隨著人們對(duì)半導(dǎo)體發(fā)光材料研究的不斷深入，LED制造工藝的不斷進(jìn)步和新材料的開發(fā)應(yīng)用，LED的發(fā)展取得了突破性進(jìn)展，價(jià)格也大幅度下降，其應(yīng)用于植物設(shè)施栽培的研究逐漸被各國學(xué)者關(guān)注。尤其是在超高亮度LED開發(fā)成功后，被廣泛應(yīng)用于植物生理或栽培領(lǐng)域的研究，如光形態(tài)發(fā)生、光合作用及葉綠素合成研究等。
1、應(yīng)用于植物設(shè)施栽培的LED特征
光是植物生長發(fā)育的基本因素之一。光質(zhì)對(duì)植物的生長、形態(tài)建成、光合作用、物質(zhì)代謝以及基因表達(dá)均有調(diào)控作用。通過光質(zhì)調(diào)節(jié)，控制植株形態(tài)建成和生長發(fā)育是設(shè)施栽培領(lǐng)域的一項(xiàng)重要技術(shù)。
傳統(tǒng)植物設(shè)施栽培中使用的光源一般是熒光燈、金屬鹵化物燈、高壓鈉燈和白熾燈。這些光源是依據(jù)人眼對(duì)光的適應(yīng)性所選擇的，其光譜有很多不必要的波長，對(duì)植物生長的促進(jìn)作用少。而LED作為第四代新型照明光源，具有節(jié)能環(huán)保、安全可靠、使用壽命長、響應(yīng)時(shí)間短、體積小、重量輕、發(fā)熱量少、易于分散或組合控制等許多不同于其他電光源的重要特點(diǎn)。
隨著光電技術(shù)革新和生產(chǎn)成本下降，LED因具備以下卓越性能成為植物設(shè)施栽培領(lǐng)域的首選光源：（1）光譜性能好，可按照需要組合獲得純正單色光與復(fù)合光譜，其波譜寬度小于±30nm，波長正好與植物光合成和光形態(tài)建成的光譜范圍吻合；（2）光能有效利用率可達(dá)80%～90%，并能對(duì)不同光質(zhì)和發(fā)光強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)單獨(dú)控制；（3）作為冷光源，可以近距離地照射植物，大大提高空間的利用效率，可用于多層栽培立體組合系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了低熱負(fù)荷和生產(chǎn)空間小型化；（4）LED耐沖擊，不易破碎，不含汞，無污染，廢棄物可回收利用，使用壽命是普通光源的數(shù)十倍，特強(qiáng)的耐用性也降低了運(yùn)行成本。
由于這些顯著的特征，LED十分適合應(yīng)用于可控設(shè)施環(huán)境中的植物栽培，如植物組織培養(yǎng)、設(shè)施園藝和閉鎖式植物工廠以及航天生態(tài)生保系統(tǒng)等。不過，由于目前LED的價(jià)格較高，在植物設(shè)施栽培領(lǐng)域的推廣應(yīng)用還需要有一個(gè)過程。但隨著LED向高亮度、低價(jià)格的方向飛速發(fā)展，LED一定會(huì)在不久的將來廣泛應(yīng)用于植物設(shè)施栽培領(lǐng)域。
2、LED應(yīng)用于植物組織培養(yǎng)
在植物組織培養(yǎng)中，光合光量子通量密度（PPFD：PhotosyntheticPhotonFluxDensity）、光照周期和光譜分布對(duì)植物的光合作用和形態(tài)建成起重要作用。植物組培主要依靠電光源，傳統(tǒng)電光源對(duì)植物的生物能效極低、發(fā)熱量大，光照用電約占整個(gè)電費(fèi)成本的65％，是植物組織培養(yǎng)中最高的非人力成本之一。因此在植物組織培養(yǎng)中采用LED提供照明，調(diào)控光質(zhì)和PPFD，不僅能夠調(diào)控組培植物的生長發(fā)育和形態(tài)建成、縮短培養(yǎng)周期、提高品質(zhì)，而且能夠大大減少能耗，降低成本。
（1）紅光（620～660nm）和遠(yuǎn)紅光（710～740nm）LED對(duì)組培植物生長的影響
光譜中紅光與遠(yuǎn)紅光光通量的比值(R/FR)對(duì)植物形態(tài)建成、調(diào)節(jié)植株高度具有重要影響。R/FR比值已成為控制植株形態(tài)的一個(gè)重要評(píng)價(jià)參數(shù)。
Fujiwara等研究發(fā)現(xiàn)，LED光源中，紅光LED和遠(yuǎn)紅光LED光源比熒光燈更易影響組培苗的光形態(tài)建成和生長發(fā)育。Tanaka等研究發(fā)現(xiàn)紅光LED促進(jìn)蘭花組培苗葉片生長但降低了葉綠素含量、莖和根的干重。Lian等研究表明：在單獨(dú)紅光LED照射下，百合離體培養(yǎng)鱗莖的生長指標(biāo)和干物質(zhì)積累較低，這與單獨(dú)紅光導(dǎo)致的低CO2同化作用有關(guān)。這一結(jié)果印證了Goins等將紅光LED應(yīng)用于小麥光合產(chǎn)量的研究結(jié)果。
然而，有關(guān)紅光或遠(yuǎn)紅光LED對(duì)組培植物生長影響的報(bào)道并不一致。Miyashita等研究發(fā)現(xiàn)隨著紅光LED的PPFD增加，馬鈴薯組培苗莖伸長，葉綠素含量也增加，但葉面積和干重沒有顯著差異。Nhut等的研究表明，在紅光LED照射下，草莓組培苗葉片伸展、葉柄伸長、莖明顯伸長，但葉綠素含量降低。Kim等研究認(rèn)為，單獨(dú)紅光LED或紅光LED＋遠(yuǎn)紅光LED處理下，菊花組培苗莖過分伸長導(dǎo)致莖桿脆弱，其它重要生長指標(biāo)也降低了，總體上不利于植物的正常生長發(fā)育。Hahn等發(fā)現(xiàn)了紅光LED對(duì)毛地黃組培苗莖生長的抑制作用。這些現(xiàn)象被認(rèn)為是單色紅光導(dǎo)致光系統(tǒng)Ⅰ和Ⅱ可利用的光能量分布不平衡，因此抑制莖的生長。
此外，在研究PPFD均為45μmol/(m2·s)的不同光質(zhì)LED對(duì)蘭花原球莖小塊照射處理的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中，發(fā)現(xiàn)紅光LED處理對(duì)從原球莖片段中誘導(dǎo)愈傷組織是最有效的。
