CN101331840A - 利用光源促进植物生长的方法及其光源产品 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用光照促进植物生长的方法，特别是根据植物生长需要的光谱设计出具有普遍意义的光源产品，从而找到大棚工厂化育秧育苗中植物补光的方法，包括以下几个过程：(1)苗木准备；(2)确定植物的吸收光谱；(3)测定不同光质下的光合作用；(4)比照实验，并分析确定不同植物的光吸收；(5)光源设备设计；(6)对植物进行补光，本发明利用光谱测试设备测试不同类型植物，根据植物的吸收光谱来选择和制造不同波长的光源，可以有效地提高光源的针对性和有效性。也能有效地提高植物的出芽率和成活率，并使幼苗苗期缩短，增加幼苗的生物量，促进幼苗株高和叶数增加，从而有效地缩短植物的生长周期和提高育秧育苗及生长过程中效率和效益。

Description

利用光源促进植物生长的方法及其光源产品

技术领域

本发明涉及利用光照促进植物生长的方法，特别是根据植物生长需要的光谱设计出具有普遍意义的光源产品，从而找到大棚工厂化育秧育苗中植物补光的方法。

背景技术

光是植物生长发育中的一个重要环境因子，它不仅提供植物光合作用所需要的能量，而且还提供植物用于适应环境进行正常生长发育所需要的信息。经科学研究，人们发现绿色植物对光的需求是有选择性的，主要集中在400-460nm的蓝紫光区和600-700nm的橙红光区，其中，蓝、红光可以促进植物的光合作用；紫外光、红光、近红外光可以调节植物的生长周期。在太阳光中最丰富的是520nm左右的绿光，而蓝、紫和红光的强度相对较弱，特别是在红光部分更弱，所以地球上绿色植物进行光合作用时对太阳光的利用平均不到1％。

随着社会的进步和发展，农业生产向着集约、规模、高效及可持续发展方向迈进，温室育秧、苗工业化技术的推广得到很大的发展；同时随着人民生活水平的提高，人们的饮食结构及饮食需求发生的明显改变，人们更追求一年四季各种蔬菜和果品的繁多和变化，这就要求现代农业要种植跨季节和反季节作物，这样温室大棚技术的应用也就蓬勃发展起来。但由于太阳光受到自然条件的限制(如：季节、昼夜、阴、雨、雪天气等)很大，目前育秧育苗中存在着光照不足和光利用率低、植物黄化和生长周期长、育秧育苗效率和效益低等问题。因此，在育秧育苗及生长过程中研究、开发和利用不同的适合于植物吸收光谱的人造光源，不仅可以促进作物生产、分化，高效地利用土地资源，达到优质、高产、高效以及无公害生产农产品的目的，进一步的而且还将会改变当地植物结构和品种，缩短和改变农产品上市周期，并会一定程度上开发和利用了迁地植物，对加快我国的现代农业示范园区和大宗农产品基地建设，提高农业区域化、专业化和规模化的水平，繁荣市场，丰富农产品品种，满足人民日益增长的生活需求，都将起着积极的促进作用，有极大的社会和经济效益。

为了实现在密闭式植物工厂中能够以较少的物质、能源和资源消耗来进行高品质种苗的商业化生产，近年来科技工作者在利用人造光源技术来实现集约、高效及可持续发展的农业现代化、产业化方向进行了研究开发。目前国外的研究主要在植物光生态方面，有关光源方面集中在根据不同植物的光生态机理，应用新光源(如高压钠灯、稀土三基色荧光灯、金属卤化物灯、无极放电灯和发光二极管等)，在温室大棚中对农作物、花卉的繁育和生长进行研究应用。目前，用于植物照明的光源分为两系列：红光系列和蓝光系列。红光系列以高压钠灯为代表，主要用于植物的营养成长和光形态形成；蓝光系列以荧光灯和金属卤化物灯为代表，主要用于植物的繁育生长。另外，紫外光和蓝光系列灯可用来促进植物着色；光量度小的白炽灯、荧光灯和发光二极管可作为植物光形态形成用的诱发和控制光源。大面积的推广应用主要还是用光谱带较宽的光源(如黄色的高压钠灯)对所有应用的植物进行照射。今后的研究方向将继续进行各类植物的光生态研究，同时根据光生态研究的成果研制和开发与之相适应的各种具有不同光谱特性的新型光源，通过利用这些新型光源对某种类型植物进行工厂化的大规模的繁育和生产，从而增加产量和缩短生长周期，提高产品的竞争力，达到提高效率和效益的目的；国内在植物光生态方面的研究近几年来发展比较快，但数量不多，而在利用植物光生态成果开发研制特定光源产品的单位就更少了。大面积应用的是在现代农业示范园区中的部分展示棚中，主要是用光谱带较宽的光源(如黄色的高压钠灯)对所有应用的植物进行照射。

公开文献报道了一些促进植物生长的光源产品以及研究促进植物生长的方法，例如：中国专利，申请号：200710071002.X中国计量学院申请了名称为“利用LED光源调节植物生长的方法及其装置”的专利，公开(公告)号：CN101133707，发明(设计)人：金尚忠；陈华才；高君；刘福莉；王焱华，摘要：利用LED光源调节植物生长的方法及其装置，其特征在于选择利用不同LED光源的混光对植物进行照射，以促进植物生长，LED光源的选择和不同LED光源的混光组合方法包括：根据植物叶绿素吸收光谱确定利用红色、蓝色和紫色LED为照射光源，根据植物叶绿素对三种光的吸收能量比值，确定混光象素单元和工作电流，象素单元组合排布构成不同LED光源的混光组合，由不同LED的混合光对植物进行照射。相应的配套装置由组合排布的象素单元通过电路连接和整体封装构成，包括恒压电源装置、基准电压装置、恒流源装置。本发明的应用能以低成本、小能耗提供稳定的植物最佳生长光照环境，促进光合作用。

美国马萨诸塞州的泰乐斯费尔体系有限公司2006年也申请了“栽培植物的方法和装置”的专利，申请号：200680006821.X，公开(公告)号：CN101150951，申请(专利权)人：地址：发明(设计)人：N·G·布鲁塞托尔，国际公布：2006-09-14 WO2006/096650，摘要：栽培植物的方法和装置，其中种子或幼苗的球形阵列径向面向球体中央，在球体中央通常有促生长光源；植物生长受到促进，且通过使球体绕其水平轴围绕光源旋转，同时对所有种子或幼苗传送可任选的含有植物营养物质的水，并在植物生长和非生长期间调节光源，维持生长作物中重量分布大致相等。

河北大学在1999年也申请了“植物专用冷光准单色光波仪”，申请号：99206804.5的专利，公开(公告)号：CN2372541发明(设计)人：徐景智；陈永申；薛春银；杨景发，摘要：本实用新型涉及一种植物专用冷光准单色光波仪，具有外壳、开关，直流或交流电源电路和工作电路，工作电路中串联或并联有准红光或兰紫光冷光管，冷光管内装有惰性气体，两端内各有一组电极；一根镀镁丝或钨丝电极与筒状纯金属电极相连，可发出短波准红光和准兰紫光。本实用新型结构简单，造价低，使用方便，能促进植物生长，缩短农作物成熟期，增产，对植物种子发芽、早熟及果实品质均有明显促进提高作用。

付传明、黄宁珍、赵志国、唐凤鸾和黄志民在《广西植物》2007，27(2).-255-259研究了光质与补光对水稻幼苗生长及光合速率的影响，测定水稻成龄离体叶片在波长380～800nm下的透射率，推算其吸收光谱；在培养室内，观测水稻幼苗在蓝(475±5nm)、黄(585±5nm)、红(660±5nm)色的半导体(LED)和普通日光灯下的生长状况，每天照光12h；同时，在大棚中将刚萌发的水稻幼苗白天自然日照，每晚(18:00～24:00)人工补蓝、红、黄、白光各0、2、4、6h，定期观测其生长情况，在补光50d后测成龄叶片的光合曲线.结果发现：水稻叶片在波长400～500nm之间及680nm附近有较强吸收；在不同光质下进行培养，单波蓝光对水稻幼苗的生长最好；补光对水稻幼苗生长均有促进作用，其中补白光4h效果最明显，其次是补黄光2h；补蓝光2、4h和补白光4h提高植株的光合能力。

从上述文献了解到，目前为了提高植物的产量和缩短生长周期，人们研究了选择利用不同光源对植物进行照射，进行了工厂化的大规模的繁育和生产，取得了显著的效果，但是由于不同植物对光源的选择有很大的区别，文献介绍的方法以及设备有的结构复杂，有的未能提供根据植物所需的光源，大多数还不具备普遍性，所以很难形成产品和方法进行推广。

发明内容

本发明的目的是提供一种与现有技术不同的，设计出促进植物生长的大棚工厂化育秧育苗中促进植物生长的具有普遍意义的方法和光源产品及其将该光源产品应用于生产上。

本发明人在从事12年大棚工厂化育秧育苗中的推广工作中，发现目前育秧育苗及大棚工厂化植物生长中存在着光照不足和光利用率低、植物黄化和生长周期长、育秧育苗及生长过程中效率和效益低等问题。几年前，开始研究了植物利用光谱测试并设计了一些光源产品对植物进行照射，采用的技术方案如下：

1、苗木准备；

2、确定植物的吸收光谱；

3、测定不同光质下的光合作用；

4、比照实验，并分析确定不同植物的光吸收；

5、光源设备设计；

6、对植物进行补光。

以上所述的苗木准备可以采用大田的植物成熟叶子，也可以自己育苗，在大棚或实验室进行育苗的过程是：按照现有方法采用种子育苗、扦插育苗或培育组培苗，苗木采用日光灯照射，以加速幼苗的生长，使得幼苗生长3-5片叶子。

以上所述的确定植物的吸收光谱的过程是：模拟太阳光的组成和波长范围，在暗室内或周围蒙上黑布，以减少自然光对测量结果的影响。然后采用光谱测试仪器测定所选植物不同类型的吸收光谱，选用的叶片均为成龄植株的上中部叶；直接测出的数据为光透过叶片的透射光谱，通过透射光谱可推算出叶片的吸收光谱。

以上所述的比照实验，并分析确定不同植物的光吸收是将测定的植物按光合速率大小顺序排列，并以混合波长的普通日光灯为对照，例如按照上述方法测定罗汉果和水稻成龄叶片在蓝、黄、红及普通日灯光灯下的光合速率，结果表明，在不同光质相同光强下，水稻的光合速率：白光(日光灯)＞红光＞蓝光＞黄光；罗汉果的光合速率：红光＞蓝光＞白光＞黄光。两种植物在不同光质下光合速率大小顺序的差异，主要是由于在混合波长的白光下光合速率不同。如果除去白光，则两种植物在不同波长光下的光合速率大小顺序排列相同，均为：红光＞蓝光＞黄光。

本发明所述的光源设备是由灯具、电源和控制部件构成，所说的灯具是三基色荧光灯、LED管等，电源可以是市电220V交流电经过稳压处理，控制部件包括计算机或单片机、控制开关、时钟电路、参数设定电路、显示器和输出电路，电路连接方式是：市电220V交流电经过稳压处理后接控制开关后接到计算机或单片机，计算机或单片机分别与时钟电路、参数设定电路、显示器和输出电路连接，输出电路连接到系列灯具。其工作原理是：设定系列灯具的工作电流和电压(通过参数设定电路调整)，并确定照射植物的时间(通过时钟电路确定)，并将数据输入到计算机的程序中，打开控制开关，计算机或单片机按照事先设定的程序，在显示器显示和输出信号，输出电路就可以控制不同的灯光时间工作，分别启动白光、红光、蓝光或黄光的光源。

本发明的确定植物的吸收光谱光源和补光光源可以采用同一类光源设备，这样可以节省成本。

以上所述的对植物进行补光的过程是：根据不同植物的生命周期的光生态特性(株高、叶数、鲜重、干重)，确定它们的补光工艺，分几个时期或阶段对植物进行补光，例如前期补红光、中期补黄光，后期补白光。所述的补光装置是将三基色(蓝光、黄光、红光)荧光灯、LED管等安装在箱子上方或周边，箱子下方安放需要补光的植物，通过调节时钟电路旋钮，确定照射植物的时间和光的颜色，并将数据输入到计算机的程序中，打开控制开关，计算机或单片机按照事先设定的程序，在显示器显示和输出信号，输出电路就可以控制不同的灯光时间工作，分别启动白光、红光、蓝光或黄光的光源，对植物进行补光。

与目前所公开文献的技术相比，本发明具有突出的实质性特点和进步是：

1.利用光谱测试设备测试不同类型植物，根据植物的吸收光谱来选择和制造不同波长的光源，有效地提高光源的针对性和有效性。

2.制造具有植物最佳吸收光谱波长的光源系统，该系统光波波长可精确选定、发光效率高、发光强度均匀、发热少、寿命长和可人工调节光源亮度，从而不仅使生产条件易于控制，而且光源的单位使用成本低，从而更能取得预期效果。

3.运用所制造的光源系统，对植物进行一系列比照的实验。根据实验所得到植物生命周期的光生态特性(株高、叶数、鲜重、干重等)，确定光源对所选择植物的照射实施工艺。经过实施确定：补光不仅有效地提高植物的出芽率和成活率，并使幼苗苗期缩短，增加幼苗的生物量，而且可促进幼苗株高和叶数增加。从而有效地缩短植物的生长周期和提高育秧育苗及生长过程中效率和效益。

说明书附图

图1是光源设备图，其中控制部件包括计算机或单片机、控制开关、时钟电路、参数设定电路、显示器和输出电路，电路连接方式是：市电220V交流电经过稳压处理后接控制开关后接到计算机或单片机，计算机或单片机分别与时钟电路、参数设定电路、显示器和输出电路连接，输出电路连接到系列灯具。

图2介绍了罗汉果叶片在波长380-800nm光下的透射率附图说明见以下实施例2。横坐标代表光的波长；纵坐标代表光的透射率

具体实施方式

实施例1、光源设备实施结构：

(1)各部分功能

1)LED光照灯具(可以采用其它光源)

为发光主体，分四种类型，每块灯具的亮度，可进行256个亮度级别调节，每个发光像素由高亮度发光二极管组成，详细参数如下表：

表1 LED光照灯具参数

(注：每像素由2颗超高亮LED组成)

2)控制开关

用于控制调节发光灯具的工作参数和工作状态，共有四个按钮。

①设置/确定按钮

按第一次进入控制设置状态，设置功能指示灯亮，再次按下为确定当前数值，并退出设置状态，设置功能指示灯灭。

②功能按钮

按一下进入亮度设置状态，可调节亮度值，亮度功能指示灯亮；再按一次进入时间设定状态，时间调整指示灯亮；再按一次进入常开设置状态，依次循环。

③数值按钮

按一次选1，再按一次选2，依次选3、4、5、6、7、8、9、0，循环选择。

④参数显示位移按钮

按一次选择第1位，再按选择第2位，依次选3、4位，循环选择，选中时数码在闪烁。

3)时钟电路

为系统提供基本时钟，便于光照时间调整。

4)参数显示

由四位数码管组成，根据不同工作状态显示光照强度和显示倒计时时间，光强度显示范围1-255，倒计时时间范围1-9999秒。

5)显示驱动

把CPU的显示控制信号驱动，再驱动LED光照灯具。

6)微处理器

为系统的控制核心，为高性能8位单机，具有较强的抗干扰能力，自带看门狗功能，保证系统连续长时间工作。

实施例2、罗汉果试管苗光谱测试以及生长效应试验

1材料与方法

1.1罗汉果试管苗在不同波长光照下的生长效应试验

将罗汉果青皮品种试管无菌材料接种于同一培养基(MS+BA0.2+NAA0.02)上，分别置于蓝、黄、红及日光灯下培养。通过调节按纽调整灯具的照度，大小尽可能一致(为800lx左右)后，每天照光12小时。每个处理20瓶。培养一定时间后取5瓶观测小苗的生长情况，包括株高、叶数、鲜重等。

根据上述试验中幼苗的生长情况，将LED光源的照度调至最大，照度分别为蓝光888lx，黄光1109lx，红光1285lx；对照白光的照度则通过调节日光灯管的盏数和位置调至1120(与黄光接近)。重复上述试验。

1.2罗汉果叶吸收光的波长范围的测定

选取罗汉果青皮品种成龄植株的上中部叶片，用杭州远方公司生产PMS-TR80光谱测定系统测试植物的透射光谱。具体的操作方法按仪器的使用说明书进行。光源的波长范围在380-800nm之间(模拟太阳光可见光部分的组成和波长范围)。直接测出的数据为叶片的透射光谱。通过透射光谱推算出叶片吸收光的波长范围和强度。

1.3罗汉果叶片的净光合速率的测定

用美国LI-COR公司生产的LI-6400型便携式光合作用测定仪测定罗汉果叶的光合速率，雌、雄各选1株，每株测量4次，取平均值。具体方法如下：

在塑料大棚内种植罗汉果青皮品种，在花期选择晴好的天气，从植株上剪下带有成熟叶的枝条，用水养于玻璃杯中，带回室内将植物材料置于LED蓝光、黄光、红光及普通日灯光下，周围蒙上黑布，以减少自然光对测量结果的影响。相同功率的LED灯，波长越长，照度越大，因此蓝灯的照度最小，红灯的照度最大。由于黄灯下的光合速率较小，为了便于获取数据，黄灯调至最大照度(1209)，因此测量须分两步进行：(1)将红灯的照度调到与蓝灯的最大照度(888lx)大致相同，测量材料的光合速率；(2)将红灯、白灯的照度调到与黄灯最大照度基本相同(约1200lx)，再测量材料的光合速率。

1.4数据的获得与统计分析

材料的生长数据通过测量株高、叶数和鲜重体现；光合速率可直接从仪器上读出；叶子吸收光的波长则通过透射光谱推算获得；最后通过差异显著性分析判断各种光质对罗汉果生长及光合作用的影响。

2结果与分析

2.1不同波长的光对罗汉果试管苗生长的影响

在波长不同，但照度大致相同(均为800lx左右)的条件下培养，罗汉果试管苗的生长状况大不相同。蓝光下培养的植株外观最好，叶片鲜绿色、较大、色泽均匀，植株高度适中，茎杆粗壮，侧芽较多。白光下的植株外观介于蓝光和黄、红两色光之间，看上去基本正常，叶的整体颜色为绿色，但色泽不均匀，叶脉绿、脉间黄，侧芽也较多，但株高及粗壮度均不如蓝光。黄、红两色光下的植株整体外观不正常，其叶小、茎细长、弯曲等，类似于植物由于缺光引起的表型；和黄光下的植株相比，红光下的植株叶片稍大、叶色偏绿。

根据上述试验的结果，将所有LED灯具的光照度调至最大(蓝光888lx，黄光1109lx，红光1285lx)，白光以LED黄光为标准调至1120lx。重复上述试验。25天后观测，结果见表1及图1。从外观上看，各种光质下的植株的表型与上述实验相同。生长量测定结果为：(1)株高：红光(12.2cm)＞黄光(9.2cm)＞蓝光(6.3cm)＞白光(4.3cm)；(2)叶数：蓝光(7.0)＞红光(6.5)＞白光(6.2)＞黄光(3.3)；(3)鲜重：蓝光(0.72g)＞红光(0.45g)＝黄光(0.45g)＞白光(0.33g)。统计结果表明，红光下小苗的株高显著最高，而蓝光下鲜重显著最大(显著大于其它处理)。壮苗指数(鲜重/株高)依次为：蓝光(0.114)＞白光(0.081)＞黄光(0.049)＞红光(0.037)，可见，蓝光下的植株最壮。

上述两次实验结果表明，红、黄光下植株出现的类似缺光的症状主要原因是光质(波长)、而并非由于照度过低引起；蓝光对罗汉果试管幼苗的生长发育特别重要，是培育健壮幼苗的最佳光源。

表2、罗汉果试管苗在蓝、红、黄、日光灯下生长状况(每组的样本数n＝5)

(++)：Extremely Significantly different when compared to white light(P＜0.01)

(+)：Significantly different when compared to white light(＜0.05)

(-)：Not significantly different when compared to whitr light(＞0.05)

2.2罗汉果叶片的吸收光谱

在380-800nm连续波长的光通过罗汉果叶的透射光谱见图1，图中有两处峰谷，分别是波长小于500nm的蓝紫光区及波长为660-680nm的红光区，这两处区域即是吸收最强的区域。在蓝、紫区，叶片对光吸收最为彻底，透射率几乎为零，而且吸收范围较广；在红光区，最强吸收处为680nm；黄、绿光(550-580n)区透射率较高，表明植物对黄光的吸收则相对较少；远红光区(＞700nm)透射率最高，植物吸收最少。由此可见，植物主要吸收自然光中的红、蓝光。结合罗汉果在不同类型光下的生长效应，可看出吸收率最大的红蓝光，对植物生长效果最好。

2.3罗汉果成熟叶片在不同类型光下的光合速率

表3为相同的罗汉果成熟叶片在不同波长光下的光合速率。当照度相同时，红光下叶片的光合速率稍比蓝光高，分别为4.05和3.76μmol.m-2.s-1，统计分析结果显示，其间差异不显著。而照度相同的红、白、黄光下，光合速率最高为红光，其次白光，最低黄光，分别为4.68、2.99和2.75μmol.m-2.s-1，统计结果表明，红光下的光合速率显著高于黄光和白光。而低照度(888lx)的蓝光的光合速率也比高照度(1200lx)的黄、白光高。因此，可以认为，红、蓝光是罗汉果进行光合作用的最佳光源。

表3、罗汉果叶在蓝光、黄光、红光及日光灯下的光合速率(雌、雄各4片叶)

(+)：Significantly different when compared to yellow light(＜0.05)

(-)：Not significantly different when compared to yellow light(＞0.05)

3讨论

光的波长和植物幼苗生长发育的关系

蓝光下，罗汉果试管苗的表型最好，植株高而粗壮，叶片大，叶数和侧芽较多；生长量测试结果表明，与白光相比，蓝光极显著提高植株的鲜重；这一结果与蒲高斌(2004)对番茄幼苗的实验结果相同；而我们在研究不同光质下水稻幼苗的生长效果时(未发表)也发现，800lx的蓝光可相当于10000lx自然光的效果；根据我们的实验，相同照度的红、蓝光下，罗汉果叶片的光合速率大致相同，但蓝光下幼苗的生长却远远优于红光。这一系列的实验证明，蓝光对罗汉果的这种促生长和壮苗的作用与光合速率大小关系不大，应该与蓝光调控的发育进程有关。

对于幼嫩的植株而言，叶片内质体等光合器官未发育成熟，与光合作用相关的色素、酶等尚未形成或数量较少。因此，幼苗的健壮生长在很大程度上与发育进程特别是光合器官的发育密切相关。已有的研究表明，蓝光调节某些核基因和质体基因的表达(Richter，1984；Richter，1978；Warpeha，1989)，黑暗中培养的烟草细胞转入连续蓝光下才能分化出具有光合功能的叶绿体，而红光不能使培养细胞转绿，连续蓝光下转绿的烟草培养细胞中Rubisco大亚基和32kD蛋白随着其mRNA水平的提高而出现并积累(Richter 1984)。蓝光还能促进叶绿素a/b结合蛋白基因的转录(Marrs，1991)。因此，对于多数植物而言，蓝光的壮苗和促生长效应主要是通过加速质体的发育进程，最终提高植株的光合作用能力来实现的。罗汉果应该是属于这一类型。

黄光和红光对植物幼苗生长的影响与蓝光不同。对罗汉果而言，单纯的黄光或红光处理，鲜重虽然有所增加，但植株过高过细，表型类似缺光症状。因此，这两种光不能单独作为罗汉果幼苗的生长光源。试验还发现，单纯红光下罗汉果幼苗株高最大；杜建芳(2004)的实验也证实，红光能明显提高油菜幼苗的株高。红光刺激植株长高，可能涉及到与发育有关的一系列生理生化调节过程，如：调节GA的生物合成等(潘瑞炽2001)。

不同的植物幼苗对不同波长的光的偏好和反应不尽相同。对罗汉果言，红光对植株增高效果最好；黄光其次，但黄光对增加叶数的效果很差，明显比白、红、蓝光低。而蒲高斌(2004)在研究红光对番茄株高的影响时却得出：红光抑制植株增高。我们在另外的研究中也发现，促进水稻、马蹄莲植株增高和叶数增加的最有效的光不是红光或蓝光，而是黄光。这些不同的实验结果说明，光质对植物生长的影响方式与植物种类有关。

3.2光的波长和植物光合作用的关系

比较相同照度的红、黄、白光下罗汉果的光合速率，红光明显高于黄、白光；相同照度下蓝、红光的光合速率大致相同。而根据吸收光谱分析表明，罗汉果叶对红、蓝光几乎100％吸收。可见红、蓝光为罗汉时最偏爱、同时也是进行光合作用最有效的光源。但单波红光下罗汉果幼苗的生长并不理想，我们在水稻上的试验也得到同样结果(未发表)，因此认为，尽管红光下光合速率较高，但决不是罗汉果幼苗正常生长的唯一光源。早期的实验证明，植物的生长与光合功能的形成和正常维持需要蓝光和红光的共同作用，两者相辅相成。Voskresenskaya等(1968)用红光处理离体大麦叶片后发现，叶绿素和蛋白质含量有所下降，而蓝光处理的叶绿素含量较稳定。Voskresenskaya(1977，1979)的系列实验也证实，红光下叶绿体结构的异常和活性的下降可被转移到蓝光下逆转。蓝光比红光、白光更能保持离体水稻幼苗叶绿素的稳定性(倪文，1980)。蓝光下生长的植物的叶片或种子中蛋白质含量比红光下生长的高，红光下生长的植物，体内有较多的碳水化合物积累(Voskresenskaya等，1968；Voskresenskaya，1979；Howell等，1957)。蓝光下培养的小球藻碳水化合物含量是红光处理的1/2，而蛋白质含量增加一倍，作用光谱显示促进蛋白质增加的最有效波长在460和370nm附近(Howell等，1957)。蓝光下生长的C3植物的RuBP羧化酶和C4植物的PEP羧化酶活性显著增高(Poyarkova等，1973)。这些研究表明，不同光质对光合碳代谢有重要的调节作用，红光促进碳水化合物的积累，而蓝光则促进新合成有机物中蛋白质的积累，特别是与光合作用有关的蛋白和色素的合成和积累，因此红光和蓝光对植物的生长都十分重要。蓝光是光合作用相关酶蛋白合成所必须的，而红光则是光合作用的最佳光源，前者是基础，后者是结果。

实施例3

1、用光源的波长范围在300-800nm之间(模拟太阳光的组成和波长范围)光谱测定系统测试所选水稻、罗汉果和马蹄莲三种不同日照类型的吸收光谱，选用的叶片均为成龄植株的上中部叶；直接测出的数据为光透过叶片的透射光谱，通过透射光谱可推算出叶片的吸收光谱。测定结果显示，植物成龄叶片的吸收光谱有两个较强的吸收范围：一是在波长380-500nm之间，包括UV-B、UV-A区和蓝光区；二是在波长660-680nm左右，范围很窄的一段红光区域。不同植物的吸收光谱仅有微小的差别，主要表现在吸收强度上有所不同。

2、由于LED发光二极管作为光源，可根据需要调整光强度和光照时间，使植物在无光照或缺乏光照时也能进行光合作用，可提高其生产效率。同时，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术，制作能自动进行时间控制的具有不同波长的LED光源系统。两套红光系统(波长：660nm)、一套黄光系统(波长：585nm)、一套兰光系统(波长：470nm)，并以混合波长的普通日光灯为对照。

3、不同光质下植株光合作用的测定。测定罗汉果和水稻成龄叶片在蓝、黄、红及普通日灯光灯下的光合速率(测量时间为白天，周围蒙上黑布，防止自然光对测量结果的影响)。结果表明，在不同光质相同光强下，水稻的光合速率：白光(日光灯)＞红光＞蓝光＞黄光；罗汉果的光合速率：红光＞蓝光＞白光＞黄光。两种植物在不同光质下光合速率大小顺序的差异，主要是由于在混合波长的白光下光合速率不同。如果除去白光，则两种植物在不同波长光下的光合速率大小顺序排列相同，均为：红光＞蓝光＞黄光。

4、将刚萌发的水稻、马蹄莲及罗汉果小苗，除正常日照外，每天18:00-24:00间，分别用人工LED光源(蓝：475±5nm，黄585±5n，红660±5nm)和普通日光灯补光各0、2、4、6h(其中0h为对照)。每隔一定时间测量株高、叶数、鲜重、干重。实验结果表明，补充光照对植物幼苗均有一定的促生长作用，但不同的植物对光的偏好不同，有的种类喜欢蓝光，有的则是红光、黄光或普通白光；补光时间的长短也因物种和季节的不同而不同。

5、根据罗汉果、水稻、马蹄莲三种作物的生命周期的光生态特性(株高、叶数、鲜重、干重)，确定了它们的补光工艺，并得出如下实施结果。

(1)罗汉果育秧育苗的补光工艺：前期补红光4小时，后期补白光4小时/天，下午18:00点以后开始补光。补光可使幼苗苗期缩短10～19天，幼苗鲜重增加200％，干重增加160％，幼苗株高增加90％，叶数增加50％。

(2)水稻育秧育苗的补光工艺：前期补黄光2小时/天，后期补白光4小时/d，下午18:00点以后开始补光。补光可使幼苗苗期缩短10～19d，水稻幼苗鲜重增加25％，干重增加50％，幼苗株高增加77％，叶数增加100％。

(3)马蹄莲育秧育苗的补光工艺：补黄光6小时/天或蓝光2小时/天，下午18:00点以后开始。补光可使幼苗苗期缩短10～19天，可使马蹄莲幼苗株高增加32％，叶数增加50％。

Claims (7)

1、一种利用光源促进植物生长的方法，其特征在于：它包括以下几个过程：(1)苗木准备；(2)确定植物的吸收光谱；(3)测定不同光质下的光合作用；(4)比照实验，并分析确定不同植物的光吸收；(5)光源设备设计；(6)对植物进行补光。

2、根据权利要求1所述的利用光源促进植物生长的方法，其特征在于：所述的苗木准备采用大田的植物成熟叶子或者在大棚或实验室进行育苗的叶子。

3、根据权利要求1所述的利用光源促进植物生长的方法，其特征在于：所述的确定植物的吸收光谱的过程是：模拟太阳光的组成和波长范围，在暗室内或周围蒙上黑布，采用相同功率的发光设备对植物照射，再用光谱测试仪器测定所选植物不同类型的吸收光谱，选用的叶片均为成龄植株的上中部叶；直接测出的数据为光透过叶片的透射光谱，通过透射光谱推算出叶片的吸收光谱。

4、根据权利要求1所述的利用光源促进植物生长的方法，其特征在于：所述的比照实验，并分析确定不同植物的光吸收是将测定的植物按光合速率大小顺序排列，并以混合波长的普通日光灯为对照。

5、根据权利要求1所述的利用光源促进植物生长的方法，其特征在于：所述的对植物进行补光的过程是：根据不同植物的生命周期的光生态特性，确定它们的补光工艺，分几个时期或阶段对植物进行补光。

6、一种利用光源促进植物生长的方法采用的光源设备，其特征在于：它是由灯具、电源和控制部件构成，所说的灯具是三基色荧光灯、LED管，电源采用稳压处理，控制部件包括计算机或单片机、控制开关、时钟电路、参数设定电路、显示器和输出电路，电路连接方式是：市电220V交流电经过稳压处理后接控制开关后接到计算机或单片机，计算机或单片机分别与时钟电路、参数设定电路、显示器和输出电路连接，输出电路连接到系列灯具。其工作原理是：设定系列灯具的工作电流和电压，并确定照射植物的时间，并将数据输入到计算机的程序中，打开控制开关，计算机或单片机按照事先设定的程序，在显示器显示和输出信号，输出电路就可以控制不同的灯光时间工作，分别启动白光、红光、蓝光或黄光的光源。

7、根据权利要求1所述的利用光源促进植物生长的方法，其特征在于：确定植物的吸收光谱光源和补光光源采用同一类光源设备。

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