TWI637686B - 一種提高植物的抗氧化物質之方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種提高植物的抗氧化物質之方法，其包括：(a)置放至少一具調整或保留光譜波長之透光材料於光源和植物光受體間；及(b)光經過該透光材料後，340nm~500nm區段之透光率低於59%；500nm~600nm區段之透光率低於50%；與600nm~850nm區段之透光率低於78%。

Description

一種提高植物的抗氧化物質之方法
本發明係關於一種提高植物的抗氧化物質之方法。
光合作用是植物、藻類和某些細菌利用葉綠素，在光的照射下，將二氧化碳、水或是硫化氫轉化為碳水化合物。光合作用可分為氧光合作用(oxygenic photosynthesis)和厭氧光合作用(anoxygenic photosynthesis)。植物之所以被稱為食物鏈的生產者，是因為它們能夠通過光合作用利用無機物生產有機物並且貯存能量，其能量轉換效率約為6%。通過食物鏈，消費者可以吸收到植物所貯存的能量，效率為10%左右。對大多數生物來說，這個過程是他們賴以生存的關鍵。而地球上的碳氧循環中，光合作用是其中最重要的一環。
溫室栽培開始利用LED燈輔助或替代自然光源，LED用於園藝領域的關鍵在於葉綠素的吸收光譜。研究人員發現葉綠素吸收光譜的峰值位於紅光和藍光區，而吸收的綠光則很少，葉綠素吸收光譜的峰值位於400-500奈米(nm)以及600-700nm的紅光及藍光區域。目前，絕大多數種植工廠所使用的人工光源，仍為窄光譜光源，以深藍光455nm和深紅光660nm為設計之燈具，亦有混合了發光波峰分別為藍光和紅光的LED晶片。實際上，專門為園藝應用而優化的固態照明產品，絕大多數還處於研發階段， 高效率的藍光LED已經存在相當一段時間了，而紅光LED的效率一般來說有待進一步提高，特別是理想波長660nm的LED與波長730nm的LED。
光質與植物發育的關係，最著名的文獻為R.E.Kendrick與G.H.M.Kronenberg於「Photo morphogenesis in Plant」之論述資料(1986，Martinus Nijhoff Publishers)，不同光譜範圍對植物生理的影響如表1所示。
一般普遍認為光的顏色對於光合作用的影響有所不同，事實上在光合作用過程中，光顏色的影響性並無不同，因此使用全光譜最有利於植物的發育(Harry Stijger，Flower Tech，2004年第7(2)期)。而植物對光譜最大的敏感區域為400~700nm，此區段光譜通常稱為光合作用有效能量區域。陽光的能量約有45%位於此段光譜，因此植物生長光源的光譜分佈也應該接近此範圍。
光源射出的光子能量因波長而不同，例如波長400nm(藍光)的能量為700nm(紅光)能量的1.75倍，但是對於光合作用而言，兩者波長的 作用結果則是相同，藍色光譜中多餘不能作為光合作用的能量則轉變為熱量。換言之，植物光合作用速率是由400~700nm中植物所能吸收的光子數目決定，而與各光譜所送出的光子數目並不相關。植物對所有光譜而言，其敏感性有所不同，主要是因為葉片內色素的特殊吸收性。葉綠素是植物最常見的色素，但是葉綠素並非對光合作用唯一有用的色素，還有其他色素也會參與光合作用，因此光合作用效率不能只考慮葉綠素的吸收光譜。對植物的形態發展與葉片顏色而言，植物應該接收各種平衡的光源。藍色光源(400~500nm)對植物的分化與氣孔的調節十分重要。如果藍光不足，遠紅光的比例太多，莖部將過度成長，而容易造成葉片黃化。紅光光譜R(655~665nm)能量與遠紅光光譜FR(725~735nm)能量的比例R/FR在1.0與1.2之間，植物的發育正常，但是不同植物對於光譜比例的敏感性也不同。
WO2014/015020揭露一種促進植物生長的方法與一種光量累積計算裝置及方法係，利用置放一具調整或保留光譜波長為500納米以下(區段A)、500-630納米(區段B)和630納米以上(區段C)的透光材料于光源和植物光合作用受體間作用，以促進植物生長大小。惟不同光譜波長照射植物，是否會影響植物本身內含成份多寡並不知曉。
本發明係關於一種提高植物的抗氧化物質之方法，其包括：(a)置放至少一具調整或保留光譜波長之透光材料於光源和植物光受體間；及(b)光經過該透光材料後，340nm~500nm區段之透光率低於59%；500nm~600nm區段之透光率低於50%；與600nm~850nm區段之透光率低於78%。
本發明使用任何型式的針織網布(含不織布)、平織網(布)、塑膠膜(布、紙)、塑膠板、玻璃、遮陽漆(含水性油性)等人造材料，其對太陽光源的透光率分別在下列各光譜波長：400nm以下區段透光率低於56%；400nm~500nm區段透光率低於59%；500nm~600nm區段透光率低於50%；600nm~700nm區段透光率低於75%；700nm~800nm區段透光率低於78%；800nm以上區段透光率低於78%；340nm~850nm區段總透光率低於65%；及或400nm~700nm區段可見光區總透光率低於62%。
以三區段波長為獨立變數x，y及z，彼等x%在340nm~500nm區段之透光率低於59%；y%在500nm~600nm區段之透光率低於50%；與z%在600nm~850nm區段之透光率低於78%，即這三段波長之透光率均符合上述條件，才能增進植物產生抗氧化物質。熟習此項技藝人士，可以稍微不同於上述透光率範圍行單層、雙層或多層重複遮蔽植物達到低於上述透光率範圍內。故，本發明方法可藉由單層、雙層或多層透光材料之各種組合遮蔽植物達到340nm~500nm區段之透光率低於59%；500nm~600nm區段之透光率低於50%；與600nm~850nm區段之透光率低於78%。
植物栽植在此透光比率內會讓植物的品質增加---不論植物的營養生長或生殖生長等階段的產物。品質增加除了口感、香味、甜度，更增加了對人體健康相對有益的成份，如抗氧化能力、美白物質、抗氧化 物質(包含但不限於抗壞血酸、花青素、酚類化合物、多酚、各種維生素、鞣花酸)等有益的成份。
本發明之光受體係指葉綠素a(Chlorophyll a)、葉綠素b(Chlorophyll b)、葉綠素f(Chlorophyll f)或類胡蘿蔔素(Carotenoids)、光敏素(phytochrome)等植物受體，而光源係自然光源、陽光或人造光。
本發明之透光材料係藉由控制其顏色及各顏色之比例以調整或保留光譜波長，其中該透光材料包含但不限於布料、編織網、紗網、編織布、塑膠布、塑膠紙、塑膠膜、塑膠板、隔熱紙、玻璃、遮陽漆或不織布。在一較佳實施例中，該透光材料係指塑膠膜、塑膠板、玻璃、遮陽漆或編織網。該透光材料包括但不限於桃紅色、深藍色、寶藍色、藍色、紫紅色或深紫紅色之塑膠膜或編織網，在一較佳實施例中，該透光材料為桃紅色，其編織密度大於55%之網。
本發明之透光材料塑膠膜、塑膠板、玻璃、遮陽漆或編織網其編織密度亦會影響透光率，該編織密度包括但不限於10%-90%，在一較佳實施例中，該透光材料係編織密度大於55%-90%。
本發明另得調整透光材料與植物之距離以調控生長效率，其以植物光受體作用之最佳溫度、溼度、風速和光度為校正基數。
本發明可根據植物生長時每種階段所需光源特性不同，採用不同顏色的透光材料將光源調整為特定階段所需之最佳比例，藉以提高植物的抗氧化物質。本發明之方法可使用於自然環境或人工環境(包括但不限於溫室)。
10‧‧‧光源
20‧‧‧未通過透光材料之光
30‧‧‧透光材料
40‧‧‧已通過透光材料之光
50‧‧‧植物
圖1係本發明之實施例。
圖2係桃紅色(magenta)編織密度55%之網在不同波長與光子通量密度之關係圖，其中1是第1次測試(太陽光)，2是第2次測試(透過編織密度55%之網)。
圖3係光通過白色編織密度50%與桃紅色編織密度55%之網及編織密度大於55%之桃紅色網後，各波長之透光率。
如圖1所示，將光源10置放於植物葉子或其他光受體之前，向植物放射光量，未通過透光材料之光20經由作為透光材料30之桃紅色、寶藍色、藍色或深藍色之塑膠膜或編織網過濾波長，通過透光材料之光40照射於植物50上，即可調整或保留為適合的光譜範圍，以提高植物的抗氧化物質。
圖2係桃紅色(magenta)編織密度55%之網在不同波長與光子通量密度之關係圖，其中1是第1次測試(太陽光)，2是第2次測試(透過編織密度55%之網)。
抗氧化力及活性成分的分析
在照光下，將木瓜植株置放於控制組(白色透明，其編織密度50%之網)、處理一(桃紅色，其編織密度大於55%之網)及處理二(桃紅色，其編織密度係55%之網)，而光通過三種編織網後，各波長之透光率如圖3，其數據如表2。
表2：光通過白色編織密度50%與桃紅色編織密度55%的網後，各波長的透光率
結果如表3所示，木瓜果實的抗氧化指標ABTS+清除率，以處理一之樣品清除率最高，可達54.68±3.53%清除率。就酚類化合物的結果顯示，以處理一之樣品含量最高，濃度為4.58±0.04mg of GAE/g，而鞣花酸則皆<0.00625mg/g。抗壞血酸的含量則落在0.31mg/g-0.48mg/g之間，其中控制組最低，濃度為0.312±0.003mg/g。花青素的含量也是處理一的最高，濃度為1.463±0.005mg/g。結果顯示處理一與處理二之編織網均能夠提高木瓜果實的抗氧化物質及活性成分。本發明之方法使用於葡萄、各種莓類(草莓、藍莓、紅莓等)、番茄、哈密瓜、洋香瓜、蘆筍等蔬果上亦得到如上所述之效果。

Claims (8)

  1. 一種提高植物的抗氧化物質之方法，其包括：(a)置放至少一具調整或保留光譜波長之透光材料於光源和植物光受體間；及(b)光經過該透光材料後，340nm~500nm區段之透光率低於59%；500nm~600nm區段之透光率低於50%；與600nm~850nm區段之透光率低於78%。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述之方法，其中該抗氧化物質係抗壞血酸、各種維生素、花青素、鞣花酸或酚類化合物。
  3. 根據申請專利範圍第1項所述之方法，其係藉由單層、雙層透光材料之組合遮蔽植物達到340nm~500nm區段之透光率低於59%；500nm~600nm區段之透光率低於50%；與600nm~850nm區段之透光率低於78%。
  4. 根據申請專利範圍第1項所述之方法，其係藉由控制該透光材料顏色，以遮蔽植物達到340nm~500nm區段之透光率低於59%；500nm~600nm區段之透光率低於50%；與600nm~850nm區段之透光率低於78%。
  5. 根據申請專利範圍第1項所述之方法，其中該透光材料係指布料、編織網、紗網、編織布、塑膠布、塑膠膜、塑膠紙、塑膠板、隔熱紙、玻璃、遮陽漆或不織布。
  6. 根據申請專利範圍第4項所述之方法，其中該透光材料係指桃紅色、寶藍色、藍色、紫紅色或深紫紅色之塑膠膜或編織網。
  7. 根據申請專利範圍第1項所述之方法，其中該透光材料係桃紅色，其編織密度大於55%之網。
  8. 根據申請專利範圍第1項所述之方法，其係使用於自然環境或溫室。
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