基于Taguchi方法的LED光质对生菜保鲜效果的影响

LED红蓝光处理采摘后的蔬菜有利于缓解其叶绿素等物质的降解,从而达到延长其保鲜期的效果,但是不同的蔬菜需要的红蓝光质配比不同,并且光处理周期以及照度都会对保鲜效果产生影响。本文利用Taguchi方法对影响生菜保鲜效果的因素进行了实验研究,同时运用ANOVA理论分析出因子对品质的影响程度,进而找出影响保鲜效果的关键因素为光质,进一步设计探究实验,设置红光(R)、蓝光(B)、红蓝6∶1(R∶B=6∶1)、红蓝7∶2(R∶B=7∶2)、红蓝2∶1(R∶B=2∶1)共5组不同光质比的LED光源,找出了适用于室温下生菜贮存的最佳光源光质为红蓝7∶2、红蓝2∶1。     

LED红蓝光生育期光质变化模式对水培生菜生长与品质的影响

在环境可控的密闭植物工厂内,以恒定供光模式(CK,4R∶1B)为对照,在生菜生长前期、中期和后期研究了3种动态供光模式(L1处理,前期、中期、后期光质设置为3R∶1B、4R∶1B和5R∶1B;L2处理,前期、中期、后期光质设置为5R∶1B、4R∶1B和3R∶1B;L3处理,前期、中期、后期光质设置为4R∶1B、3R∶1B和5R∶1B)对水培生菜生长和品质的影响。结果表明：在相同日累计光积分(DLI)条件下,生育期红蓝光质比例变化对各生长阶段生菜的生物量无影响;生长前期,L2处理促进了生菜营养物质(尤其是抗氧化物质)的积累;生长中期,红蓝光质比例波动的处理不同程度地降低了可溶性糖、总酚、类黄酮和抗坏血酸(AsA)的含量;生长后期,红蓝光质比例波动的处理显著降低了可溶性糖、可溶性蛋白、总酚和类黄酮的含量。综合来看,生育期内红蓝光质比例恒定供光模式优于红蓝光质比例波动的供光模式,更有利于生菜品质的提高。     

LED红蓝光质及其光周期对萝卜苗生长及生物量的影响

采用LED光源在温度可控的培养室内研究LED红蓝光质及其光周期对萝卜苗期生长与生物量累积的影响。结果表明,红蓝光质比对株高有显著影响,高红蓝比例光质处理促进了生长11天时萝卜的地上部生长,增加了叶片SPAD值(叶绿素含量),而长周期光照对株高无影响或略有提升作用。萝卜苗生长18天时,光质和光周期处理对萝卜苗真叶数量、老叶和新叶SPAD均无显著影响。高红蓝比光质处理下胚轴长度显著高于低红蓝光质比处理;相同红蓝比光质条件下长明期照射处理的下胚轴长度显著高于低红蓝光质比处理。高红蓝光质比处理有利于根长发育,但根直径形成与光周期和光质都有关。低红蓝光质比和短明期处理条件下萝卜地上部鲜重、干重最高,而高红蓝光质比和长明期处理条件下萝卜根鲜重及干重、地上部干重、总干重和根冠比最高。总之,光质和光周期影响萝卜的生长发育,较高的红蓝比与较长的明期有利于提高萝卜地下部生长和产量;反之,有利于地上部生长和产量。     

LED不同光质对滇重楼生长、光合特性、皂苷含量及产量的影响

以3年生滇重楼种苗为试验材料,采用LED光源精确调制光质,以白光为对照,研究橙、蓝、绿、橙/蓝(8∶1)、橙/蓝/绿(8∶1∶1)5种不同光质对滇重楼生长、光合特性、皂苷含量及产量的影响。结果表明:蓝光有利于滇重楼的生长及干物质积累;橙/蓝/绿(8∶1∶1)处理下滇重楼叶片净光合速率、气孔导度、蒸腾速率均为最高,橙光处理下最低;蓝光处理下滇重楼根茎皂苷含量及产量最高。     

LED红蓝光质比及其光周期对樱桃萝卜品种生长与产量的影响

采用LED光源在室内可控环境下研究了红蓝光配比(R∶B)与光周期对樱桃萝卜生长与产量的影响,以探索适合樱桃萝卜工厂化生产的光照条件。试验设置了2种红蓝光比(1R∶1B、2R∶1B)和2种光周期(12/12、16/8)。结果表明,光周期为12/12时,1R∶1B和2R∶1B处理的真叶数、叶片叶绿素含量、根长、根直径、根体积以及地上部和肉质根干鲜重均无显著差异。光周期为16/8时,2R∶1B处理显著提高了樱桃萝卜的根直径、根体积和肉质根干鲜重,同时略增加了地上部干鲜重和新叶叶绿素含量。光质一定时,叶片叶绿素含量随光周期延长显著增加。光质2R∶1B、光周期16/8处理的真叶数、新叶叶绿素含量、根长、根直径、根体积、地上部和肉质根干鲜重以及根冠比均为最高。总之,光质和光周期共同影响樱桃萝卜的生长发育,较高的红蓝比与较长的明期有利于提高樱桃萝卜地上部和肉质根的生长发育。     

LED光质对水培瞿麦生长及氮磷吸收的影响

在设施条件下,采用水培的方法栽培瞿麦,在人工光照培养箱内以不同的发光二极管(LED)为光源,探讨了不同LED光质处理(白光、红光、红蓝1:3)对水培瞿麦生长及氮磷吸收的影响。结果表明,红蓝1:3下瞿麦的茎粗和生物量最大,红光下最小;瞿麦的开花时间也受光质影响,与白光和红光相比,红蓝光处理下瞿麦花期提前10天;不同光质对瞿麦氮磷含量没有影响,而红光有益于根系氮吸收和地上部磷吸收,红蓝光则有益于地上部氮吸收。总之,LED红蓝1:3下可促进瞿麦生物量的累积和开花,提高地上部氮磷的吸收量,有利于水培瞿麦的生长。     

LED红蓝光质对三种蔬菜苗期生长和光合色素含量的影响

在设施水培条件下,以豌豆、黄瓜和番茄为试验材料,以LED面板灯为人工光源,以白光为对照,研究红蓝光强比对三种蔬菜苗期生长的影响,为植物工厂豌豆、黄瓜和番茄的育苗提供科学依据。结果表明,三种蔬菜苗叶绿素a、叶绿素b含量受红蓝光比例影响较小,且光合色素总含量对红蓝光强比的敏感程度不同,豌豆苗最高,番茄苗最低。类胡萝卜素含量受红蓝光强比影响较显著。豌豆苗在红蓝光1∶1处理下地上部分鲜重、根系鲜重和根长最大,地上部分干重、根系干重、株高和茎粗则受红蓝光比例影响较小。黄瓜苗在白光处理下地上部分鲜重和根系干重最大,但没有显著差异。黄瓜苗根系鲜重、和地上部分干重和茎粗受红蓝光质影响不显著,株高在红蓝3∶1处理下最高,根长在红蓝光1∶1处理下最高。番茄苗生物量及株高、根长、茎粗在白光下均显著高于其它处理。     

LED光质对于生菜生长的影响

为了研究不同红蓝光质配比的LED光源对生菜生长的影响,本文设置红(R)、蓝(B)光质比分别为R∶B=4∶1,R∶B=1∶3,R∶B=1∶4,R∶B=2∶1的四组光源,并以白光LED照射为对照组,在光周期,光照强度的相同的情况下照射生菜,探究不同光质对于生菜子叶、真叶、株高的影响并进行分析,分析结果表明对生菜生长最有利的光质是R∶B=4∶1。该研究可应用于植物工厂领域,提高生产效率。     

LED光质对三种叶色生菜光谱吸收特性、生长及品质的影响

在温室条件下,水培盆栽三种叶色生菜,探究光质对不同叶色生菜生长和品质的影响。结果表明,不同LED光质照射下三种叶色生菜光合色素在330~500nm和640~690nm存在光吸收高峰,在500~640nm和690~800nm吸光度很小且变化幅度小。三种生菜叶绿素a、类胡萝卜素及总光合色素均在红蓝组合光照射下有最大含量,在红光照射下有最小含量,但三种叶色生菜叶绿素b对LED光质的响应不同。在不同LED光质照射下的三种生菜生长有显著不同。绿叶生菜和紫叶生菜在白光照射下地上部鲜重最大,红叶生菜在红蓝组合光照射下最大。红蓝组合光显著提高了三种生菜地上部干重。品质方面,绿叶生菜总酚含量随着氮水平提高显著降低,紫叶生菜和红叶生菜无显著变化。三种生菜类黄酮含量在不同氮水平下均无显著差异,花青素含量存在品种间显著差异,红叶生菜>紫叶生菜>绿叶生菜,受氮水平影响不明显。绿叶生菜和紫叶生菜可溶性糖含量随着氮水平提高稍有减少,而红叶生菜相反。绿叶生菜总酚含量在红蓝组合光下显著高于同品种的其他处理,紫叶生菜和红叶生菜在白光下最高。三种生菜类黄酮含量在白光、红蓝组合光、蓝光下高于红光照射。三种生菜花青素含量在红蓝组合光照射下最大,而在红光照射下最小。紫叶生菜和红叶生菜可溶性糖含量均在红蓝组合光照射下最大,白光照射下最小,绿叶生菜相反。     

LED光质、光强对西洋参生长及光合作用的影响

采用LED光源在室内可控环境下设置2R:1B(Q_(2:1))、3R:1B(Q_(3:1))和4R:1B(Q_(4:1)) 3种红蓝光质比例,50μmol·m~(-2)·s~(-1)(I_(50))和80μmol·m~(-2)·s~(-1)(I_(80)) 2种光强,共6个处理。研究了LED光质与光强对2a西洋参整体形态指标、叶绿素含量以及光合的影响。结果表明:在不同的LED光质与光强处理下,茎高、总柄长、叶长、叶宽及叶绿素含量随着生长时间延长均逐渐增大,且变化趋势相对一致。茎粗、总柄粗直径随着生长时间延长呈现先增大后减小的趋势,但不同处理间存在差异。西洋参在生长第52～59天期间生长缓慢。同一光强水平,LED光质对叶长、叶宽的影响均为Q_(3:1) Q_(2:1) Q_(4:1),同一光质水平下,LED光强对西洋参形态指标的影响表现为I_(50) I_(80)。同一光强处理下,LED光质比处理对西洋参叶片光合能力的影响不大。同一光质处理下,在80μmol·m~(-2)·s~(-1)处理下西洋参具有较强的光合能力。Q_(3:1)I_(50)处理下,茎高最高,总柄长、叶长、叶宽最长,茎粗、总柄粗直径较大,叶绿素含量最高,生长势最强,始终表现为最佳,是利于西洋参生长的最佳条件。     

不同LED光配方对番茄幼苗生长调控的研究

为筛选出适用于番茄工厂化壮苗培育和温室幼苗防徒长的LED光配方,以荷兰瑞克斯旺番茄品种"瑞粉882"为试验材料,研究了不同LED光配方处理((1)PPFD=(180±5)μmol/m~2/s时,R∶B分别为2∶8、5∶5、6∶4、7∶3、8∶2,CK=6500 K;(2)R∶B=7∶3时,PPFD分别为140μmol/m~2/s、160μmol/m~2/s、180μmol/m~2/s、200μmol/m~2/s;(3)PPFD=(75±5)μmol/m~2/s时,R∶B分别为1∶2、1∶3,CK=6500 K)对番茄幼苗生长特性的影响。结果表明:一定范围内,光强较高时(PPFD=(180±5)μmol/m~2/s)最适合番茄幼苗生长的光质为R∶B=7∶3;特定光质下(R∶B=7∶3)最适合番茄幼苗生长的补光强度为PPFD=200μmol/m~2/s,可以作为室内全人工光番茄育苗的补光参考方案;弱光下(PPFD=(75±5)μmol/m~2/s)R∶B=1∶2对番茄幼苗徒长的调控效果最好,可以作为温室番茄育苗防徒长的补光参考方案。     

弱光条件下光质与连续光照对水培生菜生长与品质的影响

在密闭植物生长室中,采用LED光源研究了弱光条件下光质与连续光照对水培紫叶生菜和绿叶生菜产量和品质的影响。结果表明,绿叶生菜和紫叶生菜地上部鲜重及根系鲜重都在连续光照处理下显著提高。光周期条件相同时,紫叶生菜在红蓝光比例2∶1光质下地上部鲜重要显著大于红蓝光比例1∶2,绿叶生菜则无显著差异。连续光照处理对紫叶生菜和绿叶生菜总酚和类黄酮含量的影响因光质而异。光照时长相同时,紫叶生菜和绿叶生菜总酚和类黄酮相对含量都有随红光比例增加而显著降低的现象出现。紫叶生菜抗坏血酸含量都随光照时长增加而显著降低。紫叶生菜可溶性糖含量和可溶性蛋白含量受红蓝光比例和光照时长变化影响不显著。光照时长对绿叶生菜可溶性糖含量的影响因光质变化而异。光质相同条件下,绿叶生菜可溶性蛋白含量在连续光照处理下显著降低,且绿叶生菜可溶性糖和可溶性蛋白含量对光质变化的响应因光照时长差异而不同。     

不同光质补光对菜心生长及品质的影响

研究了不同LED光质补光[红光(R)、蓝光(B)、绿光(G)、橙光(O)、白光(W)]对菜心生长和品质的影响。结果表明:相对于不补光对照(CK),不同光质补光均促进了菜心生长,提高了株高、茎粗和叶片数;除绿光外,不同光质补光处理均显著提高了菜心的生物量。与CK相比,蓝光、红光和橙光处理显著提高了菜心薹茎中的VC含量;蓝光、绿光补光均显著提高了菜心薹茎和叶片中的可溶性糖含量;绿光处理显著提高了菜心产品器官的游离氨基酸含量。综合生物量和营养品质,蓝光LED最适宜菜心补光。     

红蓝LED光对水稻秧苗形态建成的影响

以自然光为对照,采用LED光源,研究红光、蓝光、红蓝组合光(RB74、RB11、RB47)对水稻秧苗形态建成的影响。结果表明:不同配比红蓝LED光对水稻秧苗形态建成有显著影响,含有红光的处理植株生物量积累较高,同时红光下株高显著高于其他处理,B处理的株高显著低于其他处理,而红蓝光处理的茎粗较粗,且RB74和RB47处理的叶片数较多,所有LED光处理的根冠比都显著大于CK处理,RB74处理的壮苗指数显著高于其他处理。结果表明:植株的株高、茎粗、叶片数、根长和根数及生物量的积累与红蓝光比例变化无显著趋势关联性,RB74和RB47处理下叶片数较多,生物量分配较多在地上部尤其在叶片,有利于光能的吸收而使植株长势较为健壮。     

不同光质补光对番茄、黄瓜幼苗生长的影响

研究4种不同光质(红、橙、蓝、绿光)LED灯补光对番茄、黄瓜幼苗生长的影响。结果表明:红、蓝光补光处理下番茄幼苗的真叶面积、全株干鲜重、地上部干鲜重、壮苗指数、光合色素含量均显著高于其他处理,红光、绿光补光处理下番茄幼苗的株高、茎粗显著提高;各光质补光处理均显著降低黄瓜幼苗的株高,提高黄瓜幼苗的壮苗指数,并以红、蓝光效果最佳,而红、橙、蓝光补光处理均显著降低黄瓜幼苗的叶绿素含量。     

蓝光耦合UV-A对红甜菜营养品质的影响

以红甜菜为供试材料,调控不同LED的蓝光(450 nm)与UV-A(400 nm)的强度比,紫外光(UV-A)与蓝光(B)比例分别为0∶50(T0)、5∶45(T5)、10∶40(T10)、15∶35(T15)、20∶30(T20)处理,统一总光强为50μmol·m~(-2)·s~(-1),以研究蓝光耦合UV-A对红甜菜营养品质的影响,为工厂生产功能性蔬菜提供照明策略参考。试验结果表明,蓝光耦合UV-A对红甜菜的生物量、可溶性糖、硝酸盐和维生素C无显著性影响;T5处理的类黄酮含量最大,较对照增加了14.99%;T10处理的游离氨基酸含量最高,较对照增加了58.19%,在T15时,红甜菜的叶绿素含量和花色苷含量最高,较对照分别增加了33.33%和17.34%。T15处理可以作为提高红甜菜色素的光照方案。     

高压脉冲电场对小球藻破碎效果的影响

含油微藻的破碎是微藻制油过程中的重要环节。为此,利用清华大学自主研制的高压脉冲电源(THU-PEF4)系统,针对小球藻的光合活性和叶绿素质量浓度这2个生物量,重点考察了高压脉冲电场强度、脉冲宽度、脉冲重复频率、电场极性及样品电导率对小球藻处理效果的影响,在此基础上结合双荧光染色法和流式细胞仪研究了高压脉冲电场(PEF)对微藻细胞的穿孔破碎效果。研究发现高压脉冲电场强度和脉冲注入能量密度是影响高压脉冲电场处理效果的关键因素,而脉冲宽度、脉冲重复频率、电场极性对小球藻的处理效果影响不大。当电场强度从2.5 MV/m增加到5.0 MV/m时,20 m S/m电导率下的小球藻细胞破碎率从17.21%增加至83.29%;当脉冲注入能量密度从8.9 k J/L增加到149.52 k J/L时,4.5 MV/m电场强度作用下的小球藻细胞破碎率从9.78%提高到81.78%。     

不同LED光质对绿叶生菜生长的影响

选用半结球生菜和散叶生菜两种绿叶生菜为试材,在其他生长条件相同的情况下,设置3个红蓝光配比,分别为R∶B=4∶1、R∶B=3∶1、R∶B=1∶1,探究不同LED光质对绿叶生菜生长的影响。结果表明:半结球生菜在株高、横径、叶片数、单株鲜重、地上部鲜重方面均随着红光的增多呈上升趋势,并在R∶B=4∶1下达到最大,而地下部鲜重和根冠比在R∶B=1∶1下达到最大;散叶生菜的株高、横径、叶片数、单株鲜重和地上部鲜重均在R∶B=3∶1下达到最大。结论:在本试验设置的3种光配比中,R∶B=4∶1最有利于半结球生菜的生长,R∶B=3∶1最有利于散叶生菜的生长。     

多通道光量子传感器的设计与应用

对植物生长的光环境的测量是LED植物工厂等都市农业研发和生产的基础。目前,人工光源植物照明多使用蓝光、红光、远红光等单色LED,而光合有效辐射(PAR)光量子传感器测量400~700 nm波段的光量子通量密度,无法同时测量这几种单色LED的光量子通量密度,因而无法实现光质比的实时测量及与其他系统的反馈控制,为此我们提出一种多通道光量子传感器来解决该问题。我们阐述了该传感器的设计原理及结构;推导出不同通道的标定系数表达式,随后应用基于DMX512协议的控制器搭建标定装置,并以红光通道与蓝光通道为例对文章所设计传感器定标,结果表明该传感器拥有很好的线性响应度;最后利用该传感器设计了一套能够控制总光量子通量密度及光质比的智能光环境控制系统。     

用于海洋渔业的LED COB的封装研究

近十年来,开发新型节能光源是海洋捕捞的重要研究方向之一。随着半导体技术的发展,人们希望用更节能的大功率LED灯取代传统的金属卤化物灯。本文研制了两种绿色荧光粉,Lu AG∶Ce(Lu_(2.945)Al_5O_(12)∶0.055Ce)和YGa AG∶Ce(Y_(2.96)Al_(3.4)Ga_(1.6)O_(12)∶0.04Ce),并将之与江苏博睿光电股份有限公司的商用荧光粉GM537H7D2进行了对比。用3种荧光粉封装功率为60 W的蓝光LED(芯片的发光波长为450 nm附近)COB,发现当硅胶和荧光粉LuAG∶Ce的比例为1∶0.10时,COB流明光效最高,达到125 lm/W;YGaAG∶Ce荧光粉封装COB流明光效最高可达112 lm/W。与之相比较,用商用荧光粉GM537H7D2封装最高可达120 lm/W。LuAG∶Ce荧光粉的最强发射波长在520 nm附近,且其光转化效率很高;在硅胶和荧光粉的比例为1∶0.10时,COB在430~570 nm段可输出较大的光功率,且COB整体的电光转化效率高于33.6%;430~570 nm波段的蓝绿光对鱿鱼等多种海洋经济动物最具诱集效果。因此可认为:LuAG∶Ce荧光粉非常适用于海洋捕捞业的LED大功率COB封装。