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摘要
阐明了半导体光源LED灯的发光原理和发展历程，总结LED灯在植物光合作用、光质和光强等方面的研究进展。另外，对LED灯自身存在的问题、应用前景进行了分析和展望。
关键词 LED；工作原理；植物研究
中图分类号S626.5文献标识码A文章编号0517-6611（2015）26-017-04
Abstract The principle and development of LEDs were elaborated， and the research progress of LED in plant photosynthesis， light quality and light intensity were summarized. In addition， many problems existing in itself and future prospect were analyzed and forecasted.
Key words LED； Operating principle； Plant research
随着全球设施园艺产业的快速发展，植物生长的光环境控制技术日益受到重视。在温度、营养水平和水分维持正常的情况下，光照是影响植物生长的关键限制因子。另外，在纬度较高、日照时间短和温度低的地区，人工补充光照成为保证园艺植物稳产、优质的关键技术[1]。在生产过程中，传统的补光系统主要是高压钠灯和荧光灯等。这些光源能够在很大程度上保证作物的正常产量，但并不是最理想和高效的光源。主要原因在于光质处理不纯、光强不一致、接近甚至低于植物的光补偿点、照射光源能效低等方面。但是，LED灯则具有光能利用效率高、能耗低、发热少等优势[2]。笔者总结了不同光质、光强对植物光合、植物生长发育的影响，比较了传统光源与LED灯光源的特点，剖析了在实际生产中存在的问题，展望了LED灯在植物生产、研究中的应用前景。这为LED灯在园艺植物生产、研究中的广泛应用提供了有益的参考。
1 LED灯的发光系统
在1962年，美国的物理学家尼克·何伦亚克发明了LEDs （Lightemitting diodes）灯装置，是一种具有2个电极的半导体发光器件。LED灯的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周被环氧树脂密封。其发光的基本原理是利用半导体PN结或类似结构把电能转换成光能。但是，它能发出不同颜色的主要原因是材料中电子和空穴所占的能级有所不同。能级的高低会影响电子和空穴复合后光子的能量，从而产生不同波长，即不同颜色的光[3]（图1）。因此，不同的材料组成就能产生不同的能级，并且发出不同颜色的光。如，红光，是由铝镓砷化物（AlGaAs）、镓砷磷化合物（GaAsP）、铝镓铟磷化物（AlGaInP）或镓磷化物的结合体发出的光[4-5]；蓝光则是由锌砷化合物（ZnSe）和铟镓镍化物（InGaN）的结合体发出的光[4-6]。
相对于传统光源（高压钠灯、金属卤化物灯），LED灯具有寿命长、光质纯、光效高、波长类型丰富、环保节能等优点。在正常条件下，LED灯使用寿命可以长达10万h。在极端高温和电流的条件下，LED灯的寿命会缩短，尤其是在高温、高湿的设施温室环境内，它的寿命会大大缩减，但比传统光源更耐用、使用寿命更长[7]。LED可以发射单色光，其半波宽大多为±20 nm，能够精确地为植物光合作用和生长发育提供所需的光谱，并且能大大提高光能的利用率。大量研究结果已证明，植物需要通过光照来调控体内激素含量、形态的变化，并且不同的波长起到的作用也不同。蓝光（420～450 nm）和红光（660 nm）能够提高植物体内叶绿素的含量，因此它们在光合作用的过程中起重要作用（图 2）[8-10]。利用LED 灯能模拟植物生长所需要的光谱和光强，显著促进植物的生长和发育。传统高压钠灯的主要发射光谱集中在560～640 nm范围之内（图 3），与植物的光合有效辐射的光谱（图 2）不能够很好地吻合。另外，早期的高压钠灯甚至缺少对植物生长起决定性作用蓝光（400～500 nm）。即使改良的高压钠灯能够发射蓝光，但是它们的处理效果仍不如380、447、520、595、622、638、660、669、721 nm LED灯。除发射光谱与植物光合有效辐射光谱不能够吻合之外，改良的高压钠灯还对植物产生一些负面的效应，如植物的叶绿素含量降低，气孔变小，地上部干物质合成量降低等其他生理紊乱现象[2， 12]。在实际生产中，应用高压钠灯能够提高植物产量。这主要是因为延长了植物的光照时间[13]。镝灯属高强度气体放电灯，是一种具有高光效（75 lm/W以上）、高显色显性（色指数80以上）、长寿命的新型气体放電光源，是金属卤化物灯的一种。它利用充入的碘化镝、碘化亚铊、汞等物质发出其特有的密集型光谱。该光谱十分接近于太阳光谱，使灯的发光效率、显色性大为提高。南京农业大学[14]利用不同的LED灯发射出蓝光（449 nm）、绿光（512 nm）、橙光（590 nm）和红光（632 nm）光谱。与金属卤化物镝灯的光谱相比，LED灯发射的每种单色光的光合有效的光子束密度（PPFD）更高，更有利于提高植物的光合作用的效率，也能提高光能的利用效率（图 4）。因此，金属卤化物灯也不是理想的植物补光系统。
2 LED灯在植物研究上发展过程
自19世纪晚期，光谱的作用已经受到人们的关注。但是，直到1919年，Garner和Allard发现光周期决定着植物的开花，光生物学的发展才真正开始[15]。人们最初主要研究不同光系统装置对植物的影响，但是现在LED发光系统已成为光生物学研究关注的焦点[1， 16-19]。在20世纪末期，植物对LED发光灯的感应研究刚刚开始，并且LED技术的快速发展推动着光生物学研究的快速发展[2]。在20世纪80年代至20世纪末，LED灯发光效率提高了20多倍，并且新的光源如橙光、绿光、远红光和紫外线均被应用于植物研究中。在1992年，人们已经研发出波宽为±30 nm、波峰在660 nm 处的发射红光的LED灯[20]。最近几年，科学家们又研发出波宽为±15 nm LED灯[11]。这为植物提供更有效的光合作用需要的光。LED灯在波长方面的优势不仅体现在商业利益，而且促进光生物学研究的快速发展。 由于LED发光灯具备诸多优点，更适合应用于航天生态生保系统。建立可控生态生保系统是解决长期载人航天生命保障问题的根本途径。其技术关键之一就是光照。与冷白荧光灯、高压钠灯和金属卤素灯等其他光源相比，LED更能有效地將光能转化成植物光合有效辐射的光谱。此外，由于LED具有寿命长、体积小、质量轻等特点，它在空间植物栽培中的应用将会倍受重视。美国宇航局已开始研究在外太空保障植物能够正常生长的红蓝光必要的配比[21]。由于发射蓝光的LED灯具有较低的实用性，红蓝光组合作为植物生长唯一光源的可能性和可控环境的研究已成为研究的重点。随着LED技术的不断发展和完善，LED灯的制造成本将会大大降低，同时其在科学研究中的可靠性、重复性和携带方便性的优势将更为突出。因此，这种灯将会更广泛地被应用于不同波长的光对植物产生影响的研究[22]。
3 光质和光强对植物的影响
3.1 不同光质对植物的影响
不同光质对植物的形态、生理、光合效率和开花能力产生不同的影响[12]，并且多数光质对植物的生长和发育不仅产生正效应， 而且产生负效应，因此，目前多数的研究更多集中在多种光质的合理组合方面[21]。600～700 nm红光能够提高黑麦草分蘖数的20%，增大其叶面积15%，但是对黑麦草的其他形态特征没有产生负面效应。另外，650 nm 红光对番茄和黄瓜的生长产生有益的影响。相关的研究表明，红光能够稍微降低节间长度，但是有利于黄瓜的色泽和采后的贮藏，还有利于提高番茄叶绿体内淀粉含量[9]。在植物光合作用的过程中，叶绿素同时需要红光和蓝光。这说明蓝光也对植物的光合作用、植株整体的健康生长起重要的作用。在蓝光（450 nm）条件下，黄瓜、豌豆和绿豆等植物茎的伸长受到明显的抑制，而向日葵、赤小豆和西葫芦能够在黑暗环境中半小时内恢复这种抑制效应[16]。另外，在相同蓝光条件处理后，金盏菊幼苗的茎变长而干物质则下降，相反，鼠尾草幼苗的干重明显增加[23]。总体上，由于蓝光通过降低细胞的膨胀而抑制植物的生长，同时降低叶片中叶绿素的含量，因此，蓝光对光合作用影响不如红光显著[24]。然而，由于蓝光对光合作用产生较弱的影响，很多研究者往往低估了蓝光的作用，在实际的配光过程中将蓝光所占的比例控制得很低，导致植物的多种形态特征不正常，如叶绿体的数目减少、细胞壁变薄、叶肉组织变薄等。在一些特定条件下，虽然植物对蓝光产生的一些效应并不依赖于蓝光/红光的比率，但是在利用LED灯补光条件下蓝光/红光的比率十分重要。与单色光相比，合理的红蓝组合的光照环境能够提高植物生物量和果实的20%[1-2， 11， 24]。
相对于红蓝光，远红光也具有重要的生物学意义。远红光能够诱导满天星、拟南芥[25]和马铃薯[26]的开花，提高莴苣的叶面积，促进辣椒茎的伸长[15]。尽管远红光不能直接影响植物的光合作用，但是在远红光与红光组合的条件下有利于植物更健壮生长，而蓝光与红光组合比远红光与红光组合对植物的生长更为重要[15， 26]。另外，关于其他光质如橙色光和绿色光的研究也已开展。 相对于蓝红光组合、蓝光、红光3种光环境，橙色光和绿色光处理后植物的光合反应分别下降200%、120%和100%[11， 27]。但是，如果将绿光与蓝红光组合共同处理植物，绿光有益于植株整体的生长，不过至今还没有这方面的统计数据；相对于白色光，绿光和蓝色组合LED处理后植物茎长度增加40%，叶面积降低50%，导致植株更脆，色素更少，甚至整个植株的净重也降低。总之，在自然光照条件下，植物光合作用是在太阳光的全光谱下进行的，即波长范围300～2 000 nm，但植物光合作用并不能利用光谱中所有波长的光能。不同波长的光对植物起不同的作用。波长为400～700 nm 的部分被植物吸收用于光合作用，称为光合有效辐射。在植物光合作用过程中，红、橙光（600～680 nm）具有最大光合活性，植物吸收最多；其次是蓝紫光和紫外线（300～500 nm）（图3）。绿光（500～600 nm）在光合作用中被吸收最少，称为生理无效辐射，但是对植物的生长发育和形态建成起一定的作用。波长700～760 nm 的部分称为远红光。它对植物的光形态建成起一定的作用。紫外线波长的较短部分能抑制植物生长，杀死病菌孢子。280～315 nm波长光谱对大多数植物有害，可能导致植物气孔的关闭，影响光合作用，促进病菌的感染；
315～400 nm会引起叶绿素吸收减少，影响光周期效应，阻止茎的伸长；
400～520 nm条件下叶绿素与类胡萝卜素吸收比例最大，对光合作用影响最大；
520～610 nm会引起色素的吸收率不高，光合效率也较低；
610～720 nm条件下叶绿素吸收率较高，对光合作用与光周期效应有显著影响；
720～1 000 nm条件下吸收率低，刺激细胞延长，对植物的伸长起作用，其中700～800 nm辐射对远红光光周期、种子形成有重要的作用，控制植物的开花、种子发芽及果实的着色；>1 000 nm波长光谱不参与光合作用，被植物吸收后转换成热量，影响有机体的温度和蒸腾。
43卷26期杨荣超等LED灯在植物研究上的现状和展望
3.2不同光强对植物的影响
光照强度是影响植物生长的重要因素之一。光照强度的变化能够直接改变类胡萝卜素和叶绿素的含量。利用高压钠灯补光增加植物的光照强度，能够提高植物的果实产量、干物质重和果实的座果率[13， 28]。由图5可知，在发射红光（660 nm）的LED灯或氙弧灯发射0～1 400 μmol/（m2·s）的光照强度条件下光合反应的变化趋势相似。在0～800 μmol/（m2·s）光照强度范围内，净光合速率和气孔导度快速增长至最大值，而在800～1 400 μmol/（m2·s）光照强度范围内，净光合速率没有明显的变化，而气孔导度则略有降低。另外，相应的研究结果也表明，在光照强度0～250 μmol/（m2·s） 内，红光LED灯照射下植物的净光合速率高于白色光环境中的植物[22]。另外，LED灯不仅在基础研究方面得到广泛的应用，而且在设施蔬菜栽培、蔬菜的工厂化育苗、植物组织培养、观赏园艺等方面的应用研究也日益深入[29-30]。 4結语
目前LED光源应用在植物生长领域存在的主要问题是成本高以及光的穿透能力不强等。LED农用灯具存在产品杂乱、生产设计不规范、缺乏统一的产品标准和质量管理问题。尽管目前应用于市场的LED光源选择了以红光和蓝光为主的LED灯珠配置，但是在光质调节、光照强度设计方面缺乏科学、统一的规范，更缺乏针对植物照明特殊的高温、高湿环境所进行的防水、防电及耐腐蚀设计，造成一些植物生长灯产品存在安全隐患和使用寿命不长等问题。
LED灯在实际生产中的应用日益广泛，但是制约其广泛应用的一个重要问题是需要明确主要植物对光的要求规律。不同的植物品种对光质、光强的需求不同，相同品种的不同生长发育时期对光强和光质的要求也不相同。这需要进行系统研究植物对光的需求规律。只有在明确不同园艺植物对光照规律的前提下，生产者才能够根据相关研究结果确定LED灯的安装方式、安装密度及调节规律。另外，LED灯在未来应用于植物研究的过程中将围绕如下方面开展研究：①利用LED灯延长植物的光照时间，增加植物每天的光累积，缩短植物生长周期，减少病虫害，提高经济效益的栽培模式；②利用LED灯来调控花期，改善花卉品质也是很有实际应用价值的研究方向；③随着LED技术的快速发展，探索利用LED灯配比全光谱可能是很有意义的研究方向；④利用昆虫趋光性对害虫进行预测预报、防治是农、林、渔、养殖业等生产中重要的手段之一。利用LED灯进行病虫害的预测预报、防治是一种绿色环保的生态方式。但是，如何提高LED灯的诱杀效率、降低实际生产中的成本是亟需解决的问题。随着LED技术的快速发展，在全球能源日益短缺的情况下，LED以其节能、高效的特有优势吸引着全世界的目光。它的推广普及正日益受到世界各国的高度重视。LED定会在农业与生物产业获得空前的快速发展，特别是在高能耗的产业。
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阐明了半导体光源LED灯的发光原理和发展历程，总结LED灯在植物光合作用、光质和光强等方面的研究进展。另外，对LED灯自身存在的问题、应用前景进行了分析和展望。
关键词 LED；工作原理；植物研究
中图分类号S626.5文献标识码A文章编号0517-6611（2015）26-017-04
Abstract The principle and development of LEDs were elaborated， and the research progress of LED in plant photosynthesis， light quality and light intensity were summarized. In addition， many problems existing in itself and future prospect were analyzed and forecasted.
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1 LED灯的发光系统
在1962年，美国的物理学家尼克·何伦亚克发明了LEDs （Lightemitting diodes）灯装置，是一种具有2个电极的半导体发光器件。LED灯的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周被环氧树脂密封。其发光的基本原理是利用半导体PN结或类似结构把电能转换成光能。但是，它能发出不同颜色的主要原因是材料中电子和空穴所占的能级有所不同。能级的高低会影响电子和空穴复合后光子的能量，从而产生不同波长，即不同颜色的光[3]（图1）。因此，不同的材料组成就能产生不同的能级，并且发出不同颜色的光。如，红光，是由铝镓砷化物（AlGaAs）、镓砷磷化合物（GaAsP）、铝镓铟磷化物（AlGaInP）或镓磷化物的结合体发出的光[4-5]；蓝光则是由锌砷化合物（ZnSe）和铟镓镍化物（InGaN）的结合体发出的光[4-6]。
相对于传统光源（高压钠灯、金属卤化物灯），LED灯具有寿命长、光质纯、光效高、波长类型丰富、环保节能等优点。在正常条件下，LED灯使用寿命可以长达10万h。在极端高温和电流的条件下，LED灯的寿命会缩短，尤其是在高温、高湿的设施温室环境内，它的寿命会大大缩减，但比传统光源更耐用、使用寿命更长[7]。LED可以发射单色光，其半波宽大多为±20 nm，能够精确地为植物光合作用和生长发育提供所需的光谱，并且能大大提高光能的利用率。大量研究结果已证明，植物需要通过光照来调控体内激素含量、形态的变化，并且不同的波长起到的作用也不同。蓝光（420～450 nm）和红光（660 nm）能够提高植物体内叶绿素的含量，因此它们在光合作用的过程中起重要作用（图 2）[8-10]。利用LED 灯能模拟植物生长所需要的光谱和光强，显著促进植物的生长和发育。传统高压钠灯的主要发射光谱集中在560～640 nm范围之内（图 3），与植物的光合有效辐射的光谱（图 2）不能够很好地吻合。另外，早期的高压钠灯甚至缺少对植物生长起决定性作用蓝光（400～500 nm）。即使改良的高压钠灯能够发射蓝光，但是它们的处理效果仍不如380、447、520、595、622、638、660、669、721 nm LED灯。除发射光谱与植物光合有效辐射光谱不能够吻合之外，改良的高压钠灯还对植物产生一些负面的效应，如植物的叶绿素含量降低，气孔变小，地上部干物质合成量降低等其他生理紊乱现象[2， 12]。在实际生产中，应用高压钠灯能够提高植物产量。这主要是因为延长了植物的光照时间[13]。镝灯属高强度气体放电灯，是一种具有高光效（75 lm/W以上）、高显色显性（色指数80以上）、长寿命的新型气体放電光源，是金属卤化物灯的一种。它利用充入的碘化镝、碘化亚铊、汞等物质发出其特有的密集型光谱。该光谱十分接近于太阳光谱，使灯的发光效率、显色性大为提高。南京农业大学[14]利用不同的LED灯发射出蓝光（449 nm）、绿光（512 nm）、橙光（590 nm）和红光（632 nm）光谱。与金属卤化物镝灯的光谱相比，LED灯发射的每种单色光的光合有效的光子束密度（PPFD）更高，更有利于提高植物的光合作用的效率，也能提高光能的利用效率（图 4）。因此，金属卤化物灯也不是理想的植物补光系统。
2 LED灯在植物研究上发展过程
自19世纪晚期，光谱的作用已经受到人们的关注。但是，直到1919年，Garner和Allard发现光周期决定着植物的开花，光生物学的发展才真正开始[15]。人们最初主要研究不同光系统装置对植物的影响，但是现在LED发光系统已成为光生物学研究关注的焦点[1， 16-19]。在20世纪末期，植物对LED发光灯的感应研究刚刚开始，并且LED技术的快速发展推动着光生物学研究的快速发展[2]。在20世纪80年代至20世纪末，LED灯发光效率提高了20多倍，并且新的光源如橙光、绿光、远红光和紫外线均被应用于植物研究中。在1992年，人们已经研发出波宽为±30 nm、波峰在660 nm 处的发射红光的LED灯[20]。最近几年，科学家们又研发出波宽为±15 nm LED灯[11]。这为植物提供更有效的光合作用需要的光。LED灯在波长方面的优势不仅体现在商业利益，而且促进光生物学研究的快速发展。 由于LED发光灯具备诸多优点，更适合应用于航天生态生保系统。建立可控生态生保系统是解决长期载人航天生命保障问题的根本途径。其技术关键之一就是光照。与冷白荧光灯、高压钠灯和金属卤素灯等其他光源相比，LED更能有效地將光能转化成植物光合有效辐射的光谱。此外，由于LED具有寿命长、体积小、质量轻等特点，它在空间植物栽培中的应用将会倍受重视。美国宇航局已开始研究在外太空保障植物能够正常生长的红蓝光必要的配比[21]。由于发射蓝光的LED灯具有较低的实用性，红蓝光组合作为植物生长唯一光源的可能性和可控环境的研究已成为研究的重点。随着LED技术的不断发展和完善，LED灯的制造成本将会大大降低，同时其在科学研究中的可靠性、重复性和携带方便性的优势将更为突出。因此，这种灯将会更广泛地被应用于不同波长的光对植物产生影响的研究[22]。
3 光质和光强对植物的影响
3.1 不同光质对植物的影响
不同光质对植物的形态、生理、光合效率和开花能力产生不同的影响[12]，并且多数光质对植物的生长和发育不仅产生正效应， 而且产生负效应，因此，目前多数的研究更多集中在多种光质的合理组合方面[21]。600～700 nm红光能够提高黑麦草分蘖数的20%，增大其叶面积15%，但是对黑麦草的其他形态特征没有产生负面效应。另外，650 nm 红光对番茄和黄瓜的生长产生有益的影响。相关的研究表明，红光能够稍微降低节间长度，但是有利于黄瓜的色泽和采后的贮藏，还有利于提高番茄叶绿体内淀粉含量[9]。在植物光合作用的过程中，叶绿素同时需要红光和蓝光。这说明蓝光也对植物的光合作用、植株整体的健康生长起重要的作用。在蓝光（450 nm）条件下，黄瓜、豌豆和绿豆等植物茎的伸长受到明显的抑制，而向日葵、赤小豆和西葫芦能够在黑暗环境中半小时内恢复这种抑制效应[16]。另外，在相同蓝光条件处理后，金盏菊幼苗的茎变长而干物质则下降，相反，鼠尾草幼苗的干重明显增加[23]。总体上，由于蓝光通过降低细胞的膨胀而抑制植物的生长，同时降低叶片中叶绿素的含量，因此，蓝光对光合作用影响不如红光显著[24]。然而，由于蓝光对光合作用产生较弱的影响，很多研究者往往低估了蓝光的作用，在实际的配光过程中将蓝光所占的比例控制得很低，导致植物的多种形态特征不正常，如叶绿体的数目减少、细胞壁变薄、叶肉组织变薄等。在一些特定条件下，虽然植物对蓝光产生的一些效应并不依赖于蓝光/红光的比率，但是在利用LED灯补光条件下蓝光/红光的比率十分重要。与单色光相比，合理的红蓝组合的光照环境能够提高植物生物量和果实的20%[1-2， 11， 24]。
相对于红蓝光，远红光也具有重要的生物学意义。远红光能够诱导满天星、拟南芥[25]和马铃薯[26]的开花，提高莴苣的叶面积，促进辣椒茎的伸长[15]。尽管远红光不能直接影响植物的光合作用，但是在远红光与红光组合的条件下有利于植物更健壮生长，而蓝光与红光组合比远红光与红光组合对植物的生长更为重要[15， 26]。另外，关于其他光质如橙色光和绿色光的研究也已开展。 相对于蓝红光组合、蓝光、红光3种光环境，橙色光和绿色光处理后植物的光合反应分别下降200%、120%和100%[11， 27]。但是，如果将绿光与蓝红光组合共同处理植物，绿光有益于植株整体的生长，不过至今还没有这方面的统计数据；相对于白色光，绿光和蓝色组合LED处理后植物茎长度增加40%，叶面积降低50%，导致植株更脆，色素更少，甚至整个植株的净重也降低。总之，在自然光照条件下，植物光合作用是在太阳光的全光谱下进行的，即波长范围300～2 000 nm，但植物光合作用并不能利用光谱中所有波长的光能。不同波长的光对植物起不同的作用。波长为400～700 nm 的部分被植物吸收用于光合作用，称为光合有效辐射。在植物光合作用过程中，红、橙光（600～680 nm）具有最大光合活性，植物吸收最多；其次是蓝紫光和紫外线（300～500 nm）（图3）。绿光（500～600 nm）在光合作用中被吸收最少，称为生理无效辐射，但是对植物的生长发育和形态建成起一定的作用。波长700～760 nm 的部分称为远红光。它对植物的光形态建成起一定的作用。紫外线波长的较短部分能抑制植物生长，杀死病菌孢子。280～315 nm波长光谱对大多数植物有害，可能导致植物气孔的关闭，影响光合作用，促进病菌的感染；
315～400 nm会引起叶绿素吸收减少，影响光周期效应，阻止茎的伸长；
400～520 nm条件下叶绿素与类胡萝卜素吸收比例最大，对光合作用影响最大；
520～610 nm会引起色素的吸收率不高，光合效率也较低；
610～720 nm条件下叶绿素吸收率较高，对光合作用与光周期效应有显著影响；
720～1 000 nm条件下吸收率低，刺激细胞延长，对植物的伸长起作用，其中700～800 nm辐射对远红光光周期、种子形成有重要的作用，控制植物的开花、种子发芽及果实的着色；>1 000 nm波长光谱不参与光合作用，被植物吸收后转换成热量，影响有机体的温度和蒸腾。
43卷26期杨荣超等LED灯在植物研究上的现状和展望
3.2不同光强对植物的影响
光照强度是影响植物生长的重要因素之一。光照强度的变化能够直接改变类胡萝卜素和叶绿素的含量。利用高压钠灯补光增加植物的光照强度，能够提高植物的果实产量、干物质重和果实的座果率[13， 28]。由图5可知，在发射红光（660 nm）的LED灯或氙弧灯发射0～1 400 μmol/（m2·s）的光照强度条件下光合反应的变化趋势相似。在0～800 μmol/（m2·s）光照强度范围内，净光合速率和气孔导度快速增长至最大值，而在800～1 400 μmol/（m2·s）光照强度范围内，净光合速率没有明显的变化，而气孔导度则略有降低。另外，相应的研究结果也表明，在光照强度0～250 μmol/（m2·s） 内，红光LED灯照射下植物的净光合速率高于白色光环境中的植物[22]。另外，LED灯不仅在基础研究方面得到广泛的应用，而且在设施蔬菜栽培、蔬菜的工厂化育苗、植物组织培养、观赏园艺等方面的应用研究也日益深入[29-30]。 4結语
目前LED光源应用在植物生长领域存在的主要问题是成本高以及光的穿透能力不强等。LED农用灯具存在产品杂乱、生产设计不规范、缺乏统一的产品标准和质量管理问题。尽管目前应用于市场的LED光源选择了以红光和蓝光为主的LED灯珠配置，但是在光质调节、光照强度设计方面缺乏科学、统一的规范，更缺乏针对植物照明特殊的高温、高湿环境所进行的防水、防电及耐腐蚀设计，造成一些植物生长灯产品存在安全隐患和使用寿命不长等问题。
LED灯在实际生产中的应用日益广泛，但是制约其广泛应用的一个重要问题是需要明确主要植物对光的要求规律。不同的植物品种对光质、光强的需求不同，相同品种的不同生长发育时期对光强和光质的要求也不相同。这需要进行系统研究植物对光的需求规律。只有在明确不同园艺植物对光照规律的前提下，生产者才能够根据相关研究结果确定LED灯的安装方式、安装密度及调节规律。另外，LED灯在未来应用于植物研究的过程中将围绕如下方面开展研究：①利用LED灯延长植物的光照时间，增加植物每天的光累积，缩短植物生长周期，减少病虫害，提高经济效益的栽培模式；②利用LED灯来调控花期，改善花卉品质也是很有实际应用价值的研究方向；③随着LED技术的快速发展，探索利用LED灯配比全光谱可能是很有意义的研究方向；④利用昆虫趋光性对害虫进行预测预报、防治是农、林、渔、养殖业等生产中重要的手段之一。利用LED灯进行病虫害的预测预报、防治是一种绿色环保的生态方式。但是，如何提高LED灯的诱杀效率、降低实际生产中的成本是亟需解决的问题。随着LED技术的快速发展，在全球能源日益短缺的情况下，LED以其节能、高效的特有优势吸引着全世界的目光。它的推广普及正日益受到世界各国的高度重视。LED定会在农业与生物产业获得空前的快速发展，特别是在高能耗的产业。
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