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国内外科研人员在LED对植物体内功能性化学物质积累取得一定进展

发布时间:2017-11-11 浏览次数:63

     目前国内外科研人员在LED对植物体内功能性化学物质积累的影响研究方面取得了一定的进展。但笔者发现在研究过程中仍存在不少问题, 亟待澄清和解决。

  (1) 现有的文献对所用光源的定义和描述不够准确。在我们查到的几乎所有的文献中, 作者一般只用红光或者蓝光来描述, 并没有给出所用光源的中心波长, 更没有给出光源的谱线分布。这些参数对实验结果的准确性和可重复性非常重要。因为即使是同一批标称波长一样的LED光源, 每个LED灯的中心波长和谱线结构都会有所不同; 且同一个LED灯在不同的工作状态下(如不同亮度或温度), 其中心波长也会有所漂移。因此, 如果文献中没有给出当时实验条件下LED的中心波长和谱线结构, 后人就很难对这一实验进行重复, 况且即使波长差别不大的光所产生的效果有时也会有很大的不同。例如, Galdiano等(2012)的研究表明, 红光可以促进叶绿素b的合成。但由于叶绿素a和叶绿素b的峰值波长(660和643 nm)只有很小的差异,都属于红光的范围。因此, 用峰值波长为660 nm或643 nm的LED对植物进行照射所得到的叶绿素a和叶绿素b的相对含量比值有可能完全相反。因此,在实验中给出所用LED的光谱分布十分必要。


  (2)有许多作者没有给出LED的准确通量值及照射的时间长度。这2个量对植物的生长发育和功能性化学物质的积累都非常重要,且关键是有些实验在一定范围内这2个量可以互易(即通量值增加1倍时,照射时间可以减半),但另一些实验中它们又不可互易。因此,如果没有给出LED的通量值和照射时间,后人就很难重复该实验。另外, LED的通量值应该以μmol·m–2·s–1作为光合有效量子辐射的单位,而不能用其它的单位(如勒克斯等)


   (3)现有的研究多从实验的表观现象中得到结果,而没有从光与植物相互作用的机理、植物体内功能性化学物质形成的过程、不同光谱成分对植物体内功能性化学物质形成的促进作用,或不同化学成分的光谱吸收分布对此种作用的影响等方面去做深入探讨。这一方面导致实验的结果不太准确和稳定;另一方面使有些结果表面上看起来不太一致。例如, Jeong等(2012)的实验结果表明,菊花叶中的木犀草素-7-o-葡萄糖苷在绿光照射下浓度达到最大,柚(苷)配基-7-o-葡萄糖苷和芹菜苷配基-7-o-葡萄糖苷则在红光照射下浓度最大。在此研究中作者并未解释为什么葡萄糖苷的积累过程在2种不同的植物中会由不同的波长触发,这样的结果看起来有一定的随意性,今后应用起来会有难度。再如,在类胡萝卜素合成的实验中,Li和Kubota (2009)的实验结果表明,经补充的蓝光处理后,幼叶生菜中类胡萝卜素增加了12%;Tuan等(2013)的研究结果则表明,在白光照射下苦荞芽菜中类胡萝卜素的积累最丰富。文献中有不少类似的结果,如果不从植物内部作用的机理及定量的光照等方面去研究就很难得出具有说服力的结论。


  (4)由于缺乏对所用光源光谱分布的精确描述以及对实验结果的合理、有效解释,有些文献中的结果很难重复,更谈不上对每种功能性化学物质在合成过程中所需光强、光谱及照射时间的精确优化。上述数据的缺失将会增加今后的工作难度。


  总之,迄今为止研究人员在LED对植物体内功能性化学物质积累的影响方面进行了大量研究,并取得了一些进展,但在研究过程中还有一些问题需要进一步的精确化和精细化。我们期望今后科研人员在研究一种植物或功能性化学物质时,能通过实验较为精确地确定在什么生长状态下、用什么波长的光、光强是多少、照射多长时间能得到最佳的结果,并对结果给出适当的理论解释。虽然这一过程需要投入大量的时间和精力,但找到这种最优化的实验条件后,就可以进行大规模推广,实现真正意义上的工厂化生产,并产生极大的经济和社会效益。

  可见,用光照的方式促进植物的生长和有效物质的积累与传统的转基因、杂交和施用化肥等方法有着本质的区别。如果将这些传统的方法比喻成西医治疗方法,它们都是通过某种手术或加大药量来解决问题,会带来不少副作用。如为了提高产量就必须牺牲口味和营养等。同时,转基因方式还存在有关食品安全和生态环境方面的顾虑。但植物光调控技术却有着本质的不同,它通过对外部条件的控制,利用各种不同光谱成分的组合和光强调控技术来促进植物的生长,从而达到增产、增收、增质和增效的作用。这种方法由于没有在生物体内动手术,因而安全可靠,目前还没有发现任何副作用。同时,通过在不同的生长阶段使用不同光波谱段的组合,还可以找到哪些谱段的光促进植物的生长,哪些谱段的光有利于植物功能性化学物质的积累,并将这些谱段的光波组合在一起对植物进行照射,从而生产出高产且营养价值高的作物。综上,光调控技术相当于一种中医性质的综合治理方法,可以根据植物生长的不同时期和需求进行对症下药,生产出品质好且产量高的作物。在此我们希望我国科技工作者今后能积极开展植物光调控技术在改善植物品质方面的研究,将我国设施农业的理论和技术推向一个新的高度,以促进我国现代高新技术农业产业的发展。


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