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现代农业发展需要“光肥” 植物照明应用解析

2016-02-16 00:07
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  有研究认为红、蓝光LED组合可以通过增加净光合速率以提高植物的生长和发育是因为红光与蓝光的光谱能量分布与叶绿素吸收光谱一致。Kim等研究发现在红、蓝LED复合光照射下的菊花组培苗净光合速率最高,鲜质量、干质量和叶面积达到最大,气孔的数目最少,气孔开度最大。Tanaka 等报道指出在红、蓝LED复合光照射的兰花组培苗的鲜重和干重增加。Lian等对百合离体培养鳞茎进行实验得出, 红、蓝LED复合光更适合鳞茎的生长,鳞茎的尺寸、鲜、干质量和根的数量最高。

  但是有关红蓝LED组合的配比,不同组培植物作为试验材料所开展研究的报道结果并不一致。如Nhut等采用80%红光LED+20%蓝光LED组合对其对香蕉组培苗生长和驯化移栽有明显促进效果。而一项对于桉树组培苗的研究发现,同样的红蓝LED配比,并配合透气膜和岩棉基质能够实现其无糖培养。Nhut等后又研究发现在70%红光LED+30%蓝光LED照射下,草莓组培苗的叶片数、根数、根长、鲜重、干质量值最大,移栽到土壤中长势也最好。随后对白鹤芋组培苗的研究也得到了相似的结果。由此可见,不同的植物对光质配比的敏感性不同,表现出不同的适应性。

  在对马铃薯组培苗的鲜/干质量积累量指标的研究结果中发现,协同光照控制优于交替间歇光照控制,45%红光LED+55%蓝光LED 的处理对于马铃薯组培苗的生长效应是最佳的。此外,有研究发现在25%红光+75%蓝光LED 组合下,从兰花原球茎小块中诱导的愈伤组织中能够获得最高发生率的原球茎体。

  3、LED应用于设施园艺

  近十几二十年来,中国设施园艺面积发展迅速,植物生长的光环境控制照明技术已经引起重视。设施园艺照明技术主要应用于两个方面:一是在日照量少或日照时间短的时候作为植物光合作用的补充照明;二是作为植物光周期、光形态建成的诱导照明。

  (1)LED 作为植物光合作用补充照明

  Nichols 等研究发现温室内的传统人工光源产生太多热量,如采用LED 补充照明和水培系统,空气能够被循环使用,过多的热量和水分可以被移除,电能能够被高效地转变为有效光合辐射,最终转化为植物物质。在应用LED 为400 ms 频率和50%占空比下,生菜的生长速率、光合速率都提高20%以上,该研究表明将LED 用于植物工厂是可行的。

  Yanagi等研究发现,与荧光灯相比,红光LED对菠菜生长效应不明显,加入蓝光LED后菠菜生长形态指标显著提高。Yorio 等研究发现,应用90%红光LED+10%蓝光LED作为补充照明,能够显著促进菠菜、萝卜和生菜的生长发育。Shin等的研究发现,红蓝LED复合光照下生长的甜菜生物积累量最大,毛根中甜菜素积累最显著,并在毛根中产生最高的糖分和淀粉积累。

  有报道指出同对照金属卤化灯相比,生长在红蓝LED 复合光照下的胡椒茎、叶的解剖学形态发生显著的变化。Choi 等的研究也有类似结论,在红蓝LED 复合光照下生长的紫苏的茎、叶的解剖结构特征变化与在金属卤化灯下生长的紫苏有显著差异,并且随着PPFD 提高,紫苏光合速率提高。Heo 对万寿菊和鼠尾草进行显微结构观察发现,同单色的蓝光或红光LED 相比,红蓝LED 复合光照下两种植物的气孔数目增多。

  (2)LED 作为植物光周期、光形态建成的诱导照明

  Goins等研究发现红光LED可延迟拟南芥的开花时间。Heo等研究发现红光+蓝光LED对仙客来开花起诱导作用,10h光周期处理下,花芽数和开花数最高;单独的红光或蓝光LED照射降低了成花反应,调控了花梗长度和花期,有利于切花生产和上市。由此可见通过光质和光周期可以调控植物的开花和随后的生长。

  Heo等研究结果表明:在荧光灯+蓝光LED、荧光灯+红LED、荧光灯+远红LED光照处理下,藿香蓟的干质量无显著差异;荧光灯和荧光灯+红LED光照处理下,藿香蓟和万寿菊的株高无显著差异,但是荧光灯+远红光处理下的两种植物株高最高;与单一荧光灯处理相比,荧光灯+红LED和荧光灯+远红LED复合光照处理显著提高万寿菊气孔的数量。

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