研究显示，来自 Lumileds 的绿黄光、绿光及紫光 LED 可用以生产高产量的红叶生菜，同时可提高对人类健康有益的必需营养素的浓度。
研究由纽约州特洛伊市伦斯勒理工学院照明驱动系统和应用中心 (LESA) 的高级研究员——Tessa Pocock 博士完成。
LED 正迅速成为室内园艺应用的首选光源，因为其能够定制光谱以满足相关植物的成长和营养需求——这是传统园艺光源无法实现的。此外，与垂直农场和种植厂使用的荧光灯管相比，LED 的寿命更长，能源效率更高，极少需要维护，且对生长环境散发的热量更少。
沙拉作物因其营养和健康益处而非热量需求而被人们所食用。如果生长得当，它们可以成为营养物质的绝佳来源，如可帮助控制体内自由基破坏程度的抗氧化剂。在这项研究中，研究员监测并量化了叶绿素以及两种重要生物活性抗氧化剂——花青素和类胡萝卜素的浓度。类胡萝卜素是一类黄色和橙色色素，包括 β-胡萝卜素(维生素 A 的前身)和玉米黄质及叶黄素，它们是保护视网膜免受高能辐射(如紫外线和蓝光)的黄色色素。1 花青素是红色、蓝色及紫色色素，其摄取量与人体健康呈正相关，可治疗视力障碍、预防神经障碍、降低心血管疾病的发病率、提高认知能力及增强抗氧化保护。2 以前使用市售 LED 的研究显示，在荧光粉转换型 (PC) LED 照明下成长的许多绿叶蔬菜的叶子通常大而薄，且苍白，叶绿素和花青素含量始终较低 3。
此项植物生长研究评估了 Lumileds 专为园艺设计的新型市售 PC LED(LUXEON SunPlus 系列)与 Valoya 和定制直接发射 RGB LED 相比之下的性能表现。目的是确定最近推出的荧光粉转换型 (PC) LED 是否能提高红叶生菜的产量，同时使包括花青素和类胡萝卜素在内的关键营养素水平增高。研究检测了红叶生菜的产量(地上生物量)与营养质量之间的关系或平衡。
照明配置和方法
选择光谱光子分布以在作物水平上提供光合光子通量密度 (PPFD)，灯具之间具有相同的红色 (600-700 nm)、蓝色 (400-500 nm) 及绿色 (500-600 nm) 波长范围(光谱比值)输出。在两个环境受控的生长箱(Adaptis 1000，Conviron)内各安装两种灯具，通过设定光程序和/或调整作物距离使 PPFD 介于 217-242 μmol/m2s 之间(Figure 1)。测量生长箱中心及生长区域某一网格内的光谱光子分布，以检查均匀性(Figure 2)。将光合有效辐射 (PAR) 的光谱比值设计为相同;20% 蓝光 (400-500 nm)，20% 绿光 (500-600 nm) 及 60% 红光 (600-700 nm)。但远红光区域 (700-800 nm) 的 PPFD 存在差异。在 RGB 直接照射光谱中不存在，但在 Valoya PC 中为 19 μmol，在 LUXEON SunPlus 绿黄光 + 紫光灯具中为 25 μmol，在 LUXEON SunPlus 紫光 + LUXEON 3535L 绿光灯具中为 28 μmol，在 LUXEON SunPlus 紫光灯具中为 32 μmol。光分析表明，光谱和 PPFD 的均匀性从生长箱一侧到另一侧平均较差，而从前到后则明显要好(Figure 3)。安装较大的光条可改善这些均匀性的差异。光周期为 16小时/天，持续 14 天，日/夜温度为 23°C/18°C，相对湿度在 50% 至 70% 之间。植物采用改良的 Hoagland 溶液施肥。进行三项独立的重复操作，并确定光试验之间的统计差异(KruskalWallis ANOVA，SigmaPlot v11)。收割具有最大光均匀性之生长区域的样品进行测量。根据 Pocock 中的方法用分光光度法对花青素浓度进行定量。3 根据 Lichtenthaler 中的方法对类胡萝卜素和叶绿素浓度进行定量。4
Figure 1：Rouxai 红叶生菜在安装有 LUXEON SunPlus 绿黄光 + 紫光、LUXEON SunPlus紫光 + LUXEON 3535L 绿光、LUXEON SunPlus 紫光、Valoya 及 RGB 灯具的 Adaptis 生长箱内生长 14 天。
Figure 2：以每种光源的光子通量密度 (PFD) 来测量光谱光子分布。为了能够进行统一的比较，研究人员在各生长箱中心的作物水平上测量 SPD。
Figure 3: 用生长室内的JAZ光谱仪测量的光栅. 从生长室的中心部分收成红叶生菜以确保最高的光均匀性(PFD in μmol).
产量，植物健康和抗氧化剂
通过确定在不同光照处理下生长的红叶生菜栽培品种 Rouxai 的鲜重 (g)、花青素、类胡萝卜素和叶绿素浓度以及光化性来测定产量。在 LUXEON SunPlus 系列绿黄光 + 紫光和LUXEON SunPlus 紫光 + LUXEON 3535L 绿光 LED 及 Valoya 光照条件下生长的幼苗的产量明显要高，其次是 LUXEON SunPlus 系列紫光 LED，再是 RGB(Figure 4)。与 LUXEON SunPlus 绿黄光 + 紫光和 紫光 + 绿光 LED 及 Valoya 灯具下生长的生菜相比，后两组条件下生长的生菜的鲜重偏低，这是因为缺乏远红光 (700-800 nm) 的输出。远红光对细胞延长和叶片尺寸有着促进作用，这是公认的事实。与在 Valoya 灯具下生长的 Rouxai 生菜相比，LUXEON SunPlus 绿黄光 + 紫光 LED、紫光 + 绿光LED 及 RBG 光谱下生长的生菜的花青素浓度明显要高(Figure 5)。类胡萝卜素的浓度不受光照处理的影响，此外，尽管并不显著，但 LUXEON SunPlus 系列 LED 和 RGB LED 下生长的生菜的叶绿素浓度始终高于 Valoya 条件下生长的生菜(Figure 6 和Figure 7)。植物健康可以通过使用脉冲调幅叶绿素荧光仪的叶绿素荧光技术来测量 (PAM 2500, Walz, DE)5。植物健康 (FV/FM)、植物光转换 (Y(II)) 及光保护 (NPQ) 的效率在健康范围内，这表明，在这些研究中，光合作用(Figure 8)过程没有压力。植物适应所有光源。
Figure 4：生长 14 天后，使用 LUXEON SunPlus 绿黄光 + 紫光、Valoya 和LUXEON SunPlus紫光 + LUXEON 3535L 绿光灯具的生长箱内的红叶生菜产量(鲜重)最高。
Figure 5：LUXEON SunPlus 绿黄光 + 紫光和紫光 + 绿光 LED 光照条件下生长的红叶生菜的花青素浓度最高。
Figure 6：所有 LED 光照处理均对类胡萝卜素浓度有促进作用。
Figure 7：RGB 和 LUXEON SunPlus 系列 LED 光照条件下生长的生菜的叶绿素浓度最高。
Figure 8：光化学结果表明，使用所有光源均可实现良好的植物健康 (Fv/Fm)、有效的光化学作用 Y(II) 及光保护机制 (NPQ)。
结论
绿叶蔬菜具备丰富的营养价值，是日常食用的理想作物。这项研究表明，在特定 LED 光谱条件下生长的红叶生菜 Rouxai 有着明显较高的产量及更高浓度的花青素和类胡萝卜素。
LUXEON SunPlus 绿黄光 + 紫光 LED 在产量(鲜重)和抗氧化剂含量方面表现最佳。这种光源的光谱包括远红光 (700-800 nm) 范围波长的输出，可以提高生菜产量。Valoya PC LED 条件下产生的绿叶产量相当，但从统计上看，抗氧化剂的含量较低，表明磷光体下转换的光谱光子分布可能对作物质量有不同影响。总之，这些数据表明，使用 LUXEON SunPlus 绿黄光 + 紫光 LED 组合中具有强皇家蓝光、绿光、深红光及远红光组件的 PC LED 可优化植物的生长和营养。
在产量(鲜重)和营养浓度方面均表现优异的光谱为 LUXEON SunPlus 系列绿黄光 + 紫光及紫光 + 绿光 LED。要在室内环境中有效栽培 Rouxai 红叶生菜和类似作物，使用 LUXEON SunPlus 系列绿黄光 + 紫光及紫光 + 绿光LED 可带来明显优势。
参考文献
1. Krisky N.I.,Landrum J.T. and R.A. Bone.(2003) Biologic mechanisms of the protective role of lutein and zeaxanthin in the eye. Annual Review of Nutrition. 23:171-201.
2. Lila MA. Anthocyanins and human health: An in vitro investigative approach. Journal of Biomedicine and Biotechnology 2004. 5: 305-313.
3. Pocock, T. (2015) (2015) Advanced lighting technology in controlled environment agriculture. Lighting, Research and Technology. 12/2015; DOI: 10.1177/1477153515622681.
4. Lichtenthaler, H.K. and C. Buschmann (2001) Current Protocols in Food Analytical Chemistry F4.3.1-F4.3.8.
5. Maxwell, K and G.N. Johnson (2000) Chlorophyll fluorescence -- a practical guide. Journal of Experimental Botany. 51: 659-668.
