 单色蓝光，F:红蓝组合4:1。

图5，不同LED光源处理下小青菜的糖类含量。

图6，不同LED光源处理下小青菜的粗蛋白含量。

图7，不同LED光源处理下小青菜的维生素C含量。

图8，不同LED光源处理下小青菜的硝酸盐含量。

图9，不同LED光源处理下小青菜的硝酸还原酶活性。

具体实施方式

下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法，所述百分含量如无特别说明均为体积百分含量。

1、首先用本发明的方法对小青菜特矮青（生产用种）进行发光二极管光处理，包括以下两步骤：

(1) 幼苗的制备：小青菜种子在清水中浸泡4～8小时，放入装满基质Ⅰ(草炭+蛭石+珍珠岩3V∶1V∶1V)的穴盘中育苗，环境条件如下：自然光照条件下，温度 20±2℃，光周期12h·d^-1，相对湿度控制在70%～90%；

(2) LED光源处理：待小青菜第2片真叶完全展开时，选取形态长势一致的幼苗移栽入基质Ⅱ中，基质Ⅱ为草炭+蛭石+珍珠岩1V∶1V∶1V，进行不同LED光源处理，幼苗每天用霍格兰德营养液进行浇灌，每钵浇80ml营养液；分别置于镝灯(对照CK)、单色黄光(Y)、单色绿光(G)、单色红光(R)、单色蓝光(B)、红蓝组合4:1(RB=4:1)光照下培养30天，白天温度20～25℃，夜晚15～18℃，光周期12h·d^-1，相对湿度控制在70%～90%。

2、光源：所述LED光源是由发光二极管灯和一个驱动调节器来控制光强和电流。可以根据不同的光源要求调节灯的组成。

3处理效果：

3.1 不同光源处理对小青菜植株形态的影响

见表1，红光LED处理的显著增加小青菜地上部株高；蓝光LED处理和红蓝组合4:1 LED显著抑制株高。蓝光LED处理下叶片叶面积显著高于其他处理，红蓝组合4:1 LED次之。红蓝组合4:1 LED处理下植株叶片数最大、比叶重最大、叶片质量比例最高。结果说明，红蓝组合4:1处理下植株生长最快速和健壮。

3.2 不同光源处理对小青菜生物量的影响

见图1，小青菜植株鲜样质量和干样质量在红蓝组合4:1 LED处理下最大，其数量是镝灯对照的两倍之多；并且红蓝组合4:1 LED处理下能效最高，表明红蓝组合光处理下小青菜植株能更加高效的利用光能，小青菜产量提高，经济效益增加。

3.3 不同光源处理对小青菜根系活力的影响

见图2，小青菜根系活力在红光LED下最大，红蓝组合4:1 LED下次之，蓝光LED和CK没有显著性差异。因此，红光LED有利于提高小青菜的根系活力。

3.4 不同光源处理对小青菜光合器官发育和光合作用的影响

见图3、图4和表2，红蓝组合4:1 LED处理下小青菜光合机构发育较好：栅栏组织和海绵组织细胞增厚增加；叶绿体片层结构发达，基粒片层明显增厚，排列紧凑。蓝光LED和红蓝组合4: 1 LED处理下，小青菜净光合速率较高，生长代谢旺盛。

3.5 不同光源处理对小青菜品质的影响

见图5，蓝光LED处理下小青菜可溶性塘、蔗糖、淀粉含量最高。见图6和图7，蓝光LED及红蓝组合4:1 LED都可以提高小青菜叶片中粗蛋白和维生素C的含量。见图8和图9，红蓝组合4:1 LED处理下硝酸盐含量最低，硝酸还原酶(NR)活性含量最高，红蓝组合光可以通过提高酶活来抑制硝酸盐的含量，促进硝酸盐最终转化合成蛋白质；其它光处理硝酸盐含量也都明显小于对照。以上结果说明，红蓝组合4:1 LED可以明显改善小青菜的品质。

3.6 不同光源处理小青菜的效果

红蓝组合4:1LED处理下，小青菜的叶片大而厚，发育良好，光合能力强，植株生长健壮；可溶性糖、蔗糖、淀粉、可溶性蛋白、粗蛋白和维生素C等营养物质含量较高，硝酸盐含量最低，安全品质高。总之，红蓝组合4:1 LED处理下，小青菜植株生长快速、健壮，各项生理生化指标基本都要高于室内光源镝灯处理，因此，红蓝组合4:1 LED可以作为小青菜室内栽培系统的替代光源。红蓝LED组合光源，可以综合红光和蓝光的优点，弥补单色光的缺点，可以作为小青菜栽培及生产的首选光源。

表1 不同LED光源对小青菜形态的影响

表2 不同LED光源对小青菜叶片解剖结构的影响

Claims (7)

1.一种基于LED节能光源的小青菜室内栽培技术，其特征在于包括以下步骤：

(1) 幼苗的制备：小青菜种子放入清水中浸泡4～8小时，放入基质Ⅰ中育苗，环境条件如下：自然光照条件下，温度20±2℃，光周期12h·d^-1，相对湿度控制在70%～90%；

(2) LED光源处理：待小青菜第2片真叶完全展开时，选取形态长势一致的幼苗移栽入基质Ⅱ中，进行LED光源处理，每天用霍格兰德营养液进行浇灌，光照下培养30天，白天温度20～25℃，夜晚15～18℃，光周期12h·d^-1，相对湿度控制在70%～90%。

2.根据权利要求1所述的基于LED节能光源的小青菜室内栽培技术，其特征在于步骤(2)中，所述的光源处理为单色黄光、单色绿光、单色红光或单色蓝光的一种或两种组合。

3.根据权利要求2所述的基于LED节能光源的小青菜室内栽培技术，其特征在于所述的光源处理为单色蓝光或红蓝组合。

4.根据权利要求3所述的基于LED节能光源的小青菜室内栽培技术，其特征在于所述的光源处理为红蓝组合4:1。

5.根据权利要求1所述的基于LED节能光源的小青菜室内栽培技术，其特征在于步骤(2)中，每天浇灌80ml霍格兰德营养液。

6.根据权利要求1所述的基于LED节能光源的小青菜室内栽培技术，其特征在于所述的LED光源是由发光二极管灯和驱动调节器来控制光强和电流。

7.根据权利要求1所述的基于LED节能光源的小青菜室内栽培技术，其特征在于所述的基质Ⅰ为草炭+蛭石+珍珠岩3V∶1V∶1V，所述的基质Ⅱ为草炭+蛭石+珍珠岩1V∶1V∶1V。

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