LED在植物栽培種的應(yīng)用
作為第四代新型照明光源，LED具有許多不同于其他電光源的特點(diǎn)，這也使其成為節(jié)能環(huán)保光源的首選。
應(yīng)用于植物培養(yǎng)領(lǐng)域的LED還表現(xiàn)以下特征：波長(zhǎng)類型豐富、正好與植物光合作用和光形態(tài)建成的光譜范圍吻合;頻譜波寬度半寬窄，可按照需要組合獲得純正單色光與復(fù)合光譜;可以集中特定波長(zhǎng)的光均衡地照射作物;不僅可以調(diào)節(jié)作物開(kāi)花與結(jié)實(shí)，而且還能控制株高和植物的營(yíng)養(yǎng)成分;系統(tǒng)發(fā)熱少，占用空間小，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;此外，其特強(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)施園藝與工廠化育苗和航天生態(tài)生保系統(tǒng)等。
我國(guó)設(shè)施園藝面積發(fā)展迅速，植物生長(zhǎng)的光環(huán)境控制照明技術(shù)已經(jīng)引起重視。設(shè)施園藝照明技術(shù)主要應(yīng)用于兩個(gè)方面：一、在日照量少或日照時(shí)間短的時(shí)候作為植物光合作用的補(bǔ)充照明;二、作為植物光周期、光形態(tài)建成的誘導(dǎo)照明。
LED應(yīng)用于植物設(shè)施栽培的研究
1、LED作為植物光合作用補(bǔ)充照明的研究 傳統(tǒng)人工光源產(chǎn)生太多熱量，如采用LED補(bǔ)充照明和水培系統(tǒng)，空氣能夠被循環(huán)使用，過(guò)多的熱量和水份可以被移除，電能能夠被高效地轉(zhuǎn)變?yōu)橛行Ч夂陷椛洌罱K轉(zhuǎn)化為植物物質(zhì)。研究表明：采用LED照明，生菜的生長(zhǎng)速率、光合速率都提高20%以上，將LED用于植物工廠是可行的。研究發(fā)現(xiàn)，與熒光燈相比，混合波長(zhǎng)的LED光源能夠顯著促進(jìn)菠菜、蘿卜和生菜的生長(zhǎng)發(fā)育，提高形態(tài)指標(biāo);能夠使甜菜生物積累量最大，毛根中甜菜素積累最顯著，并在毛根中產(chǎn)生最高的糖分和淀粉積累。與金屬鹵化燈相比，生長(zhǎng)在符合波長(zhǎng)LED下的胡椒、紫蘇植株，其莖、葉的解剖學(xué)形態(tài)發(fā)生顯著的變化，并且隨著光密度提高，植株的光合速率提高。復(fù)合波長(zhǎng)的LED可引起萬(wàn)壽菊和鼠尾草兩種植物的氣孔數(shù)目增多。
2、LED作為植物光周期、光形態(tài)建成的誘導(dǎo)照明 特定波長(zhǎng)的LED可影響植物的開(kāi)花時(shí)間、品質(zhì)和花期持續(xù)時(shí)間。某些波長(zhǎng)的LED能夠提高植物的花芽數(shù)和開(kāi)花數(shù);某些波長(zhǎng)的LED能夠降低成花反應(yīng)，調(diào)控了花梗長(zhǎng)度和花期，有利于切花生產(chǎn)和上市。由此可見(jiàn)通過(guò)LED調(diào)控可以調(diào)控植物的開(kāi)花和隨后的生長(zhǎng)。
3、 LED應(yīng)用于航天生態(tài)生保系統(tǒng)的研究
建立受控生態(tài)生保系統(tǒng)(Controlled Ecological Life Support SystemCELSS)是解決長(zhǎng)期載人航天生命保障問(wèn)題的根本途徑，高等植物的栽培是CELSS的重要元件，其關(guān)鍵之一光照。
基于空間環(huán)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(fā)光效率高、輸出的光波適合于植物光合作用和光形態(tài)建成、體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)、高安全可靠性記錄和無(wú)環(huán)境污染等特點(diǎn)。與冷白熒光燈、高壓鈉燈和金屬鹵素?zé)舻绕渌庠聪啾容^，LED更能有效地將光能轉(zhuǎn)化成光合有效輻射，植物補(bǔ)光效果更好;此外它具有壽命長(zhǎng)、體積小、重量輕和呈固態(tài)等特點(diǎn)，因此，LED在地面和空間植物栽培中倍受重視。研究表明LED照明系統(tǒng)能提供光譜能量分布均勻的照明，其電能轉(zhuǎn)換為植物所需光的效率超過(guò)金鹵燈的520倍。
以菊花為試材舉例：
以菊花為試材，選取生長(zhǎng)一致且粗壯菊花莖段120枝，分成2組，每組60枝。剪取長(zhǎng)約12cm的帶葉枝段，并將基部削成楔形面，將基部用10PPM的萘已酸處理12小時(shí)，然后分別快繁于自然光的智能苗床與有LED植物生長(zhǎng)燈的紅光苗床，觀察、記錄莖段的生長(zhǎng)情況。葉綠素含量測(cè)定用浸提法于培養(yǎng)的第3\6\12天，均勻取各處理同等部位葉片0.2g，剪碎，用1：1的丙酮：無(wú)水乙醇浸泡，置于40度恒溫箱中提取24小時(shí)后測(cè)定波長(zhǎng)652nm處OD值，計(jì)算葉綠素含量。可溶性糖用35二硝基水楊酸法測(cè)定硝酸還原酶(NR)活性用磺胺比色法測(cè)定.得到如下結(jié)果：
1，培養(yǎng)30d后紅光下的莖段較自然光下的生根早，最終根數(shù)多，生根率高達(dá)100%，根多而壯。葉色濃綠，莖粗壯，苗長(zhǎng)勢(shì)旺盛。整個(gè)培養(yǎng)過(guò)程中紅光下材料的長(zhǎng)勢(shì)明顯優(yōu)于自然光下，顯示紅光有促進(jìn)千頭小黃菊生根的效應(yīng)。LED植物生產(chǎn)燈紅光和自然光照下千頭小黃菊枝段生根比較
2，在莖段生長(zhǎng)過(guò)程中，無(wú)論是自然光下還是紅光下，葉綠素含量均先降后增。但紅光下葉綠素含量高于自然光下，說(shuō)明紅光對(duì)葉綠素的形成表現(xiàn)出明顯的促進(jìn)作用，并且隨著培養(yǎng)天數(shù)的增加這種結(jié)果越明顯。紅光下植株生長(zhǎng)勢(shì)較好，可能是由于植株體內(nèi)葉綠素含量較高，光合作用較旺盛，有更多的碳水化合物的合成，從而為植株的生長(zhǎng)提供了充足的物質(zhì)和能量所致。LED植物生長(zhǎng)燈表2自然光和紅光下葉綠素和可溶性糖含量
3，培養(yǎng)第9天的可溶性糖含量比第15天的低，且紅光下比自然光下下降多，紅光下的莖段生根也較自然光下的早。15天后，紅光下的可溶性糖含量比自然光下高，這可能與紅光下葉綠素含量較高，光合作用較旺盛有關(guān)。
4，紅光下莖段中NR活性明顯大于自然光下?？梢?jiàn)紅光可促進(jìn)菊花莖段氮代謝。
總之，紅光有促進(jìn)菊花莖段生根、葉綠素形成、碳水化合物積累以及吸收和利用的作用。在快繁過(guò)程中運(yùn)用紅光的植物生長(zhǎng)燈補(bǔ)光對(duì)于促進(jìn)各種植物的快速生根及提高種苗質(zhì)量效果明顯。
植物都要依靠光的能量進(jìn)行光合作用而生長(zhǎng)、開(kāi)花、結(jié)果。但由于自然界經(jīng)常出現(xiàn)千變?nèi)f化的氣候變化和光照變因，使植物在各個(gè)不同的生長(zhǎng)期不能充分吸取到自身不同生長(zhǎng)期間所需要的光合營(yíng)養(yǎng)，給生長(zhǎng)帶來(lái)不利，尤其是在育苗階段。對(duì)此，科學(xué)合理的人工光譜對(duì)植物的生長(zhǎng)創(chuàng)造了很好的吸收和反射條件。而藍(lán)光區(qū)和紅光區(qū)的各能源值，十分接近植物光合作用的效率曲線(對(duì)綠色植物效率更是顯著)是植物生長(zhǎng)的最佳光源。
在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中一般使用普通電光源補(bǔ)充光照和應(yīng)用不同覆蓋材料等農(nóng)業(yè)技術(shù)措施，如采用單色熒光燈或彩色塑料薄膜，改變光環(huán)境以調(diào)控設(shè)施栽培環(huán)境中植物的生長(zhǎng)發(fā)育。led植物生長(zhǎng)燈采用了不同于這些措施，從而避免了存在著不同程度的問(wèn)題，如缺乏對(duì)具體光譜成分的分析導(dǎo)致光質(zhì)處理不純，光強(qiáng)不一致、接近甚至或低于植物的光補(bǔ)償點(diǎn)，照射光源能效低等。LED在植物設(shè)施栽培環(huán)境中的大量應(yīng)用研究結(jié)果表明，LED能夠解決這些難題，特別適合應(yīng)用于人工光控制型植物設(shè)施栽培環(huán)境。
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