TWI678148B - 植物培養系統、植物培養方法以及照明裝置 - Google Patents

Abstract

本發明公開一種植物培養系統、植物培養方法以及照明裝置。植物培養系統包括多個照明模組。多個照明模組分別相對應地產生多個不同的照明光源，且多個不同的照明光源分別相對應地提供多個不同的照明光譜，且多個不同的照明光譜分別相對應地配對於多種不同植物的多個不同的預定生長光譜。多個照明模組的其中之一所產生的照明光源投射在相對應的植物上，以使得照明光源所提供的照明光譜應用於相對應的植物。藉此，本發明可根據不同植物所需的不同生長光譜，以及同一植物在不同生長階段所需要的不同生長光譜而供應一對應於每一植物的每一生長階段所需的生長光譜的照明光源，以提高植物的生長效率。

Description

植物培養系統、植物培養方法以及照明裝置

本發明涉及一種植物培養系統、植物培養方法以及照明裝置，特別是涉及一種可相對應多種不同植物的多個不同預定生長光譜的植物培養系統、植物培養方法以及照明裝置。

植物需吸收光以利其植物體內的光合色素進行光化學反應得以維持植物生理機能。不同種類的植物因其生長環境不同，其所含有的各種光合色素的種類及組成比例亦不同。除此之外，隨著生物的生長階段不同，其光合色素的種類與組成亦會隨著改變。不同的光合色素針對不同波長的光的光敏性及光吸收效率不同。就自然光源來說，例如陽光，其提供的光譜涵蓋的範圍較廣(波長400nm至700nm的光)，足以囊括絕大多數的光合色素的吸收光譜，然而，自然光源仍缺乏對特定光合色素的吸收光譜的對應。因此，現有的植物生長培養系統所採用的光，除了採用自然光源之外，亦額外提供單一波長或光譜涵蓋範圍較短的照明光源。

然而，前述的方式仍恐造成植物光源的浪費，也無法隨著植物的生長階段不同而調整適合該生長階段的照明光譜，如此一來將降低植物的生長速率。因此現有的植物生長照明系統仍具有改善空間。

本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供 一種植物培養系統、植物培養方法以及照明裝置，其可配合多個不同植物的多個不同的預定生長光譜而相對應地提供多個不同的照明光譜，以增進植物生長效率及光源利用率。

為了解決上述的技術問題，本發明所採用的其中一技術方案是，提供一種植物培養系統，其包括一植物培養裝置以及多個照明模組。所述植物培養裝置用以容置多種不同的植物的其中之一，多種不同的所述植物分別相對應地適合在多個不同的預定生長光譜下進行生長。多個所述照明模組分別相對應地產生多個不同的照明光源。多個不同的所述照明光源分別相對應地提供多個不同的照明光譜，且多個不同的所述照明光譜分別相對應地配對於多個不同的所述預定生長光譜。多個所述照明模組的其中之一所產生的所述照明光源投射在相對應的所述植物上，以使得所述照明光源所提供的所述照明光譜應用於相對應的所述植物。

為了解決上述的技術問題，本發明所採用的另外一技術方案是，提供一種植物培養系統，其包括一照明裝置，所述照明裝置包括多個照明模組。所述多個照明模組分別相對應地產生多個不同的照明光源，且多個不同的所述照明光源分別相對應地提供多個不同的照明光譜，且多個不同的所述照明光譜分別相對應地配對於一植物的多個不同的預定生長光譜。

為了解決上述的技術問題，本發明所採用的另外再一技術方案是，提供一種植物培養方法，其包括下列步驟：提供一植物培養裝置，其用以容置多種不同的植物。多種不同的所述植物分別相對應地適合在多個不同的預定生長光譜下進行生長。提供多個照明模組，其分別相對應地產生多個不同的照明光源。多個不同的所述照明光源分別相對應地提供多個不同的照明光譜，且多個不同的所述照明光譜分別相對應地配對於多個不同的所述預定生長光譜。其中，多個所述照明模組的其中之一所產生的所述照明光源投射在相對應的所述植物上，以使得所述照明光源所提供的 所述照明光譜應用於相對應的所述植物。

為了解決上述的技術問題，本發明所採用的另外再一技術方案是，提供一種照明裝置，其應用於一植物培養裝置，所述植物培養裝置用以容置多種不同的植物的其中之一，多種不同的所述植物分別相對應地適合在多個不同的預定生長光譜下進行生長，其特徵在於，所述照明裝置包括多個照明模組，多個所述照明模組分別相對應地產生多個不同的照明光源。多個不同的所述照明光源分別相對應地提供多個不同的照明光譜，且多個不同的所述照明光譜分別相對應地配對於多個不同的所述預定生長光譜。多個所述照明模組的其中之一所產生的所述照明光源投射在相對應的所述植物上，以使得所述照明光源所提供的所述照明光譜應用於相對應的所述植物。

本發明的其中一有益效果在於，本發明所提供的植物培養系統、植物培養方法以及照明裝置，其能通過“多個照明模組，其分別相對應地產生多個不同的照明光源”以及“多個不同的所述照明光源分別相對應地提供多個不同的照明光譜，且多個不同的所述照明光譜分別相對應地配對於多個不同的植物的預定生長光譜”的技術方案，以使得所述照明光源所提供的所述照明光譜應用於相對應的所述植物。藉此，本發明可根據不同植物所需的不同生長光譜，以及同一植物在不同生長階段所需要的不同生長光譜而供應一對應於每一植物的每一生長階段所需的生長光譜的照明光源，以提高植物的生長效率。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與附圖，然而所提供的附圖僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。

S‧‧‧植物培養系統

1‧‧‧植物培養裝置

10‧‧‧植物

2‧‧‧照明裝置

2A、2B、2C‧‧‧照明模組

20‧‧‧照明單元

LA、LB、LC‧‧‧照明光源

圖1為本發明一實施例的植物培養系統的示意圖。

圖2為本發明一實施例的植物培養系統的多個照明模組與植 物相對應配對的示意圖。

圖3為本發明一實施例的植物培養方法的流程圖。

以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開有關“植物培養系統、植物培養方法以及照明裝置”的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明的精神下進行各種修飾與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。

本發明提供一種植物培養系統，其包括一照明裝置，照明裝置包括多個照明模組。特徵在於，多個照明模組分別相對應地產生多個不同的照明光源，且多個不同的照明光源分別相對應地提供多個不同的照明光譜，且多個不同的照明光譜分別相對應地配對於植物的多個不同的預定生長光譜。

更進一步，本發明提供一種植物培養系統，其包括一植物培養裝置以及一照明裝置，照明裝置包括多個照明模組。植物培養裝置用以容置多種不同的植物的其中之一。多種不同的植物分別相對應地適合在多個不同的預定生長光譜下進行生長。多個照明模組，其分別相對應地產生多個不同的照明光源。多個不同的照明光源分別相對應地提供多個不同的照明光譜，且多個不同的照明光譜分別相對應地配對於多個不同的預定生長光譜。多個照明模組的其中之一所產生的照明光源投射在相對應的植物上，以使得照明光源所提供的照明光譜應用於相對應的植物。

以下將配合圖式更詳細說明本發明的植物培養系統中，多個照明模組與植物培養裝置的對應關係。

請參閱圖1至圖3，本發明提供一種植物培養系統S及植物培養方法。植物培養系統S包括植物培養裝置1以及照明裝置2。植物培養裝置1實際上用以容置多種不同的植物10的其中一種。植物培養裝置1可以是開放式、密閉式、半密閉式、透明或不透明的容置裝置，只要能夠承載並容置植物於一固定範圍之內即可。具體的施用範例例如植物用生長箱、植物培養架、花架等。植物培養裝置1的實際施用態樣可依照所欲培養的植株大小以及實際使用狀況來選用具有適合尺寸的培養裝置，並根據本發明所屬技術領域的通常知識進行變化。本發明所屬技術領域的通常知識者均可以理解植物培養裝置1的特性，故不在此贅述。

承上所述，本發明的植物培養裝置1裡容置一種植物10，該植物10可以是任何種類的植物，舉例但不限於，觀賞用植物及經濟用植物，例如景天科、天南星科、十字花科、薔薇科、木樨科等。在本發明中，植物10的種類不受到限制，這是因為每一種植物具有該物種特有的光合色素的組成，不論是種類或是比例，而該些特定的光合色素組成使得不同植物具有其獨特的吸收光譜(absorption spectrum)。此外，即便是同樣一種植物，其光合色素的組成也會隨著生長階段的不同而有所差異。是故，對應植物特定生長階段的光合色素的組成，也具有不同的吸收光譜(absorption spectrum)。在本發明中，在整個植物生長過程中所相應的吸收光譜可被定義為一預定生長光譜。換句話說，每一種植物是分別相應地適合在多個不同的預定生長光譜下進行生長。

光合色素包括葉綠素a(Chlorophyll a)、葉綠素b(Chlorophyll b)、胡蘿蔔素(Carotene)、葉黃素(Xanthophyll)等。不同的光合色素在不同的光波長具有各自不同的光吸收率。以最常見的葉綠素a及葉綠素b而言，葉綠素a在光波長400-450nm及650-700nm的波段具有較佳的光吸收率，最佳為430nm及662nm；葉綠素b在光波長450-500nm及600-650nm的波段具有較佳的光吸收率， 最佳為453nm及642nm。植物體內可具有上述多種光合色素的組合，且特定植物體內的光合色素組合可透過本發明所屬技術領域的通常知識來分析測得，例如紙色層分析法(Paper Chromatography)、葉綠素螢光分析儀(Chlorophyll fluorescence analyzer)等。本發明測得植物體內的光合色素的組成及比例的方法不限於此。

同時請參閱圖1及圖2，本發明的植物培養系統S包括一照明裝置2，照明裝置2包括多個照明模組2A、2B、2C。具體而言，本發明的多個照明模組2A、2B、2C是分別相對應地產生多個不同的照明光源L，而多個不同的照明光源L則分別相對應地提供多個不同的照明光譜。為了便於說明，圖1僅顯示照明裝置2的其中一個照明模組2A，將其設置在植物培養系統S中，並提供一種照明光源LA。照明光源LA則提供一種照明光譜，而該照明光譜是相對應地配對於植物的預定生長光譜。圖2則顯示多個照明模組2A、2B、2C的實際應用示意圖。以下將以圖1至圖2的順序進行說明。

具體而言，如圖1所示，本發明的每一個照明模組2A、2B、2C具有多個照明單元20。每一個照明單元20各自提供一發射光波段，故多個照明單元20提供多個發射光波段。該些發射光波段共同組成照明光譜。詳細說明之，本發明的照明模組2A可以具有多個照明單元20，舉例但不限於，10個、12個、15個、20個、或100個等。一個照明單元20為發出特定光波長光源的發光裝置，發光裝置例如，但不限於，燈泡、或發光二極體等。在本實施例中，每一個發光單元20是可發出特定波長光的發光二極體。舉例來說，發光單元20可以是可發出綠光、紅光、黃光或藍光的發光二極體。更具體來說，發光單元20可發出波長為430±10nm的可見光、波長為453±10nm的可見光、波長為642±10nm的可見光或波長為662±10nm的可見光的發光二極體。換句話說，發 光單元20所提供的發射光波段是選自由波長為430±10nm的可見光波段、波長為453±10nm的可見光波段、波長為642±10nm的可見光波段以及波長為662±10nm的可見光波段所組成的群組。該些各自發出不同光波長的發光二極體的發光單元20可彼此組合共同形成單一照明模組2A，而前述各照明單元20的各發射光波段則共同組成形成照明模組2A的照明光譜。是故，照明模組2A的照明光譜是藉由排列組合該些具有不同發射光波段的發光單元20而形成。

值得一提的是，前述的發射光波段均可各自分別對應至植物的主要光合色素葉綠素a及葉綠素b的最佳光吸收率的光波長。例如組合發射光波段為430±10nm及662±10nm的波長，則可符合葉綠素a的吸收光譜；組合發射光波段為453±10nm以及642±10nm的波長，則可符合葉綠素b的吸收光譜。由於不同植物的光合色素組成及比例不同，且光合色素的組成及比例也會隨著植物的生長而有所變化。如此一來，可依照欲種植的植物10的光合色素的比例及組成而判定植物10於該條件下的一預定生長光譜，故而選用可發出相應發射光波段的照明單元20，以組合成可發出特定照明光譜的照明模組2A，以使照明模組2A的照明光譜相應地對應植物10的特定預定生長光譜。整體而言，本發明的植物培養系統S的照明裝置2是包括多個照明模組2A、2B、2C。由於每一照明模組2A、2B、2C是由多個具有不同發射光波段的照明單元20所構成，多個照明模組2A、2B、2C各自可相對應地產生多個不同的照明光源LA、LB、L，故每一個照明模組2A、2B、2C均可具有獨特與彼此不同的照明光譜。該照明光譜則可特定地配對於該植物的預定生長光譜，並可包括波長為430±10nm的可見光波段、波長為453±10nm的可見光波段、波長為642±10nm的可見光波段、波長為662±10nm的可見光波段以及其任意組合。

舉例而言，當一植物10的葉綠素a、葉綠素b及胡蘿蔔素的 比例為4：2：1，而另一種植物10其葉綠素a、葉綠素b及胡蘿蔔素的比例為3：2：1，則對第一種植物10可選用一照明模組2A，其包括四個發射光波長為430±10nm及662±10nm(對應葉綠素a最高吸收波長)的照明單元20、兩個發射光波長為453±10nm及642±10nm(對應葉綠素b最高吸收波長)的照明單元20以及一個發射光波長為466±10nm以及496±10nm(對應胡蘿蔔素最高吸收波長)的照明單元20。依據相同原則，針對第二種植物10可選用一照明模組2B，其包括三個發射光波長為430±10nm及662±10nm的照明單元20、兩個發射光波長為453±10nm及642±10nm的照明單元20以及一個發射光波長為466±10nm以及496±10nm的照明單元20。

上述光合色素的比例以及每一光合色素的最高吸收波長僅為舉例說明，本發明不以此為限。本領域通常技術人員可根據需求調整照明單元20的發射光波長以及照明模組所包括的各種照明單元的比例，以提供植物最佳吸收光譜。

藉由上述技術特徵，相對於現有技術中的植物培養系統，其照明模組通常提供白光或僅提供特定顏色的光，本發明的植物培養系統S的照明模組2直接提供各種光合色素其最佳吸收波段的光線，並可根據各光合色素之間的比例提供相同比例的不同照明單元20的數量，或根據各光合色素之間的比例而提供對應該比例的不同強度的照明單元20。如此，可達到節省能源以及促進植物生長的功效。

藉此，本發明的植物培養系統S可根據植物10的種類選用合適的對應的照明模組2A、2B、2C，該照明模組2A、2B、2C所產生的照明光源LA、LB、LC投射在該植物10上，使得照明光源LA、LB、LC提供的照明光譜應用於相對應的植物10。如此使得植物10是在適合的預定生長光譜下進行生長。

如圖2所示，即便是同一種植物，其在每個生長階段的吸收 光譜亦有所變化，故植物隨著生長階段改變預定生長光譜。此時可根據該植物10的預定生長光譜選用可提供相對應的照明光譜的照明模組。舉例而言，當一植物10在其成長的某一成長階段時其葉綠素a與葉綠素b的比例為2：1，則可選用一照明模組2A，其包括兩個發射光波段為430±10nm及662±10nm的照明單元20，其對應葉綠素a的最佳生長波段，以及一個發射光波段為653±10nm及642±10nm的照明單元20，其對應葉綠素b的最佳生長波段。而當上述植物10進入下一個成長階段而葉綠素a與葉綠素b的比例變成3：1，則可另選用一照明模組2B，其包括三個發射光波段為430±10nm及662±10nm的照明單元20以及一個發射光波段為653±10nm及642±10nm的照明單元20。例如圖2的照明模組2A、照明模組2B以及照明模組2C，其分別提供照明光源LA、照明光源LB、照明光源LC。照明光源LA、照明光源LB、照明光源LC則分別提供三種不同的照明光譜。本發明可配合植物10在不同生長階段的光合色素比例所對應的不同預定生長光譜，在不同生長階段選用合適的照明模組。

承上所述，本發明的植物培養系統S中，植物培養裝置1除了配合照明裝置2的使用之外，還可以因應植物10需求進一步包括可控制植物生長條件的控制裝置，舉例但不限於，濕度調節器、溫度調節器、自動灑水器、營養注入調節器等裝置。以上裝置的裝設方式以及實際施用的具體態樣也是本發明所屬技術領域的通常知識者均可以理解的，故不在此贅述。

另一方面，如圖3所示，本發明的植物培養方法可包括下列步驟：S1：提供植物培養裝置S，其用以容置多種不同的植物10。多種不同的植物10分別相對應地適合在多個不同的預定生長光譜下進行生長；S2：提供一照明裝置2，其包括多個照明模組2A、2B、2C， 其分別相對應地產生多個不同的照明光源LA、LB、LC。多個不同的照明光源LA、LB、LC分別相對應地提供多個不同的照明光譜，且多個不同的照明光譜分別相對應地配對於植物10的多個不同的預定生長光譜；S3：多個照明模組2A、2B、2C的其中之一所產生的照明光源LA、LB或LC投射在相對應的植物10上，以使得照明光源LA、LB或LC所提供的照明光譜應用於相對應的植物10。

[實施例]

以下通過本發明的植物培養系統S實際進行植物培養實驗。

首先選定小松菜(Komatsuna)與甘藍菜(Cabbage)作為實驗對象。利用光合色素分析儀測定小松菜與甘藍菜的葉綠素a與葉綠素b的比例。小松菜的葉綠素a/b比例大約為3.6，而甘藍菜的葉綠素a/b比例大約為4.0。各取三株小松菜及甘藍菜進行生長實驗。將植株放置本發明的植物培養系統S中，選用合適的照明模組2A、2B、2C進行照光。在本實驗中，照明模組2A、2B、2C包括多個照明單元20，可依據小松菜與甘藍菜的葉綠素比例進行調整。具體來說，針對小松菜的照明模組2具有46個照明單元20；其中，18個照明單元發出波長為430±10nm的光、18個照明單元發出波長為662±10nm光、5個照明單元發出波長為453±10nm的光、以及5個照明單元發出波長為642±10nm的光。如此，小松菜的照明模組2A可提供與小松菜的預定生長光譜相對應的照明光譜。另一方面，針對甘藍菜的照明模組2具有40個照明單元20；其中，16個照明單元發出430±10nm的光、16個照明單元發出波長為662±10nm光、4個照明單元發出波長為453±10nm的光、以及4個照明單元發出波長為642±10nm的光。藉此，甘藍菜的照明模組2B可提供與甘藍菜的預定生長光譜相對應的照明光譜。其餘培養條件請參閱表1，其顯示本實驗的實驗條件以及實驗組與對照組的比較。

從上表可看出，本實驗中實驗組與對照組的差異僅在於光源的不同。實驗組(不論是針對小松菜或是甘藍菜)的光源均為本發明的照明模組2A、2B，其提供可相對應地配對該植物的預定生長光譜的照明光譜。

經過六天照明之後，分別測試實驗組以及對照組的葉綠素指數(Chlorophyll index)。葉綠素指數可作為植物的生長效率的指標。通過本發明的植物培養系統所照射六天光的小松菜以及甘藍菜的葉綠素指數均有提升。相比於對照組，實驗組的葉綠素指數分別提高了13.95%以及33.96%。

此外，分別針對植物的重量、葉片成長率以及植株高度進行分析。在植物重量的部分，經本發明的照明模組2A、2B照射的實驗組的植株相比於僅利用自然光源照射的對照組，增加了27.13% 的重量。再者，實驗組的植物的平均葉片面積相較於對照組的植物的平均葉片面積為大。最後針對植株高度進行分析，經本發明的照明模組2A、2B培養的植株的平均成長率是對照組的2.5倍。

總結上述，經實驗測試證明，本發明的植物培養系統以及培養方法，可有效明顯地增加植物的生長效率，並提高植物產率。

[實施例的有益效果]

本發明的其中一有益效果在於，本發明實施例所提供的植物培養系統S、植物培養方法以及照明裝置2，其可通過“照明裝置2的多個照明模組2A、2B、2C分別相對應地產生多個不同的照明光源LA、LB、LC”以及“多個不同的照明光源LA、LB、LC分別相對應地提供多個不同的照明光譜，且多個不同的照明光譜分別相對應地配對於多個不同的植物10的預定生長光譜”的技術方案，以使得照明光源L所提供的照明光譜應用於相對應的植物10。

總而言之，本發明所提供的植物培養系統、植物培養方法以及照明裝置可提供符合單一植株特定需求的照明條件，藉此以提升植物的生長效率以及產率。

以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及附圖內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。

Claims (3)

1. 一種植物培養方法，其包括下列步驟：提供一植物培養裝置，其用以容置多種不同的植物，其中，多種不同的所述植物分別相對應地適合在多個不同的預定生長光譜下進行生長；提供一照明裝置，其包括多個照明模組，多個所述照明模組分別相對應地產生多個具有不同發射光波段的照明光源，其中，多個不同的所述照明光源分別相對應地提供多個不同的照明光譜，且多個不同的所述照明光譜分別相對應地配對於多個不同的所述預定生長光譜；根據多種不同的所述植物的光合色素組成和比例，判定每一多種不同的所述植物的所述預定生長光譜；以及根據每一多種不同的所述植物的所述預定生長光譜，選用可發出相應所述發射光波段的多個所述照明光源的其中之一。
2. 如請求項1所述的植物培養方法，其中，所述照明光譜包括一波長為430±10nm的可見光波段、一波長為453±10nm的可見光波段、一波長為642±10nm的可見光波段、一波長為662±10nm的可見光波段以及其任意組合。
3. 如請求項1所述的植物培養方法，其中每一所述照明模組所產生的所述照明光譜係對應一種所述植物的光合色素所需要的吸收光譜。