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植物生长密码:不同光谱对生长的影响

2017-11-13 作者:卡茨 来源:阿拉丁照明网 浏览量: 网友评论: 0
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摘要: 不同波段的光对植物生长有哪些影响?在植物照明中如何设计最好的光配方?阿拉丁新闻中心通过采访代表性的植物照明厂家,分析不同光谱对植物生长的影响,从数据上解读植物生长密码。

  随着LED植物照明的火热发展,人们对LED光谱的研究也日渐深入,通过改变光谱来控制植物的生长从而改善农作物的品质,已成为植物工厂的新方向。

  科学试验证明,不同波长的光对植物生长有不同的影响。如可见光中的蓝紫光与青光对植物生长及幼芽的形成有很大作用,这类光能抑制植物的伸长而使其形成矮而粗的形态;同时蓝紫光也是支配细胞分化最重要的光线;蓝紫光还能影响植物的向光性。紫外线是使植物体内某些生长激素的形成受到抑制,从而也就抑制了茎的伸长;紫外线也能引起向光性的敏感,并和可见光中的蓝、紫和青光一样,促进花青素的形成。可见光中的红光和不可见光中的红外线,都能促进种子或者孢子的萌发和茎的伸长。红光还可以促进二氧化碳的分解和叶绿素的形成。

  那么,不同波段的光对植物生长有哪些影响?在植物照明中如何设计最好的光配方?阿拉丁新闻中心通过采访代表性的植物照明厂家,分析不同光谱对植物生长的影响,从数据上解读植物生长密码。

  不同波段光谱对植物生长的影响

  专业的植物照明LED芯片供应商晶元光电市场营销中心专案处长陈新纲从植物生理的角度分析了不同光谱对植物生长的影响。他指出,植物照明需要的光质、光量分别指光的颜色(波长)、照射强度、给光周期与累积总光量,植物体内不同色素分子吸收不同的波长,例如大家熟知的叶绿素吸收光子进行光合作用,形成ATP和NADPH化学能,其他尚有受到红光与远红光影响的光敏素(Phytochrome),受蓝光影响的隐花色素(Cyrptochrome)与向光素(Phototropin)……等,调控着植物种子的发芽、生长与分化、叶绿素的移动与发育、气孔开合、开花的诱导、色素的合成、酵素的活化、蛋白质的合成…等各种生理现象。

  Source: Sullivan and Deng(2003) Developmental Biology 260: 289-297.

  而鸿利智汇高级工程师张强指出,从植物育苗阶段开始,光谱一直在变化。所以现在封装厂开发的单色光植物照明产品并不仅仅是红蓝光,绿光、紫外、红外也有相应的产品。例如,种子在发育期蓝光相对要多一些。绿光照射量较高时会抑制植物生长,而适当的补充20%左右绿光是会促进植物生长。相应的红外光对促进植物光合作用意义并不大,但会影响植物的“身高”。为了更好的匹配植物的生长阶段,LED封装厂开发的产品光波段也是相当丰富,从紫外—蓝—绿—红—红外,可以说是全波段覆盖,更有些产品配合了荧光粉,做到照明、补光两不误。

  易美芯光(北京)科技有限公司研发工程师罗轶从植物生长的阶段发育理论,讲到了照明对植物生长的影响。他指出,植物生长分为以下几个阶段:

  1)春化阶段。这个阶段的植物处于萌芽期,外界条件中温度和湿度在起主要作用,照明影响很小。

  2)光照阶段。植物发芽并长出最初的几片绿叶之后,这个阶段就开始了,叶绿素通过光合作用把水和二氧化碳转化成有机物质。在这个阶段,光照时间的长短会直接影响植物的生长与植物形态的形成,特别是对植物的性器官---花的发育形成,起着关键的作用。

  3)光谱阶段。植物生长至一定阶段后,光谱成分开始对植物的发育成长起主要作用,在此阶段光谱对植物生长的作用如下:

  同时,植物对不同光谱的吸收也不同,吸收最多的是橙红色光,其次是波长300-500nm的蓝紫色光及紫外线,而对波长500-600nm绿黄色光吸收较少。不同地区不同习性的植物对光照的吸收能力也不一致,喜阳性植物一般可吸收落在其叶面上80%以上的光线,而喜阴性植物一般只吸收60%左右的光线。

  4)照度阶段。在这个阶段,光照强度是影响植物生长的关键性因素。光线中的光谱含量对植物生长的作用逐渐退居次席。其作用多是促进果实的发育成熟,如玉莲、番茄等植物,必须保证有足够强度的光线照晒,才能开花结实。

  光周期和光总量对植物开花的影响

  同时,晶元光电市场营销中心专案处长陈新纲还从光周期的角度分析植物开花的原理及如何利用特定的光谱来影响植物的花期。

  他谈道,经过数亿年的演化,发展出众多物种,对于光照特性主要分成长日植物(Long-day plant)、短日植物(Short-day plant)、日中性植物(Day-neutral plant)三种,另外还有双重日长型、长短日型、短长日型。下图解释照光周期的长短对开花影响,可以得知临界暗期的影响比临界日长更重要,也就是长夜植物开花由暗期长度决定,非照光时间长度。

  除了光周期的影响外,上图也说明不同波长的影响,无论是抑制短日照植物开花,还是促进长短日照植物开花,可利用660nm红光(R)处理。如果红光处理后再以730nm远红光(FR)照射,红光夜中断作用就被远红光抵消,由此可知光敏素亦参与了植物开花的诱导。

  另一个光周期概念是日总光量(DLI, Daily Light Integral),就是每日照光强度乘以时间,得到每日累积的总光量,就像人每天吃三餐,光照需平均分配而不能过度集中,总光量的调控超过与不及都会对植物的生长发育产生不良影响。

  >DLI单位: mol/m2

  >DLI=PPFD x time(sec)

  Luminus(朗明纳斯)中国区市场总监朱明最后指出,目前因为各种时间和资源的因素,尚未能实现所谓完美匹配方案和产品,只是在部分领域有所突破和提升,如越来越多的客户开始将UVA增加到“传统”的植物照明光谱中(450nm、660nm,730nm以及白光),以形成一个新的更为丰富的功能性光谱,因为多种研究都表明UVA可以影响植物生长的颜色、抗虫性灯,因此使用适当强度的UV-A也是有利于植物的生长的。更为全面和多种功能俱全的光谱和产品,还需要更多的企业持续研究与开发。

  不同波段对植物照明生长的影响是显而易见的,目前众多厂家也在完善不同波段的植物照明产品线,但如何利用这种影响来设计完美的光配方解决方案,或许这才是未来LED植物照明攻坚所在。


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