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現代の制御された環境農業では、照明条件の正確な制御が作物の品質を向上させ、有害物質の蓄積を減らすための重要な手段となっています。
LED照明は、調整可能なスペクトルとエネルギー効率により、植物成長照明の分野で大きな可能性を示しています。この記事では、LED 光の品質が植物、特に野菜作物の硝酸塩含有量にどのような影響を与えるかを調査することに焦点を当てています。
野菜中の硝酸塩の蓄積には、硝酸性窒素の吸収と還元同化などの複雑な生理学的プロセスが関与しており、このプロセスは照明条件によって制御されます。
植物は、硝酸レダクターゼなどの重要な酵素の作用を通じて硝酸態窒素をアンモニアに還元し、さらにアミノ酸の合成と変換にも関与します。これらのアミノ酸はタンパク質合成の基質となり、これを基盤としてタンパク質は修飾、分類、輸送、貯蔵され、植物の生命活動の基盤となっています。
過剰な蓄積は食品の栄養価に影響を与えるだけでなく、人間の健康に潜在的な脅威をもたらす可能性があります。科学的研究により、さまざまな波長の光の質が植物の炭素窒素代謝プロセスに重大な制御効果をもたらし、特に赤色光と青色光が重要であることが明らかになりました。
次に、さまざまな比率と波長の LED 光源が、硝酸レダクターゼの活性を調整し、植物の窒素吸収と同化、および関連する炭水化物と抗酸化物質の蓄積に影響を与えることにより、野菜の硝酸塩含有量をどのように効果的に削減するかを調査します。
植物の炭素窒素代謝に対する光の質の影響は複数のレベルで現れ、光の異なる波長は植物の炭素窒素代謝に重大な調節効果をもたらします。 光合成、植物における窒素の吸収、変換、利用。
赤信号 （約600～700ナノメートルの範囲の波長）植物を強化します’ 光合成速度。
それはクロロフィルによって効率的に吸収され、化学エネルギーに変換され、それによって炭素固定中のCO₂の同化を促進し、植物組織における炭水化物の蓄積を増加させます。
赤光環境で栽培された植物は通常、炭水化物含有量が高く、植物の成長とバイオマスの蓄積に有益です。
青色光 （約 400 ～ 500 ナノメートルの範囲の波長）は、植物の窒素代謝により顕著な影響を与えます。
それは、硝酸レダクターゼなどの主要な酵素の活性に直接的または間接的に影響を与えることができ、それによって硝酸塩のアンモニアへの還元を促進し、植物のアンモニア源の利用可能性を高めます。
また、青色光は植物の窒素吸収と同化を刺激し、植物の窒素代謝を促進し、それによってアミノ酸やタンパク質の合成に影響を与えます。
赤色光と青色光を組み合わせると、植物の炭素と窒素のバランスをより効果的に調節できます。
赤色光は主に炭水化物の蓄積を促進し、青色光は窒素代謝に役割を果たします。
両方の光が一緒に作用すると、植物内の代謝経路を調節し、炭素と窒素資源のより合理的な配分と利用を確保し、それによって植物の成長効率と製品の品質を向上させることができます。
青色光は、ミトコンドリアの暗呼吸を強化したり、解糖系やトリカルボン酸回路の酵素活性を調整したりするなど、植物の呼吸の強度に影響を与えることにより、窒素の同化と輸送を間接的に促進し、それによって窒素代謝関連酵素の活性を間接的に促進し、植物に影響を与える可能性があります。窒素の同化と輸送。
Qi Liandongらによって行われた実験では、 2007 年に、赤、青、黄色の光源を提供するカラー蛍光灯を使用して、ホウレン草の収量と硝酸塩の蓄積に対するさまざまな光の質の影響が研究されました。
この研究では、白色光や黄色光と比較して、赤色光処理下ではバイオマスは高くないものの、乾物と炭水化物の形成と蓄積が促進されることが示されました。さらに、硝酸塩含有量を減らす可能性があります。
Urbonaviciuteらによって行われた研究では、 2007 年には、蛍光灯を対照として使用し、さまざまな LED 光組成がレタスの成長と硝酸塩含有量に及ぼす影響が調査されました。テストされた組成には、92% LED 赤色光 (640nm) + 8% 近紫外光、86% LED 赤色光 + 14% LED 青色光、および 90% LED 赤色光 + 10% 緑色光が含まれていました。
86% LED 赤色光 + 14% LED 青色光による処理では、他の 2 つの組み合わせおよび対照グループと比較して、糖含有量が有意に高いことが示されました。ただし、他の 2 つの組み合わせの糖含量は、対照グループの糖含量よりも大幅に低かった。
3 つの処理すべてにおける硝酸塩含有量は、対照より 15% ～ 20% 低かった。赤色光は硝酸還元酵素を刺激する上で重要な役割を果たし、赤色光と青色光の組み合わせは植物の窒素吸収と同化を促進します。
光の質の最適化により、硝酸塩含有量を 20% 以上削減できます。ただし、3 つの組み合わせ間で硝酸塩含有量に大きな差はなく、赤色光が硝酸塩レベルの低下に主な役割を果たしている可能性があることを示しています。
さまざまな光の質がレタスの品質と栄養素の摂取に及ぼす影響
光の質 | AsA含有量(mg/kg) | 硝酸塩含有量(mg/kg) | カルシウム(mg/g) | マグネシウム(mg/g) | カリウム(mg/g) |
白色蛍光灯 | 100.25a | 3500a | 8.42b | 3.61a | 74.7a |
赤色LED | 79.00b | 2350b | 8.37b | 3.69a | 75.77a |
青色LED | 93.25b | 3710a | 9.88a | 3.48a | 72.48a |
赤+青 | 103.25a | 2174b | 8.36b | 3.72a | 78.32a |
実験データを比較すると、LED赤色光処理により、対照と比較して、試験したルーズリーフレタス品種のAsA含有量が大幅に減少したことがグラフから明らかです。 LED 青色光および LED 赤青色光は、AsA コンテンツに影響を与えませんでした。
対照と比較して、LED赤色光処理は試験したルーズリーフレタス品種の硝酸塩含有量を大幅に減少させましたが、LED青色光はレタスの硝酸塩含有量に影響を与えませんでした。
LED赤色光処理により、対照と比較して試験品種の葉のカルシウム含有量も減少しましたが、その差は有意ではありませんでした。
ルーズリーフレタスの葉のカルシウム含有量は、LED青色光処理下で最大値に達し、対照よりも大幅に高かったが、LED赤青色光処理下での試験品種の葉のカルシウム含有量は、LED青色光処理下での葉のカルシウム含有量と比べて差が見られなかった。コントロール。
LED 光の品質が異なっても、葉のマグネシウムとカリウムの総含有量には大きな影響はありませんでした。
サムオリエンら。 (2011) は、温室内で高圧ナトリウムランプ (16 時間) の下で栽培された 3 品種のレタスに対する LED 補助照明の影響に関する研究を実施しました。
収穫の 3 日前に、638nm 300umol/m2・s LED 赤色光で 16 時間補助照明すると、赤レタスと薄緑レタスの硝酸塩含有量がそれぞれ 56.2% と 20.0% 大幅に減少しましたが、淡緑レタスの硝酸塩含有量は 6 倍増加しました。 。
LED 補助照明により、赤レタスと淡緑レタスでは総フェノール含有量 (52.7% と 14.5%) とフリーラジカル消去能力 (2.7% と 16.4%) がそれぞれ増加しましたが、緑レタスでは減少しました。処理後、レッドレタス中の AsA 含有量のみが有意に増加しました (63.3%)。
要約すると、植物の硝酸塩含有量に対する LED 光の品質の影響に関する研究は、単純な類似性を示唆しています。さまざまな色の LED ライトは、植物用にカスタマイズされた栄養食事計画のさまざまな材料のように機能し、それぞれが成長と栄養素の組成に独自の効果をもたらします。
興味深いことに、赤色光と青色光の適切な組み合わせは、慎重に作られた皿に似ており、植物の硝酸塩含有量の削減をより効果的に誘導できます。
しかし、硝酸塩含有量を減らすという課題に関しては、赤色光が主導権を握るようです。さらに、異なる光の質は、ビタミン C (アスコルビン酸)、カルシウム、マグネシウム、カリウムの含有量など、植物の他の栄養成分に明確な影響を与えます。
これは、光の品質の選択が実際に技術的な問題であり、プラントの特定のニーズに基づいた柔軟な調整が必要であることを示しています。
上記の実験データに基づいて、レタスの抗酸化能力に対する赤色光の影響は、植物の生理学的代謝プロセスに対する光の質の影響を明らかにしています。
ただし、赤色光補給の効果は品種によって異なり、光環境に対する品種ごとの感受性は、レタスの葉に含まれる抗酸化物質の蓄積レベルによって決まります。
LED補助照明の応用としては、植物に筋力トレーニングを施すようなものです。特に赤色光を補給すると、抗酸化能力を高めながら、収穫前に特定のレタス品種の硝酸塩含有量を効果的に減らすことができます。
ただし、これはすべての品種に当てはまるわけではなく、植物が’ 光環境に対する要求はその特性に応じて異なります。
したがって、全体として、異なる光質の LED 光源を使用することで、植物の硝酸塩含有量を調整できるだけでなく、光環境を最適化することで植物の全体的な品質と栄養含有量を向上させることもできます。
これは間違いなく、現代の農業に別の新しいツールと精度管理への新しいアプローチを提供します。
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