يعد الضوء أحد العوامل البيئية المهمة في نمو النبات. نظرا لصغر حجمها, خفيفة الوزن, عمر طويل, وشدة الضوء قابلة للتعديل, لقد أصبح LED أحد مصادر الإضاءة المهمة لتنظيم البيئة الضوئية للنباتات وله مزايا واضحة في توفير الطاقة وتعزيز نمو النبات. في الوقت الحالي, لقد تم استخدام LED في أبحاث زراعة الأنسجة النباتية إلى حد ما, وقد تم إحراز بعض التقدم الكبير. تقدم هذه المقالة الخصائص الرئيسية لضوء LED للنمو وتطبيقه في زراعة الأنسجة النباتية.
المزايا الفريدة لمصابيح LED تجعلها أحد مصادر الضوء المهمة لأبحاث زراعة الأنسجة النباتية. منذ الثمانينات, بدأت بعض دول العالم على التوالي إجراء أبحاث حول تطبيق مصابيح LED في زراعة الأنسجة النباتية. كما بدأت بعض الكليات والجامعات ومؤسسات البحث العلمي في الصين إجراء أبحاث في هذا المجال وحققت بعض التقدم المرضي. تلخص هذه المقالة بإيجاز العمل الذي قامت به شركة LED في مجال زراعة المنشآت داخل المصنع من الجوانب التالية وتقوم بتقييم آفاق تطبيقها في هذا المجال.
دور النمو قاد ضوء
الضوء والنباتات
يعد الضوء أحد أهم العوامل البيئية في نمو النبات. فهو لا يوفر الطاقة الإشعاعية لعملية التمثيل الضوئي للنبات فحسب، بل يوفر أيضًا نقل الإشارة للنباتات وينظم عملية تطورها. تكون النباتات دائمًا في بيئة ضوئية متغيرة باستمرار طوال دورة حياتها. في التطور على المدى الطويل, لا تتكيف النباتات مع التغيرات في البيئة الضوئية فحسب، بل تؤثر أيضًا على بعضها البعض لتغيير بيئة الإضاءة المحيطة.
الضوء والصباغ
يبلغ الطول الموجي لضوء الشمس الذي يصل إلى الأرض تقريبًا 300 ل 2600 نانومتر, منها الطول الموجي الفعال لعملية التمثيل الضوئي يتراوح بين 400 و 700 نانومتر, منها الضوء الأزرق عند 425 ل 490 نانومتر والضوء الأحمر في 610 ل 700 نانومتر المساهمة في عملية التمثيل الضوئي. الحد الأقصى لامتصاص الضوء من قبل النباتات هو 520~610 نانومتر (أخضر), وهو منخفض جدًا. من هذا, يمكننا أن نرى أنه ليس كل الضوء يساهم في عملية التمثيل الضوئي للنباتات. يمكن للأصباغ أن تمتص الطاقة الضوئية لإنتاج سلسلة من التفاعلات الكيميائية الحيوية, والأصباغ المختلفة تمتص أطوال موجية مختلفة. هناك العديد من الأصباغ في النباتات التي تلعب أدوارًا مختلفة.
لكن, نوعين من الأصباغ, فيتوكروم, والتشفير, تلعب دورا رئيسيا في تنظيم استجابة النباتات للضوء. هناك نوعان من tautomers من فيتوكروم - فيتوكروم أحمر (العلاقات العامة) والفيتوكروم الأحمر البعيد (Pfr). يمتص Pr الضوء الأحمر بطول موجة يبلغ حوالي 660 نانومتر, ويمتص Pfr الضوء الأحمر البعيد بطول موجي يبلغ حوالي 730 نانومتر. ينظم الفيتوكروم استجابة العديد من النباتات المختلفة للضوء, بما في ذلك الفترة الضوئية, إنبات البذور, تطوير الأوراق, استطالة هيبوكوتيل, وإزالة الاصفرار. تمتص كريبتوكروم موجات الضوء في نطاق الضوء الأزرق والأشعة فوق البنفسجية, وترتبط الأصباغ الأخرى بتطور النباتات. ويمكن ملاحظة أن الضوء الأزرق حولها 460 نانومتر والضوء الأحمر حولها 660 نانومتر هي موجات الضوء التي تحتاجها النباتات أكثر, ويلعبون دورًا رئيسيًا في نمو النباتات وتطورها.
مقدمة ومزايا LED
مقدمة إلى الصمام
قاد (الثنائيات الباعثة للضوء), إنه, الثنائيات الباعثة للضوء, هو جهاز يمكنه تحويل الطاقة الكهربائية بشكل فعال إلى إشعاع كهرومغناطيسي. في 1962, المختبرات المشتركة لشركة جنرال إلكتريك, مونسانتو, وقامت شركة IBM بتطوير الانبعاث الأحمر مركب أشباه الموصلات GaAsP. في 1965, وُلد أول مصباح LED متوفر تجاريًا في العالم ينبعث منه ضوء الأشعة تحت الحمراء المصنوع من الجرمانيوم. مع التقدم المستمر للتكنولوجيا, لقد كان تطوير مصابيح LED ذات الضوء الأبيض سريعًا جدًا في السنوات الأخيرة. تم الوصول إلى كفاءة الإضاءة لمصابيح LED ذات الضوء الأبيض 30 م/ث, ويمكن الوصول إلى نتائج الأبحاث المخبرية 60 م/ث, تتفوق بشكل كبير على المصابيح المتوهجة وتقترب من مصابيح الفلورسنت. كفاءة النمو MOKOlight LED تنمو ضوء عالية جدا, وتأثيره على نمو النبات واضح جداً.
تحليل مزايا LED
يتميز LED بمزايا العمر الطويل, ارتفاع معدل تحويل الضوء, توفير الطاقة, ليس من السهل أن يتلاشى اللون, استقرار, حماية البيئة, حجم صغير, وهكذا. نطاق نصف العرض للضوء المنبعث من LED هو عشرات النانومترات إلى عدة نانومترات, ويتوافق نطاق الطول الموجي مع الطول الموجي المطلوب لنمو النبات. التدفق الضوئي لمصباح LED الأحمر كبير نسبيًا, وكفاءة مضيئة عالية.
تطبيق مصدر ضوء LED للنمو في زراعة الأنسجة النباتية
تم تطوير تطبيق LED في زراعة الأنسجة النباتية بناءً على تطوير تقنية LED والتنظيم البيئي لزراعة الأنسجة النباتية. في وقت مبكر 1982, كان هناك تقرير اختبار عن استخدام مصدر ضوء LED أحمر بطول موجة يبلغ 650 نانومتر لتكملة الضوء في الطماطم الدفيئة. لاحقاً, تم تطبيق مصابيح LED أيضًا على التنظيم البيئي في زراعة الأنسجة النباتية, وتمت مناقشة دور مصابيح LED في توفير الطاقة.
في الوقت الحالي, إن البحث حول دور LED في الأنسجة النباتية يميل أكثر إلى تأثير شدة الضوء ونوعية الضوء على نمو زراعة الأنسجة. الشتلات. من ناحية, البحث على زوجين من الفترات الضوئية أقل. بقدر ما يتعلق الأمر بالعالم, تتركز الأبحاث التطبيقية لـ LED في زراعة الأنسجة النباتية بشكل رئيسي في اليابان والولايات المتحدة. تحتل الأبحاث اليابانية مكانة رائدة في العالم. لم تقم فقط بتطوير نظام انبعاث ضوء LED المطبق خصيصًا على زراعة الأنسجة النباتية, ولكن تم الحصول أيضًا على بعض البيانات الأساسية المهمة مع عوامل التحكم البيئية الأخرى. بدأت بعض مؤسسات البحث العلمي في الصين أيضًا إجراء أبحاث في هذا المجال وطورت بشكل مستقل بعض أنظمة مصدر ضوء LED لأبحاث زراعة الأنسجة النباتية.
الاختيار على لجودة جيدة
عندما تم تطوير مصابيح LED لأول مرة, اكتشف الناس الضوء الأحمر حوالي 660 نانومتر, باستخدام الضوء الأحمر كمصدر الضوء الرئيسي ومضان كملحق. من خلال البحث المتعمق حول عملية التمثيل الضوئي للنباتات واختراق مواد LED الجديدة, تُستخدم أطوال موجية مختلفة من مصابيح LED في زراعة الأنسجة النباتية, وقد وجدت الأبحاث أن أفضل تأثير هو الضوء الأحمر عند حوالي 660 نانومتر والضوء الأزرق عند حوالي 460 نانومتر.
جودة إضاءة مختلفة له تأثير كبير على نمو النباتات. يستخدم العلماء مصابيح LED المتنامية لزراعة بساتين الفاكهة ووجدوا أن الضوء الأحمر مفيد جدًا لنمو الشتلات ويمكن أن يعزز نمو أوراق الشتلات, لكن الضوء الأحمر سوف يمنع تراكم الكلوروفيل, والضوء الأزرق سوف يشجع النباتات على إنتاج الكلوروفيل. أفضل نسبة للضوء الأحمر إلى الضوء الأزرق لنمو شتلات الأوركيد هي 8:2.
بعد العديد من تجارب المقارنة, لقد وجد العلماء أنه عندما تكون نسبة الضوء الأحمر والضوء الأزرق 3:1, تأثير نمو الشتلات المزروعة بالأنسجة هو الأفضل, وتشعيع الضوء الأحمر لديه أفضل كفاءة تحريضية للشتلات المزروعة بالأنسجة. في ثقافة المجموعة من العنب, وجدنا أن الضوء الأزرق يمنع استطالة شتلات العنب, ولكن يمكن أن يعزز تكوين الأوراق والكلوروفيل, وتعزيز تطوير ثغور الأوراق. الضوء الأحمر البعيد له تأثير معين على نمو الجذع وتراكم الكلوروفيل. يساعد الضوء الأحمر في نمو وتجذير العنب.
على الرغم من أن الضوء الأحمر الموجود في ضوء النمو LED يمكن أن يمنع نمو الكلوروفيل إلى حد ما, الضوء الأزرق في ضوء النمو LED يمكن أن يعزز نمو الكلوروفيل. الضوء الأحمر يفضي إلى تراكم السكريات النباتية والنشويات, والضوء الأزرق يعزز تخليق الكلوروفيل والبروتين. الضوء الأحمر والضوء الأزرق لهما تأثير كبير على نمو النبات, وتأثيراتها على نمو النبات مختلفة. إن النسبة المعقولة للضوء الأزرق والضوء الأحمر هي أفضل طريقة لتحسين جودة الضوء. للحصول على جودة إضاءة مناسبة, فهم أولاً احتياجات الناس من المحاصيل المستهدفة, وتنفيذ نسب ضوء LED تنمو وفقًا للاحتياجات للحصول على مصدر ضوء الأنسجة الأمثل.
الاختيار على شدة الضوء
تشير شدة الضوء إلى عدد الفوتونات المنبعثة لكل وحدة مساحة لكل وحدة زمنية, الوحدة هي μmol/(م2 ث). تعتبر شدة الضوء عاملاً مهمًا يؤثر على عملية التمثيل الضوئي للنبات. للنباتات, شدة الضوء هي التدفق الكمي الضوئي (بي بي إف). النباتات ذات شدة الضوء المختلفة لها تأثيرات مختلفة على زراعة الأنسجة. تنمو الفراولة بشكل أفضل عندما يكون PPF 60μmol/(م2 ث); عندما يكون PPF 60 ~ 70μmol /(م2 ث), الوزن الطازج لشتلات زراعة أنسجة القلقاس مرتفع نسبياً. من خلال مزيد من البحث, لقد وجدنا أن شدة الضوء لا تزال لها تأثيرات مختلفة في مراحل النمو المختلفة لزراعة الأنسجة النباتية. في البداية, ولم تلتئم جروح الأنسجة النباتية. إذا كانت شدة الضوء عالية جدًا, فمن السهل حرق النبات. سبب توسع أوراق النبات يجب أن يزيد من شدة الضوء. , تعزيز عملية التمثيل الضوئي للنبات.
الاختيار على الضوئي
بحث تشن يوسونج وآخرون. أظهر أن البيئة الضوئية LED الأكثر ملائمة للنمو للجنطيانا من مؤشر الزجاجة هي 50% من الضوء الأزرق, PPF من 120μmol/(م2 ث), والفترة الضوئية 16 ح. أفضل بيئة إضاءة لأبحاث الجنطيانا باستخدام مصابيح الفلورسنت في معهد أبحاث السكر التايواني هي PPF 80μmol/(م2 ث), وفترة الضوء 12 ساعة. البحث الذي أجراه RCJao وآخرون. وأظهرت أنه عندما تكون الفترة الضوئية 16 ح, إن تأثير زراعة شتلات أنسجة البطاطس تحت التشعيع المتزامن للضوء الأحمر والأزرق أفضل من التشعيع البديل للضوء الأحمر والأزرق. فضلاً عن ذلك, إن التشعيع طويل المدى بـ PPF المنخفض أفضل من التشعيع طويل المدى بـ PPF المرتفع. التأثير جيد.
الاختيار على صوضع العرض OWER
البحث الذي أجراه لاي جيانتشو وآخرون. لقد أظهر أنه مع التيار المباشر لقيادة مصابيح LED, ال 40 يمكن أن يكون تردد مصدر الطاقة الذي يوفره السائق أكثر كفاءة في استخدام الطاقة منه 60 هرتز. لكن, لمزيد من خفض التكلفة, يمكننا استخدام مصدر طاقة التيار المتردد مباشرة للقيادة, والتي يمكن أن تتجنب تكلفة إنتاج دائرة تحويل AC-DC. أظهرت الدراسات أنه من الممكن استخدام مصابيح LED ذات اللون الأحمر بالكامل والتي تعمل بالتيار المتردد لإنتاج شتلات زراعة أنسجة ألوكاسيا الملونة. جاو روي تشي وآخرون. ادعى في البحث الذي أجري على البطاطس أنه إذا نظرنا فقط إلى معدل النمو, ينمو النبات بشكل أفضل عندما يكون مؤشر LED قيد التشغيل 720 هرتز (1.4 آنسة), نسبة العمل هي 50%, وتكون الفترة الضوئية 16 ح. النظر في مسألة استهلاك الطاقة, يعتبر LED هو الأكثر كفاءة في استخدام الطاقة عندما تكون نسبة العمل 50% في 180 هرتز (5.5 آنسة), والفترة الضوئية هي 16 ح.
آفاق تطبيق نمو مصدر ضوء LED في زراعة الأنسجة النباتية
العوامل التقييدية والتدابير المضادة
بعض عيوب LED نفسه, مثل السطوع المنخفض, صعوبة تبديد الحرارة من تقاطع PN, ضعف سطوع البقعة والتوحيد اللوني, وارتفاع الأسعار يحد من ترويج وتطبيق LED في زراعة الأنسجة النباتية, وهو ما لا يفضي إلى تصنيع LED في زراعة الأنسجة النباتية على نطاق واسع في الإنتاج. يتطلب حل هذه المشكلة تطوير وتحسين التكنولوجيا الإلكترونية البصرية, فضلا عن إدخال السياسات واللوائح ذات الصلة. مع تطور التكنولوجيا الإلكترونية البصرية, سيتم حل المشاكل الفنية لـ LED نفسه, وسيتم أيضًا تخفيض سعر LED, مما سيساعد على تطبيق LED على نطاق واسع في زراعة الأنسجة.
اتجاه التنمية
LED هو نوع جديد من مصادر الضوء عالية الكفاءة والموفرة للطاقة. استخدام LED كمصدر للضوء في زراعة الأنسجة النباتية يمكن أن يقلل من تكلفة زراعة الأنسجة. في نفس الوقت, بسبب خصائص جودة ضوء LED, شدة الضوء قابلة للتعديل, والنطاق الموجي الضيق, سيكون البحث في الفسيولوجيا الضوئية للنبات أكثر تعمقًا. في المستقبل, تطبيق LED في زراعة الأنسجة النباتية يجب أن يتحكم بشكل صارم في جهاز الإضاءة, حدد الصمام المناسب, ضع في اعتبارك الأداء والموثوقية وظروف الاستخدام الخاصة لإضاءة المصنع; الجمع بين خصائص LED, استخدم LED بعقلانية, وفكر في ظروف العمل المقدرة لـ LED.
يجب دمج تصميم دائرة القيادة واختيار مصدر الطاقة مع عوامل التنظيم البيئي الأخرى, مثل التسميد بثاني أكسيد الكربون, تنظيم درجة الحرارة, وهكذا. فضلاً عن ذلك, من الضروري الجمع بين استخدام منظمات نمو النبات لجعل البحث التطبيقي لـ LED في زراعة الأنسجة النباتية أكثر تعمقًا ومنهجية.
