人工光通常用于諸如溫室和組織培養(yǎng)實驗室的建筑物中，以促進有機體的生長，諸如植物生長。在建筑物和垂直農(nóng)場內(nèi)種植有機體需要使用供電照明來提供生長所必要的光。這類光通常為電氣驅動，并且發(fā)射用于諸如光合作用的生物過程的光子。各種光或光子源的實例包括但不限于金屬鹵化物燈、熒光燈、高壓鈉燈、白熾燈和LED(發(fā)光二極管)。

前述的相關技術的實例和與其相關的限制意圖是說明性的而不是排他性的，并且它們不意味著對本文所描述的發(fā)明的任何限制。對于本領域那些技術人員而言，通過閱讀說明書和研究附圖，將清楚了解相關技術的其他限制。

概述

結合示例性和說明性而非限制范圍的系統(tǒng)、工具和方法來描述和說明下面的實施方案及其各個方面。

本發(fā)明的實施方案包括用于增強有機體的生長、破壞或修復的系統(tǒng)，其包括與至少一個光子發(fā)射調(diào)制控制器通信的至少一個光子發(fā)射器；其中所述至少一個光子發(fā)射器被配置來發(fā)射至少一個第一光子脈沖，其中所述至少一個第一光子脈沖具有持續(xù)時間、強度、波長帶和占空比；其中所述至少一個第一光子脈沖的所述持續(xù)時間在0.01微秒與5分鐘之間并且其中所述光子脈沖之間的所述延遲持續(xù)時間在0.1微秒與24小時之間；其中所述第一光子脈沖的所述占空比在所述至少一個光子發(fā)射器的0.01％與90％恒定發(fā)射之間；其中所述至少一個光子發(fā)射器被配置來發(fā)射至少一個額外光子脈沖，其中所述至少一個額外光子脈沖具有持續(xù)時間、強度、波長帶和占空比，其中所述至少一個額外光子脈沖的所述持續(xù)時間、強度、波長帶和占空比不同于所述至少一個第一光子脈沖的所述持續(xù)時間、強度、波長帶和占空比；其中所述至少一個光子發(fā)射調(diào)制控制器控制光子從所述光子發(fā)射器的所述發(fā)射；其中所述至少一個額外光子脈沖的所述持續(xù)時間在0.01微秒與5分鐘之間并且其中所述光子脈沖之間的所述延遲持續(xù)時間在0.1微秒與24小時之間；其中所述至少一個額外光子脈沖的所述占空比在所述至少一個光子發(fā)射器的0.01％與90％恒定發(fā)射之間；并且其中所述至少一個第一光子脈沖和所述至少一個額外光子脈沖誘發(fā)所述有機體中的反應。

本發(fā)明的另一個實施方案可包括用于誘發(fā)有機體中的反應的方法，其中所述方法包括提供至少一個光子發(fā)射器；提供與所述至少一個光子發(fā)射器通信的至少一個光子發(fā)射調(diào)制控制器；將來自所述至少一個光子發(fā)射調(diào)制控制器的命令傳達至所述至少一個光子發(fā)射器；朝向所述有機體發(fā)射來自所述至少一個光子發(fā)射器的至少一個第一光子脈沖；其中所述至少一個第一光子脈沖具有持續(xù)時間、強度、波長帶和占空比；其中所述至少一個第一光子脈沖的所述持續(xù)時間在0.01微秒與5分鐘之間并且其中所述光子脈沖之間的所述延遲持續(xù)時間在0.1微秒與24小時之間；其中所述第一光子脈沖的所述占空比在所述至少一個光子發(fā)射器的0.01％與90％恒定發(fā)射之間；以及朝向所述有機體發(fā)射來自所述至少一個光子發(fā)射器的至少一個額外光子脈沖，其中所述至少一個額外光子脈沖具有持續(xù)時間、強度、波長帶和占空比，其中所述至少一個額外光子脈沖的所述持續(xù)時間、強度、波長帶和占空比不同于所述至少一個第一光子脈沖的所述持續(xù)時間、強度、波長帶和占空比；其中所述至少一個額外光子脈沖的所述持續(xù)時間在0.01微秒與5分鐘之間并且其中所述光子脈沖之間的所述延遲持續(xù)時間在0.1微秒與24小時之間；其中所述額外光子脈沖的所述占空比在所述至少一個光子發(fā)射器的0.01％與90％恒定發(fā)射之間。

本發(fā)明的實施方案包括用于增強有機體的生長、破壞或修復的系統(tǒng)，其包括與至少一個光子發(fā)射調(diào)制控制器通信的至少一個光子發(fā)射器；其中所述至少一個光子發(fā)射器被配置來發(fā)射至少一個第一光子脈沖，其中所述至少一個第一光子脈沖具有持續(xù)時間、強度、波長帶和占空比；其中所述至少一個第一光子脈沖的所述持續(xù)時間在0.01微秒與五(5)分鐘之間并且其中所述光子脈沖之間的所述延遲持續(xù)時間在0.1微秒與24小時之間；其中所述至少一個光子發(fā)射器被配置來發(fā)射至少一個額外光子脈沖，其中所述至少一個額外光子脈沖具有持續(xù)時間、強度、波長帶和占空比，其中所述至少一個額外光子脈沖的所述持續(xù)時間、強度、波長帶和占空比不同于所述至少一個第一光子脈沖的所述持續(xù)時間、強度、波長帶和占空比；其中所述至少一個光子發(fā)射調(diào)制控制器控制光子從所述光子發(fā)射器的所述發(fā)射；其中所述至少一個額外光子脈沖的所述持續(xù)時間在0.01微秒與5分鐘之間并且其中所述光子脈沖之間的所述延遲持續(xù)時間在0.1微秒與24小時之間；并且其中所述至少一個第一光子脈沖和所述至少一個額外光子脈沖誘發(fā)所述有機體中的反應。

本發(fā)明的另一個實施方案可包括用于誘發(fā)有機體中的反應的方法，其中所述方法包括提供至少一個光子發(fā)射器；提供與所述至少一個光子發(fā)射器通信的至少一個光子發(fā)射調(diào)制控制器；將來自所述至少一個光子發(fā)射調(diào)制控制器的命令傳達至所述至少一個光子發(fā)射器；朝向所述有機體發(fā)射來自所述至少一個光子發(fā)射器的至少一個第一光子脈沖；其中所述至少一個第一光子脈沖具有持續(xù)時間、強度、波長帶和占空比；其中所述至少一個第一光子脈沖的所述持續(xù)時間在0.01微秒與5分鐘之間并且其中所述光子脈沖之間的所述延遲持續(xù)時間在0.1微秒與24小時之間；以及朝向所述有機體發(fā)射來自所述至少一個光子發(fā)射器的至少一個額外光子脈沖，其中所述至少一個額外光子脈沖具有持續(xù)時間、強度、波長帶和占空比，其中所述至少一個額外光子脈沖的所述持續(xù)時間、強度、波長帶和占空比不同于所述至少一個第一光子脈沖的所述持續(xù)時間、強度、波長帶和占空比；其中所述至少一個額外光子脈沖的所述持續(xù)時間在0.01微秒與5分鐘之間并且其中所述光子脈沖之間的所述延遲持續(xù)時間在0.1微秒與24小時之間。

除以上所描述的實施方案之外，其他方面和實施方案通過參考附圖及研究以下描述將變得顯而易見，所述其他方面和實施方案中的任一個或全部處于本發(fā)明范圍內(nèi)。以上概述是示例性實現(xiàn)方式的列表，而不是本發(fā)明范圍的限制性陳述。

附圖簡述

附圖并入本文并形成說明書的一部分，其說明一些但不是僅有的或排他的示例性實施方案和/或特征。本文所公開的實施方案和附圖應被認為是說明性的而不是限制性的。

圖1是示出光子調(diào)制生長系統(tǒng)的實例的框圖。

圖2是示出脈沖發(fā)出不同特定波長帶的光的單個色彩光子調(diào)制生長系統(tǒng)的實例的框圖。

圖3是示出與帶有示例LED陣列的多個光子發(fā)射器通信的光子發(fā)射調(diào)制控制器的框圖。

圖4是示出通過主/從LED陣列調(diào)制光子發(fā)射的框圖。

圖5是示出與一系列光子發(fā)射器通信并控制一系列光子發(fā)射器的主邏輯控制器的框圖。

圖6是示出與一系列植物傳感器通信的光子發(fā)射生長系統(tǒng)的框圖。

圖7是示出與各種SSR(固態(tài)繼電器)或FETS通信的示例LED陣列的框圖。

圖8是光子脈沖的調(diào)制周期的圖。

圖9是三個單個光子脈沖的循環(huán)的示例圖，其中每個脈沖包括在不同定時下的不同波長帶。

圖10是三個單個光子脈沖的循環(huán)的示例圖，其中每個脈沖包括在不同定時下的不同波長帶。

圖11是示出通過脈沖發(fā)出各種波長帶用于有機體生長的光子調(diào)制方法的流程圖。

圖12是示出通過使用植物傳感器的有機體生長、修復或破壞的方法的流程圖。

詳述

本公開的實施方案提供用于誘發(fā)有機體中的期望效應的系統(tǒng)、設備和方法，所述期望效應是通過產(chǎn)生具有足夠強度的單個色彩光譜的電磁波發(fā)射脈沖(光子)以驅動光化學活化或有機體中的反應，其中使用特征頻率或模式來最小化為引起有機體生長、破壞和或修復所需的輸入電力，同時還允許監(jiān)測所述系統(tǒng)的電力消耗和其他變量。如將進一步詳細論述的，通過控制對有機體的光子爆發(fā)的占空比、波長帶和頻率，不只是有機體的發(fā)芽、生長和繁殖速率能夠被人影響，除了發(fā)芽、生長和繁殖速率，可通過藍、黃、近紅、遠紅、紅外和紫外光子調(diào)制之間的循環(huán)來控制和增加有機體的修復和破壞。

長期以來人們認為，為了有效地生長，植物需要8到16個小時的光，接著8到16個小時的暗。本公開的關鍵已證明概念是植物生長的這個基礎和根本在本質(zhì)上是不正確的。植物在光周期期間不能利用恒定的光子輸入，并且因此耗費異常量的能量來保護自身不受光子配給過量的影響。

本公開通過定時照明系統(tǒng)使植物利用光子的能力與對植物的光子施用同步。具體地，通過以特定的比率組合來組合多個波長的光子，可優(yōu)化和控制有機體中的吸收化學物質(zhì)。例如，通過使光子脈沖的定時與生色團經(jīng)電子傳遞鏈吸收并轉移光子能量至電子的定時同步，植物消耗更少的能量來對抗過熱和諸如超氧化物的副作用并且將生長最大化。對植物的這個光子劑量以大約微秒完成，并且接著是相似大小的暗周期。這允許植物將幾乎所有能量用于生長和基本的生命功能。此外，被認為是緩慢的“激素樣”控制機制的特定發(fā)色團實際上能夠快速反應從而進一步控制生長。

實驗已證明，本公開的許多實施方案產(chǎn)生了與傳統(tǒng)生長燈系統(tǒng)相比生長更快、更強壯、需要更少營養(yǎng)的植物。每個光“配方(色彩頻率、調(diào)制周期、占空比和持續(xù)時間的組合)”可針對每個有機體種類的每個期望反應進行優(yōu)化。

下面是本公開的方法、系統(tǒng)和設備的主要額外優(yōu)勢：

a.更少熱量生成：LED照明本質(zhì)上產(chǎn)生比常規(guī)生長燈更少的熱量。當在配給應用中使用LED燈時，它們開啟的時間少于它們關閉的時間。這形成了具有來自LED燈的標稱熱產(chǎn)量的環(huán)境。這不僅在無需使用能量來去除系統(tǒng)的熱量方面是有益的，而且有益于植物，因為植物無需使用能量來保護自身不受熱量影響且能夠將能量用于生長。

b.更少蒸騰作用(更低的水分消耗)-植物蒸騰速率隨著溫度和光強度的增加而上升。這些增加的變量導致控制開孔(氣孔)的植物細胞張開，在所述開孔(氣孔)處水分釋放至大氣。因為在光子生長管理系統(tǒng)中植物熱量和光脅迫保持在最小限度，所以氣孔開孔也保持在最小限度并且因此植物在蒸騰作用中流失更少的水分。

雖然光是所述光子調(diào)制生長系統(tǒng)中的關鍵組分，但此系統(tǒng)不同于其他歷史性且甚至是前沿照明技術，因為光被用作植物活動的基礎控制器而不僅僅是植物生長的基本成分。同樣地，雖然LED技術是所述新系統(tǒng)中照明的核心組分，但這是LED技術與其他工程技術相結合的獨特應用，相比于現(xiàn)存蔬菜、觀賞植物和藥物等的工業(yè)生產(chǎn)，其顯著擴大了在降低成本、提高產(chǎn)量以及增強控制方面的潛力，無論是野外還是室內(nèi)，無論是工業(yè)規(guī)模還是家庭消費使用。通過迄今為止所做的實驗，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，相同的照明系統(tǒng)可用來控制包括發(fā)芽、開花等在內(nèi)的許多植物功能。

本公開的系統(tǒng)、設備和方法提供在某一頻率、強度和占空比下的能量，包括單個色彩光譜或色彩光譜范圍，所述頻率、強度和占空比可針對目標有機體的特定和最佳的所需生長、破壞和或修復特性被定制、監(jiān)測和優(yōu)化，以便在最小化系統(tǒng)中使用的能量的同時最大化生長、破壞和或修復。通過對用于有機體的已調(diào)制光子能量的速率和效率進行控制，所述有機體的光化學反應的不同部分被最大化，從而允許最佳生長或期望反應(諸如根、組織或菌絲生長，營養(yǎng)生長，花或子實體生成，果實、孢子或種子生成，停止生長，特定植物部分的延伸，修復有機體或有機體的破壞)，同時還允許對有機體反應的控制。

光子是不帶電荷的無質(zhì)量的基本粒子。光子從多種源發(fā)射，諸如分子和核子過程、光量子和電磁輻射的所有其他形式。光子能量可被活體有機體中發(fā)現(xiàn)的稱作色素的分子(諸如生色團)吸收，并將其轉化成電位。

所得到的受激發(fā)色素分子是不穩(wěn)定的，并且必須以三種可能方式之一將能量耗散。1.作為熱量；2.作為光來減輕；或者3.通過參與光化學反應加以利用，這是本公開的焦點。例如，對于待被植物使用的光而言，它必須首先被吸收。隨著光被吸收，所吸收的光子的能量被轉移至色素分子中的電子。只有當光子的含能量與將電子的能量提升到更高的可容許能態(tài)之一所需的能量相匹配時，所述光子才能被吸收。如果相匹配，那么電子因此從非激發(fā)態(tài)上升至更高的單態(tài)之一。在葉綠素色素的實例中，其具有許多不同的電子，每個電子可吸收具有不同能級并因此具有不同波長的光子。此外，每個電子可存在多種激發(fā)態(tài)。

普通受激發(fā)分子具有非常短暫的壽命(大約納秒)，并且在沒有與其環(huán)境中其他分子發(fā)生任何化學相互作用的情況下，它必須使自身擺脫任何多余能量并返回至基態(tài)(非激發(fā)態(tài))。這種多余能量的耗散通過多種方式實現(xiàn)，然而轉化至三重態(tài)或亞穩(wěn)態(tài)是本公開的主要機制。受激發(fā)電子被轉移至受體分子或光氧化。所述能量接著被作為光合作用或構象變化中的主要光化學行為加以利用，如同光敏色素分子中的情況一樣。

被色素吸收的大部分光子能量永不能達到在光化學過程中利用的狀態(tài)。由于這一事實，使光子的配給同步于植物的吸收能力并且只給予所述植物能使用的是有意義的。吸收光以最終用于生理過程的色素被稱為光感受器。這些分子將光子的能量和信息內(nèi)容處理成可被有機體使用的形式。被利用的這個能量用來驅動光合作用(或者將二氧化碳還原成碳水化合物)。不同的容量和能量光譜(或波長)在反應中起關鍵作用。

用于植物生長的最常見色素是葉綠素a、b、c和d，藻膽素，萜類化合物，類胡蘿卜素，隱花色素，UV-B受體(諸如核糖類黃酮(riboflavinoid))，類黃酮(flavinoid)和β-花青苷。這些光感受器將它們的電化學能量轉移至電子傳遞鏈。吸收光子的光感受器(諸如葉綠素、萜類化合物、類胡蘿卜素等)實際上是被稱作生色團的共軛分子，所述生色團允許光子轉化成電位。生色團存在于除植物之外的許多其他生物學功能中，包括黑素細胞癥和人類視覺中的色彩傳感細胞。

這種現(xiàn)象在人類視覺視蛋白生色團中可見。對光的近紅光子的吸收導致生色團從11-順式到全反式構象的光異構化。所述光異構化誘發(fā)視蛋白蛋白質(zhì)中的構象變化，從而引起光轉導級聯(lián)的活化。結果是視紫紅質(zhì)(rhodopsin)轉化成帶有全反式生色團的前光視紫紅質(zhì)(prelumirhodopsin)。這種視蛋白在反式形式中保留對光的不敏感。所述變化之后是視蛋白結構中的若干快速轉位，以及生色團與視蛋白關系的變化。它通過用由視網(wǎng)膜上皮細胞提供的新型合成11-順式視黃醛替換全反式視黃醛來被再生。這一可逆且快速的化學周期負責對人體中的色彩進行識別和接收。植物中存在類似的生化過程。光敏色素和脫鎂葉綠素表現(xiàn)極類似于視蛋白，因為它們能夠通過配給不同波長的光而被快速地調(diào)節(jié)從而在順式和反式構型之間轉換。然而，如果遠紅光刺激反式形式的視蛋白，那么其可跳過天然光轉導鏈中的步驟并且快得多地恢復到11-順式。

植物對于白天和夜晚長度的變化的反應包括與視覺周期中涉及的變化非常相似的光子吸收分子變化。菊花和高涼菜是這一現(xiàn)象很好的實例。它們響應于秋天到來時夜晚長度的增加而開花。如果夜晚在實驗中被縮短，所述植物將不會開花。如果使植物暴露于近紅(660nm)的光，那么它們將不會開花。如果使植物在暴露于近紅后接著暴露于遠紅(730nm)的光，那么它們將會開花。眾所周知，小麥、大豆和其他經(jīng)濟作物最適合或被種植在具有不同的光和暗周期的特定緯度。近紅色素(順式)的吸收將色素轉化成遠紅吸收態(tài)(反式)。所述近紅/遠紅化學逆轉還控制種子發(fā)芽和生長周期。植物中的這些吸收光子的生色團被稱作光敏色素。還應理解，脫鎂葉綠素(缺乏Mg²+離子的葉綠素a、b和c)也天然存在于植物中。缺乏雙鍵環(huán)的脫鎂葉綠素還可展現(xiàn)出順式反式構型變化。它們是用于觸發(fā)和控制生長周期和繁殖周期的控制機制。與天然發(fā)生或普通人工光源相比較，這些控制觸發(fā)器可通過修改光子的配給以引發(fā)快速的順式反式構型變化而被改變和/或控制。

所述光敏色素分子由與葉綠素分子中的環(huán)緊密相關的一組開放原子組成。它有兩個側基團，這兩個側基團在受到特定脈沖的光激發(fā)時能夠從順式形式改變成反式形式，然而，更可能發(fā)生分子的氫原子位置的轉位。光敏色素分子被閃光激發(fā)后的變化類似于視紫紅質(zhì)中的變化。這些中間級還涉及與光敏色素相關聯(lián)的蛋白質(zhì)的分子形式的改變，正如存在視蛋白(視紫紅質(zhì)的蛋白質(zhì))形式的改變。在最終形式中，光敏色素不同于視紫紅質(zhì)，因為光敏色素的分子保持連接至蛋白質(zhì)而不是與之分離。遠紅光將逆轉所述過程并且將光敏色素的最終形式轉換回其最初的紅光吸收形式，盡管涉及了一系列不同的中間體分子形式。再次說明，這些只是通過控制經(jīng)調(diào)制的光的脈沖發(fā)出如何能夠控制/增強生物有機體的生長、修復和破壞的幾個實例。

此外，當有機體經(jīng)受變化量的光，通常為過剩的光時，光合作用的效率下降并且甚至可損壞電子傳遞鏈的組分。在例如存在過剩光的情況下，葉綠素可能不能快速地將其激發(fā)能轉移至其他色素分子，并且因此將會與分子氧發(fā)生反應以產(chǎn)生高反應性且有破壞性的超氧化物自由基。那么植物必須花費本來保留用于生長的能量來生成例如類胡蘿卜素和超氧化物歧化酶的保護分子用于吸收多余的超氧化物。通過對用于有機體的已調(diào)制光子能量的速率和效率提供控制，可使光化學反應的不同部分最大化并且可減少所述過程中使用的電力量。

就有機體中的能量轉移而言，傳統(tǒng)光源以及日光產(chǎn)生了瓶頸。例如葉綠素中的生色團吸收質(zhì)子，并且通過電子傳遞鏈和氧化還原反應來將能量轉化成糖類。在葉綠素的每一片層結構中，平均每500個葉綠素分子存在此能量的一個阱(sink)。這是就能量轉移而言在有機體中產(chǎn)生瓶頸的一個例子。給予植物更多的光并不直接意味著所述植物將能夠處理多余的光。在極為簡化的解釋中，據(jù)認為，光敏色素分子不僅涉及對各種有機體的發(fā)芽、生長和繁殖速率的非常緩慢(更多基于激素)的影響，而且執(zhí)行和調(diào)節(jié)片層內(nèi)非?？焖俚募毎ず湍芰口宸磻?。因此，可以假定，控制和改變光子脈沖對光致變色反應的天然時序和同步將影響各種有機體的發(fā)芽、生長和繁殖速率。

本公開還提供用于監(jiān)測或減少在有機體生長、破壞或修復過程中使用的電力量的方法和系統(tǒng)，其中所傳遞的能量的量可通過計算隨時間的功率曲線下總面積來確定。本公開還提供方法和系統(tǒng)，其允許監(jiān)測、報告和控制用于有機體生長、破壞或修復的電力的量，從而允許終端用戶或能量提供者識別能量使用的趨勢。

本公開的系統(tǒng)的實施方案包括至少一個光子發(fā)射器，諸如與光子發(fā)射調(diào)制控制器通信的發(fā)光二極管，所述光子發(fā)射調(diào)制控制器包括但不限于數(shù)字輸出脈寬調(diào)制信號(即，循環(huán)電流的電平和開/關的任何電信號)或固態(tài)繼電器。光子發(fā)射器被調(diào)制來發(fā)送光子脈沖，其中每個單個脈沖包括至少一個色彩光譜或波長或者多個色彩光譜或波長帶。每個光子脈沖被引導至有機體持續(xù)一段時間，諸如兩微秒，光子脈沖之間有一段時間的延遲，諸如兩百微秒或最多24小時。

本文所使用的“有機體”包括表現(xiàn)出生命屬性的作為穩(wěn)定性或高或低的整體的分子組裝體。如將進一步論述的，有機體可包括但不限于單細胞和多細胞生命形態(tài)、病毒、動物(包括但不限于脊椎動物(鳥類、哺乳動物、兩棲動物、爬行動物、魚類)；軟體動物(蛤蜊、牡蠣、章魚、魷魚、蝸牛)；節(jié)肢動物(千足蟲、蜈蚣、昆蟲、蜘蛛、蝎子、螃蟹、龍蝦、小蝦)；環(huán)節(jié)動物(蚯蚓、螞蟥)；海綿；和水母、微生物、藻類、細菌、真菌、裸子植物、被子植物和蕨類植物、藍細菌或真核綠藻。

如本文所使用的，“占空比”是裝置經(jīng)歷完整的開/關周期花費的時間長度。占空比是實體在活動狀態(tài)中花費的時間作為所考慮的總時間的分數(shù)的百分比。術語占空比的使用通常是關于電氣裝置，例如開關電源。在電氣裝置中，占空比為60％意味著電力60％的時間是接通的而40％的時間是斷開的。本公開的示例性占空比的范圍可在0.01％至90％之間(包括其間的所有實數(shù))。遠紅光將逆轉所述過程并且將光敏色素的最終形式轉換回其最初的紅光吸收形式，盡管涉及了一系列不同的中間體分子形式。一種觀點是它通過控制細胞核內(nèi)的遺傳物質(zhì)調(diào)節(jié)酶的產(chǎn)生。另一種觀點是分子的脂溶性導致其附接至細胞中的細胞膜，例如細胞壁和細胞核的膜。附接至細胞核接著將會影響細胞膜的滲透性以及細胞的功能。據(jù)認為，在自然界，例如植物的有機體持續(xù)暴露在可見光譜的藍/近紅和遠紅波長中對抗光敏色素分子的遠紅吸收形式的作用?？赡苁沁h紅光的激發(fā)造成遠紅吸收分子從細胞膜持續(xù)移位。此類持續(xù)激發(fā)是在(例如)長的光周期期間發(fā)生的情形，其顯著影響冷杉樹(冷杉屬物種)的生長。如果使冷杉樹暴露于12小時的暗和12小時的光，它們保持休眠狀態(tài)。然而，如果白天的長度增加，它們會持續(xù)生長。如果這在本質(zhì)上是正確的，那么對用于植物的色彩光譜配給的操縱就能夠干擾、控制或者改變在自然日光下生長的植物的自然周期。例如，如果在比自然界中發(fā)現(xiàn)的更短的持續(xù)時間內(nèi)對植物配給遠紅光后再對植物配給近紅光，那么遠紅吸收分子的移位可被調(diào)節(jié)來接受更多的近紅光并且影響某些植物的休眠周期。

如本文所使用的，“頻率”是每單位時間內(nèi)一個重復事件發(fā)生的次數(shù)，并且在本公開的系統(tǒng)中可使用任意頻率。頻率還可指時間頻率。重復的時間段是在重復事件中一個周期的持續(xù)時間，因此所述時間段是頻率的倒數(shù)。

在本公開的實施方案中并且如以下將進一步詳細描述的，從本文所描述的生長系統(tǒng)發(fā)射具有一定強度、波長帶和占空比的兩個或更多個光子脈沖持續(xù)一定時間誘發(fā)大于1的增益效率，其中增益＝幅度輸出/幅度輸入。

圖1提供示出光子調(diào)制生長系統(tǒng)100的實例的框圖。如圖1所示，示出在一段時間內(nèi)與光子發(fā)射調(diào)制控制器104通信的光子發(fā)射器106、108、110、112、114和116，所述光子發(fā)射調(diào)制控制器104用于針對廣泛范圍的生長應用來調(diào)制對有機體的光子發(fā)射，所述生長應用包括但不限于藻類培養(yǎng)物、組織培養(yǎng)物、發(fā)芽和生長室、溫室、水生植物、此類設施及其類似物或組織生成中的輔助照明。通過提供一個或多個頻率的光子脈沖后再提供一個或多個其他頻率的脈沖持續(xù)一段持續(xù)時間且具有脈沖間的延遲來對有機體施加已調(diào)制的光子，允許有機體的生物組分和反應的峰值刺激，例如光合有機體的氣孔或葉綠素色素以及生長調(diào)節(jié)的其他方面。此外，對光子的調(diào)制允許光合作用過程中光子吸收的優(yōu)化，而不存在氣孔或色素的過度飽和。如下所述，通過降低被本公開的系統(tǒng)汲取的整體電力達到與常規(guī)生長系統(tǒng)(例如60瓦特生長燈)相比的99％或更多光子源，光子脈沖的調(diào)制提高了現(xiàn)有生長系統(tǒng)的能量和熱量效率，因此降低了用于有機體生長的電力量和成本。在本公開的系統(tǒng)的能量節(jié)約潛力的實例中，所述系統(tǒng)每200微秒脈沖發(fā)出2微秒的49.2瓦特光子，產(chǎn)生了電力支付表中0.49瓦特/小時的有效電力消耗或者60瓦特標準白熾燈泡中0.82％的電力。此外，由于光子發(fā)射器并不持續(xù)發(fā)射光子，所以光子發(fā)射器產(chǎn)生的熱量總量將會顯著降低，因此顯著降低用于冷卻設施以便補償照明引起的增加的熱量的成本。本公開的系統(tǒng)可基于對光子強度、脈沖開(ON)持續(xù)時間、脈沖關(OFF)(或占空比)、脈沖的光譜的有機體特異性需求進行定制，以激勵選定有機體(諸如特定植物種類)的最佳生長或破壞，所述脈沖的光譜包括但不限于白、近紅、黃和藍、橙、遠紅、紅外線以及紫外線。

如圖1所示，主邏輯控制器(MLC)102，諸如帶有數(shù)字輸出控制、脈寬調(diào)制信號(即，循環(huán)電流的電平和開/關的任何電信號)或中央控制單元(CPU)的固態(tài)電路，通過通信信號134與光子發(fā)射調(diào)制控制器104通信。所述MLC 102為本公開的系統(tǒng)提供參數(shù)的輸入/輸出以及適當?shù)闹噶罨驅Ｓ霉δ苡糜谡{(diào)制來自光子發(fā)射器106、108、110、112、114和116的光子。

在另一個實施方案中，所述MLC 102可硬線或無線連接至諸如主機的外部來源，從而允許通過主機從外部訪問所述MLC 102。這允許用戶遠程訪問以監(jiān)測MLC 102的輸入和輸出，對所述系統(tǒng)提供指令或控制，同時還允許對MLC 102的遠程編程和監(jiān)測。

在另一個實施方案中，電力測量或電力消耗傳感器可以集成電路的形式集成或嵌入所述MLC 102中，其允許基于本公開系統(tǒng)的電壓和電流汲取來測量和報告所述系統(tǒng)的電力消耗。所述系統(tǒng)的電力消耗接著可無線或通過硬線來從MLC傳達至主機。包括電力消耗的數(shù)據(jù)還可被發(fā)送至外部接收器，諸如沒有連接至所述系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫驅動的軟件平臺。

所述光子發(fā)射調(diào)制控制器104從所述MLC 102接收命令和指令，所述命令和指令包括但不限于來自光子發(fā)射器106、108、110、112、114和116的光子脈沖118的強度、占空比、波長帶和頻率。光子發(fā)射調(diào)制控制器104可以是調(diào)制量子并對來自光子發(fā)射器106、108、110、112、114和116的光子脈沖的強度、占空比、波長帶和頻率提供控制和命令的任意裝置。各種裝置可被用作光子發(fā)射調(diào)制控制器104，包括但不限于固態(tài)繼電器(SSR)，諸如Magnacraft公司的Magnacraft 70S2 3V固態(tài)繼電器；發(fā)光二極管以及顏色濾色的白熾燈(鎢-鹵素和疝氣)；顏色濾色的熒光燈(CFL)；顏色濾色的高強度放電燈(金屬鹵化物、高壓鈉、低壓鈉、汞汽)；顏色濾色的日光；發(fā)光二極管，光學斬波器，以及可誘發(fā)光子脈沖調(diào)制的裝置，它們都是被顏色濾色的。應理解，此描述適用于帶有其他類型光子發(fā)射調(diào)制控制器的任意此類系統(tǒng)，包括其他方法來循環(huán)光或光子來源的開和關，在不同時間、持續(xù)時間以及強度下循環(huán)光的一個或多個色彩或光譜，諸如近紅、藍和遠紅，允許在脈沖發(fā)出另一光譜之前脈沖發(fā)出一個光譜的多個脈沖，正如本領域技術人員在了解本發(fā)明的原理之后所應理解的。

如圖1所示，基于來自MLC 102的指令，光子發(fā)射調(diào)制控制器104發(fā)送光子發(fā)射控制信號136至光子發(fā)射器106或112。當光子發(fā)射控制信號136向光子發(fā)射器106或112發(fā)送開啟時，光子發(fā)射器106或112發(fā)射被傳輸至有機體122的至少一個光子脈沖118，其中每個光子脈沖包括一個色彩部分或多個色彩光譜的光。然后基于來自MLC 102的指令，當光子發(fā)射控制信號136向光子發(fā)射器108、110、112、114或116發(fā)送關閉時，光子發(fā)射器108、110、112、114或116將不發(fā)射光子脈沖，并且因此沒有光子傳輸?shù)接袡C體122。如圖1所示，從圖1左側開始，示出在一段時間120內(nèi)光子118的發(fā)射和植物122的生長。圖1的實例提供從光子發(fā)射器106發(fā)射的持續(xù)兩(2)微秒的光子脈沖118，在從相同的光子發(fā)射器112發(fā)射持續(xù)兩微秒的第二光子脈沖118之前存在兩百(200)微秒的延遲持續(xù)時間(請注意圖1是隨時間發(fā)射的光子脈沖的描述性實例。圖1并非按比例繪制并且圖1中脈沖之間有機體的生長量不一定是準確的)。

如本領域技術人員將理解的，在另一實施方案中，圖1中所描述的系統(tǒng)可完全容納在單個光子發(fā)射器中，從而允許每個單個光子發(fā)射器自給自足而無需外部控制器或邏輯單元。自給型光子發(fā)射器的實例可以是可連接至電燈插座的單元的形式，或者是可懸掛在一個或多個有機體上方并連接至電源的燈具。

圖1中示出的系統(tǒng)還可采用如同圖4中將論述的主/從系統(tǒng)的形式，其中例如，主光子發(fā)射器包含用于從主光子發(fā)射器以及與主光子發(fā)射器通信的任意額外光子發(fā)射器發(fā)射光子的所有邏輯和控制。

本公開可使用各種電源，其中許多電源對本領域技術人員來說是顯而易見的。這些電源可包括但不僅限于電池、用于線路電力的轉換器、太陽能和/或風力。如本領域技術人員將理解的，光子脈沖的強度可以是帶有明顯不同的開/關周期的靜態(tài)或者所述強度可以是光子脈沖的量子的1％或更大的變化。來自光子發(fā)射器的光子脈沖的強度可通過來自電源并傳送至光源的電壓和/或電流的偏移(variance)加以控制。本領域技術人員還應理解，本公開的系統(tǒng)將需要支持電路，其包括光子發(fā)射器控制單元和光子發(fā)射器。此外，應理解，所需組件和支持電路的配置、安裝和操作在本領域是眾所周知的。如果利用程序代碼，那么用于執(zhí)行本公開的操作的所述程序代碼將依賴于本公開的系統(tǒng)中所用的特定處理器和編程語言。因此，應理解，本公開中的程序代碼的生成將在普通技術人員的技術范圍內(nèi)。

圖2提供示出光子調(diào)制生長系統(tǒng)200的實例的第二框圖。如圖2中所示以及重復自圖1，示出在一段時間內(nèi)與光子發(fā)射調(diào)制控制器104通信的光子發(fā)射器106、108、110、112、114和116，所述光子發(fā)射調(diào)制控制器104用于調(diào)制用于有機體的包括單個色彩光譜的光子的單個脈沖，包括但不僅限于白、近紅、藍、黃橙、遠紅、紅外以及紫外色彩光譜，波長在0.1nm至1cm之間。如本領域技術人員將理解的，本公開可包括0.1nm至1.0cm之間的特定、單個波長的色彩光譜，或者可包括寬度為0.1至200nm的波長范圍或帶，本文中稱為“波長帶”。

通過提供特定色彩光譜脈沖持續(xù)一段時間且具有脈沖間的延遲來調(diào)制用于有機體的光子的單個色彩光譜，允許有機體的生物組分和反應的峰值刺激，諸如光合有機體的氣孔、發(fā)色團、葉綠素色素、向光性以及生長調(diào)節(jié)的其他方面。通過脈沖發(fā)出單個色彩光譜、特定色彩波長或色彩波長的范圍來控制有機體的生物組分或反應的特定方面的能力的實例包括但不僅限于：

a.某些高等植物中種子發(fā)芽的控制，所述控制是通過調(diào)制特定遠紅波長(例如730nm，示例波長范圍可包括710至850nm)的脈沖持續(xù)某一時間段，以及接著藍光(示例范圍可包括450至495nm的范圍)與近紅光(例如660nm，示例范圍可包括620至710nm的范圍)組合的脈沖；

b.高等植物的增長的生長，所述生長是通過循環(huán)近紅波長脈沖與藍波長和遠紅波長脈沖；

c.高等植物中的種子生成，所述生成是通過將植物暴露于近紅光和遠紅光的加長的脈沖后再暴露于藍光的縮短的脈沖；

d.花生成，其中如果各種類型的高等植物在暴露于近紅光和藍光脈沖之后再暴露于遠紅光(730nm至850nm)的脈沖定時的變型，那么植物被誘發(fā)開花；以及

e.有機體(例如細菌或病毒)的破壞，其中有機體被暴露于紫外波長(例如243nm)的脈沖，而紫外光譜將是本領域技術人員所理解的，示例范圍可包括200至275nm之間的范圍。

通過提供特定色彩光譜脈沖持續(xù)一段時間且具有脈沖間的延遲來調(diào)制用于有機體的光子的單個色彩光譜、特定波長以及波長范圍，還允許控制非光合作用的生長或反應，例如真菌或其他有機體的向光性。實例可包括一種光或通過多種光的組合、循環(huán)光的開和關以控制有機體的延伸和生長，例如誘發(fā)蘑菇的菌柄的延伸生長或蘑菇的寬冠生長。另一個實例可包括在植物的一側比另一側更常使用側面光源來誘發(fā)植物向著有光一側生長，然后接通另一側直到它向著此光生長。重復此行為將引起生長的全面增長

如圖2中所示以及重復自圖1，主邏輯控制器(MLC)102通過通信信號134與光子發(fā)射調(diào)制控制器104通信。所述MLC 102為本公開的系統(tǒng)提供參數(shù)的輸入/輸出以及適當?shù)闹噶罨驅Ｓ霉δ苡糜谡{(diào)制來自光子發(fā)射器106、108、110、112、114和116的光子的特定單個色彩光譜。

光子發(fā)射調(diào)制控制器104從MLC 102接收命令和指令，所述命令和指令包括但不限于來自光子發(fā)射器106、108、110、112、114和116的每個特定色彩光譜光子脈沖202和204或特定色彩光譜的多個脈沖的強度、占空比、波長帶和頻率。光子發(fā)射調(diào)制控制器104對來自光子發(fā)射器106、108、110、112、114和116的每個特定色彩光譜光子脈沖202和204或多個脈沖的強度、占空比、色彩光譜和頻率提供控制和命令。

如圖2所示，基于來自MLC 102的指令，光子發(fā)射調(diào)制控制器104發(fā)送光子發(fā)射控制信號136至光子發(fā)射器106、108、112或114。當發(fā)送至光子發(fā)射器106、108、112或114的光子發(fā)射控制信號136開啟時，光子發(fā)射器106、108、112或114發(fā)射可被傳輸至有機體122的特定色彩光譜202或204的一個或多個光子脈沖。然后，基于來自MLC 102的指令，當發(fā)送至光子發(fā)射器110或116的光子發(fā)射控制信號136關閉時，光子發(fā)射器110或116將不發(fā)射光子脈沖，并且因此沒有光子傳輸?shù)接袡C體122。如圖2所示，從圖2左側開始，示出在一段時間120內(nèi)特定色彩光譜202(近紅)和204(遠紅)的光子的發(fā)射和植物122的生長。圖2的實例提供從光子發(fā)射器106發(fā)射的持續(xù)兩(2)微秒的近紅色彩光譜202的一個光子脈沖或多個脈沖，接著是持續(xù)兩(2)微秒的遠紅色彩光譜204的一個光子脈沖或多個脈沖，在從相同的光子發(fā)射器112發(fā)射持續(xù)兩微秒的一個第二光子脈沖或多個脈沖202、接著是從相同光子發(fā)射器114發(fā)射持續(xù)兩微秒的遠紅色彩光譜204的一個第二光子脈沖或多個脈沖之前，存在每個脈沖的兩百(200)微秒的延遲持續(xù)時間(請注意圖2是隨時間發(fā)射的光子脈沖的描述性實例。圖2并非按比例繪制并且圖2中脈沖間有機體的生長量不一定符合比例)。

圖1和圖2中描述的本公開的系統(tǒng)允許通過在不同時間、持續(xù)時間和強度下循環(huán)一個或多個色彩或光譜的光(例如近紅、藍和遠紅)，從而允許在脈沖發(fā)出另一光譜之前脈沖發(fā)出一個光譜的單個脈沖或多個脈沖，來操縱和控制有機體的各種反應。共同地或單獨地脈沖發(fā)出單個色彩光譜持續(xù)一段時間且具有脈沖間的延遲，允許從播種到收獲/結束的增加的效率和速度，所述增加的效率和速度是通過增強的發(fā)芽和對從一個植物生長階段到下一階段進展的控制實現(xiàn)的，例如從生長到開花以及接著到種子生成的進展的控制。本文所描述的系統(tǒng)提供將植物保持在特定生長階段持續(xù)受控時間段的能力。

舉例來說，研究已表明通過對植物使用特定色彩光譜的脈沖，大豆植物組可在同一日期播種和發(fā)芽，并且經(jīng)過同樣的管理直到“第一朵花開放”。此時，可對一組改變方案以激勵并允許進一步發(fā)展到果實生成的過程。可改變另一組的方案以“保持”在完全開花的狀態(tài)。在數(shù)天內(nèi)，第一組具有待收獲的大豆而另一組則仍處于開花階段。

多種光子發(fā)射器可用于提供光子，其中許多是本領域已知的。然而，適用于本論述的光子發(fā)射器的例子是發(fā)光二極管(LED)，其可被封裝在設計用于生成所需光子光譜的LED陣列內(nèi)。雖然此實例中示出了LED，但本領域技術人員應理解，多種光源可用于光子的發(fā)射，包括但不僅限于金屬鹵化物燈、熒光燈、高壓鈉燈、白熾燈和LED(發(fā)光二極管)。請注意，如果金屬鹵化物燈、熒光燈、日光、高壓鈉燈、白熾燈被用于本文所描述的方法、系統(tǒng)和裝置，那么這些形式的光子發(fā)射器的適當使用將對光進行調(diào)制并接著過濾，以控制什么樣的波長穿過多少持續(xù)時間。

本公開的實施方案可利用具有不同光子發(fā)射持續(xù)時間的LED，包括特定色彩光譜和強度的光子發(fā)射的持續(xù)時間。所脈沖發(fā)出的特定色彩光譜的光子發(fā)射可依據(jù)討論中的有機體、有機體的年齡以及所述發(fā)射將如何用于促進有機體生長的生化過程來加長或縮短。

可對LED陣列的使用加以控制，以便提供用于例如種植生菜或用于西紅柿生長的特定有機體生長的一個或多個色彩光譜的最佳光子脈沖。使用者可簡單地針對特定類型的有機體選擇光子脈沖強度、色彩光譜、頻率和占空比，以促進高效的生物反應，例如植物中的光合作用過程?？啥ㄖ芁ED封裝包來滿足每個有機體的特殊需求。通過使用如上文討論帶有定制的脈沖發(fā)出的光子發(fā)射的封裝LED陣列，本文描述的實施方案可用于控制光，以改變目標有機體內(nèi)的維生素、鹽、酸、抗氧化劑、類黃酮、類胡蘿卜素、水分、葉綠體和輔助色素以及吸光水平。

圖3是帶有LED陣列300的多個光子發(fā)射器106、108、110和112的實例的框圖。如圖3中所示，光子發(fā)射調(diào)制控制器104通過多個光子發(fā)射控制信號136與多個光子發(fā)射器106、108、110和112(與圖1中示出的光子發(fā)射器相同)通信。如圖3中進一步示出的，每個光子發(fā)射器106、108、110和112包括LED陣列302、304、306和308。每個LED陣列302、304、306和308以及允許LED陣列與光子發(fā)射調(diào)制控制器104通信的電路都包含在LED陣列殼體310、312、314和316內(nèi)。

如圖3中所示，LED陣列的形狀是圓形，然而如本領域技術人員將理解的，所述陣列的形狀可基于有機體(諸如植物)的需要、有機體(諸如植物)接收光子脈沖的量以及各種其他條件而采用各種形式。陣列的形狀可包括但不限于圓形、方形、矩形、三角形、八角形、五邊形以及各種其他形狀。

用于每個光子發(fā)射器106、108、110和112的LED陣列殼體310、312、314和316可由各種合適的材料制成，包括但不僅限于塑料、熱塑性塑料和其他類型的聚合物材料。還可使用復合材料或其他工程材料。在一些實施方案中，所述殼體可通過塑料注射成型制造工藝、鋁擠壓、鋼鐵和其他工藝制成。在一些實施方案中，所述殼體可以是透明或半透明以及任意色彩。

圖4是多個光子發(fā)射器400的實例的框圖，所述多個光子發(fā)射器400包括與一個或多個從光子發(fā)射器通信并控制它們的主光子發(fā)射器。如圖4中所示，主光子發(fā)射器402通過光子控制信號136與一系列從光子發(fā)射器404、406和408通信。主光子發(fā)射器402包含控制器如MLC(圖1和2中的102)以及光子發(fā)射調(diào)制控制器(如圖1和2中所示的104)，所述光子發(fā)射調(diào)制控制器控制來自容納在主光子發(fā)射器402內(nèi)的LED陣列的每個特定色彩光譜光子脈沖的強度、占空比和頻率，同時還允許主光子發(fā)射器控制來自每個從光子發(fā)射器404、406和408的每個特定色彩光譜光子脈沖的強度、占空比和頻率。

反之，每個從光子發(fā)射器404、406和408包含從主光子發(fā)射器402接收命令信號136的電路和從容納在每個從光子發(fā)射器404、406和408內(nèi)的LED陣列(諸如近紅、遠紅、藍或黃)發(fā)射特定光譜的脈沖所必需的電路。為清楚起見，每個從光子發(fā)射器不包含例如MLC的控制器，所述從光子發(fā)射器404、406和408也不包含光子發(fā)射調(diào)制控制器。用于從光子發(fā)射器404、406和408的所有命令和控制均是從主光子發(fā)射器402接收。這個主/從系統(tǒng)允許共用單個電源和微控制器。主光子發(fā)射器具有電源，并且所述電力也被轉移至從光子發(fā)射器。此外，所述主/從系統(tǒng)可用于以幫助刺激植物中光周期現(xiàn)象或光養(yǎng)性反應或其他有機體反應的模式來脈沖發(fā)出光子。

總線系統(tǒng)可包括在主光子發(fā)射器402的MLC或每個從光子發(fā)射器404、406和408中，以允許主光子發(fā)射器402對每個單個從光子發(fā)射器404、406和408的特定控制。舉例來說，主光子發(fā)射器402可發(fā)送信號136至特定從光子發(fā)射器404，命令從光子發(fā)射器404發(fā)射特定持續(xù)時間的遠紅脈沖，而主光子發(fā)射器402同時發(fā)送命令信號136至第二從光子發(fā)射器406以使其發(fā)射特定持續(xù)時間的近紅脈沖。雖然這個描述性實例示出了與主光子發(fā)射器402通信的三個從光子發(fā)射器404、406和408的陣列、多個或鏈，但應理解，此描述適用于帶有與主光子發(fā)射器通信并受其控制的任意數(shù)量的從光子發(fā)射器的任意此類系統(tǒng)，正如本領域技術人員在了解本發(fā)明的原理后所應理解的。

在另一實施方案中，主光子發(fā)射器402可硬線或無線連接以允許通過主機從外部訪問主光子發(fā)射器402，從而允許遠程訪問以監(jiān)測主光子發(fā)射器402的輸入和輸出，同時還允許對所述主光子發(fā)射器的遠程編程。

圖5是示出與一個或多個光子發(fā)射器通信并控制它們的主邏輯控制器500的實例的框圖。如圖5所示出的，主邏輯控制器102通過光子發(fā)射控制信號136與位于四株植物512、514、516或518上方的一系列光子發(fā)射器106、502、504和506通信。在此實例中，所述主邏輯控制器或MLC 102(如之前圖1、2和3中論述的)還包含光子發(fā)射調(diào)制控制器104(在圖1、2和3示出論述)，其允許所述MLC 102控制來自容納在每個光子發(fā)射器106、502、504和506內(nèi)的LED陣列的每個特定色彩光譜光子脈沖的強度、占空比和頻率。

通過所述光子發(fā)射調(diào)制控制器104，所述MLC 102將命令和指令傳達至每個光子發(fā)射器106、502、504和506，所述命令和指令包括但不僅限于來自每個光子發(fā)射器106、502、504和506的每個特定色彩光譜光子脈沖508和510的強度、占空比和頻率。所述MLC 102還保持對所述系統(tǒng)的電源的控制以及對每個單個光子發(fā)射器106、502、504和506的電力傳輸?shù)目刂啤?/p>

如圖5所示，基于來自MLC 102的指令，光子發(fā)射調(diào)制控制器104發(fā)送光子發(fā)射控制信號136至每個單個光子發(fā)射器106、502、504和506。基于發(fā)送至每個光子發(fā)射器106、502、504和506的特定指令，單個光子發(fā)射器106或506可脈沖發(fā)出一個或多個特定色彩光譜508和510至有機體512、514、516或518(例如在不同持續(xù)時間下的遠紅和近紅的脈沖508或者在不同持續(xù)時間下的遠紅、近紅和藍的脈沖510)。如圖5中進一步所示，基于來自MLC 102的指令，其他單個光子發(fā)射器502或504可在一個持續(xù)時間不向有機體122發(fā)射光子脈沖。

所述MLC 102控制從每個單個光子發(fā)射器106、502、504和506輸出或發(fā)射光子的能力允許本公開的系統(tǒng)基于有機體的特定需要或需求調(diào)節(jié)對有機體的光子發(fā)射。如結合圖2所論述的，舉例來說，所述MLC可被編程以發(fā)送信號至特定發(fā)射器或一串或發(fā)射器用于調(diào)制遠紅光脈沖持續(xù)一段時間、接著是藍光與近紅光組合的脈沖，以便控制一些高等植物的種子發(fā)芽，或者所述MLC可發(fā)送命令至特定光子發(fā)射器或一串發(fā)射器用于循環(huán)近紅光的脈沖與藍光和遠紅光的脈沖，以便增強特定植物的生長。在另一實例中，所述MLC可發(fā)送信號至特定光子發(fā)射器或一串發(fā)射器用于重復地在暴露于近紅光脈沖后脈沖發(fā)出藍光，以便誘發(fā)植物生成種子，或者所述MLC可發(fā)送信號至特定光子發(fā)射器用于重復地在暴露于近紅光脈沖后發(fā)射遠紅光脈沖，以便誘發(fā)植物開花。

在圖5示出的實例中，用于每個光子發(fā)射器106、502、504和506的所有命令和控制均在外部從MLC 102接收。然而，如本領域技術人員將理解的，與MLC 102和光子發(fā)射調(diào)制控制器104相關聯(lián)的邏輯和硬件還可容納在每個單個光子發(fā)射器內(nèi)，從而允許每個單個光子發(fā)射器自給自足而無需外部控制或邏輯單元。

在另一個實施方案中，所述MLC 102可以是硬線連接或無線，從而允許使用者從外部訪問MLC 102。這允許使用者遠程訪問以監(jiān)測MLC 102的輸入和輸出，同時還允許MLC的遠程編程。

圖6提供另一實施方案的實例，其示出本公開的光子調(diào)制系統(tǒng)600，其中一個或多個傳感器被用于監(jiān)測有機體的環(huán)境條件以及有機體的反應。如圖6中所示，一個或多個傳感器602、604、606和608與每柱植物618、620、622和624相連接，以監(jiān)測與植物618、620、622和624相關聯(lián)的各種條件?？杀槐O(jiān)測的與植物或有機體相關聯(lián)的條件包括但不僅限于土壤濕度、空氣溫度、葉片溫度、pH、莖或果實直徑、氣體、光呼吸作用、有機體的呼吸作用或者植物內(nèi)的液流。如本領域技術人員將理解的，所述傳感器可包括但不限于：莖直徑傳感器、果實直徑傳感器、葉片溫度傳感器、液汁相對率傳感器(relative-rate sap sensor)、紅外傳感器、氣體、光呼吸作用傳感器、呼吸作用傳感器、攝像機、近紅外傳感器或者pH傳感器。

所述傳感器602、604、606和608監(jiān)測與植物或有機體618、620、622和624相關聯(lián)的一個或多個條件，并接著將數(shù)據(jù)610、612、614或616傳輸至MLC 102。從一個或多個傳感器602、604、606和608傳輸數(shù)據(jù)至MLC 102可用多種方式完成，無線或硬線。如本領域技術人員將理解的，各種通信系統(tǒng)可用于將來自植物618、620、622和624的傳感器測得的信息傳遞至MLC 102。

來自一個或多個傳感器602、604、606和608的數(shù)據(jù)由MLC 102分析。基于來自傳感器的信息，所述MLC 102能夠通過光子傳輸調(diào)制控制器104調(diào)整每個單個光子發(fā)射器106、602、604和606的每個特定色彩光譜光子脈沖608和610的強度、占空比和頻率，或者基于與特定傳感器602、604、606和608相關聯(lián)的單個植物618、620、622和624的需要或者這些植物作為整體的需要來調(diào)整光子發(fā)射器組的強度、占空比和頻率。一個實例可包括調(diào)整脈沖以包括在各種持續(xù)時間下的藍光和近紅光608，或者調(diào)整遠紅光、近紅光和藍光的脈沖610的持續(xù)時間。

在另外的實施方案中，本公開的系統(tǒng)還可包括與MLC 102或單獨的邏輯控制器通信并受其控制的注水系統(tǒng)、施肥系統(tǒng)和/或肥灌系統(tǒng)(圖7中未示出)?；趤碜耘c每個植物或有機體相關聯(lián)的傳感器602、604、606和608的信息，MLC 102能夠與灌溉系統(tǒng)、營養(yǎng)系統(tǒng)、營養(yǎng)源或肥灌系統(tǒng)通信，以停止或開始對植物或有機體的灌溉、施肥或肥灌事件，同時也調(diào)整將發(fā)送至植物或有機體的注水、施肥或肥灌事件的定時和濃度。包括電力在內(nèi)的數(shù)據(jù)也可被發(fā)送至外部接收器，例如沒有連接至所述系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫。

灌溉系統(tǒng)的實例可包括滴灌、高架噴霧或霧劑系統(tǒng)。營養(yǎng)系統(tǒng)或營養(yǎng)源的實例可包括營養(yǎng)注射、營養(yǎng)薄膜、營養(yǎng)滴灌、退潮和漲潮或肥灌(施肥和灌溉的結合)，其中所述營養(yǎng)源被指示或能夠通過引導營養(yǎng)至有機體來對有機體提供營養(yǎng)事件。

圖7是與一系列固態(tài)繼電器或SSR通信的LED陣列700的一個實施方案的實例。如圖7中所示以及重復自圖1，MLC 102通過通信信號134與光子發(fā)射調(diào)制控制器104通信。此實例的光子發(fā)射調(diào)制控制器104包含三個固態(tài)繼電器。所述MLC 102輸出信號來控制所述SSR。第一固態(tài)繼電器控制近紅LED陣列702，第二固態(tài)繼電器控制遠紅LED陣列704并且第三固態(tài)繼電器控制藍LED陣列706。每個固態(tài)繼電器702、704和706通過光子發(fā)射信號136與LED陣列714、716和718通信。如圖7所示，近紅固態(tài)繼電器702發(fā)送光子發(fā)射信號136來啟動包括近紅電壓708的近紅LED 714的光子脈沖至近紅LED陣列714。所述近紅電壓708接著從近紅LED陣列714被傳輸至一系列電阻器720、742、738，例如68歐姆電阻器，其中每個電阻器720、742和738連接至接地端744。

如圖7中進一步示出的，所述遠紅光固態(tài)繼電器704發(fā)送光子發(fā)射信號136來啟動包括遠紅光電壓710的遠紅光LED的光子脈沖至紅光LED陣列718。所述紅光電壓710接著從紅光LED陣列718被傳輸至一系列電阻器724、728、732和734，諸如390歐姆電阻器，其中每個電阻器724、728、732和734連接至接地端744。圖8還示出藍光固態(tài)繼電器706，其發(fā)送光子發(fā)射信號136來啟動包括藍光電壓712的藍光LED的光子脈沖至藍光LED陣列716。所述藍光電壓712接著從藍光LED陣列716被傳輸至一系列電阻器722、726、730、736和740，例如150歐姆電阻器，其中每個電阻器722、726、730、736和740連接至接地端744。

本公開的系統(tǒng)可成功地采用各種不同的有機體，包括但不限于各種不同的藻類、細菌、真菌、裸子植物、被子植物和蕨類植物、藍藻或真核綠藻。這個有機體列表還可包括但不僅限于節(jié)旋藻屬、螺旋藻屬、眉藻屬、水華魚腥藻、束絲藻屬、項圈藻屬、膠刺藻屬、顫藻屬、念珠藻屬、細長聚球藻、聚球藻屬、集胞藻屬PCC 6803、集胞藻屬、鈍頂螺旋藻、黃海角毛藻屬、衣藻、衣藻屬、小球藻、小球藻屬、小環(huán)藻屬、雙楔藻屬、杜氏藻、杜氏藻屬、布朗葡萄藻、布朗藻屬、石花菜屬、江蘺屬、Hantscia屬、血球藻(Hematococcus)屬、邊金藻屬、海帶屬、舟形藻屬、圓石藻屬和馬尾藻屬，柑橘、鮮食葡萄、釀酒葡萄、香蕉、番木瓜、大麻屬、咖啡、枸杞漿果、無花果、牛油果、番石榴、菠蘿、樹莓、藍莓、橄欖、開心果、石榴和扁桃，蔬菜例如菊芋、蘆筍、菜豆、甜菜、西蘭花、抱子甘藍、中國白菜、甘藍、薺菜、香瓜、胡蘿卜、花椰菜、芹菜、菊苣、羽衣甘藍、黃瓜、日本蘿卜、茄子、萵苣、大蒜、薄荷、白蘭瓜、無頭甘藍、生菜(頭部、葉片、長葉萵苣)、芥末、黃秋葵、洋蔥(干燥和新鮮)、歐芹、豌豆(甜豆、荷蘭豆、青豆、黑眼豆、豇豆(crowder)等等)、辣椒(燈籠椒、番椒)、多香果、南瓜、蘿卜、大黃、菠菜、西葫蘆、甜玉米、西紅柿、蕪菁、青蘿卜、豆瓣菜和西瓜，開花型花壇植物包括但不限于藿香、香薺菜屬、秋海棠、雞冠花、彩葉草、雪葉蓮、燈籠海棠、雜色菊屬、天竺葵、非洲雛菊、鳳仙花、萬壽菊、煙草、三色堇/堇菜屬、矮牽牛、馬齒筧、丹參、金魚草、馬鞭草、長春花屬和百日草，盆栽開花植物包括但不限于非洲紫羅蘭、六出花、花燭、杜鵑、海棠、觀賞鳳梨、菊花、瓜葉菊、仙客來、黃水仙/水仙花、愛克花、梔子、大巖桐、木槿、水葫蘆、八仙花、長壽花、百合、蘭花、一品紅、報春花、大花天竺葵、玫瑰、郁金香、蟹爪蘭/蟹蘭，觀葉植物包括但不限于萬年青屬、花燭、觀賞鳳梨、仙人掌屬、仙人掌和多肉植物、巴豆、花葉萬年青屬、龍血樹屬、綠蘿、蕨類植物、榕樹、常春藤屬(常春藤)、竹芋/蘭花蕉屬、棕櫚科、喜林芋屬、鵝掌柴屬、白鶴芋和森格尼屬，切花包括但不限于六出花、花燭、紫苑、天堂鳥/鶴望蘭屬、彩色馬蹄蓮、香石竹、菊花、黃水仙/水仙、雛菊、翠雀屬、小蒼蘭、非洲雛菊、生姜、唐菖蒲、高代花屬、絲石竹、帚石楠、鳶尾、澳洲茶樹屬、鹿舌草、百合、補血草、洋桔梗、蘭花、南非山龍眼屬、玫瑰、星辰花、黑鰻藤屬、紫羅蘭、向日葵、郁金香，切花栽培綠植包括但不限于文竹、樹蕨、黃楊、傳聲綠色植物、朱蕉屬、桉樹、常春藤屬/常春藤、冬青、革葉蕨類植物、麥冬/百合草、桃金娘、海桐花屬、羅漢松屬，落葉遮陰樹包括但不限于水曲柳、白樺、蜜刺槐、椴樹、楓樹、橡樹、白楊木、楓香和柳樹，落葉開花樹包括但不限于唐棣、卡勒里豌豆屬、海棠、紫薇、山茱萸、櫻花、榆葉梅、黃金雨、山楂、玉蘭和紫荊，闊葉常綠樹包括但不限于杜鵑、栒子、衛(wèi)矛、冬青、玉蘭、馬醉木、女貞、杜鵑和莢蒾，針葉常綠樹包括但不限于側柏、雪松、柏木、杉木、鐵杉、杜松、松樹、云杉、紅豆杉，落葉灌木以及其他觀賞性植物包括但不限于醉魚草、木槿、丁香、繡線菊、莢蒾、錦帶花、地被、葉子花、鐵線蓮和其他攀爬藤本植物以及景觀棕櫚科，果實和堅果植物包括但不限于柑橘和亞熱帶果樹、落葉果實和堅果樹、葡萄、草莓屬植物、其他小型果實植物、其他果實和堅果樹，新鮮切花、草莓、野生花卉、用于商業(yè)生產(chǎn)的移植物以及水生植物，蕨類植物包括但不限于蕨類、真菌(包括但不限于擔子菌、子囊菌和酵母菌)。本公開的系統(tǒng)提供用于C3和C4光系統(tǒng)以及“CAM”植物(景天酸代謝)的光子脈沖。

圖8是示出光子脈沖的持續(xù)時間對光子脈沖之間延遲的持續(xù)時間的實例的圖800。如圖8中所示以及前文中圖1-7所描述，提供了本公開的光子脈沖的實例，其中從光子發(fā)射器發(fā)射持續(xù)兩(2)微秒的光子脈沖，在發(fā)射持續(xù)兩微秒的第二光子脈沖之前，存在兩百(200)微秒的延遲持續(xù)時間。在第二次的兩微秒光子脈沖后，如圖8中所示，在第三光子脈沖被發(fā)射之前仍有兩百(200)微秒的持續(xù)時間。兩(2)微秒光子脈沖且光子脈沖之間具有兩百微秒延遲的這個周期可被無限地重復，或者直到在光子脈沖下生長并接受光子脈沖的有機體已經(jīng)到達其期望大小或成熟度或者被破壞或修復。雖然在此描述性實例中為兩微秒的光子脈沖和光子脈沖間200微秒的持續(xù)時間，但應理解此描述適用于具有一段時間內(nèi)其他光子脈沖發(fā)射的任意此類系統(tǒng)，但不包括在美國為60赫茲且在歐洲為50赫茲的標準模擬頻率照明發(fā)射標準。光子脈沖持續(xù)時間的實例可包括但不限于0.01微秒至5分鐘以及其間的所有實數(shù)。本公開的系統(tǒng)還允許光子脈沖間的其他持續(xù)時間，包括但不限于1微秒至24小時(模擬自然暗周期)，以及其間的所有實數(shù)。本公開的系統(tǒng)可被編程以允許光子發(fā)射的變型以及光子發(fā)射延遲的變型來允許例如延長暗周期的事件。

圖9是示出光子脈沖的持續(xù)時間對三個色彩光譜的光子脈沖之間延遲的持續(xù)時間的實例的圖900。此圖表上的時間尺度不是按比例的，而是作為展示色彩光譜、頻率和占空比的變型的示例性實施方案，所述變型可用于如實施例1-7中選項10和11所示的有機體的生長或破壞。如圖9中所示以及前文中圖1-7所描述，提供了本公開的各種色彩光譜的光子脈沖循環(huán)的另一個實例，其中從光子發(fā)射器發(fā)射三個色彩光譜的光子脈沖。如圖中所示，首先脈沖發(fā)出遠紅光譜，接著是一個延遲，并且然后配給近紅光譜和藍光譜一起的雙重脈沖，再接著是一個延遲，從而生成第一組光子脈沖。接下來，再次一起脈沖發(fā)出包括近紅光譜和藍光譜的第二組雙重脈沖，接著是一個延遲。在延遲之后，再次一起脈沖發(fā)出近紅光譜和藍光譜，再接著是額外的加長延遲。這個周期可無限重復，或者直到在所述光子脈沖下生長并接收所述光子脈沖的有機體已經(jīng)達到其期望的大小、成熟度，或者被破壞或修復，或者期望用于生長或破壞的新階段的變化。如上文所論述，此實例還可用于提高不同類型植物的種子發(fā)芽率。雖然在此描述性實例中為包括一個色彩光譜和兩個色彩光譜的偏移脈沖發(fā)出的光子脈沖組，但應理解此描述適用于具有在一段時間內(nèi)其他光子脈沖發(fā)射的任意此類系統(tǒng)，如包括但不限于近紅、遠紅、紅外、藍、黃、橙和紫外線的色彩光譜脈沖的各種組合，但不包括在美國為60赫茲且在歐洲為50赫茲的標準模擬頻率照明發(fā)射標準。每個單個色彩光譜或色彩光譜組合的脈沖之間的光子脈沖持續(xù)時間的實例可包括但不限于0.01微秒至五(5)分鐘，以及其間的所有實數(shù)。本公開的系統(tǒng)還允許每個單個色彩光譜或色彩光譜組合的脈沖之間的其他持續(xù)時間，包括但不限于0.1微秒至24小時，以及其間的所有實數(shù)。本公開的系統(tǒng)可被編程以允許光子發(fā)射的變型以及光子發(fā)射延遲的變型來允許例如延長暗周期的事件。

圖10是示出光子脈沖的持續(xù)時間對三個色彩光譜的光子脈沖之間延遲的持續(xù)時間的實例的圖1000。此圖表上的時間尺度不是按比例的，而是作為展示色彩光譜、頻率和占空比的變型的示例性實施方案，所述變型可用于有機體的生長或破壞。如圖10中所示以及前文中圖1-7所描述，提供了本公開的各種色彩光譜的光子脈沖循環(huán)的另一實例，其中從光子發(fā)射器發(fā)射三個色彩光譜的光子脈沖。如圖中所示，同時脈沖發(fā)出遠紅光譜和藍光譜。遠紅光譜脈沖發(fā)出的時間是藍光譜的兩倍。接著是一個小的延遲，并且然后配給近紅光譜脈沖，再接著是一個延遲，從而生成第一組光子脈沖。接下來，再次以快速連續(xù)的方式脈沖發(fā)出包括先是遠紅光譜、后是近紅光譜、接著是藍光譜的第二組脈沖，接著是一個延遲。在延遲之后，再次一起脈沖發(fā)出近紅光譜和藍光譜，再接著是額外的加長延遲。這個周期可無限重復，或者直到在所述光子脈沖下生長并接收所述光子脈沖的有機體已經(jīng)達到其期望的大小或成熟度，或者被破壞或修復，或者期望用于生長或破壞的新階段的變化。如上文所論述，此實例還可用于提高不同類型植物的種子發(fā)芽率。雖然在此描述性實例中為包括一個色彩光譜和兩個色彩光譜的偏移脈沖發(fā)出的光子脈沖組，但應理解此描述適用于具有在一段時間內(nèi)其他光子脈沖發(fā)射的任意此類系統(tǒng)，如包括但不限于近紅、遠紅、紅外、藍、黃、橙和紫外線的色彩光譜脈沖的各種組合，但不包括在美國為60赫茲且在歐洲為50赫茲的標準模擬頻率照明發(fā)射標準。每個單個色彩光譜或色彩光譜組合的脈沖之間的光子脈沖持續(xù)時間的實例可包括但不限于0.01微秒至五分鐘，以及其間的所有實數(shù)。本公開的系統(tǒng)還允許每個單個色彩光譜或色彩光譜組合的脈沖之間的其他持續(xù)時間，包括但不限于0.1微秒至24小時，以及其間的所有實數(shù)。本公開的系統(tǒng)可被編程以允許光子發(fā)射的變型以及光子發(fā)射延遲的變型來允許例如延長暗周期的事件。

圖11是示出被脈沖發(fā)出用于植物生長的單個色彩光譜的調(diào)制方法1100的流程圖。如圖11中所示，在步驟1102中，所述主邏輯控制器接收指令，所述指令關于待脈沖發(fā)出的每個單個色彩光譜、每個色彩光譜的每個脈沖的持續(xù)時間、待脈沖發(fā)出的色彩的組合以及每個色彩光譜脈沖間的延遲持續(xù)時間。發(fā)送至所述主邏輯控制器的指令和信息可涉及待脈沖發(fā)出的每個色彩的光子脈沖持續(xù)時間、光子脈沖延遲、強度、頻率、占空比、有機體類型、有機體成熟階段以及期望被誘發(fā)的生長、破壞或修復的類型(諸如芽和花的形成、種子形成、芽變、真菌子實體以及菌絲形成)。在步驟1104，所述主邏輯控制器發(fā)送指令至所述光子發(fā)射調(diào)制控制器，所述指令關于待脈沖發(fā)出的每個色彩光譜、每個色彩光譜的每個脈沖的持續(xù)時間、色彩脈沖的組合以及不同色彩光譜之間的延遲持續(xù)時間。在步驟1106，所述光子發(fā)射調(diào)制控制器發(fā)送至少一個信號至一個或多個光子發(fā)射器，所述光子發(fā)射器能夠向有機體發(fā)射一個或多個單個色彩光譜的脈沖，諸如近紅LED、遠紅LED、藍LED以及黃LED。在步驟1108，一個或多個光子發(fā)射器發(fā)射待引導至有機體的單個色彩光譜的一個或多個光子脈沖。

圖12提供本公開的另一實施方案1200，其示出基于來自植物傳感器的信息的有機體的生長、修復或破壞的流程圖。如步驟1202中所示，植物傳感器監(jiān)測與有機體生長環(huán)境相關聯(lián)的一個或多個條件。待監(jiān)測的條件包括但不限于與植物或有機體相關聯(lián)的空氣或土壤溫度、土壤濕度、濕氣水平、土壤pH、果實直徑、莖直徑、葉片大小、葉片形狀或葉片溫度。在步驟1204，所述植物傳感器發(fā)送關于與有機體相關聯(lián)的生長條件的數(shù)據(jù)至所述MLC。所述MLC接著分析從植物傳感器發(fā)送的數(shù)據(jù)，或者所述分析可由對所述系統(tǒng)而言為遠程的第三方軟件程序來完成。在步驟1206，基于來自植物傳感器的信息，所述MLC發(fā)送有關灌溉事件的定時和/或持續(xù)時間的指令至灌溉系統(tǒng)(諸如滴灌、退潮和漲潮或霧劑系統(tǒng))。在步驟1208，灌溉系統(tǒng)基于來自植物傳感器的數(shù)據(jù)分析啟動對一個或多個有機體的灌溉事件。如本領域技術人員將理解的，灌溉事件的調(diào)整可以在微觀水平，諸如調(diào)整用于一個特定有機體的灌溉；或者所述調(diào)整可以在宏觀水平，諸如對于整個生長室或操作。在步驟1210，基于來自植物傳感器的信息，所述MLC發(fā)送關于在營養(yǎng)事件期間待分配至有機體的營養(yǎng)的定時和/或濃度的指令至營養(yǎng)系統(tǒng)或營養(yǎng)源，諸如滴灌、營養(yǎng)薄膜或營養(yǎng)注射系統(tǒng)。在步驟1212，營養(yǎng)系統(tǒng)基于來自植物傳感器的數(shù)據(jù)分析啟動營養(yǎng)事件，其中營養(yǎng)被引導至有機體。如本領域技術人員將理解的，營養(yǎng)事件的調(diào)整可以在微觀水平，諸如調(diào)整用于一個特定有機體的營養(yǎng)；或者所述調(diào)整可以在宏觀水平，諸如對于整個生長室或操作。在步驟1214，基于來自植物傳感器的數(shù)據(jù)分析，所述MLC發(fā)送指令至所述光子發(fā)射調(diào)制控制器，以調(diào)整用于特定有機體或有機體組的不同色彩光譜脈沖之間的每個光子脈沖的持續(xù)時間、強度、色彩光譜和/或占空比。在步驟1216，所述光子發(fā)射調(diào)制控制器發(fā)送信號至一個或多個光子發(fā)射器，以調(diào)整用于特定有機體或有機體組的不同色彩光譜脈沖之間的每個光子脈沖的持續(xù)時間、強度、色彩光譜和/或占空比。在步驟1218，基于從光子發(fā)射調(diào)制控制器接收的信號，一個或多個光子發(fā)射器發(fā)射待引導至有機體或有機體組的單個色彩光譜的一個或多個光子脈沖。

實施例

提供下列實施例來進一步說明各種應用，并且不意圖限制本發(fā)明，除了所附權利要求中提出的限制。

實施例1

表1示出隨時間兩組植物的生長率(豆類，矮小變種菜豆(Phaseolus vulgaris var.nanus))。一組植物在本發(fā)明的生長系統(tǒng)下生長，而另一組植物在常規(guī)植物生長燈系統(tǒng)(60瓦特白熾生長燈)下生長。通過以毫米為單位測量每株植物的高度來度量植物生長。所述植物在全自動系統(tǒng)下生長，其中在本發(fā)明的光子調(diào)制系統(tǒng)下生長的植物建立于近紅、藍和黃的兩毫秒的光子脈沖，脈沖之間有200毫秒的延遲持續(xù)時間。接著重復偏移100毫秒的遠紅的兩毫秒光子脈沖，脈沖之間有200毫秒的延遲持續(xù)時間。此周期接著被無限期地重復持續(xù)24小時/一天估計這個光子脈沖和光子脈沖延遲的比率具有少于常規(guī)生長燈中使用能量的1％的能量用量。在常規(guī)生長燈下生長的植物每天12小時暴露于常規(guī)生長燈的光之下。植物生長于九(9)盎司塑料杯中，杯子底部具有用于引流的小孔。種子種植在土壤混合物(MiracleGro濕度控制盆栽混合物)中。

人工注水系統(tǒng)為所述植物提供足夠的濕度。植物容器放置于黑色容器或盒子中，所述容器或盒子帶有蓋子從而不允許光進入，除非將蓋子移開。包括LED陣列的光子發(fā)射器或者所述60瓦特生長燈固定至各自黑色容器的頂上。所述LED包括紅LED(640nm和700nm)陣列、黃色圓形LED(590nm)陣列以及藍色圓形LED(450nm)陣列。所述光子發(fā)射器有線連接至固態(tài)繼電器(包括Magnacraft 70S2 3V固態(tài)繼電器)，以允許所述光子發(fā)射器和所述固態(tài)繼電器之間的通信。所述固態(tài)繼電器與中央控制單元通信，以提供輸入和輸出指令至所述固態(tài)繼電器。所述中央控制單元被編程來指示所述固態(tài)繼電器調(diào)制對光子發(fā)射器的信號，以便每200毫秒產(chǎn)生兩毫秒的光子脈沖。

如表1所示，第一列提供所用的生長系統(tǒng)類型。第二列提供植物類型以及每株植物的單個植物編號。第3列至第8列提供從種子的起初種植算起植物的測量日。如表1所示，使用光子調(diào)制生長系統(tǒng)，在從種植豆1開始的第八日內(nèi)，豆類2和豆類3已經(jīng)生長到77mm與136mm之間的高度。經(jīng)過第十四日，豆類1、豆類2和豆類3在光子調(diào)制生長系統(tǒng)下生長到200mm與220mm之間的高度。相比之下，在常規(guī)的60瓦特生長燈下經(jīng)過第八日，豆類1和豆類2已經(jīng)生長到155mm與185mm之間，并且經(jīng)過第十四日，豆類1、豆類2和豆類3已經(jīng)生長到160mm與220mm之間。此數(shù)據(jù)示出與常規(guī)的生長系統(tǒng)相比，光子調(diào)制生長系統(tǒng)使用少于1％的常規(guī)的生長系統(tǒng)的能量能夠使豆類植物生長得一樣好或者更好。

實施例2

表2示出隨時間推移的兩組植物的葉片大小(豆類，矮小變種菜豆)，其中一組植物在本發(fā)明的光子調(diào)制生長系統(tǒng)下生長而另一組植物在常規(guī)生長燈(60瓦特白熾生長燈)下生長，以毫米為單位測量每株植物的葉片大小。重復實施例1并且如表2所示，提供了以毫米為單位的葉片大小的度量，其中第1列提供所用生長系統(tǒng)的類型。第2列提供植物的類型以及單個植物編號。第3列至第8列提供從種子的起初種植日期算起葉片的測量日。如表2所示，使用光子調(diào)制生長系統(tǒng)，在從種植豆類1開始的第八日內(nèi)，豆類2和豆類3具有50nm x 47mm與59mm x 55mm之間的葉片大小，并且經(jīng)過第十四日，豆類1、豆類2和豆類3具有55 x 52mm與64mm x 58mm之間的葉片大小。相比之下，在常規(guī)的60瓦特生長燈下經(jīng)過第八日，豆類1和豆類3具有26mm x 22mm與57mm x 50mm之間的葉片大小，并且經(jīng)過第十四日，豆類1和豆類3具有33mm x 30mm與62mm x 55mm之間的葉片大小。此數(shù)據(jù)示出與常規(guī)的生長系統(tǒng)相比，在光子調(diào)制生長系統(tǒng)下生長的豆葉尺寸使用少于1％的常規(guī)的生長系統(tǒng)的能量能夠使豆生長得一樣好或者更好。

實施例3

以下表3以毫米為單位示出豆類(矮小變種菜豆)至第一葉片節(jié)點的高度。如表3所示，盒子1示出在選項11的色彩光譜光子發(fā)射下生長的豆類，其中選項11基于圖9中所示的示例性光子發(fā)射，然而近紅脈沖的持續(xù)時間被延長并且所有三個脈沖(遠紅、近紅和藍光)的頻率并非按比例繪制。盒子2和盒子3示出在選項10和選項10a的色彩光譜發(fā)射下生長的豆類，其中選項10基于圖9中所示的示例性光子發(fā)射，然而遠紅脈沖的持續(xù)時間被延長并且所有三個脈沖(遠紅、近紅和藍光)的選項10的占空比并非按比例繪制。盒子4示出在對照組的色彩光譜發(fā)射下生長的豆類，其包括在沒有單個色彩光譜的脈沖調(diào)制的常規(guī)生長燈(60瓦特白熾生長燈)下生長的植物。

如表3中所示，涉及至第一葉片節(jié)點的測量的數(shù)據(jù)開始于種子種植后的第六天。在對照組和選項11下生長的植物均具有在16日內(nèi)的一致植物生長，其中最大高度是200mm。然而，在選項10和選項10a下生長的植物在整個測量時間內(nèi)一致具有更短的至第一葉片節(jié)點的高度，起始高度少于50mm，而最大高度少于100mm。

表3的數(shù)據(jù)顯示了本公開的系統(tǒng)通過調(diào)制對植物的單個色彩光譜的脈沖來控制植物生長的能力。

實施例4

表4以毫米為單位示出在選項11、選項10和對照組的色彩光譜光子發(fā)射下生長的植物的平均玉米(Zea mays)高度。如前文論述的，選項10和選項11均基于圖9所示出的示例性光子發(fā)射。盒子2和盒子3顯示了在選項10的色彩光譜發(fā)射下生長的豆類盒子1中生長的植物在選項11的色彩光譜光子發(fā)射下生長。盒子2和盒子3中生長的植物顯示了在選項10的色彩光譜發(fā)射下生長的豆類。盒子4中生長的植物在對照組的色彩光譜發(fā)射下生長，其包括在沒有單個色彩光譜的脈沖調(diào)制的常規(guī)生長燈(60瓦特白熾生長燈)下生長的植物。

如表4所示，在所有四個盒子中生長的植物在種植后第五天顯示出可測量的生長。在選項10和選項11下生長的植物顯示出一致的生長，13天后具有超過對照組下生長的植物生長的可測量的增長。在選項10和選項11下生長的植物具有超過450mm的最大高度，較低的最大高度剛好低于400mm。相反地，在對照組下生長的植物具有低于300mm的最大高度。

表4的數(shù)據(jù)顯示了本公開的系統(tǒng)通過調(diào)制對植物的單個色彩光譜的脈沖來提高和改善植物生長的能力。

實施例5

以下表5以毫米為單位示出豆類(矮小變種菜豆)的第一節(jié)點的大小。如表5所示，盒子1示出在選項11的色彩光譜光子發(fā)射下生長的豆類。如前文論述的，選項10和選項11均基于圖9所示出的示例性光子發(fā)射。盒子2和盒子3示出在選項10和選項10a的色彩光譜發(fā)射下生長的豆類。盒子4示出在對照組的色彩光譜發(fā)射下生長的豆類，其包括在沒有單個色彩光譜的脈沖調(diào)制的常規(guī)生長燈(60瓦特白熾生長燈)下生長的植物。

如表5中所示，涉及第一葉片節(jié)點大小的測量的數(shù)據(jù)大約開始于種子種植后的第六天。在選項10、選項10a和選項11下生長的植物均具有一致生長并且第一節(jié)點大小超過16天，其中最大第一節(jié)點大小為10000mm。然而，在對照組下生長的植物具有顯著更小的第一節(jié)點大小，其中第一節(jié)點大小為4000mm或者更小。

表5的數(shù)據(jù)顯示了本公開的系統(tǒng)通過調(diào)制對植物的單個色彩光譜的脈沖來改善植物生長質(zhì)量的能力。

實施例6

以下表6以毫米為單位示出辣椒(Cayenne)的第一葉片節(jié)點的大小。如表6所示，盒子1示出在選項11的色彩光譜光子發(fā)射下生長的辣椒。如前文論述的，選項10和選項11均基于圖9所示出的示例性光子發(fā)射。盒子2和盒子3示出在選項10和選項10a的色彩光譜發(fā)射下生長的辣椒。盒子4示出在對照組的色彩光譜發(fā)射下生長的辣椒，其包括在沒有單個色彩光譜脈沖調(diào)制的常規(guī)生長燈(60瓦特白熾生長燈)下生長的植物。

如表6中所示，涉及第一葉片節(jié)點大小的測量的數(shù)據(jù)大約開始于種子種植后的第十天。在選項10、選項10a和選項11下生長的植物均具有一致生長并且第一節(jié)點大小超過16天，其中最大第一葉片節(jié)點大小為300mm。然而，在對照組下生長的植物具有顯著更小的第一節(jié)點大小，其中第一節(jié)點大小為250mm或者更小。

表6的數(shù)據(jù)顯示了本公開的系統(tǒng)通過調(diào)制對植物的單個色彩光譜的脈沖來改善植物生長質(zhì)量的能力。

實施例7

以下表7以毫米為單位示出豆類(矮小變種菜豆)至第二葉片節(jié)點的高度。如表7所示，盒子1示出在選項11的色彩光譜光子發(fā)射下生長的豆類。如前文論述的，選項10和選項11均基于圖9所示出的示例性光子發(fā)射。盒子2和盒子3示出在選項10和選項10a的色彩光譜發(fā)射下生長的豆類。盒子4示出在對照組的色彩光譜發(fā)射下生長的豆類，其包括在沒有單個色彩光譜的脈沖調(diào)制的常規(guī)生長燈(60瓦特白熾生長燈)下生長的植物。

如表7中所示，涉及至第二葉片節(jié)點的測量的數(shù)據(jù)大約開始于種子種植后的第十天。在對照組和選項11下生長的植物均具有在25日內(nèi)的一致植物生長，其中最大高度是250mm。然而，在選項10和選項10a下生長的植物在整個測量時間內(nèi)一致具有更短的至第二葉片節(jié)點的高度，平均高度在約50mm與100mm之間。

表7的數(shù)據(jù)顯示了本公開的系統(tǒng)通過調(diào)制對植物的單個色彩光譜的脈沖來控制植物生長的能力。

對于實施例8-21，由470nm、505nm、617nm和740nm波長組成的四色LED陣列使用不同微秒(μs)開循環(huán)、接著相協(xié)調(diào)的(μs)關循環(huán)進行調(diào)制，這以循環(huán)的方式重復以便產(chǎn)生范圍是5％至85％的占空比。所有波長同時開始。在進行實驗中的每一步的同時，使用各種開循環(huán)(脈寬)。這些脈寬被依次試驗：全開(無關循環(huán))、25,000(μs)開循環(huán)、5,000(μs)開循環(huán)、2,500(μs)開循環(huán)、1,250(μs)開循環(huán)、625(μs)開循環(huán)、312(μs)開循環(huán)、156(μs)開循環(huán)和78(μs)開循環(huán)。提供用于單獨的相應循環(huán)率的以上開循環(huán)中的每一個的對應關循環(huán)由在以上所描述的循環(huán)中改變開循環(huán)之后的相應關循環(huán)來完成。

如表8-21所示，試驗已經(jīng)顯示了通過以極短間隔(即，78(μs)-25,000(μs))調(diào)制光，相對于光在未被調(diào)制時的電力輸入，光合速率實現(xiàn)巨大增益。

光合速率(“PSR”)測量如下：

a.其中A＝凈同化率，μmol CO₂m^-2s^-1，

b.其中F＝進入葉片腔的空氣的摩爾流率，μmol s^-1g，

c.其中C_s＝示例IRGA中的CO₂的摩爾分數(shù)，μmol CO2mol^-1空氣，

d.其中C_r＝參考IRGA中的CO₂的摩爾分數(shù)，μmol CO2mol^-1空氣，

e.其中W_s＝水蒸氣的示例IRGA摩爾分數(shù)，mmol H₂O mol空氣^-1，

f.W_r＝水蒸氣的參考IRGA摩爾分數(shù)，mmol H₂O mol空氣-¹，

g.S＝葉面積，cm²。

PSR如在6至8月齡的豆類植物(矮小變種菜豆)的單片葉片上測量。植物在以微秒(μs)為單位的特定光照持續(xù)時間，和100％發(fā)射的占空比，以及選自85％、75％、65％、55％、45％、33％、20％、15％、10％和5％的占空比下被單獨暴露于由四個光通道(近紅、遠紅、藍和綠)組成的光子脈沖。光合速率使用可購自Nebraska Lincoln的Li-Cor，Inc.公司的LI-6400XT便攜式光合作用系統(tǒng)來測量。

LI-6400XT試驗腔維持有700ppm的恒定含量的CO₂以及超過50％的相對濕度，同時300mol/s的受控氣流進入盒子。

實施例8

以下表8顯示了豆類植物的PSR，如當暴露于恒定發(fā)射(100％)和85％占空比時所測量。如表8所示，第1列顯示了以微秒(μs)為單位的全光光譜的光子脈沖的持續(xù)時間。第2列顯示了當暴露于恒定發(fā)射(100％)時豆類植物的PSR。第3列顯示了當在第1列的光照持續(xù)時間、85％占空比下暴露于光子脈沖時所試驗植物的PSR。第4列是與在100％恒定發(fā)射下植物的PSR相比在85％下植物的百分比PSR。第5列是在85％占空比下植物的PSR的糾正的百分比比較結果，其中在85％下的PSR比率放大1.18倍以使PSR與在100％恒定發(fā)射下的PSR比率標準化。

如表8所示，與100％恒定發(fā)射相比，植物PSR在暴露于85％的占空比時是比當植物光合速率在100％恒定發(fā)射下測量時大111.27％的平均增加，其中峰值增加為115.63％。表8還顯示了當光照持續(xù)時間減小時，在85％下的PSR增大，其中在1250μs的光照持續(xù)時間下具有12.62的峰值PSR。

實施例9

以下表9顯示了豆類植物的PSR，如當暴露于恒定發(fā)射(100％)和75％占空比時所測量。如表9所示，第1列顯示了以微秒(μs)為單位的全光光譜的光子脈沖的持續(xù)時間。第2列顯示了當暴露于恒定發(fā)射(100％)時豆類植物的PSR。第3列顯示了當在第1列的光照持續(xù)時間、75％占空比下暴露于光子脈沖時所試驗植物的PSR。第4列是與在100％恒定發(fā)射下植物的PSR相比在75％下植物的百分比PSR。第5列是在75％占空比下植物的PSR的糾正的百分比比較結果，其中在75％下的PSR比率放大1.33倍以使PSR與在100％恒定發(fā)射下的PSR比率標準化。

如表9所示，與100％恒定發(fā)射相比，植物PSR在暴露于75％的占空比時是比當植物光合速率在100％恒定發(fā)射下測量時大128.54％的平均增加，其中峰值增加為130.79％。表9還顯示了當光照持續(xù)時間減小時，在75％下的PSR增大，其中在312μs的光照持續(xù)時間下具有12.88的峰值PSR。

實施例10

以下表10顯示了豆類植物的PSR，如當暴露于恒定發(fā)射(100％)和65％占空比時所測量。如表10所示，第1列顯示了以微秒(μs)為單位的全光光譜的光子脈沖的持續(xù)時間。第2列顯示了當暴露于恒定發(fā)射(100％)時豆類植物的PSR。第3列顯示了當在第1列的光照持續(xù)時間、65％占空比下暴露于光子脈沖時所試驗植物的PSR。第4列是與在100％恒定發(fā)射下植物的PSR相比在65％下植物的百分比PSR。第5列是在65％占空比下植物的PSR的糾正的百分比比較結果，其中在65％下的PSR比率放大1.54倍以使PSR與在100％恒定發(fā)射下的PSR比率標準化。

如表10所示，與100％恒定發(fā)射相比，植物PSR在暴露于65％的占空比時是比當植物光合速率在100％恒定發(fā)射下測量時大143.27％的平均增加，其中峰值增加為146.98％。表10還顯示了當光照持續(xù)時間減小時，在65％下的PSR增大，其中在312μs的光照持續(xù)時間下具有12.85的峰值PSR。

實施例11

以下表11顯示了豆類植物的PSR，如當暴露于恒定發(fā)射(100％)和55％占空比時所測量。如表11所示，第1列顯示了以微秒(μs)為單位的全光光譜的光子脈沖的持續(xù)時間。第2列顯示了當暴露于恒定發(fā)射(100％)時豆類植物的PSR。第3列顯示了當在第1列的光照持續(xù)時間、55％占空比下暴露于光子脈沖時所試驗植物的PSR。第4列是與在100％恒定發(fā)射下植物的PSR相比在55％下植物的百分比PSR。第5列是在55％占空比下植物的PSR的糾正的百分比比較結果，其中在55％下的PSR比率放大1.82倍以使PSR與在100％恒定發(fā)射下的PSR比率標準化。

如表11所示，與100％恒定發(fā)射相比，植物PSR在暴露于55％電力的占空比時是比當植物光合速率在100％恒定發(fā)射下測量時大170.02％的平均增加，其中峰值增加為174.21％。表11還顯示了當光照持續(xù)時間減小時，在55％下的PSR增大，其中在312μs的光照持續(xù)時間下具有13.05的峰值PSR。

實施例12

以下表12顯示了豆類植物的PSR，如當暴露于恒定發(fā)射(100％)和45％占空比時所測量。如表12所示，第1列顯示了以微秒(μs)為單位的全光光譜的光子脈沖的持續(xù)時間。第2列顯示了當暴露于恒定發(fā)射(100％)時豆類植物的PSR。第3列顯示了當在第1列的光照持續(xù)時間、45％占空比下暴露于光子脈沖時所試驗植物的PSR。第4列是與在100％恒定發(fā)射下植物的PSR相比在45％下植物的百分比PSR。第5列是在45％占空比下植物的PSR的糾正的百分比比較結果，其中在45％下的PSR比率放大2.22倍以使PSR與在100％恒定發(fā)射下的PSR比率標準化。

如表12所示，與100％恒定發(fā)射相比，植物PSR在暴露于45％的占空比時是比當植物光合速率在100％恒定發(fā)射下測量時大201.77％的平均增加，其中峰值增加為207.10％。表12還顯示了當光照持續(xù)時間減小時，在45％下的PSR增大，其中在312μs的光照持續(xù)時間下具有12.87的峰值PSR。

實施例13

以下表13顯示了豆類植物的PSR，如當暴露于恒定發(fā)射(100％)和33％占空比的占空比時所測量。如表13所示，第1列顯示了以微秒(μs)為單位的全光光譜的光子脈沖的持續(xù)時間。第2列顯示了當暴露于恒定發(fā)射(100％)時豆類植物的PSR。第3列顯示了當在第1列的光照持續(xù)時間、33％占空比下暴露于光子脈沖時所試驗植物的PSR。第4列是與在100％恒定發(fā)射下植物的PSR相比在33％下植物的百分比PSR。第5列是在33％占空比下植物的PSR的糾正的百分比比較結果，其中在33％下的PSR比率放大三倍以使PSR與在100％恒定發(fā)射下的PSR比率標準化。

如表13所示，與100％恒定發(fā)射相比，據(jù)觀察植物PSR在暴露于33％的占空比時是比當植物的植物光合速率在100％光照下測量時平均大250.15％。表13還顯示了當光照持續(xù)時間減小時，在33％下的PSR增大，其中在156μs的光照持續(xù)時間下觀察具有9.35的峰值PSR。

實施例14

以下表14顯示了豆類植物的PSR，如當暴露于恒定發(fā)射(100％)和20％占空比時所測量。如表14所示，第1列顯示了以微秒(μs)為單位的全光光譜的光子脈沖的持續(xù)時間。第2列顯示了當暴露于恒定發(fā)射(100％)時豆類植物的PSR。第3列顯示了當在第1列的光照持續(xù)時間、20％占空比下暴露于光子脈沖時所試驗植物的PSR。第4列是與在100％光照下植物的PSR相比在20％下植物的百分比PSR。第5列是在20％下植物的PSR的糾正的百分比比較結果，其中在20％占空比下的PSR比率放大五倍以使PSR與在100％恒定發(fā)射下的PSR比率標準化。

如表14所示，與100％恒定發(fā)射相比，據(jù)觀察植物PSR在暴露于20％的占空比時具有比當植物光合速率在100％恒定發(fā)射下測量時大400.46％的平均增加。表14還顯示了當光照持續(xù)時間減小時，在20％下的PSR增大，其中在312μs的光照持續(xù)時間下具有5.82的峰值PSR。

實施例15

以下表15顯示了豆類植物的PSR，如當暴露于恒定發(fā)射(100％)和15％占空比時所測量。如表15所示，第1列顯示了以微秒(μs)為單位的全光光譜的光子脈沖的持續(xù)時間。第2列顯示了當暴露于恒定發(fā)射(100％)時豆類植物的PSR。第3列顯示了當在第1列的光照持續(xù)時間、15％占空比下暴露于光子脈沖時所試驗植物的PSR。第4列是與在100％光照下植物的PSR相比在15％下植物的百分比PSR。第5列是在15％占空比下植物的PSR的糾正的百分比比較結果，其中在15％下的PSR比率放大6.67倍以使PSR與在100％恒定發(fā)射下的PSR比率標準化。

如表15所示，與100％恒定發(fā)射相比，據(jù)觀察植物PSR在暴露于15％電力的占空比時具有比當植物光合速率在100％恒定發(fā)射下測量時大478.21％的平均PSR。表15還顯示了當光照持續(xù)時間減小時，在15％下的PSR增大，其中在312μs的光照持續(xù)時間下具有6.05的峰值PSR。

實施例16

以下表16顯示了豆類植物的PSR，如當暴露于恒定發(fā)射(100％)和10％占空比時所測量。如表16所示，第1列顯示了以微秒(μs)為單位的全光光譜的光子脈沖的持續(xù)時間。第2列顯示了當暴露于恒定發(fā)射(100％)時豆類植物的PSR。第3列顯示了當在第1列的光照持續(xù)時間、10％占空比下暴露于光子脈沖時所試驗植物的PSR。第4列是與在100％恒定發(fā)射下植物的PSR相比在10％下植物的百分比PSR。第5列是在10％占空比下植物的PSR的糾正的百分比比較結果，其中在10％下的PSR比率放大十倍以使PSR與在100％恒定發(fā)射下的PSR比率標準化。

如表16所示，與100％恒定發(fā)射相比，植物PSR在暴露于10％的占空比時是比當植物光合速率在100％恒定發(fā)射下測量時大627.30％的平均增加，其中峰值增加為745.10％。表16還顯示了當光照持續(xù)時間減小時，在10％下的PSR增大，其中在312μs的光照持續(xù)時間下具有5.32的峰值PSR。

實施例17

以下表17顯示了豆類植物的PSR，如當暴露于恒定發(fā)射(100％)和5％占空比時所測量。如表17所示，第1列顯示了以微秒(μs)為單位的全光光譜的光子脈沖的持續(xù)時間。第2列顯示了當暴露于恒定發(fā)射(100％)時豆類植物的PSR。第3列顯示了當在第1列的光照持續(xù)時間、5％電力下暴露于光子脈沖時所試驗植物的PSR。第4列是與在100％光照下植物的PSR相比在5％下植物的百分比PSR。第5列是在5％下植物的PSR的相對PSR，其中在5％下的PSR比率放大20倍以使PSR與在100％下的PSR比率標準化。

如表17所示，與100％光照相比，植物PSR在暴露于5％的占空比時是比當植物光合速率在100％光照下測量時大827.12％的平均增加，其中峰值增加為1090.06％，為312μs。表17還顯示了據(jù)觀察當光照持續(xù)時間減小時，在5％下的PSR增大，其中在312μs的光照持續(xù)時間下具有3.51的峰值PSR。

實施例18

以下的表18顯示了豆類植物(矮小變種菜豆)的光合速率的匯編，如當暴露于恒定發(fā)射(100％占空比)以及85％、75％、65％、55％、45％、33％、20％、15％、10％和5％的占空比時所觀察。

如表18所示，如所測量的植物的光合速率當電力占空比在以下情況下減小時顯著增大：在85％占空比下PSR增大111.27％、在75％占空比下128.54％、在65％占空比下143.27％、在55％占空比下170.02％、在45％占空比下201.77％、在所觀察的33％占空比下250.15％、在所觀察的20％占空比下PSR增大400％、在所觀察的15％占空比下PSR增大478％、同樣在所觀察的10％占空比下745％的光合速率和827.12％PSR，其中在5％占空比下觀察到312μs下的峰值1090％。

表18

實施例19

以下的表19顯示了如在光的恒定發(fā)射或全發(fā)射(100％占空比)以及85％、75％、65％、55％、45％、33％、20％、15％、10％和5％的占空比下以特定光照持續(xù)時間(如以微秒為單位測量)測量為植物的PSR的百分比的循環(huán)PSR。

如表19所示，所試驗植物的PSR比率在電力相對于占空比的百分比減小時顯著增大，其中PSR一致地在312微秒的光照持續(xù)時間下針對特定光照持續(xù)時間的65％、55％、45％、33％、20％、15％、10％和5％的占空比達到峰值。

表19

實施例20

表20-25顯示了如關于金光菊屬植物(全緣金光菊(Rudbeckia fulgida))測量的光合速率，從而允許遠紅波長的偏移。由470nm、505nm、617nm和740nm波長組成的四色LED陣列在循環(huán)(9.01％占空比)中由312μs開循環(huán)、接著是2812μs關循環(huán)進行重復調(diào)制。初始地，所有波長同時開始。在進行實驗中的每一步的同時，遠紅(740nm)波長起點由100μs延遲偏移。(即，0μs、100μs、200μs、300μs等)。在740nm波長的每個偏移和值被標繪之后，PSR(光合速率)得以允許穩(wěn)定。光合速率使用可購自Nebraska Lincoln的Li-Cor，Inc.公司的LI-6400XT便攜式光合作用系統(tǒng)來測量。

如表20-25所示，PSR當740nm(遠紅)偏移以微秒為單位增大時一致地增大。請注意表20-24中的第2列顯示0，這表明未測量到遠紅的偏移。如表21和表25所示，PSR在1500微秒的740nm(遠紅)下達到峰值并且隨后開始減小。

表25

以下的表26和27顯示了如關于生長在具有退潮流量灌溉系統(tǒng)的MIRACLE土壤中的九(9)周齡Kalanchoa sp.所測量的10％占空比w/不同信號持續(xù)時間光合速率平均值對740nm波長偏移(1.5＊周期)。由470nm、505nm、617nm和740nm波長組成的四色LED陣列在100％強度下被調(diào)制成具有10％占空比。

光合速率平均值跨150個測量結果測量，其中每一個近似間隔250ms。流動速率是200μmol，二氧化碳是CO2_R 700μmol；溫度：T_葉片21℃；干燥劑：調(diào)整旋鈕以實現(xiàn)RH_S＝60％±1％并且堿石灰：完全擦去

在表26表示的試驗中，每個單獨的波長以相同的脈寬、在相同的信號持續(xù)時間下發(fā)出脈沖，并且同時開始，除740nm波長之外。740nm波長遠離另一個波長簇群偏移一個半周期(即，1.5＊脈寬關)。在光接收配置的每個后續(xù)變化之后，賦予光合速率和參考CO²適當?shù)臅r間以適應新的光照。這通過延長周期內(nèi)的光合速率和參考CO2平均值的相對平坦線條來判斷。對于此實驗，光合速率的±0.05波動的最大值指示可接受的穩(wěn)定性。

在表27中，每個單獨的波長以相同的脈寬、在相同的信號持續(xù)時間下發(fā)出脈沖，并且同時開始。

請注意兩個試驗中均使用相同植物和所提及植物上的葉片。

如表28所示，所試驗Kalanchoa植物的PSR速率隨著信號持續(xù)時間的減小而顯著增大，其中當使所有色彩一起閃爍時，光合活性增大。據(jù)觀察PSR的一致下降為750μs和500μs，其中PSR速率對于10％占空比再次增加400μs。

表28

以下的表29和30顯示了如關于生長在具有退潮流量灌溉系統(tǒng)的MIRACLE土壤中的九(9)周齡Kalanchoa sp所測量的10％占空比與不同信號持續(xù)時間光合速率平均值對740nm波長偏移(0.5＊周期)。由470nm、505nm、617nm和740nm波長組成的四色LED陣列在100％強度下被調(diào)制成具有10％占空比。

光合速率平均值跨150個測量結果測量，其中每一個近似間隔250ms。流動速率是200μmol，二氧化碳是CO2_R 700μmol；溫度：T_葉片21℃；干燥劑：調(diào)整旋鈕以實現(xiàn)RH_S＝60％±1％并且堿石灰：完全擦去。在光接收配置的每個后續(xù)變化之后，賦予光合速率和參考CO²適當?shù)臅r間以適應新的光照。這通過延長周期內(nèi)的光合速率和參考CO2平均值的相對平坦線條來判斷。對于此實驗，光合速率的±0.05波動的最大值指示可接受的穩(wěn)定性。

在表29表示的試驗中，每個單獨的波長以相同的脈寬、在相同的信號持續(xù)時間下發(fā)出脈沖，并且同時開始，除740nm波長之外。740nm波長遠離等于(.5)脈寬關的另一個波長偏移一半周期。

在表30中，每個單獨的波長以相同的脈寬、在相同的信號持續(xù)時間下發(fā)出脈沖，并且同時開始。

請注意兩個試驗中均使用相同植物和所提及植物上的葉片。

圖表31所示，所試驗Kalanchoa植物的PSR速率隨著信號持續(xù)時間的減小而顯著增大，其中當使所有色彩一起閃爍時，光合活性增大。據(jù)觀察PSR的一致下降為750μs和500μs，其中PSR速率對于10％占空比再次增加400μs。

表31

本發(fā)明的上述描述是為了說明和描述而呈現(xiàn)的。不應認為上述描述是排他性的或將本發(fā)明限制于所公開的明確形式，并且根據(jù)以上的教義有可能進行其他修改和改變。所述實施方案被選擇或描述，是為了更好地解釋本發(fā)明的原理及其實際應用，以便由此使本領域技術人員能夠更好地以適于具體應用的各種實施方案和各種變化形式使用本發(fā)明。所附權利要求旨在解釋為包括本發(fā)明的其他替代實施方案，除非被現(xiàn)有技術限制。