專利名稱：：利用光源促進(jìn)植物生長的方法及其光源產(chǎn)品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及利用光照促進(jìn)植物生長的方法，特別是根據(jù)植物生長需要的光譜設(shè)計出具有普遍意義的光源產(chǎn)品，從而找到大棚工廠化育秧育苗中植物補(bǔ)光的方法。技術(shù)背景光是植物生長發(fā)育中的一個重要環(huán)境因子，它不僅提供植物光合作用所需要的能量，而且還提供植物用于適應(yīng)環(huán)境進(jìn)行正常生長發(fā)育所需要的信息。經(jīng)科學(xué)研究，人們發(fā)現(xiàn)綠色植物對光的需求是有選擇性的，主要集中在400-460nm的藍(lán)紫光區(qū)和600-700nm的橙紅光區(qū)，其中，藍(lán)、紅光可以促進(jìn)植物的光合作用；紫外光、紅光、近紅外光可以調(diào)節(jié)植物的生長周期。在太陽光中最豐富的是520nm左右的綠光，而藍(lán)、紫和紅光的強(qiáng)度相對較弱，特別是在紅光部分更弱，所以地球上綠色植物進(jìn)行光合作用時對太陽光的利用平均不到1%。隨著社會的進(jìn)步和發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向著集約、規(guī)模、高效及可持續(xù)發(fā)展方向邁進(jìn)，溫室育秧、苗工業(yè)化技術(shù)的推廣得到很大的發(fā)展；同時隨著人民生活水平的提高，人們的飲食結(jié)構(gòu)及飲食需求發(fā)生的明顯改變，人們更追求一年四季各種蔬菜和果品的繁多和變化，這就要求現(xiàn)代農(nóng)業(yè)要種植跨季節(jié)和反季節(jié)作物，這樣溫室大棚技術(shù)的應(yīng)用也就蓬勃發(fā)展起來。但由于太陽光受到自然條件的限制(如季節(jié)、晝夜、陰、雨、雪天氣等)很大，目前育秧育苗中存在著光照不足和光利用率低、植物黃化和生長周期長、育秧育苗效率和效益低等問題。因此，在育秧育苗及生長過程中研究、開發(fā)和利用不同的適合于植物吸收光譜的人造光源，不僅可以促進(jìn)作物生產(chǎn)、分化，高效地利用土地資源，達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效以及無公害生產(chǎn)農(nóng)產(chǎn)品的目的，進(jìn)一步的而且還將會改變當(dāng)?shù)刂参锝Y(jié)構(gòu)和品種，縮短和改變農(nóng)產(chǎn)品上市周期，并會一定程度上開發(fā)和利用了遷地植物，對加快我國的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范園區(qū)和大宗農(nóng)產(chǎn)品基地建設(shè)，提高農(nóng)業(yè)區(qū)域化、專業(yè)化和規(guī)模化的水平，繁榮市場，豐富農(nóng)產(chǎn)品品種，滿足人民日益增長的生活需求，都將起著積極的促進(jìn)作用，有極大的社會和經(jīng)濟(jì)效益。為了實現(xiàn)在密閉式植物工廠中能夠以較少的物質(zhì)、能源和資源消耗來進(jìn)行高品質(zhì)種苗的商業(yè)化生產(chǎn)，近年來科技工作者在利用人造光源技術(shù)來實現(xiàn)集約、高效及可持續(xù)發(fā)展的農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、產(chǎn)業(yè)化方向進(jìn)行了研究開發(fā)。目前國外的研究主要在植物光生態(tài)方面，有關(guān)光源方面集中在根據(jù)不同植物的光生態(tài)機(jī)理，應(yīng)用新光源(如高壓鈉燈、稀土三基色熒光燈、金屬鹵化物燈、無極放電燈和發(fā)光二極管等)，在溫室大棚中對農(nóng)作物、花卉的繁育和生長進(jìn)行研究應(yīng)用。目前，用于植物照明的光源分為兩系列紅光系列和藍(lán)光系列。紅光系列以高壓鈉燈為代表，主要用于植物的營養(yǎng)成長和光形態(tài)形成；藍(lán)光系列以熒光燈和金屬卣化物燈為代表，主要用于植物的繁育生長。另外，紫外光和藍(lán)光系列燈可用來促進(jìn)植物著色；光量度小的白熾燈、熒光燈和發(fā)光二極管可作為植物光形態(tài)形成用的誘發(fā)和控制光源。大面積的推廣應(yīng)用主要還是用光譜帶較寬的光源(如黃色的高壓鈉燈)對所有應(yīng)用的植物進(jìn)行照射。今后的研究方向?qū)⒗^續(xù)進(jìn)行各類植物的光生態(tài)研究，同時根據(jù)光生態(tài)研究的成果研制和開發(fā)與之相適應(yīng)的各種具有不同光譜特性的新型光源，通過利用這些新型光源對某種類型植物進(jìn)行工廠化的大規(guī)模的繁育和生產(chǎn)，從而增加產(chǎn)量和縮短生長周期，提高產(chǎn)品的競爭力，達(dá)到提高效率和效益的目的；國內(nèi)在植物光生態(tài)方面的研究近幾年來發(fā)展比較快，但數(shù)量不多，而在利用植物光生態(tài)成果開發(fā)研制特定光源產(chǎn)品的單位就更少了。大面積應(yīng)用的是在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范園區(qū)中的部分展示棚中，主要是用光譜帶較寬的光源(如黃色的高壓鈉燈)對所有應(yīng)用的植物進(jìn)行照射。公開文獻(xiàn)報道了一些促進(jìn)植物生長的光源產(chǎn)品以及研究促進(jìn)植物生長的方法，例如中國專利，申請?zhí)?00710071002.X中國計量學(xué)院申請了名稱為"利用LED光源調(diào)節(jié)植物生長的方法及其裝置"的專利，公開(公告)號CN101133707，發(fā)明(設(shè)計)人金尚忠;陳華才;高君;劉福莉;王焱華，摘要:利用LED光源調(diào)節(jié)植物生長的方法及其裝置，其特征在于選擇利用不同LED光源的混光對植物進(jìn)行照射，以促進(jìn)植物生長，LED光源的選擇和不同LED光源的混光組合方法包括根據(jù)植物葉綠素吸收光譜確定利用紅色、藍(lán)色和紫色LED為照射光源，根據(jù)植物葉綠素對三種光的吸收能量比值，確定混光象素單元和工作電流，象素單元組合排布構(gòu)成不同LED光源的混光組合，由不同LED的混合光對植物進(jìn)行照射。相應(yīng)的配套裝置由組合排布的象素單元通過電路連接和整體封裝構(gòu)成，包括恒壓電源裝置、基準(zhǔn)電壓裝置、恒流源裝置。本發(fā)明的應(yīng)用能以低成本、小能耗提供穩(wěn)定的植物最佳生長光照環(huán)境，促進(jìn)光合作用。美國馬薩諸塞州的泰樂斯費爾體系有限公司2006年也申請了"栽培植物的方法和裝置"的專利，申請?zhí)?00680006821.X，公開(公告)號CN101150951，申請(專利權(quán))人地址發(fā)明(設(shè)計)人N，G'布魯塞托爾，國際公布2006-09-14WO2006/096650，摘要栽培植物的方法和裝置，其中種子或幼苗的球形陣列徑向面向球體中央，在球體中央通常有促生長光源；植物生長受到促進(jìn)，且通過使球體繞其水平軸圍繞光源旋轉(zhuǎn)，同時對所有種子或幼苗傳送可任選的含有植物營養(yǎng)物質(zhì)的水，并在植物生長和非生長期間調(diào)節(jié)光源，維持生長作物中重量分布大致相等。河北大學(xué)在1999年也申請了"植物專用冷光準(zhǔn)單色光波儀"，申請?zhí)?9206804.5的專利，公開(公告)號CN2372541發(fā)明(設(shè)計)人徐景智；陳永申；薛春銀；楊景發(fā)，摘要本實用新型涉及一種植物專用冷光準(zhǔn)單色光波儀，具有外殼、開關(guān)，直流或交流電源電路和工作電路，工作電路中串聯(lián)或并聯(lián)有準(zhǔn)紅光或蘭紫光冷光管，冷光管內(nèi)裝有惰性氣體，兩端內(nèi)各有一組電極；一根鍍鎂絲或鎢絲電極與筒狀純金屬電極相連，可發(fā)出短波準(zhǔn)紅光和準(zhǔn)蘭紫光。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，造價低，使用方便，能促進(jìn)植物生長，縮短農(nóng)作物成熟期，增產(chǎn)，對植物種子發(fā)芽、早熟及果實品質(zhì)均有明顯促進(jìn)提高作用。付傳明、黃寧珍、趙志國、唐鳳鸞和黃志民在《廣西植物》2007,27(2),255-259研究了光質(zhì)與補(bǔ)光對水稻幼苗生長及光合速率的影響，測定水稻成齡離體葉片在波長380800nm下的透射率,推算其吸收光譜;在培養(yǎng)室內(nèi),觀測水稻幼苗在藍(lán)(475土5nm)、黃(585士5nm)、紅(660土5nm)色的半導(dǎo)體(LED)和普通日光燈下的生長狀況,每天照光12h;同時,在大棚中將剛萌發(fā)的水稻幼苗白天自然日照,每晚(18:0024:00)人工補(bǔ)藍(lán)、紅、黃、白光各O、2、4、6h，定期觀測其生長情況,在補(bǔ)光50d后測成齡葉片的光合曲線.結(jié)果發(fā)現(xiàn)水稻葉片在波長400500nm之間及680nm附近有較強(qiáng)吸收;在不同光質(zhì)下進(jìn)行培養(yǎng)，單波藍(lán)光對水稻幼苗的生長最好;補(bǔ)光對水稻幼苗生長均有促進(jìn)作用，其中補(bǔ)白光4h效果最明顯，其次是補(bǔ)黃光2h;補(bǔ)藍(lán)光2、4h和補(bǔ)白光4h提高植株的光合能力。從上述文獻(xiàn)了解到，目前為了提高植物的產(chǎn)量和縮短生長周期，人們研究了選擇利用不同光源對植物進(jìn)行照射，進(jìn)行了工廠化的大規(guī)模的繁育和生產(chǎn)，取得了顯著的效果，但是由于不同植物對光源的選擇有很大的區(qū)別，文獻(xiàn)介紹的方法以及設(shè)備有的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有的未能提供根據(jù)植物所需的光源，大多數(shù)還不具備普遍性，所以很難形成產(chǎn)品和方法進(jìn)行推廣。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種與現(xiàn)有技術(shù)不同的，設(shè)計出促進(jìn)植物生長的大棚工廠化育秧育苗中促進(jìn)植物生長的具有普遍意義的方法和光源產(chǎn)品及其將該光源產(chǎn)品應(yīng)用于生產(chǎn)上。本發(fā)明人在從事12年大棚工廠化育秧育苗中的推廣工作中，發(fā)現(xiàn)目前育秧育苗及大棚工廠化植物生長中存在著光照不足和光利用率低、植物黃化和生長周期長、育秧育苗及生長過程中效率和效益低等問題。幾年前，開始研究了植物利用光譜測試并設(shè)計了一些光源產(chǎn)品對植物進(jìn)行照射，采用的技術(shù)方案如下1、苗木準(zhǔn)備；2、確定植物的吸收光譜；3、測定不同光質(zhì)下的光合作用；4、比照實驗，并分析確定不同植物的光吸收；5、光源設(shè)備設(shè)計；6、對植物進(jìn)行補(bǔ)光。以上所述的苗木準(zhǔn)備可以采用大田的植物成熟葉子，也可以自己育苗，在大棚或?qū)嶒炇疫M(jìn)行育苗的過程是按照現(xiàn)有方法采用種子育苗、扦插育苗或培育組培苗，苗木采用日光燈照射，以加速幼苗的生長，使得幼苗生長3—5片葉子。以上所述的確定植物的吸收光譜的過程是模擬太陽光的組成和波長范圍，在暗室內(nèi)或周圍蒙上黑布，以減少自然光對測量結(jié)果的影響。然后采用光譜測試儀器測定所選植物不同類型的吸收光譜，選用的葉片均為成齡植株的上中部葉；直接測出的數(shù)據(jù)為光透過葉片的透射光譜，通過透射光譜可推算出葉片的吸收光譜。以上所述的比照實驗，并分析確定不同植物的光吸收是將測定的植物按光合速率大小順序排列，并以混合波長的普通日光燈為對照，例如按照上述方法測定羅漢果和水稻成齡葉片在藍(lán)、黃、紅及普通日燈光燈下的光合速率，結(jié)果表明，在不同光質(zhì)相同光強(qiáng)下，水稻的光合速率白光(日光燈)〉紅光〉藍(lán)光〉黃光；羅漢果的光合速率紅光〉藍(lán)光〉白光〉黃光。兩種植物在不同光質(zhì)下光合速率大小順序的差異，主要是由于在混合波長的白光下光合速率不同。如果除去白光，則兩種植物在不同波長光下的光合速率大小順序排列相同，均為紅光>藍(lán)光>黃光。本發(fā)明所述的光源設(shè)備是由燈具、電源和控制部件構(gòu)成，所說的燈具是三基色熒光燈、LED管等，電源可以是市電220V交流電經(jīng)過穩(wěn)壓處理，控制部件包括計算機(jī)或單片機(jī)、控制開關(guān)、時鐘電路、參數(shù)設(shè)定電路、顯示器和輸出電路，電路連接方式是市電220V交流電經(jīng)過穩(wěn)壓處理后接控制開關(guān)后接到計算機(jī)或單片機(jī)，計算機(jī)或單片機(jī)分別與時鐘電路、參數(shù)設(shè)定電路、顯示器和輸出電路連接，輸出電路連接到系列燈具。其工作原理是設(shè)定系列燈具的工作電流和電壓(通過參數(shù)設(shè)定電路調(diào)整)，并確定照射植物的時間(通過時鐘電路確定)，并將數(shù)據(jù)輸入到計算機(jī)的程序中，打開控制開關(guān)，計算機(jī)或單片機(jī)按照事先設(shè)定的程序，在顯示器顯示和輸出信號，輸出電路就可以控制不同的燈光時間工作，分別啟動白光、紅光、藍(lán)光或黃光的光源。本發(fā)明的確定植物的吸收光譜光源和補(bǔ)光光源可以采用同一類光源設(shè)備，這樣可以節(jié)省成本。以上所述的對植物進(jìn)行補(bǔ)光的過程是根據(jù)不同植物的生命周期的光生態(tài)特性(株高、葉數(shù)、鮮重、干重)，確定它們的補(bǔ)光工藝，分幾個時期或階段對植物進(jìn)行補(bǔ)光，例如前期補(bǔ)紅光、中期補(bǔ)黃光，后期補(bǔ)白光。所述的補(bǔ)光裝置是將三基色(藍(lán)光、黃光、紅光)熒光燈、LED管等安裝在箱子上方或周邊，箱子下方安放需要補(bǔ)光的植物，通過調(diào)節(jié)時鐘電路旋鈕，確定照射植物的時間和光的顏色，并將數(shù)據(jù)輸入到計算機(jī)的程序中，打開控制開關(guān)，計算機(jī)或單片機(jī)按照事先設(shè)定的程序，在顯示器顯示和輸出信號，輸出電路就可以控制不同的燈光時間工作，分別啟動白光、紅光、藍(lán)光或黃光的光源，對植物進(jìn)行補(bǔ)光。與目前所公開文獻(xiàn)的技術(shù)相比，本發(fā)明具有突出的實質(zhì)性特點和進(jìn)步是1.利用光譜測試設(shè)備測試不同類型植物，根據(jù)植物的吸收光譜來選擇和制造不同波長的光源，有效地提高光源的針對性和有效性。2.制造具有植物最佳吸收光譜波長的光源系統(tǒng)，該系統(tǒng)光波波長可精確選定、發(fā)光效率高、發(fā)光強(qiáng)度均勻、發(fā)熱少、壽命長和可人工調(diào)節(jié)光源亮度，從而不僅使生產(chǎn)條件易于控制，而且光源的單位使用成本低，從而更能取得預(yù)期效果。3.運用所制造的光源系統(tǒng)，對植物進(jìn)行一系列比照的實驗。根據(jù)實驗所得到植物生命周期的光生態(tài)特性(株高、葉數(shù)、鮮重、干重等)，確定光源對所選擇植物的照射實施工藝。經(jīng)過實施確定補(bǔ)光不僅有效地提高植物的出芽率和成活率，并使幼苗苗期縮短，增加幼苗的生物量，而且可促進(jìn)幼苗株高和葉數(shù)增加。從而有效地縮短植物的生長周期和提高育秧育苗及生長過程中效率和效益。說明書附l是光源設(shè)備圖，其中控制部件包括計算機(jī)或單片機(jī)、控制開關(guān)、時鐘電路、參數(shù)設(shè)定電路、顯示器和輸出電路，電路連接方式是市電220V交流電經(jīng)過穩(wěn)壓處理后接控制開關(guān)后接到計算機(jī)或單片機(jī)，計算機(jī)或單片機(jī)分別與時鐘電路、參數(shù)設(shè)定電路、顯示器和輸出電路連接，輸出電路連接到系列燈具。圖2介紹了羅漢果葉片在波長380—800nm光下的透射率見以下實施例2。橫坐標(biāo)代表光的波長；縱坐標(biāo)代表光的透射率具體實施方式實施例l、光源設(shè)備實施結(jié)構(gòu)(1)各部分功能1)LED光照燈具(可以采用其它光源)為發(fā)光主體，分四種類型，每塊燈具的亮度，可進(jìn)行256個亮度級別調(diào)節(jié)，每個發(fā)光像素由高亮度發(fā)光二極管組成，詳細(xì)參數(shù)如下表表1LED光照燈具參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>彼敏象素由2鵬高亮LED纟滅)2)控制開關(guān)用于控制調(diào)節(jié)發(fā)光燈具的工作參數(shù)和工作狀態(tài)，共有四個按鈕。①設(shè)置/確定按鈕按第一次進(jìn)入控制設(shè)置狀態(tài)，設(shè)置功能指示燈亮，再次按下為確定當(dāng)前數(shù)值，并退出設(shè)置狀態(tài)，設(shè)置功能指示燈滅。②功能按鈕按一下進(jìn)入亮度設(shè)置狀態(tài)，可調(diào)節(jié)亮度值，亮度功能指示燈亮；再按一次進(jìn)入時間設(shè)定狀態(tài)，時間調(diào)整指示燈亮；再按一次進(jìn)入常開設(shè)置狀態(tài)，依次循環(huán)。③數(shù)值按鈕按一次選l，再按一次選2，依次選3、4、5、6、7、8、9、0，循環(huán)選擇。參數(shù)顯示位移按鈕按一次選擇第l位，再按選擇第2位，依次選3、4位，循環(huán)選擇，選中時數(shù)碼在閃爍。3)時鐘電路為系統(tǒng)提供基本時鐘，便于光照時間調(diào)整。4)參數(shù)顯示由四位數(shù)碼管組成，根據(jù)不同工作狀態(tài)顯示光照強(qiáng)度和顯示倒計時時間，光強(qiáng)度顯示范圍1-255，倒計時時間范圍1-9999秒。5)顯示驅(qū)動把CPU的顯示控制信號驅(qū)動，再驅(qū)動LED光照燈具。6)微處理器為系統(tǒng)的控制核心，為高性能8位單機(jī)，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，自帶看門狗功能，保證系統(tǒng)連續(xù)長時間工作。實施例2、羅漢果試管苗光譜測試以及生長效應(yīng)試驗1材料與方法1.1羅漢果試管苗在不同波長光照下的生長效應(yīng)試驗將羅漢果青皮品種試管無菌材料接種于同一培養(yǎng)基(MS+BAO.2+NAA0.02)上，分別置于藍(lán)、黃、紅及日光燈下培養(yǎng)。通過調(diào)節(jié)按紐調(diào)整燈具的照度，大小盡可能一致(為800lx左右)后，每天照光12小時。每個處理20瓶。培養(yǎng)一定時間后取5瓶觀測小苗的生長情況，包括株高、葉數(shù)、鮮重等。根據(jù)上述試驗中幼苗的生長情況，將LED光源的照度調(diào)至最大，照度分別為藍(lán)光888lx，黃光1109lx，紅光1285lx;對照白光的照度則通過調(diào)節(jié)日光燈管的盞數(shù)和位置調(diào)至1120(與黃光接近)。重復(fù)上述試驗。1.2羅漢果葉吸收光的波長范圍的測定選取羅漢果青皮品種成齡植株的上中部葉片，用杭州遠(yuǎn)方公司生產(chǎn)PMS-TR80光譜測定系統(tǒng)測試植物的透射光譜。具體的操作方法按儀器的使用說明書進(jìn)行。光源的波長范圍在380-800nm之間(模擬太陽光可見光部分的組成和波長范圍)。直接測出的數(shù)據(jù)為葉片的透射光譜。通過透射光譜推算出葉片吸收光的波長范圍和強(qiáng)度。1.3羅漢果葉片的凈光合速率的測定用美國LI一COR公司生產(chǎn)的LI一6400型便攜式光合作用測定儀測定羅漢果葉的光合速率，雌、雄各選1株，每株測量4次，取平均值。具體方法如下在塑料大棚內(nèi)種植羅漢果青皮品種，在花期選擇晴好的天氣，從植株上剪下帶有成熟葉的枝條，用水養(yǎng)于玻璃杯中，帶回室內(nèi)將植物材料置于LED藍(lán)光、黃光、紅光及普通日燈光下，周圍蒙上黑布，以減少自然光對測量結(jié)果的影響。相同功率的LED燈，波長越長，照度越大，因此藍(lán)燈的照度最小，紅燈的照度最大。由于黃燈下的光合速率較小，為了便于獲取數(shù)據(jù)，黃燈調(diào)至最大照度(1209)，因此測量須分兩步進(jìn)行(1)將紅燈的照度調(diào)到與藍(lán)燈的最大照度(8881x)大致相同，測量材料的光合速率；(2)將紅燈、白燈的照度調(diào)到與黃燈最大照度基本相同(約1200lx)，再測量材料的光合速率。1.4數(shù)據(jù)的獲得與統(tǒng)計分析材料的生長數(shù)據(jù)通過測量株高、葉數(shù)和鮮重體現(xiàn)；光合速率可直接從儀器上讀出；葉子吸收光的波長則通過透射光譜推算獲得；最后通過差異顯著性分析判斷各種光質(zhì)對羅漢果生長及光合作用的影響。2結(jié)果與分析2.1不同波長的光對羅漢果試管苗生長的影響在波長不同，但照度大致相同(均為800lx左右)的條件下培養(yǎng)，羅漢果試管苗的生長狀況大不相同。藍(lán)光下培養(yǎng)的植株外觀最好，葉片鮮綠色、較大、色澤均勻，植株高度適中，莖桿粗壯，側(cè)芽較多。白光下的植株外觀介于藍(lán)光和黃、紅兩色光之間，看上去基本正常，葉的整體顏色為綠色，但色澤不均勻，葉脈綠、脈間黃，側(cè)芽也較多，但株高及粗壯度均不如藍(lán)光。黃、紅兩色光下的植株整體外觀不正常，其葉小、莖細(xì)長、彎曲等，類似于植物由于缺光引起的表型；和黃光下的植株相比，紅光下的植株葉片稍大、葉色偏綠。根據(jù)上述試驗的結(jié)果，將所有LED燈具的光照度調(diào)至最大(藍(lán)光888lx，黃光1109lx，紅光1285lx)，白光以LED黃光為標(biāo)準(zhǔn)調(diào)至11201x。重復(fù)上述試驗。25天后觀測，結(jié)果見表1及圖1。從外觀上看，各種光質(zhì)下的植株的表型與上述實驗相同。生長量測定結(jié)果為(1)株高紅光(12.2cm)〉黃光(9.2cm)〉藍(lán)光(6.3cm)〉白光(4.3cm);(2)葉數(shù)藍(lán)光(7.0)>紅光(6.5)>白光(6.2)>黃光(3.3);(3)鮮重藍(lán)光(0.72g)>紅光(0.45g)=黃光(0.45g)〉白光(0.33g)。統(tǒng)計結(jié)果表明，紅光下小苗的株高顯著最高，而藍(lán)光下鮮重顯著最大(顯著大于其它處理)。壯苗指數(shù)(鮮重/株高)依次為藍(lán)光(O.114)〉白光(0.081)〉黃光(0.049)>紅光(0.037)，可見，藍(lán)光下的植株最壯。上述兩次實驗結(jié)果表明，紅、黃光下植株出現(xiàn)的類似缺光的癥狀主要原因是光質(zhì)(波長)、而并非由于照度過低引起；藍(lán)光對羅漢果試管幼苗的生長發(fā)育特別重要，是培育健壯幼苗的最佳光源。表2、羅漢果試管苗在藍(lán)、紅、黃、日光燈下生長狀況(每組的樣本數(shù)n-5)<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>(++):ExtremelySignificantlydifferentwhencomparedtowhitelight(PO.01)(+):Significantlydifferentwhencomparedtowhitelight(<0.05)(-):Notsignificantlydifferentwhencomparedtowhitrlight(〉0.05)2.2羅漢果葉片的吸收光譜在380-800nm連續(xù)波長的光通過羅漢果葉的透射光譜見圖1，圖中有兩處峰谷，分別是波長小于500nm的藍(lán)紫光區(qū)及波長為660-680nm的紅光區(qū)，這兩處區(qū)域即是吸收最強(qiáng)的區(qū)域。在藍(lán)、紫區(qū)，葉片對光吸收最為徹底，透射率幾乎為零，而且吸收范圍較廣；在紅光區(qū)，最強(qiáng)吸收處為680nm;黃、綠光(550-580n)區(qū)透射率較高，表明植物對黃光的吸收則相對較少；遠(yuǎn)紅光區(qū)O700nm)透射率最高，植物吸收最少。由此可見，植物主要吸收自然光中的紅、藍(lán)光。結(jié)合羅漢果在不同類型光下的生長效應(yīng)，可看出吸收率最大的紅藍(lán)光，對植物生長效果最好。2.3羅漢果成熟葉片在不同類型光下的光合速率表3為相同的羅漢果成熟葉片在不同波長光下的光合速率。當(dāng)照度相同時，紅光下葉片的光合速率稍比藍(lán)光高，分別為4.05和3.76ixmol.m-2.s-1，統(tǒng)計分析結(jié)果顯示，其間差異不顯著。而照度相同的紅、白、黃光下，光合速率最高為紅光，其次白光，最低黃光，分別為4.68、2.99和2.75ixmol.m-2.s-1，統(tǒng)計結(jié)果表明，紅光下的光合速率顯著高于黃光和白光。而低照度(8881x)的藍(lán)光的光合速率也比高照度(12001x)的黃、白光高。因此，可以認(rèn)為，紅、藍(lán)光是羅漢果進(jìn)行光合作用的最佳光源。表3、羅漢果葉在藍(lán)光、黃光、紅光及日光燈下的光合速率(雌、雄各4片葉)<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>(+):Significantlydifferentwhencomparedtoyellowlight(<0,05)(-):Notsignificantlydifferentwhencomparedtoyellowlight(>0.05)3討論光的波長和植物幼苗生長發(fā)育的關(guān)系藍(lán)光下，羅漢果試管苗的表型最好，植株高而粗壯，葉片大，葉數(shù)和側(cè)芽較多；生長量測試結(jié)果表明，與白光相比，藍(lán)光極顯著提高植株的鮮重；這一結(jié)果與蒲高斌(2004)對番茄幼苗的實驗結(jié)果相同；而我們在研究不同光質(zhì)下水稻幼苗的生長效果時(未發(fā)表)也發(fā)現(xiàn)，800k的藍(lán)光可相當(dāng)于10000k自然光的效果；根據(jù)我們的實驗，相同照度的紅、藍(lán)光下，羅漢果葉片的光合速率大致相同，但藍(lán)光下幼苗的生長卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于紅光。這一系列的實驗證明，藍(lán)光對羅漢果的這種促生長和壯苗的作用與光合速率大小關(guān)系不大，應(yīng)該與藍(lán)光調(diào)控的發(fā)育進(jìn)程有關(guān)。對于幼嫩的植株而言，葉片內(nèi)質(zhì)體等光合器官未發(fā)育成熟，與光合作用相關(guān)的色素、酶等尚未形成或數(shù)量較少。因此，幼苗的健壯生長在很大程度上與發(fā)育進(jìn)程特別是光合器官的發(fā)育密切相關(guān)。己有的研究表明，藍(lán)光調(diào)節(jié)某些核基因和質(zhì)體基因的表達(dá)(Richter，1984;Richter，1978;Warpeha，1989)，黑暗中培養(yǎng)的煙草細(xì)胞轉(zhuǎn)入連續(xù)藍(lán)光下才能分化出具有光合功能的葉綠體，而紅光不能使培養(yǎng)細(xì)胞轉(zhuǎn)綠,連續(xù)藍(lán)光下轉(zhuǎn)綠的煙草培養(yǎng)細(xì)胞中Rubisco大亞基和32kD蛋白隨著其mRNA水平的提高而出現(xiàn)并積累(Richter1984)。藍(lán)光還能促進(jìn)葉綠素a/b結(jié)合蛋白基因的轉(zhuǎn)錄(Marrs，1991)。因此，對于多數(shù)植物而言，藍(lán)光的壯苗和促生長效應(yīng)主要是通過加速質(zhì)體的發(fā)育進(jìn)程，最終提高植株的光合作用能力來實現(xiàn)的。羅漢果應(yīng)該是屬于這一類型。黃光和紅光對植物幼苗生長的影響與藍(lán)光不同。對羅漢果而言，單純的黃光或紅光處理，鮮重雖然有所增加，但植株過高過細(xì)，表型類似缺光癥狀。因此，這兩種光不能單獨作為羅漢果幼苗的生長光源。試驗還發(fā)現(xiàn)，單純紅光下羅漢果幼苗株高最大；杜建芳(2004)的實驗也證實，紅光能明顯提高油菜幼苗的株高。紅光刺激植株長高，可能涉及到與發(fā)育有關(guān)的一系列生理生化調(diào)節(jié)過程，如調(diào)節(jié)GA的生物合成等(潘瑞熾2001)。不同的植物幼苗對不同波長的光的偏好和反應(yīng)不盡相同。對羅漢果言，紅光對植株增高效果最好；黃光其次，但黃光對增加葉數(shù)的效果很差，明顯比白、紅、藍(lán)光低。而蒲高斌(2004)在研究紅光對番茄株高的影響時卻得出紅光抑制植株增高。我們在另外的研究中也發(fā)現(xiàn)，促進(jìn)水稻、馬蹄蓮植株增高和葉數(shù)增加的最有效的光不是紅光或藍(lán)光，而是黃光。這些不同的實驗結(jié)果說明，光質(zhì)對植物生長的影響方式與植物種類有關(guān)。3.2光的波長和植物光合作用的關(guān)系比較相同照度的紅、黃、白光下羅漢果的光合速率，紅光明顯高于黃、白光；相同照度下藍(lán)、紅光的光合速率大致相同。而根據(jù)吸收光譜分析表明，羅漢果葉對紅、藍(lán)光幾乎100%吸收?？梢娂t、藍(lán)光為羅漢時最偏愛、同時也是進(jìn)行光合作用最有效的光源。但單波紅光下羅漢果幼苗的生長并不理想，我們在水稻上的試驗也得到同樣結(jié)果(未發(fā)表)，因此認(rèn)為，盡管紅光下光合速率較高，但決不是羅漢果幼苗正常生長的唯一光源。早期的實驗證明，植物的生長與光合功能的形成和正常維持需要藍(lán)光和紅光的共同作用，兩者相輔相成。Voskresenskaya等(l968)用紅光處理離體大麥葉片后發(fā)現(xiàn)，葉綠素和蛋白質(zhì)含量有所下降，而藍(lán)光處理的葉綠素含量較穩(wěn)定。Voskresenskaya(1977，1979)的系列實驗也證實，紅光下葉綠體結(jié)構(gòu)的異常和活性的下降可被轉(zhuǎn)移到藍(lán)光下逆轉(zhuǎn)。藍(lán)光比紅光、白光更能保持離體水稻幼苗葉綠素的穩(wěn)定性(倪文，1980)。藍(lán)光下生長的植物的葉片或種子中蛋白質(zhì)含量比紅光下生長的高，紅光下生長的植物，體內(nèi)有較多的碳水化合物積累(Voskresenskaya等，1968;Voskresenskaya,1979;Howell等，1957)。藍(lán)光下培養(yǎng)的小球藻碳水化合物含量是紅光處理的1/2，而蛋白質(zhì)含量增加一倍，作用光譜顯示促進(jìn)蛋白質(zhì)增加的最有效波長在460和370nm附近(Howell等，1957)。藍(lán)光下生長的C3植物的RuBP羧化酶和C4植物的PEP羧化酶活性顯著增高(Poyarkova等，1973)。這些研究表明，不同光質(zhì)對光合碳代謝有重要的調(diào)節(jié)作用，紅光促進(jìn)碳水化合物的積累，而藍(lán)光則促進(jìn)新合成有機(jī)物中蛋白質(zhì)的積累，特別是與光合作用有關(guān)的蛋白和色素的合成和積累，因此紅光和藍(lán)光對植物的生長都十分重要。藍(lán)光是光合作用相關(guān)酶蛋白合成所必須的，而紅光則是光合作用的最佳光源，前者是基礎(chǔ)，后者是結(jié)果。實施例31、用光源的波長范圍在300-800nm之間(模擬太陽光的組成和波長范圍)光譜測定系統(tǒng)測試所選水稻、羅漢果和馬蹄蓮三種不同日照類型的吸收光譜，選用的葉片均為成齡植株的上中部葉；直接測出的數(shù)據(jù)為光透過葉片的透射光譜，通過透射光譜可推算出葉片的吸收光譜。測定結(jié)果顯示，植物成齡葉片的吸收光譜有兩個較強(qiáng)的吸收范圍一是在波長380-500nm之間，包括UV-B、UV-A區(qū)和藍(lán)光區(qū)；二是在波長660-680nm左右，范圍很窄的一段紅光區(qū)域。不同植物的吸收光譜僅有微小的差別，主要表現(xiàn)在吸收強(qiáng)度上有所不同。2、由于LED發(fā)光二極管作為光源，可根據(jù)需要調(diào)整光強(qiáng)度和光照時間，使植物在無光照或缺乏光照時也能進(jìn)行光合作用，可提高其生產(chǎn)效率。同時，它易于制造出符合要求的光源。最后采用LED光源；采用新型光源制造技術(shù)，制作能自動進(jìn)行時間控制的具有不同波長的LED光源系統(tǒng)。兩套紅光系統(tǒng)(波長660nm)、一套黃光系統(tǒng)(波長585nm)、一套蘭光系統(tǒng)(波長470nm)，并以混合波長的普通日光燈為對照。3、不同光質(zhì)下植株光合作用的測定。測定羅漢果和水稻成齡葉片在藍(lán)、黃、紅及普通日燈光燈下的光合速率(測量時間為白天，周圍蒙上黑布，防止自然光對測量結(jié)果的影響)。結(jié)果表明，在不同光質(zhì)相同光強(qiáng)下，水稻的光合速率白光(日光燈)〉紅光〉藍(lán)光>黃光；羅漢果的光合速率紅光〉藍(lán)光〉白光〉黃光。兩種植物在不同光質(zhì)下光合速率大小順序的差異，主要是由于在混合波長的白光下光合速率不同。如果除去白光，則兩種植物在不同波長光下的光合速率大小順序排列相同，均為紅光〉藍(lán)光〉黃光。4、將剛萌發(fā)的水稻、馬蹄蓮及羅漢果小苗，除正常日照外，每天18:00-24:00間，分別用人工LED光源(藍(lán)475±5nm，黃585±5n，紅660士5nrn)和普通日光燈補(bǔ)光各0、2、4、6h(其中0h為對照)。每隔一定時間測量株高、葉數(shù)、鮮重、干重。實驗結(jié)果表明，補(bǔ)充光照對植物幼苗均有一定的促生長作用，但不同的植物對光的偏好不同，有的種類喜歡藍(lán)光，有的則是紅光、黃光或普通白光；補(bǔ)光時間的長短也因物種和季節(jié)的不同而不同。5、根據(jù)羅漢果、水稻、馬蹄蓮三種作物的生命周期的光生態(tài)特性(株高、葉數(shù)、鮮重、干重)，確定了它們的補(bǔ)光工藝，并得出如下實施結(jié)果。(1)羅漢果育秧育苗的補(bǔ)光工藝前期補(bǔ)紅光4小時，后期補(bǔ)白光4小時沃，下午18:00點以后開始補(bǔ)光。補(bǔ)光可使幼苗苗期縮短1019天，幼苗鮮重增加200%，干重增加160%，幼苗株高增加90%,葉數(shù)增加50%。(2)水稻育秧育苗的補(bǔ)光工藝前期補(bǔ)黃光2小時/天，后期補(bǔ)白光4小時/d，下午18:00點以后開始補(bǔ)光。補(bǔ)光可使幼苗苗期縮短10~19d，水稻幼苗鮮重增加25%，干重增加50%，幼苗株高增加77%，葉數(shù)增加100%。(3)馬蹄蓮育秧育苗的補(bǔ)光工藝補(bǔ)黃光6小時沃或藍(lán)光2小時沃，下午18:00點以后開始。補(bǔ)光可使幼苗苗期縮短1019天，可使馬蹄蓮幼苗株高增加32%，葉數(shù)增加50%。權(quán)利要求1、一種利用光源促進(jìn)植物生長的方法，其特征在于它包括以下幾個過程(1)苗木準(zhǔn)備；(2)確定植物的吸收光譜；(3)測定不同光質(zhì)下的光合作用；(4)比照實驗，并分析確定不同植物的光吸收；(5)光源設(shè)備設(shè)計；(6)對植物進(jìn)行補(bǔ)光。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用光源促進(jìn)植物生長的方法，其特征在于所述的苗木準(zhǔn)備采用大田的植物成熟葉子或者在大棚或?qū)嶒炇疫M(jìn)行育苗的葉子。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用光源促進(jìn)植物生長的方法，其特征在于所述的確定植物的吸收光譜的過程是模擬太陽光的組成和波長范圍，在暗室內(nèi)或周圍蒙上黑布，采用相同功率的發(fā)光設(shè)備對植物照射，再用光譜測試儀器測定所選植物不同類型的吸收光譜，選用的葉片均為成齡植株的上中部葉；直接測出的數(shù)據(jù)為光透過葉片的透射光譜，通過透射光譜推算出葉片的吸收光譜。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用光源促進(jìn)植物生長的方法，其特征在于所述的比照實驗，并分析確定不同植物的光吸收是將測定的植物按光合速率大小順序排列，并以混合波長的普通日光燈為對照。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用光源促進(jìn)植物生長的方法，其特征在于所述的對植物進(jìn)行補(bǔ)光的過程是根據(jù)不同植物的生命周期的光生態(tài)特性，確定它們的補(bǔ)光工藝，分幾個時期或階段對植物進(jìn)行補(bǔ)光。6、一種利用光源促進(jìn)植物生長的方法采用的光源設(shè)備，其特征在于它是由燈具、電源和控制部件構(gòu)成，所說的燈具是三基色熒光燈、LED管，電源采用穩(wěn)壓處理，控制部件包括計算機(jī)或單片機(jī)、控制開關(guān)、時鐘電路、參數(shù)設(shè)定電路、顯示器和輸出電路，電路連接方式是市電220V交流電經(jīng)過穩(wěn)壓處理后接控制開關(guān)后接到計算機(jī)或單片機(jī)，計算機(jī)或單片機(jī)分別與時鐘電路、參數(shù)設(shè)定電路、顯示器和輸出電路連接，輸出電路連接到系列燈具。其工作原理是設(shè)定系列燈具的工作電流和電壓，并確定照射植物的時間，并將數(shù)據(jù)輸入到計算機(jī)的程序中，打開控制開關(guān)，計算機(jī)或單片機(jī)按照事先設(shè)定的程序，在顯示器顯示和輸出信號，輸出電路就可以控制不同的燈光時間工作，分別啟動白光、紅光、藍(lán)光或黃光的光源。7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用光源促進(jìn)植物生長的方法，其特征在于確定植物的吸收光譜光源和補(bǔ)光光源采用同一類光源設(shè)備。全文摘要本發(fā)明公開了一種利用光照促進(jìn)植物生長的方法，特別是根據(jù)植物生長需要的光譜設(shè)計出具有普遍意義的光源產(chǎn)品，從而找到大棚工廠化育秧育苗中植物補(bǔ)光的方法，包括以下幾個過程(1)苗木準(zhǔn)備；(2)確定植物的吸收光譜；(3)測定不同光質(zhì)下的光合作用；(4)比照實驗，并分析確定不同植物的光吸收；(5)光源設(shè)備設(shè)計；(6)對植物進(jìn)行補(bǔ)光，本發(fā)明利用光譜測試設(shè)備測試不同類型植物，根據(jù)植物的吸收光譜來選擇和制造不同波長的光源，可以有效地提高光源的針對性和有效性。也能有效地提高植物的出芽率和成活率，并使幼苗苗期縮短，增加幼苗的生物量，促進(jìn)幼苗株高和葉數(shù)增加，從而有效地縮短植物的生長周期和提高育秧育苗及生長過程中效率和效益。文檔編號F21V23/00GK101331840SQ200810073589公開日2008年12月31日申請日期2008年5月20日優(yōu)先權(quán)日2008年5月20日發(fā)明者付傳明,唐鳳鸞,趙志國,郭海燕,黃寧珍,黃志民申請人:廣西科學(xué)院