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LED在生物产业中应用探究摘要 综述了不同波长的光在植物生长发育中的作用，以及目前LED在植物栽培方面的研究情况，并简要介绍LED在动物领域和医疗上的应用及发展前景。 关键词 光质；LED；植物栽培；医疗 中图分类号 S31；TN312+.8 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2012）10-0026-02 LED是21世纪具有竞争力的新型光源，其具有节能环保、使用寿命长、体积小、效率高、光色纯、能耗低、控制灵活等优点[1]。1968年，有关LED的相关产品首次被研发，但应用领域较小，主要是由于产品种类少，辐射强度低。后来有关LED产品的研究方向多集中在提高亮度方面，并在20世纪80年代中期出现相关产品。1993年，该领域的研究获得了重大突破，高亮度蓝光LED由日本Nichia公司成功研制，应用范围也逐渐拓宽，涉及到照明、设施农业、通讯、汽车制造等方面。该文着重于研究LED在农业植物栽培方面的应用，即不同波长的LED在植物栽培中对植物生长发育的影响，并简要介绍在其他生物产业如害虫防治、动物养殖和医疗和美容方面的情况。 1 LED在植物栽培中的应用研究 1.1 研究背景 光是生物产业中起重要影响作用的因素之一。目前，植物栽培等农业生产和生物的各个产业中仍以太阳光为主要光源。虽然获取太阳光不需要任何费用，但易受天气和地理环境的制约，使其在产量、品质等方面的应用效果不能提高。随着科学技术的进步以及农业与生物等各个产业的快速发展，人类对光的利用逐渐突破各种限制，人工光源的利用范围越来越广泛。目前，一些能耗大、运行费用高的人工光源逐渐应用，如金属卤素灯、荧光灯、白炽灯、高压钠灯等，其能耗费用占全部运行成本的50%~60%。因此，农业领域人工光源应用的研究主要集中在提高发光效率、减少能耗方向。由于LED光源在农业领域有自己的独特优点：可以选择特定波长，且波段集中（即波谱线较窄）；使用期间衰减小，其使用寿命可达5万~10万 h，是普通照明灯具的10倍以上；为低发热光源，可近距离照射，从而使植物的栽培层数和空间利用率大大提高；可以通过调节频率与工作比从而进一步省电；可调整电流，达到调整光量和光质。由此使学者更加深入研究植物栽培领域的LED产品。 1.2 光对植物生长发育的影响 光是绿色植物进行光合作用不可缺少的能量来源，光在绿色植物生长中起着至关重要的作用，只有在光照条件下，植物才能正常生长、开花和结实；同时光也影响植物的形态建成和地理分布[2]。光对植物影响可分为3个方面：光强、光质、光周期。光强就是光的强度，过强或过弱都不利于植物生长。光质就是光谱构成情况，自然状态下的光谱往往是固定不变的，这就不能满足不同生物在不同时期对光谱的特定需要。例如，一些海藻在夜间需要按照特定的波长配置蓝光、红光。光周期就是生长过程中光照时间的要求。植物并非24 h都需要同样的光，其需要的日照长短时间是不同的。 通过光强、光质和光周期调节，可以控制植株形态建成和生长发育，如调节光周期、人为调控瓜类的性别表现等，这已经成为设施栽培领域的一项重要技术。在植物育种上常利用光周期现象来控制植物的开花，以便授粉或加速世代发育进程，从而提高育种效率。太阳光包含的光谱范围很宽，但并不是所有的光线都对植物的生长发育有影响，起影响作用的主要是可见光、紫外线和红外线。不同范围的波长对植物的影响情况如表1所示[3]。 光合作用需要波长范围在400~700 nm（可见光部分）的光，但是光对植物的影响除了提供光合作用所需之外，尚包括光周期的调节。另外，光质（红、蓝光比例，红、远红光比例等）对植物的形态发生亦有决定性的影响。光谱中红光（620~660 nm）不仅有利于植物碳水化合物的合成，还能加速长日照植物的发育；红光和远红光（710~740 nm）光通量的比值（R/FR）对植物形态建成、调节植株高度具有重要影响。红光光谱能量与远红光光谱能量的比例为1.0~1.2，植物的发育将是正常的。但是每种植物对于这些光谱比例的敏感性也不同。当远红外光含量过多时，有促进茎的伸长趋势（有时出现徒长的现象），促进花芽的形成，花期提前。蓝光（450~470 nm）直接或间接影响植物胚轴的伸长、酶的调节和合成、气孔的张开、叶绿体的成熟和光形态建成，它加速短日照植物发育，并促进蛋白质和有机酸的合成。蓝光多时植物会发生茎不伸长，有矮化的趋势，叶片变厚。短波的蓝紫光和紫外线能抑制茎节间伸长，促进多发侧枝和芽的分化，有助于花色素和维生素的合成。因此，高山及高海拔地区因紫外线较多，高山花卉色彩更加浓艳，果色更加艳丽，品质更佳。 1.3 不同光质LED对植物生长的影响 日本三菱公司最早将LED用于植物栽培，早在1982年就有关于采用波长650 nm的红色LED进