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基本信息

项目名称:
光环境调控技术在油葵芽苗菜生产体系中的应用
小类:
生命科学
简介:
本研究将节能环保的LED技术与植物幼苗对光环境变化响应的生理原理相结合,达到优化油葵芽苗菜生长光环境,提高其各项生长及营养品质的目的。 研究表明:综合比较各项形态和生理生化指标,光质为红光各营养指标达到最好。而光周期设定在12-16 h/d时较为合理。 作品为两篇正在投稿的论文:《光质对油葵芽苗菜生长及营养品质的影响》、《光周期对油葵芽苗菜生长及营养品质的影响》。
详细介绍:
“民以食为天,食以安为先。”现如今,食品安全问题已成为人们关注的焦点。传统的芽苗菜生产为了提高芽苗菜的生物产量和经济价值,通常使用一些生长调节剂抑制生根和促进下胚轴伸长,用微量元素溶液进行浸种或喷洒。这样虽然一定程度上增强了豆芽的保健功能,然而由于生产周期短和工艺粗糙,很容易造成化学物质在芽苗菜内的积累问题,从而引发安全与卫生隐患。此外,目前芽苗菜智能化生产技术采用的补光设施为荧光灯,限制了芽苗菜密集化生产的发展。 针对目前工厂化生产芽苗菜的过程中存在的以上能耗高及安全问题,本研究以油葵芽苗菜为研究对象,采用发光二极管(light emitting diode, LED)调节其生长所需的光环境,明确生产最适的光质及光周期组合,使芽苗菜的品质得以提高,为基于LED的光环境调控在芽苗菜工厂化生产中应用提供了理论依据。 在探究不同光质对油葵芽苗菜生长以及营养品质的影响的研究中,采用LED调制获得光源,并以荧光灯处理作为对照。研究表明: LED单色光及组合光处理高于对照;蓝光有利于芽苗菜干物质及蛋白含量的积累;红光处理下,子叶面积、下胚轴直径、淀粉含量、叶绿素总量/类胡萝卜达到最大值且显著高于对照,对促进油葵芽苗菜生长及营养品质的提升有着重要作用。 接着用LED红光作光源,以0h/d作对照,研究4.、8、12、16、20h/d光周期下,油葵芽苗菜形态及营养品质的差异。研究表明:延长光周期可以显著抑制油葵芽苗菜下胚轴的伸长,扩大子叶面积;降低了油葵芽苗菜的可食率,同时也降低了芽苗菜中的含水量;光周期对对叶绿素含量有显著影响,但增加到12h/d后色素含量增加不明显,并且其对叶绿素a/b和叶绿素/类胡萝卜素数值也有影响;光周期对各种碳水化合物的影响似乎并无规律,光照降低了蛋白质的含量,但与光周期的长短无关,延长光周期可以显著降低游离氨基酸的含量;光周期对POD活性无影响,当延长至16h/d后会降低SOD活性,延长光周期可以降低CAT活性,显著提高VC的含量。 本研究材料选取独特;调控手段先进;研究内容新颖。目前《光质对油葵芽苗菜生长及营养品质的影响》及《光周期对油葵芽苗菜生长及营养品质的影响》两篇论文已经完成,正在投稿。

作品专业信息

撰写目的和基本思路

针对目前工厂化生产芽苗菜中存在的能耗高及安全问题,本研究以油葵为研究对象,采用LED调节其生长所需的光环境,控制变量,依次进行光质和光周期处理,测定各项品质指标,得到光质与光周期的最优组合;并根据结论制作培养架样品,证明应用的可行性。从而明确生产最适的光质及光周期组合,使芽苗菜的品质得以提高,为基于LED的光环境调控在芽苗菜工厂化生产中应用提供了理论依据。

科学性、先进性及独特之处

1、试验材料选取独特:油葵芽苗作为一种新颖的芽苗蔬菜种类,富含抗氧化成分,具有广阔的市场空间。 2、调控手段先进:LED作为第四代新型光源,具有广阔的发展前景。 3、研究内容新颖:本项目正是在以往研究的基础上,结合前人的研究成果,针对目前设施栽培工厂化芽苗菜生产中存在的能耗高等问题,探究光调控对芽苗植物形态建成、生长及品质影响,为研制设施栽培光调控设施提供重要的科学依据。

应用价值和现实意义

基于LED的光环境调控技术符合生态农业发展需要。作为物理调控手段,它可取代传统生产中采用的化学调控手段,防止化学物质在芽苗菜体内的积累而引发的卫生隐患,有助于缓解国家食品安全问题。 应用LED代替荧光灯作为光源可节约成本,降低能耗。LED可缓解目前芽苗菜智能化生产技术中荧光灯补光设施能耗高的问题,并有助于提高芽苗菜的品质,推动了优质光源LED在农业生产上的应用。

学术论文摘要

本研究首先探究了不同光质对油葵芽苗菜生长以及营养品质的影响。采用LED调制获得光源,并以荧光灯处理作为对照。研究表明: LED单色光及组合光处理高于对照;蓝光有利于芽苗菜干物质及蛋白含量的积累;红光处理下,子叶面积、下胚轴直径、淀粉含量、叶绿素总量/类胡萝卜达到最大值且显著高于对照,对促进油葵芽苗菜生长及营养品质的提升有着重要作用。 接着用LED红光作光源,以0h/d作对照,研究4.、8、12、16、20h/d光周期下,油葵芽苗菜品质的差异。研究表明:延长光周期可以显著抑制油葵芽苗菜下胚轴的伸长,扩大子叶面积;降低了油葵芽苗菜的可食率,同时也降低了芽苗菜中的含水量;光周期对对叶绿素含量有显著影响,但增加到12h/d后色素含量增加不明显,并且其对叶绿素a/b和叶绿素/类胡萝卜素数值也有影响;光周期对各种碳水化合物的影响似乎并无规律,光照降低了蛋白质的含量,但与光周期的长短无关,延长光周期可以显著降低游离氨基酸的含量;光周期对POD活性无影响,当延长至16h/d后会降低SOD活性,延长光周期可以降低CAT活性,显著提高VC的含量。

获奖情况

在南京农业大学第五届大学生科技节课外学术科技作品竞赛中获得特等奖。

鉴定结果

参考文献

形态指标: 下胚轴长、根长由直尺量得;下胚轴直径由游标卡尺量得;子叶面积用Photoshop CS4.0 测得;干鲜重由电子天平称量得到; 生理生化指标: 叶绿素、类胡萝卜素含量用无水乙醇:丙酮=1:1溶液提取测定;可溶性糖及淀粉含量采用蒽酮比色法;蔗糖用间苯二酚法测定;还原糖用DNS法测定;维生素C用红菲啰啉法测得;游离氨基酸含量采用水合茚三酮法测定;可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝法测定;氮蓝四唑(NBT)法测定超氧化物歧化酶(SOD)活性;愈创木酚法测定过氧化物酶(POD)活性;紫外吸收法测定过氧化氢酶(CAT)活性。 参考文献: [1]王学奎. 植物生理生化实验原理和技术(第2版)[M]. 高等教育出版社,2000 [2]胡琼英. 生物化学实验[M]. 化学工业出版社. 2007

同类课题研究水平概述

1.我国芽苗菜的发展研究现状及问题 芽苗菜俗称“芽菜”,一般是指用植物种子或其它营养体,在一定条件下培育出可供食用的嫩芽、芽苗、芽球、幼梢或幼茎等芽苗类蔬菜。芽苗菜营养丰富,风味独特,品质柔嫩,且种子萌发后营养价值提升,具有人体不可缺少的多种氨基酸和矿物质,安全卫生并具有一定的医疗保健作用,因此芽苗菜已成为21世纪受欢迎的绿色食品和保健蔬菜,具有广阔的发展前景。 随着人们对芽苗菜需求量的增加,芽苗菜生产发展迅速,但多为小作坊式生产;此外为了提高芽苗菜的生物和经济产量,现在生产中常使用一些生长调节剂;然而由于生长迅速,生产周期短,这样也会造成化学物质在芽苗菜内的积累问题,从而引发安全与卫生隐患。因此,研究开发安全环保、经济有效的芽苗菜生产技术迫在眉睫。光环境调控技术采用物理手段调控植物生长,符合绿色农业的要求,在芽苗菜生产中具有广阔的应用前景。 2.光调控在芽苗菜生产中的应用研究进展 许多研究表明,光对植物幼苗的生长发育有很大影响。陈大清研究指出白光、红光、蓝光明显促进拟南芥幼苗子叶扩大,蓝光、UV-B和远红光显著抑制下胚轴伸长,红光、蓝光促进叶绿素含量提高。蒲高斌等发现苗期照射红光或蓝光可促进番茄幼苗的生长,有利于培育壮苗,蓝光处理幼苗花期提早,产量显著提高。 光质对高等植物的碳水化合物和蛋白质代谢有调节作用。蓝紫光有利于蛋白质的合成。红光对碳水化合物的合成有利。在蓝光下生长的植物的蛋白质量较高,而在红光下生长的植物通常碳水化合物含量较高。李韶山等发现蓝光处理可显著促进水稻幼苗蛋白质合成代谢。 本课题所处的植物发育生物学实验室中研究了不同光质对萝卜芽苗菜的生长以及营养品质的影响,初步研究结果表明, 红光有利于萝卜芽苗菜生长, 提高产量, 改善部分营养品质。 3.LED光环境调控技术在芽苗菜生产中的应用前景分析 植物幼苗个体发育对环境因素的变化十分敏感,特别是光对它的影响。芽苗菜作为植物幼苗,光对其生长和营养品质都有很大的影响。运用物理调控手段,可真正实现芽苗菜的无公害生产,保障食品安全。LED作为冷光源,热辐射很小,可近距离照射植物,能有效利用种植空间,成倍提高单产,大幅度降低成本,光谱能量调制便利的特点又使其具有更广泛的适应性。因此LED被认为是在芽苗菜培养中十分有前途的人工光源。
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