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植物培養箱不同色光的研究
点击次数:361 发布时间:2019-03-21

光是植物生長發育的基本因素之一光質對植物的生長形態建成光合作用物質代謝以及基因表達均有調控作用通過光質調節, 控制植株形態建成和生长发育是设施栽培领域的一项重要技术

作爲第四代新型照明光源, LED具有節能環保安全可靠使用壽命長響應時間短體積小重量輕發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傳統植物設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人眼對光的適應性所選擇的, 其光譜有很多不必要的波長, 對植物生長的促進作用少而隨著光電技術革新和生産成本下降, LED因具備以下卓越性能成爲植物設施栽培領域的重要光源:光譜性能好, 可按照需要組合獲得純正單色光與複合光譜, 其波譜寬度小于±30 nm, 波长正好与植物光合成和光形態建成的光谱范围吻合;光能有效利用率可達80%~90%, 並能對不同光質和發光強度實現單獨控制;作爲冷光源, 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, 實現了低熱負荷和生産空間小型化;此外, LED耐沖擊, 不易破碎, 不含汞, 無汙染, 廢棄物可回收利用, 使用壽命是普通光源的數十倍, 特強的耐用性也降低了運行成本由于這些顯著的特征, LED十分適合應用于可控設施環境中的植物栽培, 如植物組織培養設施園藝和閉鎖式植物工廠以及航天生態生保系統等

LED應用于植物組織培養的研究

在植物組織培養中, 光合光量子通量密度 (PPFD:Photosynthetic Photon Flux Density) 、光照周期和光谱分布对植物的光合作用和形態建成起重要作用植物組培主要依靠電光源, 傳統電光源對植物的生物能效極低發熱量大, 光照用電約占整個電費成本的65%, 是植物組織培養中最高的非人力成本之一因此在植物組織培養中采用LED提供照明, 調控光質和PPFD, 不仅能够调控组培植物的生长发育和形態建成縮短培養周期提高品質, 而且能夠大大減少能耗, 降低成本

紅光與藍光LED組合對組培植物生長的影響

迄今爲止, 有不少報道認爲, 紅藍LED組合對組培植物的生長發育産生積極影響, 優于單色光處理Hahn等研究發現, 經單一紅光LED或藍光LED處理的毛地黃組培苗出現徒長現象, 但是在紅藍LED複合光下生長健壯還有研究發現, 一種雙蝴蝶屬組培植物在紅光LED下生根更好, 在藍光LED下生根最差;而在紅藍LED複合光照下, 植物的根數鮮重和葉綠素含量綜合指標明顯好于單色LED和熒光燈處理[

有研究認爲紅藍光LED组合可以通过增加净光合速率以提高植物的生长和发育是因为紅光與藍光的光谱能量分布与叶绿素吸收光谱一致。Kim等研究發現在紅LED複合光照射下的菊花組培苗淨光合速率最高, 鮮質量幹質量和葉面積達到最大, 氣孔的數目最少, 氣孔開度最大。Tanaka等報道指出在紅LED複合光照射的蘭花組培苗的鮮重和幹重增加[。Lian等對百合離體培養鱗莖進行實驗得出, LED複合光更適合鱗莖的生長, 鱗莖的尺寸幹質量和根的數量最高

但是有关紅藍LED組合的配比, 不同組培植物作爲試驗材料所開展研究的報道結果並不一致Nhut等采用80%紅光LED+20%藍光LED組合對其對香蕉組培苗生長和馴化移栽有明顯促進效果而一項對于桉樹組培苗的研究發現, 同样的紅藍LED配比, 並配合透氣膜和岩棉基質能夠實現其無糖培養。Nhut等後又研究發現在70%紅光LED+30%藍光LED照射下, 草莓組培苗的葉片數根數根長鮮重幹質量值最大, 移栽到土壤中長勢也更好隨後對白鶴芋組培苗的研究也得到了相似的結果由此可見, 不同的植物對光質配比的敏感性不同, 表現出不同的適應性

在对马铃薯组培苗的鮮/幹質量積累量指標的研究結果中發現, 協同光照控制優于交替間歇光照控制, 45%紅光LED+55%藍光LED的處理對于馬鈴薯組培苗的生長效應是更好的此外, 有研究發現在25%紅光+75%藍光LED組合下, 從蘭花原球莖小塊中誘導的愈傷組織中能夠獲得最高發生率的原球莖體

LED應用于航天生態生保系統的研究

目前國際上普遍認爲, 建立受控生態生保系統 (Controlled Ecological Life Support System, CELSS) 是解決長期載人航天生命保障問題的根本途徑而要建立好該系統, 關鍵技術之一就是必須解決好其中的高等植物栽培技術, 在空間進行高等植物栽培涉及到的關鍵問題之一就是光照技術

基于空間環境的特殊要求, 空間高等植物栽培中使用的光源必須具有發光效率高输出的光波适合于植物光合作用和形態建成體積小重量輕壽命長高安全可靠性記錄和無環境汙染等特點因此, 近年來發光二極管在空間植物栽培中的應用倍受重視研究發現氙氣金鹵燈和LED兩種照明系統都能提供CELSS要求的光譜能量分布和均勻的照明, 但是采用LED的照明系統的電能轉換效率超過采用氙氣金鹵燈系統的5

郭双生等研究發現, 太空植株正常生长可采用紅色和藍色LED的一定組合, 90%紅色+10%藍色LED管更爲適宜。Kim等研究發現, 24%綠光+藍光+紅光 (RGB) 處理促進了生菜的生長, 與冷白熒光燈處理組相比, RGB處理組的生菜光合産量顯著提高

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