CN112533476A - 植物栽培光源及植物栽培装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种植物栽培光源及植物栽培装置。根据本发明的实施例，植物栽培光源包括主光源及辅助光源。此时，主光源发出至少具有两个峰值波长的光。并且，两个峰值波长包括于叶绿素吸收的光的波长带。
Description
技术领域
本发明涉及一种植物栽培光源及植物栽培装置。
背景技术
植物进行利用光能来从二氧化碳和水合成有机物的光合作用。植物将通过光合作用获得的有机物的化学能用作用于生长等的营养成分。
植物包含对目标对象具有效力的功能性物质。植物根据生长及环境而所含的功能性物质的数值不同。例如，为了防御由氧化应激引起的损伤，植物生成抗氧化物质来保护自身。当人类摄取含有大量这种功能性物质的植物时，功能性物质对人体起到相似的作用。因此，为了有效地获得功能性物质，应尽可能在功能性物质较多的状态下收获植物。
用于提高植物的功能性物质的方法之一是通过向植物照射光来施加应激。对这种方法的实验大部分以阳生植物为对象进行。因此，已知的光应激条件不适用于阴生植物。阴生植物是因光饱和点及光补偿点低而能够在阴处生存的植物。人参、沙参、韭菜、生姜、柠檬香脂、薄荷等属于阴生植物。
若向光饱和点较低的阴生植物施加通常已知条件的光应激，则会发生因光而损伤的问题。
并且，由于阴生植物的光饱和点较低，因此仅在阳光下也会暴露于比执行光合作用所需的光量更多的光量。在此情况下，由于光抑制现象，阴生植物的光合作用效率降低，最终降低了生长。
发明内容
技术问题
本发明期望解决的技术问题在于，提供一种能够增加植物的功能性物质的同时提高收获率的植物栽培光源及植物栽培装置。
技术方案
根据本发明的一实施例，提供一种包括壳体、栽培部件及光源部件的植物栽培装置。所述壳体具有作为向出芽的植物的幼苗供应培养液的空间的培养液空间。所述栽培部件布置于所述培养液空间的上部，包括栽培幼苗的栽培板。并且，所述光源部件布置于所述栽培板的上部，向所述幼苗照射光。
并且，根据本发明的另一实施例，提供一种包括主光源及辅助光源的植物栽培光源。此时，所述主光源发出至少具有两个峰值(peak)波长的光。并且，所述两个峰值波长包括于叶绿素吸收的光的波长带。
技术效果
根据本发明的实施例的植物栽培光源及植物栽培装置，可以在不降低品质的情况下提高植物的功能性物质的含量。
并且，根据本发明的实施例的植物栽培光源及植物栽培装置，可以通过调节培养液的水位来防止植物的根腐烂。
因此，根据本发明的实施例的植物栽培光源及植物栽培装置，通过最小化因品质降低而废弃的个体数量来能够提高收获率。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的植物栽培光源的框图。
图2是示出根据本发明的实施例的植物栽培光源的光谱的示例图。
图3至图12是示出根据光量的萌芽参的功能性物质含量的变化的图。
图13是示出关于根据光量的萌芽参的生长的实验结果的图。
图14是示出根据光量的萌芽参的叶绿素含量的图。
图15是示意性示出根据本发明的实施例的植物栽培装置的示例图。
图16至图18是示出根据培养液的水位的萌芽参的生存率的图。
具体实施方式
以下，参照附图来详细说明本发明的实施例。为了能够将本发明的思想充分传递给本领域技术人员，作为示例提供以下介绍的实施例。因此，本发明并不局限于以下所述的实施例，其可以具体化为其他形态。并且，在附图中，为了便利，可以夸张示出构成要素的宽度、长度、厚度等。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的构成要素，相似的附图标记表示对应的相似的构成要素。
根据本发明的一实施例，植物栽培装置包括壳体、栽培部件及光源部件。所述壳体具有作为向出芽的植物的幼苗供应培养液的空间的培养液空间。所述栽培部件布置于所述培养液空间的上部，并包括栽培幼苗的栽培板。并且，所述光源部件布置于所述栽培板的上部，向所述幼苗照射光。
此时，所述光源部件包括主光源及辅助光源。所述主光源可以发出具有叶绿素吸收的至少两个峰值(peak)波长的光。
并且，所述培养液空间的培养液具有使所述幼苗的根的一部分浸入的水位。
所述主光源可以具有第一峰值及第二峰值。此时，所述第一峰值和所述第二峰值的发光强度可以相同。
并且，所述主光源可以包括红色光和蓝色光。
所述主光源的所述红色光和所述蓝色光的发光强度可以相同。
所述辅助光源可以发出白色光。
所述光源部件在亮周期期间发光，在暗周期期间不发光。此时，一天中，所述亮周期可以为16小时，所述暗周期可以为8小时。
可以通过从所述光源部件发出的光而增加所述植物的功能性物质的含量。
并且，通过从所述光源部件发出的光，所述植物可以在不被光损伤的情况下栽培，并增加所述功能性物质的含量。
所述功能性物质可以是人参皂苷(Ginsenoside)。
所述光源部件可以发出400nm至700nm波长带的光。
并且，所述光源部件发出的所述光的光量可以大于27PPFD(μmol/m2/s)且小于268PPFD。
根据本发明的另一实施例，植物栽培光源包括主光源及辅助光源。此时，所述主光源发出至少具有两个峰值(peak)波长的光。并且，所述两个峰值波长包括于叶绿素吸收的光的波长带。
所述主光源可以具有第一峰值及第二峰值。所述第一峰值和所述第二峰值的发光强度可以相同。
并且，所述主光源可以包括红色光和蓝色光。所述主光源的所述红色光和所述蓝色光的发光强度可以相同。
所述辅助光源可以发出白色光。
所述主光源及所述辅助光源在亮周期期间发光，在暗周期期间不发光。一天中，所述亮周期可以为16小时，所述暗周期可以为8小时。
可以通过从所述主光源及所述辅助光源发出的光而增加所述植物的所述功能性物质的含量。
或者，通过从所述主光源及所述辅助光源发出的光，所述植物可以在不被光损伤的情况下栽培，并增加所述功能性物质的含量。
所述功能性物质可以是人参皂苷(Ginsenoside)。
所述植物栽培光源可以发出400nm至700nm波长带的光。
所述植物栽培光源发出的光的光量可以大于27PPFD(μmol/m2/s)且小于268PPFD。
此后，通过附图对本发明的植物栽培光源及植物栽培装置进行详细说明。此时，植物以萌芽参为例进行说明。
人参是韩国的代表性药用植物，已知具有抗疲劳、抗老化、增强免疫力、抑制高血糖、促进蛋白质合成、抗癌、解毒作用等效果。
作为人参的主要成分，含有约5.22％的13种以上的皂苷(saponin)混合物，即人参皂苷(ginsenoside)。人参的诸如人参皂苷等的药用成分的含量根据叶、茎、根等部位而不同。
近来，将2年以下的苗参培养1个月左右后栽培的萌芽参备受关注。萌芽参的叶、茎及根均可摄取，叶和茎的皂苷含量比栽培4～6年的普通人参多8～9倍。首先，准备如下的苗参，即，具有0.8g以上的重量，根部无伤口及病变且处于受到低温刺激而可出芽的状态。在此，苗参是指通过使人参种子发芽并生长约12个月至18个月的参。
将苗参在相对湿度为80％～100％的高湿度的暗条件的环境下放置3～4天左右，使其出芽。此时，若出芽期间变长，则因高湿度而可能在苗参发生霉菌。若在如上所述的条件下生长多个苗参，则可实现恒定的出芽。
出芽的苗参通过根据本发明的实施例的植物栽培光源或植物栽培装置而被栽培为萌芽参。
出芽的苗参栽植到栽培萌芽参的空间。栽培萌芽参的空间提供20℃至25℃的温度、60％～80％的相对湿度的环境。
并且，萌芽参通过本实施例的植物栽培光源而接收光。
萌芽参是半阴生性植物，对高温和直射光线较弱。因此，若苗参在暴露于强光的状态下成长为萌芽参，则在萌芽参的叶上会发生黄白化现象及叶烧现象等光损伤。也可能因萌芽参的叶子的光损伤而发生根部腐烂的现象。但是，若使苗参暴露于适当水平的光并对其进行栽培，则萌芽参会含有更多的为了提高对光应激的抵抗力而生成的功能性物质。例如，功能性物质可以是人参皂苷(Ginsenoside)。
本实施例的植物栽培光源10包括主光源11及辅助光源12。植物栽培光源10的主光源11及辅助光源12可以构成为包括发光二极管(LED：light emitting diode)。
图1是根据本发明的实施例的植物栽培光源的框图。
并且，图2是示出根据本发明的实施例的植物栽培光源的光谱的示例图。
参照图2，主光源11发出具有植物的叶绿素吸收的至少两个峰值(peak)波长的光。并且，辅助光源12可以是白色光。
例如，主光源11发出包括图2的第一峰值21及第二峰值22的波长带的光。第一峰值21包括于蓝色光的波长带，约450nm的波长。并且，第二峰值22包括于红色光的波长带，约657nm的波长。并且，第一峰值21和第二峰值22的发光强度实质上相同。即，主光源11的蓝色光和红色光的发光强度相同。因此，主光源11发出的光的蓝色光与红色光的光量的比例可以是1：1。
根据本实施例的植物栽培光源10发出大于27PPFD且小于268PPFD的光量的光。
图3至图12及表1是示出根据光量的萌芽参的功能性物质含量的变化的实验结果。
测量了在向多个苗参组照射彼此不同光量的光的同时栽培预定时间的萌芽参的地上部的人参皂苷含量。各个苗参组包括多个苗参，并且计算了多个苗参的人参皂苷含量的平均值。并且，人参皂苷成分为Rg1、Re、Rf、Rg2、Rb1、Rc、Rb2、Rb3及Rd。
实验中应用的光量条件为12PPFD、27PPFD、70PPFD、153PPFD及268PPFD。在此，光量为光合有效光量子通量密度(PPFD：photosynthetic photon flux density)，单位为μmol/m2/s。
图3至图11是示出人参皂苷成分的含量的图。图12是示出人参皂苷总含量的图。并且，表1是示出以12PPFD的光量为基准的人参皂苷成分的含量变化的表。
【表1】
参照图3可知，Rg1的含量随着光量的增加而增加。参照图4，Re的含量以12PPFD为基准随着光量的增加而增加。
参照图5，Rf在70PPFD和268PPFD下分别计算出0.5mg/g，0.1mg/g的平均值，在其他光量下为0。即，Rf含量的变化不能被认为是由光量引起的有意义变化。因此，在表1中，根据光量的Rf的变化率(％)全部表示为0％。
参照图6，Rg2的含量以12PPFD为基准在27PPFD降低。然而，在70PPFD、153PPFD及268PPFD下的Rg2含量大于12PPFD时的含量。
参照图7至图9，Rb1、Rc及Rb2的含量随着光量增加而增加。
参照图10，Rb3的含量以12PPFD为基准在大于12PPFD的光量下增加。
参照图11，Rd的含量随着光量增加而增加。
参照图12，人参皂苷总含量随着光量的增加而增加。
参照表1，以12PPFD为基准，人参皂苷总含量在27PPFD下增加了约35％，但是在70PPFD、153PPFD及268PPFD下分别呈现出116％、227％和239％的有意义的增加率。
并且，参照表1，以12PPFD为基准，在27PPFD的情况下，大部分人参皂苷成分的含量增加，但其增加程度无意义。更进一步，Rg2的含量反而降低。
因此，为了人参皂苷含量的有意义的增加，照射于萌芽参的光的光量要大于27PPFD。
图13是关于根据光量的萌芽参的生长的实验结果。
向多个苗参照射彼此不同光量的光的同时，栽培了多个组的萌芽参。在此，多个组中的每一个组包括多个萌芽参。实验中应用的光量条件为12PPFD、27PPFD、70PPFD、153PPFD及268PPFD。
参照图13，可以确认在12PPFD及27PPFD光量下出现萌芽参无法以正常大小生长的生长不振现象。
并且，在268PPFD光量下，在大部分的萌芽参中发生了黄白化现象。尤其，可以确认若干萌芽参发生了严重的黄白化现象。
图14是示出根据光量的萌芽参的叶绿素含量的实验结果。
将萌芽参在70PPFD、153PPFD及268PPFD的光量下栽培预定时间后，测量了叶绿素含量(μg/cm2)。
参照图14可以确认，叶绿素含量随着光量的增加而减少。
若植物缺少叶绿素，则发生黄白花现象，最终会坏死。
即，268PPFD的光量减少萌芽参的叶绿素，如图13所示，萌芽参发生黄白化现象。
并且，由于过度的光量引起的高热，也可能会在植物中发生叶烧现象。
萌芽参是叶、茎及根均可以以生食的方式摄取的蔬菜。因此，应废弃如在12PPFD及27PPFD的光量下生长的萌芽参一样生长不振的个体或如在268PPFD的光量下生长的萌芽参一样发生光损伤的个体。
相反，可知在70PPFD的光量下大部分的萌芽参几乎没有发生光损伤。并且，可知在153PPFD的光量下若干萌芽参发生了轻微的光损伤。
通过如上所述的实验结果可知，12PPFD及27PPFD的光量是不足以使萌芽参正常生长的光量。即，可知在12PPFD及27PPFD的光量下萌芽参无法进行充分的光合作用。
并且，可知268PPFD的光量是使萌芽参发生光损伤的过度的光量。
即，通过实验可知，萌芽参能够在大于27PPFD且小于268PPFD的光量下正常生长。
本实施例的植物栽培光源10向萌芽参照射大于27PPFD且小于268PPFD的光，使萌芽参以正常的生长状态生长的同时增加人参皂苷的含量。据此，本实施例的植物栽培光源10能够最小化萌芽参的废弃率并且提高萌芽参的收获率。
由于利用本实施例的植物栽培光源10栽培的萌芽参的功能性物质的含量增加，因此可以提取或摄取的每单位(g)植物的功能性物质的含量也会增加。
图15是示意性示出根据本发明的实施例的植物栽培装置的示例图。
根据本发明的实施例的植物栽培装置100包括壳体110、栽培部件120、光源部件130、培养液箱140、泵150以及水位调节部件160。
壳体110具有作为向苗参供应培养液170的空间的培养液空间115，并且布置有栽培部件120及光源部件130。
出芽的苗参在栽培部件120上栽植。
栽培部件120与培养液170的水面隔开并布置于培养液空间115的上部。栽培部件120利用栽培板121及固定部件125构成。
栽培板121固定于壳体110使得苗参位于规定的位置。在栽培板121形成有供苗参布置的至少一个贯通孔122。
固定部件125安装于栽培板121的贯通孔122使苗参固定于贯通孔122内部。例如，固定部件125可以是岩棉或海绵。
苗参借由固定部件125而在栽培板121的贯通孔122内部维持竖立的状态。
栽植到栽培部件120的苗参在20℃至25℃的温度、60％-80％的相对湿度的环境下栽培。并且，植物栽培装置100向苗参照射光并供应培养液170。
光源部件130位于栽培板121的上部并向栽培板121发出光。本实施例的光源部件130与图1的植物栽培光源10相同。因此，对光源部件的详细说明可以参照植物栽培光源。
参照图15，培养液箱140储存有供应至苗参的培养液170。泵150将培养液箱140的培养液170移动至壳体110的培养液空间115。壳体110、培养液箱140及泵150可以通过配管180彼此连接。
图15示出了培养液箱140及泵150位于壳体110的外部的结构。但是培养液箱140及泵150也可以位于壳体110的内部。即，本领域技术人员可以容易地改变培养液箱140及泵150的位置和结构。
培养液170可以是表2的培养液A和培养液B的混合物。并且，培养液170的酸度是5.5至6.5，电导率可以是0.8至1.2。
【表2】
培养液组合物
若苗参的根整体浸泡在培养液170中，则根可能因氧气不足而腐烂。并且，由于苗参的根损伤，吸收能力降低，难以提供足够的水分，因此可能发生由于脱水引起的叶素及日烧现象。因此，流入到培养液空间115的培养液170必须具有仅使苗参的根的一部分浸入的水位。
图16至图18是示出根据培养液的水位的萌芽参的生存率的实验结果。将多个萌芽参分别在1cm、2cm及4cm的培养液水位下栽培。此时，从光源部件发出的光的光量为153PPFD。
图16示出培养液的水位为1cm时的萌芽参的生存率。图16示出培养液的水位为2cm时的萌芽参的生存率。并且，图17示出培养液的水位为4cm时的萌芽参的生存率。
参照图16可以确认，当培养液的水位为1cm时，虽然萌芽参的生存率高，但存在生长不振。若培养液的水位过低，则萌芽参的根无法充分浸泡在培养液中。即，由于萌芽参的根与培养液的接触面积小，因此萌芽参无法从培养液得到充分的营养成分。因此，如图16所示，萌芽参的生长降低。
参照图18可以确认，当培养液的水位为4cm时，萌芽参的生存率较低。若培养液的水位过高，则萌芽参的大部分根会浸泡在培养液中，萌芽参无法通过根得到充分的氧气。因此，如图18所示，因萌芽参的根腐烂或损伤，生存率降低。
参照图17可以确认，培养液的水位为2cm时，萌芽参的生存率较高且正常生长。即，适当水位的培养液可以向萌芽参同时供应充分的营养成分和氧气。
因此，考虑到苗参或苗参根的长度，在培养液的水位大于1cm且小于4cm的情况下，能够提高萌芽参的生存率且使其以正常状态生长。
参照图15，培养液170的水位可以通过水位调节部件160来调节。水位调节部件160可以使培养液170的水位保持在预定范围内。
例如，水位调节部件160可以是连接壳体110的培养液空间115与壳体110的外部的排水配管。此时，排水配管布置成使流入培养液170的流入口位于壳体110的培养液空间115并且使将流入的培养液排出到外部的排出口位于壳体110的外部。
并且，排水配管的流入口可以根据预定的培养液170的水位而布置。即，排水配管的流入口可以位于距壳体110的底面2cm至4cm的高度。
因此，当培养液170的水位变高时，培养液170通过排水配管的流入口流入并排出到外部，通过这种方式，可以将培养液170水位调节为恒定。
虽然通过使用排水配管作为示例说明了水位调节方法，但是水位调节部件160并不局限于排水配管。水位调节部件160可以包括检测培养液170的传感器及根据传感器的信号排出培养液170的构成。如此，水位调节部件160可以通过多样的方式来调节培养液170的水位。
当培养液空间115的培养液170超过预定水位时，水位调节部件160可以将培养液170排出到壳体110的外部。
或者，如图15所示，水位调节部件160可以通过配管180连接到培养液箱140。在此情况下，通过水位调节部件160排出的培养液170可以重新回收到培养液箱140。
或者，培养液箱140可以通过配管180连接到壳体110的培养液空间115，以回收培养液170。因此，培养液170可以在培养液箱140、泵150和培养液空间115中连续循环。此时，当培养液170的水位超过预定水位时，水位调节部件160可以将培养液空间115的培养液170单独排出到壳体110的外部或培养液箱140。
如上所述，根据本发明的实施例的植物栽培光源及植物栽培装置，可以栽培功能性物质含量得到提高且品质不降低的植物。并且，根据本发明的实施例的植物栽培光源及植物栽培装置，可以降低功能性物质含量得到提高的植物的品质下降，从而能够提高收获率。
如上所述，通过参照附图的实施例对本发明进行了详细的说明，但上述实施例仅对本发明的优选例进行了说明，因此不应理解为本发明仅局限于所述实施例，本发明的权利范围应理解为权利要求范围及其等价概念。
Claims (20)
1.一种植物栽培装置，包括：
壳体，具有作为向出芽的幼苗供应培养液的空间的培养液空间；
栽培部件，布置于所述培养液空间的上部，包含栽培幼苗的栽培板；以及
光源部件，布置于所述栽培板的上部，向所述幼苗照射光，
其中，所述光源部件包括主光源及辅助光源，
所述主光源发出具有叶绿素吸收的至少两个峰值波长的光，
所述培养液空间的培养液具有使所述幼苗的根的一部分浸入的水位。
2.根据权利要求1所述的植物栽培装置，其中，
所述主光源具有第一峰值及第二峰值，
所述第一峰值和所述第二峰值的发光强度相同。
3.根据权利要求1所述的植物栽培装置，其中，
所述主光源包括红色光和蓝色光。
4.根据权利要求3所述的植物栽培装置，其中，
所述主光源的所述红色光和所述蓝色光的发光强度相同。
5.根据权利要求1所述的植物栽培装置，其中，
所述辅助光源发出白色光。
6.根据权利要求1所述的植物栽培装置，其中，
所述光源部件在亮周期期间发光，在暗周期期间不发光，
一天中所述亮周期为16小时，所述暗周期为8小时。
7.根据权利要求1所述的植物栽培装置，其中，
通过从所述光源部件发出的光而增加所述植物的功能性物质的含量。
8.根据权利要求7所述的植物栽培装置，其特征在于，
通过从所述光源部件发出的光，植物在不被光损伤的情况下栽培并且所述功能性物质的含量增加。
9.根据权利要求7所述的植物栽培装置，其中，
所述功能性物质是人参皂苷。
10.根据权利要求1所述的植物栽培装置，其中，
所述光源部件发出400nm至700nm波长带的光。
11.根据权利要求1所述的植物栽培装置，其中，
所述光源部件发出的所述光的光量大于27PPFD且小于268PPFD。
12.一种植物栽培光源，包括：
主光源及辅助光源，
其中，所述主光源发出至少具有两个峰值波长的光，
所述两个峰值波长包括于叶绿素吸收的光的波长带，
通过从所述主光源及所述辅助光源发出的光而增加所述植物的功能性物质的含量，
所述功能性物质为人参皂苷。
13.根据权利要求12所述的植物栽培光源，其中，
所述主光源具有第一峰值及第二峰值，
所述第一峰值和所述第二峰值的发光强度相同。
14.根据权利要求12所述的植物栽培光源，其中，
所述主光源包括红色光和蓝色光。
15.根据权利要求14所述的植物栽培光源，其中，
所述主光源的所述红色光和所述蓝色光的发光强度相同。
16.根据权利要求12所述的植物栽培光源，其中，
所述辅助光源发出白色光。
17.根据权利要求12所述的植物栽培光源，其中，
所述主光源及所述辅助光源在亮周期期间发光，在暗周期期间不发光，
一天中所述亮周期为16小时，所述暗周期为8小时。
18.根据权利要求12所述的植物栽培光源，其中，
通过从所述主光源及所述辅助光源发出的光，植物在不被光损伤的情况下栽培所述植物并且所述功能性物质的含量增加。
19.根据权利要求12所述的植物栽培光源，其中，
所述植物栽培光源发出400nm至700nm波长带的光。
20.根据权利要求12所述的植物栽培光源，其中，
所述植物栽培光源发出的光的光量大于27PPFD且小于268PPFD。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210319 |