植物生長(zhǎng)密碼：不同光譜對(duì)生長(zhǎng)的影響

　　隨著LED植物照明的火熱發(fā)展，人們對(duì)LED光譜的研究也日漸深入，通過改變光譜來控制植物的生長(zhǎng)從而改善農(nóng)作物的品質(zhì)，已成為植物工廠的新方向。

　　科學(xué)試驗(yàn)證明，不同波長(zhǎng)的光對(duì)植物生長(zhǎng)有不同的影響。如可見光中的藍(lán)紫光與青光對(duì)植物生長(zhǎng)及幼芽的形成有很大作用，這類光能抑制植物的伸長(zhǎng)而使其形成矮而粗的形態(tài);同時(shí)藍(lán)紫光也是支配細(xì)胞分化最重要的光線;藍(lán)紫光還能影響植物的向光性。紫外線是使植物體內(nèi)某些生長(zhǎng)激素的形成受到抑制，從而也就抑制了莖的伸長(zhǎng);紫外線也能引起向光性的敏感，并和可見光中的藍(lán)、紫和青光一樣，促進(jìn)花青素的形成?？梢姽庵械募t光和不可見光中的紅外線，都能促進(jìn)種子或者孢子的萌發(fā)和莖的伸長(zhǎng)。紅光還可以促進(jìn)二氧化碳的分解和葉綠素的形成。

　　那么，不同波段的光對(duì)植物生長(zhǎng)有哪些影響?在植物照明中如何設(shè)計(jì)最好的光配方?阿拉丁新聞中心通過采訪代表性的植物照明廠家，分析不同光譜對(duì)植物生長(zhǎng)的影響，從數(shù)據(jù)上解讀植物生長(zhǎng)密碼。

　　不同波段光譜對(duì)植物生長(zhǎng)的影響

　　專業(yè)的植物照明LED芯片供應(yīng)商晶元光電市場(chǎng)營(yíng)銷中心專案處長(zhǎng)陳新綱從植物生理的角度分析了不同光譜對(duì)植物生長(zhǎng)的影響。他指出，植物照明需要的光質(zhì)、光量分別指光的顏色(波長(zhǎng))、照射強(qiáng)度、給光周期與累積總光量，植物體內(nèi)不同色素分子吸收不同的波長(zhǎng)，例如大家熟知的葉綠素吸收光子進(jìn)行光合作用，形成ATP和NADPH化學(xué)能，其他尚有受到紅光與遠(yuǎn)紅光影響的光敏素(Phytochrome)，受藍(lán)光影響的隱花色素(Cyrptochrome)與向光素(Phototropin)……等，調(diào)控著植物種子的發(fā)芽、生長(zhǎng)與分化、葉綠素的移動(dòng)與發(fā)育、氣孔開合、開花的誘導(dǎo)、色素的合成、酵素的活化、蛋白質(zhì)的合成…等各種生理現(xiàn)象。

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

　　而鴻利智匯高級(jí)工程師張強(qiáng)指出，從植物育苗階段開始，光譜一直在變化。所以現(xiàn)在封裝廠開發(fā)的單色光植物照明產(chǎn)品并不僅僅是紅藍(lán)光，綠光、紫外、紅外也有相應(yīng)的產(chǎn)品。例如，種子在發(fā)育期藍(lán)光相對(duì)要多一些。綠光照射量較高時(shí)會(huì)抑制植物生長(zhǎng)，而適當(dāng)?shù)难a(bǔ)充20%左右綠光是會(huì)促進(jìn)植物生長(zhǎng)。相應(yīng)的紅外光對(duì)促進(jìn)植物光合作用意義并不大，但會(huì)影響植物的“身高”。為了更好的匹配植物的生長(zhǎng)階段，LED封裝廠開發(fā)的產(chǎn)品光波段也是相當(dāng)豐富，從紫外—藍(lán)—綠—紅—紅外，可以說是全波段覆蓋，更有些產(chǎn)品配合了熒光粉，做到照明、補(bǔ)光兩不誤。

　　易美芯光(北京)科技有限公司研發(fā)工程師羅軼從植物生長(zhǎng)的階段發(fā)育理論，講到了照明對(duì)植物生長(zhǎng)的影響。他指出，植物生長(zhǎng)分為以下幾個(gè)階段：

　　1)春化階段。這個(gè)階段的植物處于萌芽期，外界條件中溫度和濕度在起主要作用，照明影響很小。

　　2)光照階段。植物發(fā)芽并長(zhǎng)出最初的幾片綠葉之后，這個(gè)階段就開始了，葉綠素通過光合作用把水和二氧化碳轉(zhuǎn)化成有機(jī)物質(zhì)。在這個(gè)階段，光照時(shí)間的長(zhǎng)短會(huì)直接影響植物的生長(zhǎng)與植物形態(tài)的形成，特別是對(duì)植物的性器官---花的發(fā)育形成，起著關(guān)鍵的作用。

　　3)光譜階段。植物生長(zhǎng)至一定階段后，光譜成分開始對(duì)植物的發(fā)育成長(zhǎng)起主要作用，在此階段光譜對(duì)植物生長(zhǎng)的作用如下：

　　同時(shí)，植物對(duì)不同光譜的吸收也不同，吸收最多的是橙紅色光，其次是波長(zhǎng)300-500nm的藍(lán)紫色光及紫外線，而對(duì)波長(zhǎng)500-600nm綠黃色光吸收較少。不同地區(qū)不同習(xí)性的植物對(duì)光照的吸收能力也不一致，喜陽(yáng)性植物一般可吸收落在其葉面上80%以上的光線，而喜陰性植物一般只吸收60%左右的光線。

　　4)照度階段。在這個(gè)階段，光照強(qiáng)度是影響植物生長(zhǎng)的關(guān)鍵性因素。光線中的光譜含量對(duì)植物生長(zhǎng)的作用逐漸退居次席。其作用多是促進(jìn)果實(shí)的發(fā)育成熟，如玉蓮、番茄等植物，必須保證有足夠強(qiáng)度的光線照曬，才能開花結(jié)實(shí)。

　　光周期和光總量對(duì)植物開花的影響

　　同時(shí)，晶元光電市場(chǎng)營(yíng)銷中心專案處長(zhǎng)陳新綱還從光周期的角度分析植物開花的原理及如何利用特定的光譜來影響植物的花期。

　　他談道，經(jīng)過數(shù)億年的演化，發(fā)展出眾多物種，對(duì)于光照特性主要分成長(zhǎng)日植物(Long-day plant)、短日植物(Short-day plant)、日中性植物(Day-neutral plant)三種，另外還有雙重日長(zhǎng)型、長(zhǎng)短日型、短長(zhǎng)日型。下圖解釋照光周期的長(zhǎng)短對(duì)開花影響，可以得知臨界暗期的影響比臨界日長(zhǎng)更重要，也就是長(zhǎng)夜植物開花由暗期長(zhǎng)度決定，非照光時(shí)間長(zhǎng)度。

　　除了光周期的影響外，上圖也說明不同波長(zhǎng)的影響，無論是抑制短日照植物開花，還是促進(jìn)長(zhǎng)短日照植物開花，可利用660nm紅光(R)處理。如果紅光處理后再以730nm遠(yuǎn)紅光(FR)照射，紅光夜中斷作用就被遠(yuǎn)紅光抵消，由此可知光敏素亦參與了植物開花的誘導(dǎo)。

　　另一個(gè)光周期概念是日總光量(DLI, Daily Light Integral)，就是每日照光強(qiáng)度乘以時(shí)間，得到每日累積的總光量，就像人每天吃三餐，光照需平均分配而不能過度集中，總光量的調(diào)控超過與不及都會(huì)對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生不良影響。

　　>DLI單位: mol/m2

　　>DLI=PPFD x time(sec)

　　Luminus(朗明納斯)中國(guó)區(qū)市場(chǎng)總監(jiān)朱明最后指出，目前因?yàn)楦鞣N時(shí)間和資源的因素，尚未能實(shí)現(xiàn)所謂完美匹配方案和產(chǎn)品，只是在部分領(lǐng)域有所突破和提升，如越來越多的客戶開始將UVA增加到“傳統(tǒng)”的植物照明光譜中(450nm、660nm,730nm以及白光)，以形成一個(gè)新的更為豐富的功能性光譜，因?yàn)槎喾N研究都表明UVA可以影響植物生長(zhǎng)的顏色、抗蟲性燈，因此使用適當(dāng)強(qiáng)度的UV-A也是有利于植物的生長(zhǎng)的。更為全面和多種功能俱全的光譜和產(chǎn)品，還需要更多的企業(yè)持續(xù)研究與開發(fā)。

　　不同波段對(duì)植物照明生長(zhǎng)的影響是顯而易見的，目前眾多廠家也在完善不同波段的植物照明產(chǎn)品線，但如何利用這種影響來設(shè)計(jì)完美的光配方解決方案，或許這才是未來LED植物照明攻堅(jiān)所在。