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基本信息

項(xiàng)目名稱(chēng)：
光環(huán)境調(diào)控技術(shù)在油葵芽苗菜生產(chǎn)體系中的應(yīng)用
小類(lèi)：
生命科學(xué)
簡(jiǎn)介：
本研究將節(jié)能環(huán)保的LED技術(shù)與植物幼苗對(duì)光環(huán)境變化響應(yīng)的生理原理相結(jié)合，達(dá)到優(yōu)化油葵芽苗菜生長(zhǎng)光環(huán)境，提高其各項(xiàng)生長(zhǎng)及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的目的。 研究表明：綜合比較各項(xiàng)形態(tài)和生理生化指標(biāo)，光質(zhì)為紅光各營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)達(dá)到最好。而光周期設(shè)定在12-16 h/d時(shí)較為合理。 作品為兩篇正在投稿的論文：《光質(zhì)對(duì)油葵芽苗菜生長(zhǎng)及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響》、《光周期對(duì)油葵芽苗菜生長(zhǎng)及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響》。
詳細(xì)介紹：
“民以食為天，食以安為先?！爆F(xiàn)如今，食品安全問(wèn)題已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。傳統(tǒng)的芽苗菜生產(chǎn)為了提高芽苗菜的生物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，通常使用一些生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑抑制生根和促進(jìn)下胚軸伸長(zhǎng)，用微量元素溶液進(jìn)行浸種或噴灑。這樣雖然一定程度上增強(qiáng)了豆芽的保健功能，然而由于生產(chǎn)周期短和工藝粗糙，很容易造成化學(xué)物質(zhì)在芽苗菜內(nèi)的積累問(wèn)題，從而引發(fā)安全與衛(wèi)生隱患。此外，目前芽苗菜智能化生產(chǎn)技術(shù)采用的補(bǔ)光設(shè)施為熒光燈，限制了芽苗菜密集化生產(chǎn)的發(fā)展。 針對(duì)目前工廠化生產(chǎn)芽苗菜的過(guò)程中存在的以上能耗高及安全問(wèn)題，本研究以油葵芽苗菜為研究對(duì)象，采用發(fā)光二極管（light emitting diode, LED）調(diào)節(jié)其生長(zhǎng)所需的光環(huán)境，明確生產(chǎn)最適的光質(zhì)及光周期組合，使芽苗菜的品質(zhì)得以提高，為基于LED的光環(huán)境調(diào)控在芽苗菜工廠化生產(chǎn)中應(yīng)用提供了理論依據(jù)。 在探究不同光質(zhì)對(duì)油葵芽苗菜生長(zhǎng)以及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響的研究中，采用LED調(diào)制獲得光源，并以熒光燈處理作為對(duì)照。研究表明： LED單色光及組合光處理高于對(duì)照；藍(lán)光有利于芽苗菜干物質(zhì)及蛋白含量的積累；紅光處理下，子葉面積、下胚軸直徑、淀粉含量、葉綠素總量/類(lèi)胡蘿卜達(dá)到最大值且顯著高于對(duì)照，對(duì)促進(jìn)油葵芽苗菜生長(zhǎng)及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的提升有著重要作用。 接著用LED紅光作光源，以0h/d作對(duì)照，研究4.、8、12、16、20h/d光周期下，油葵芽苗菜形態(tài)及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的差異。研究表明：延長(zhǎng)光周期可以顯著抑制油葵芽苗菜下胚軸的伸長(zhǎng)，擴(kuò)大子葉面積；降低了油葵芽苗菜的可食率，同時(shí)也降低了芽苗菜中的含水量；光周期對(duì)對(duì)葉綠素含量有顯著影響，但增加到12h/d后色素含量增加不明顯，并且其對(duì)葉綠素a/b和葉綠素/類(lèi)胡蘿卜素?cái)?shù)值也有影響；光周期對(duì)各種碳水化合物的影響似乎并無(wú)規(guī)律，光照降低了蛋白質(zhì)的含量，但與光周期的長(zhǎng)短無(wú)關(guān)，延長(zhǎng)光周期可以顯著降低游離氨基酸的含量；光周期對(duì)POD活性無(wú)影響，當(dāng)延長(zhǎng)至16h/d后會(huì)降低SOD活性，延長(zhǎng)光周期可以降低CAT活性，顯著提高VC的含量。 本研究材料選取獨(dú)特；調(diào)控手段先進(jìn)；研究?jī)?nèi)容新穎。目前《光質(zhì)對(duì)油葵芽苗菜生長(zhǎng)及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響》及《光周期對(duì)油葵芽苗菜生長(zhǎng)及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響》兩篇論文已經(jīng)完成，正在投稿。

作品專(zhuān)業(yè)信息

撰寫(xiě)目的和基本思路

針對(duì)目前工廠化生產(chǎn)芽苗菜中存在的能耗高及安全問(wèn)題，本研究以油葵為研究對(duì)象，采用LED調(diào)節(jié)其生長(zhǎng)所需的光環(huán)境，控制變量，依次進(jìn)行光質(zhì)和光周期處理，測(cè)定各項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)，得到光質(zhì)與光周期的最優(yōu)組合；并根據(jù)結(jié)論制作培養(yǎng)架樣品，證明應(yīng)用的可行性。從而明確生產(chǎn)最適的光質(zhì)及光周期組合，使芽苗菜的品質(zhì)得以提高，為基于LED的光環(huán)境調(diào)控在芽苗菜工廠化生產(chǎn)中應(yīng)用提供了理論依據(jù)。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

1、試驗(yàn)材料選取獨(dú)特：油葵芽苗作為一種新穎的芽苗蔬菜種類(lèi)，富含抗氧化成分，具有廣闊的市場(chǎng)空間。 2、調(diào)控手段先進(jìn)：LED作為第四代新型光源，具有廣闊的發(fā)展前景。 3、研究?jī)?nèi)容新穎：本項(xiàng)目正是在以往研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合前人的研究成果，針對(duì)目前設(shè)施栽培工廠化芽苗菜生產(chǎn)中存在的能耗高等問(wèn)題，探究光調(diào)控對(duì)芽苗植物形態(tài)建成、生長(zhǎng)及品質(zhì)影響，為研制設(shè)施栽培光調(diào)控設(shè)施提供重要的科學(xué)依據(jù)。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

基于LED的光環(huán)境調(diào)控技術(shù)符合生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展需要。作為物理調(diào)控手段，它可取代傳統(tǒng)生產(chǎn)中采用的化學(xué)調(diào)控手段，防止化學(xué)物質(zhì)在芽苗菜體內(nèi)的積累而引發(fā)的衛(wèi)生隱患，有助于緩解國(guó)家食品安全問(wèn)題。 應(yīng)用LED代替熒光燈作為光源可節(jié)約成本，降低能耗。LED可緩解目前芽苗菜智能化生產(chǎn)技術(shù)中熒光燈補(bǔ)光設(shè)施能耗高的問(wèn)題，并有助于提高芽苗菜的品質(zhì)，推動(dòng)了優(yōu)質(zhì)光源LED在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用。

學(xué)術(shù)論文摘要

本研究首先探究了不同光質(zhì)對(duì)油葵芽苗菜生長(zhǎng)以及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響。采用LED調(diào)制獲得光源，并以熒光燈處理作為對(duì)照。研究表明： LED單色光及組合光處理高于對(duì)照；藍(lán)光有利于芽苗菜干物質(zhì)及蛋白含量的積累；紅光處理下，子葉面積、下胚軸直徑、淀粉含量、葉綠素總量/類(lèi)胡蘿卜達(dá)到最大值且顯著高于對(duì)照，對(duì)促進(jìn)油葵芽苗菜生長(zhǎng)及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的提升有著重要作用。 接著用LED紅光作光源，以0h/d作對(duì)照，研究4.、8、12、16、20h/d光周期下，油葵芽苗菜品質(zhì)的差異。研究表明：延長(zhǎng)光周期可以顯著抑制油葵芽苗菜下胚軸的伸長(zhǎng)，擴(kuò)大子葉面積；降低了油葵芽苗菜的可食率，同時(shí)也降低了芽苗菜中的含水量；光周期對(duì)對(duì)葉綠素含量有顯著影響，但增加到12h/d后色素含量增加不明顯，并且其對(duì)葉綠素a/b和葉綠素/類(lèi)胡蘿卜素?cái)?shù)值也有影響；光周期對(duì)各種碳水化合物的影響似乎并無(wú)規(guī)律，光照降低了蛋白質(zhì)的含量，但與光周期的長(zhǎng)短無(wú)關(guān)，延長(zhǎng)光周期可以顯著降低游離氨基酸的含量；光周期對(duì)POD活性無(wú)影響，當(dāng)延長(zhǎng)至16h/d后會(huì)降低SOD活性，延長(zhǎng)光周期可以降低CAT活性，顯著提高VC的含量。

獲獎(jiǎng)情況

在南京農(nóng)業(yè)大學(xué)第五屆大學(xué)生科技節(jié)課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽中獲得特等獎(jiǎng)。

鑒定結(jié)果

無(wú)

參考文獻(xiàn)

形態(tài)指標(biāo)： 下胚軸長(zhǎng)、根長(zhǎng)由直尺量得；下胚軸直徑由游標(biāo)卡尺量得；子葉面積用Photoshop CS4.0 測(cè)得；干鮮重由電子天平稱(chēng)量得到； 生理生化指標(biāo)： 葉綠素、類(lèi)胡蘿卜素含量用無(wú)水乙醇：丙酮=1：1溶液提取測(cè)定；可溶性糖及淀粉含量采用蒽酮比色法；蔗糖用間苯二酚法測(cè)定；還原糖用DNS法測(cè)定；維生素C用紅菲啰啉法測(cè)得；游離氨基酸含量采用水合茚三酮法測(cè)定；可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定；氮藍(lán)四唑(NBT)法測(cè)定超氧化物歧化酶（SOD）活性；愈創(chuàng)木酚法測(cè)定過(guò)氧化物酶（POD）活性；紫外吸收法測(cè)定過(guò)氧化氫酶（CAT）活性。 參考文獻(xiàn)： [1]王學(xué)奎. 植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)（第2版）[M]. 高等教育出版社，2000 [2]胡瓊英. 生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)[M]. 化學(xué)工業(yè)出版社. 2007

同類(lèi)課題研究水平概述

1．我國(guó)芽苗菜的發(fā)展研究現(xiàn)狀及問(wèn)題 芽苗菜俗稱(chēng)“芽菜”，一般是指用植物種子或其它營(yíng)養(yǎng)體，在一定條件下培育出可供食用的嫩芽、芽苗、芽球、幼梢或幼莖等芽苗類(lèi)蔬菜。芽苗菜營(yíng)養(yǎng)豐富，風(fēng)味獨(dú)特，品質(zhì)柔嫩，且種子萌發(fā)后營(yíng)養(yǎng)價(jià)值提升，具有人體不可缺少的多種氨基酸和礦物質(zhì)，安全衛(wèi)生并具有一定的醫(yī)療保健作用，因此芽苗菜已成為21世紀(jì)受歡迎的綠色食品和保健蔬菜，具有廣闊的發(fā)展前景。 隨著人們對(duì)芽苗菜需求量的增加，芽苗菜生產(chǎn)發(fā)展迅速，但多為小作坊式生產(chǎn)；此外為了提高芽苗菜的生物和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量，現(xiàn)在生產(chǎn)中常使用一些生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑；然而由于生長(zhǎng)迅速，生產(chǎn)周期短，這樣也會(huì)造成化學(xué)物質(zhì)在芽苗菜內(nèi)的積累問(wèn)題，從而引發(fā)安全與衛(wèi)生隱患。因此，研究開(kāi)發(fā)安全環(huán)保、經(jīng)濟(jì)有效的芽苗菜生產(chǎn)技術(shù)迫在眉睫。光環(huán)境調(diào)控技術(shù)采用物理手段調(diào)控植物生長(zhǎng)，符合綠色農(nóng)業(yè)的要求，在芽苗菜生產(chǎn)中具有廣闊的應(yīng)用前景。 2．光調(diào)控在芽苗菜生產(chǎn)中的應(yīng)用研究進(jìn)展 許多研究表明，光對(duì)植物幼苗的生長(zhǎng)發(fā)育有很大影響。陳大清研究指出白光、紅光、藍(lán)光明顯促進(jìn)擬南芥幼苗子葉擴(kuò)大，藍(lán)光、UV-B和遠(yuǎn)紅光顯著抑制下胚軸伸長(zhǎng)，紅光、藍(lán)光促進(jìn)葉綠素含量提高。蒲高斌等發(fā)現(xiàn)苗期照射紅光或藍(lán)光可促進(jìn)番茄幼苗的生長(zhǎng)，有利于培育壯苗，藍(lán)光處理幼苗花期提早，產(chǎn)量顯著提高。 光質(zhì)對(duì)高等植物的碳水化合物和蛋白質(zhì)代謝有調(diào)節(jié)作用。藍(lán)紫光有利于蛋白質(zhì)的合成。紅光對(duì)碳水化合物的合成有利。在藍(lán)光下生長(zhǎng)的植物的蛋白質(zhì)量較高，而在紅光下生長(zhǎng)的植物通常碳水化合物含量較高。李韶山等發(fā)現(xiàn)藍(lán)光處理可顯著促進(jìn)水稻幼苗蛋白質(zhì)合成代謝。 本課題所處的植物發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室中研究了不同光質(zhì)對(duì)蘿卜芽苗菜的生長(zhǎng)以及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響，初步研究結(jié)果表明, 紅光有利于蘿卜芽苗菜生長(zhǎng), 提高產(chǎn)量, 改善部分營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。 3．LED光環(huán)境調(diào)控技術(shù)在芽苗菜生產(chǎn)中的應(yīng)用前景分析 植物幼苗個(gè)體發(fā)育對(duì)環(huán)境因素的變化十分敏感，特別是光對(duì)它的影響。芽苗菜作為植物幼苗，光對(duì)其生長(zhǎng)和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)都有很大的影響。運(yùn)用物理調(diào)控手段，可真正實(shí)現(xiàn)芽苗菜的無(wú)公害生產(chǎn)，保障食品安全。LED作為冷光源，熱輻射很小，可近距離照射植物，能有效利用種植空間，成倍提高單產(chǎn)，大幅度降低成本，光譜能量調(diào)制便利的特點(diǎn)又使其具有更廣泛的適應(yīng)性。因此LED被認(rèn)為是在芽苗菜培養(yǎng)中十分有前途的人工光源。
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