Licht ist einer der wichtigen Umweltfaktoren für das Pflanzenwachstum. Wegen seiner geringen Größe, Leichtes Gewicht, lange Lebensdauer, und einstellbare Lichtintensität, LED ist zu einer wichtigen Lichtquelle für die Regulierung der Lichtumgebung von Pflanzen geworden und bietet offensichtliche Vorteile bei der Energieeinsparung und der Förderung des Pflanzenwachstums. Derzeit, LED wird in gewissem Umfang in der Pflanzengewebekulturforschung eingesetzt, und es wurden große Fortschritte erzielt. In diesem Artikel werden die Hauptmerkmale von LED-Wachstumslicht und seine Anwendung in der Pflanzengewebekultur vorgestellt.
Die einzigartigen Vorteile von LED machen sie zu einer wichtigen Lichtquelle für die Forschung an Pflanzengewebekulturen. Seit den 1980er Jahren, Einige Länder der Welt haben sukzessive mit der Forschung zum Einsatz von LEDs in der Pflanzengewebekultur begonnen. Einige Hochschulen und Universitäten sowie wissenschaftliche Forschungseinrichtungen in China haben ebenfalls mit der Forschung in diesem Bereich begonnen und einige erfreuliche Fortschritte erzielt. In diesem Artikel wird die Arbeit, die LED im Anlagenanbau geleistet hat, unter den folgenden Aspekten kurz zusammengefasst und eine Bewertung der Anwendungsaussichten in diesem Bereich vorgenommen.
Die Rolle des Wachstums LED Licht
Licht und Pflanzen
Licht ist einer der wichtigsten Umweltfaktoren für das Pflanzenwachstum. Es liefert nicht nur Strahlungsenergie für die Photosynthese der Pflanzen, sondern sorgt auch für die Signalübertragung für Pflanzen und reguliert deren Entwicklungsprozess. Pflanzen befinden sich während ihres gesamten Lebenszyklus in einer ständig wechselnden Lichtumgebung. In der langfristigen Entwicklung, Pflanzen passen sich nicht nur an Veränderungen in der Lichtumgebung an, sondern beeinflussen sich auch gegenseitig, um die umgebende Lichtumgebung zu verändern.
Licht und Pigment
Die Wellenlänge des Sonnenlichts, das den Boden erreicht, beträgt ungefähr 300 Zu 2600 nm, Dazwischen liegt die effektive Wellenlänge für die Photosynthese 400 Und 700 nm, davon blaues Licht an 425 Zu 490 nm und rotes Licht bei 610 Zu 700 nm tragen zur Photosynthese bei. Die maximale Lichtabsorption durch Pflanzen beträgt 520~610 nm (Grün), was sehr niedrig ist. Daraus, Wir können sehen, dass nicht jedes Licht zur Photosynthese von Pflanzen beiträgt. Pigmente können Lichtenergie absorbieren und so eine Reihe biochemischer Reaktionen hervorrufen, und verschiedene Pigmente absorbieren unterschiedliche Wellenlängen. In Pflanzen gibt es viele Pigmente, die unterschiedliche Rollen spielen.
Jedoch, zwei Arten von Pigmenten, Phytochrom, und Kryptochrom, spielen eine Schlüsselrolle bei der Regulierung der Reaktion von Pflanzen auf Licht. Es gibt zwei Tautomeren von Phytochromen – rotes Phytochrom (Pr) und dunkelrotes Phytochrom (Pfr). Pr absorbiert rotes Licht mit einer Wellenlänge von ca 660 nm, und Pfr absorbiert fernrotes Licht mit einer Wellenlänge von ca 730 nm. Phytochrom reguliert die Reaktion vieler verschiedener Pflanzen auf Licht, einschließlich Photoperiode, Samenkeimung, Blattentwicklung, Hypokotylverlängerung, und Entgilbung. Cryptochrome absorbieren Lichtwellen im Bereich des blauen und ultravioletten Lichts, und andere Pigmente stehen im Zusammenhang mit der Entwicklung von Pflanzen. Es ist zu sehen, dass das blaue Licht herum ist 460 nm und das rote Licht herum 660 nm sind die Lichtwellen, die Pflanzen am meisten brauchen, und sie spielen eine Schlüsselrolle beim Wachstum und der Entwicklung von Pflanzen.
Einführung und Vorteile von LED
Einführung in LED
LED (Leuchtdioden), das heißt, Leuchtdioden, ist ein Gerät, das elektrische Energie effektiv in elektromagnetische Strahlung umwandeln kann. In 1962, die gemeinsamen Labore von GE, Monsanto, und IBM entwickelte das Rot emittierende Halbleiterverbindung GaAsP. In 1965, Die weltweit erste kommerziell erhältliche LED aus Germanium, die Infrarotlicht aussendet, war geboren. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Technologie, Die Entwicklung von Weißlicht-LEDs verlief in den letzten Jahren recht rasant. Die Lichtausbeute von Weißlicht-LEDs ist erreicht 30 lm/W, und Laborforschungsergebnisse erreichen können 60 lm/W, übertrifft Glühlampen bei weitem und nähert sich Leuchtstofflampen. Die Wachstumseffizienz von MOKOLight LED-Wachstumslicht ist sehr hoch, und seine Wirkung auf das Pflanzenwachstum ist sehr offensichtlich.
Analyse der LED-Vorteile
LED hat den Vorteil einer langen Lebensdauer, hohe Lichtumwandlungsrate, Energieeinsparung, kein leichtes Ausbleichen der Farbe, Stabilität, Umweltschutz, kleine Größe, und so weiter. Der Halbwertsbreitenbereich des von LEDs emittierten Lichts beträgt einige zehn Nanometer bis mehrere Nanometer, und der Wellenlängenbereich stimmt mit der für das Pflanzenwachstum erforderlichen Wellenlänge überein. Der Lichtstrom roter LED ist relativ groß, und die Lichtausbeute ist hoch.
Anwendung der Wachstums-LED-Lichtquelle in der Pflanzengewebekultur
Die Anwendung von LED in der Pflanzengewebekultur basiert auf der Entwicklung der LED-Technologie und der Umweltregulierung der Pflanzengewebekultur. Schon 1982, Es gab einen Testbericht über den Einsatz einer roten LED-Lichtquelle mit einer Wellenlänge von 650 nm zur Ergänzung des Lichts in Gewächshaustomaten. Später, LEDs wurden auch zur Umweltregulierung in Pflanzengewebekulturen eingesetzt, und die Rolle von LEDs beim Energiesparen wurde diskutiert.
Derzeit, Die Forschung zur Rolle von LED in Pflanzengewebe konzentriert sich eher auf die Auswirkung von Lichtintensität und Lichtqualität auf das Wachstum von Gewebekulturen Sämlinge. Einerseits, Die Forschung zu den beiden Photoperiodenpaaren ist geringer. Was die Welt betrifft, Die Anwendungsforschung von LED in der Pflanzengewebekultur konzentriert sich hauptsächlich auf Japan und die Vereinigten Staaten. Japans Forschung nimmt weltweit eine Spitzenposition ein. Es wurde nicht nur ein LED-Licht emittierendes System speziell für die Pflanzengewebekultur entwickelt, sondern auch einige wichtige Grunddaten in Kombination mit anderen Umweltkontrollfaktoren gewonnen. Einige wissenschaftliche Forschungseinrichtungen in China haben ebenfalls mit der Forschung in diesem Bereich begonnen und unabhängig voneinander einige LED-Lichtquellensysteme für die Forschung an Pflanzengewebekulturen entwickelt.
Die Auswahl auf lEIGHT -Qualität
Als LEDs zum ersten Mal entwickelt wurden, Menschen entdeckten rotes Licht um 660 nm, Verwendung von rotem Licht als Hauptlichtquelle und Fluoreszenz als Ergänzung. Mit der tiefgreifenden Forschung zur pflanzlichen Photosynthese und dem Durchbruch neuer LED-Materialien, In der Pflanzengewebekultur werden verschiedene Wellenlängen von LEDs verwendet, Untersuchungen haben ergeben, dass die beste Wirkung rotes Licht bei etwa 660 nm und blaues Licht bei etwa 460 nm haben.
Unterschiedliche Lichtqualität hat einen großen Einfluss auf das Wachstum von Pflanzen. Wissenschaftler nutzen LED-Wachstumslichter für die Orchideenzüchtung und haben herausgefunden, dass rotes Licht sich sehr positiv auf das Wachstum von Sämlingen auswirkt und das Wachstum der Blätter der Sämlinge fördern kann, aber rotes Licht hemmt die Ansammlung von Chlorophyll, und blaues Licht regt Pflanzen dazu an, Chlorophyll zu produzieren. Das beste Verhältnis von rotem zu blauem Licht für das Wachstum von Orchideensämlingen ist 8:2.
Nach vielen Vergleichsexperimenten, Wissenschaftler haben herausgefunden, dass das Verhältnis von rotem und blauem Licht gleich ist 3:1, Der Wachstumseffekt von gewebekultivierten Sämlingen ist am besten, und die Bestrahlung mit rotem Licht hat die beste Induktionseffizienz für gewebekultivierte Sämlinge. In der Gruppenkultur der Trauben, Wir haben herausgefunden, dass blaues Licht das Wachstum von Traubenkeimlingen hemmt, kann aber die Bildung von Blättern und Chlorophyll fördern, und fördern die Entwicklung von Blattstomata. Dunkelrotes Licht hat einen gewissen Einfluss auf das Stängelwachstum und die Chlorophyllansammlung. Das rote Licht unterstützt das Wachstum und die Wurzelbildung der Trauben.
Obwohl das rote Licht im Grow-LED-Licht das Wachstum von Chlorophyll bis zu einem gewissen Grad hemmen kann, Das blaue Licht im Grow-LED-Licht kann das Wachstum von Chlorophyll fördern. Rotes Licht fördert die Anreicherung von pflanzlichem Zucker und Stärke, und blaues Licht fördert die Synthese von Chlorophyll und Protein. Rotes und blaues Licht haben einen großen Einfluss auf das Pflanzenwachstum, und ihre Auswirkungen auf das Pflanzenwachstum sind unterschiedlich. Ein angemessenes Verhältnis von blauem und rotem Licht ist der beste Weg, die Lichtqualität zu verbessern. Um eine geeignete Lichtqualität zu erhalten, Verstehen Sie zunächst die Bedürfnisse der Menschen nach Zielkulturen, und führen Sie Wachstums-LED-Lichtverhältnisse je nach Bedarf durch, um das zu erhalten optimale Gewebelichtquelle.
Die Auswahl erfolgt nach Lichtintensität
Die Lichtintensität bezieht sich auf die Anzahl der Photonen, die pro Flächeneinheit und Zeiteinheit emittiert werden, die Einheit ist μmol/(m2·s). Die Lichtintensität ist ein wichtiger Faktor, der die Photosynthese von Pflanzen beeinflusst. Für Pflanzen, Lichtintensität ist die photosynthetischer Quantenfluss (PPF). Pflanzen mit unterschiedlichen Lichtintensitäten haben unterschiedliche Auswirkungen auf die Gewebekultur. Erdbeeren wachsen am besten, wenn der PPF 60 μmol/ beträgt.(m2·s); wenn der PPF 60–70 μmol/ beträgt(m2·s), Das Frischgewicht von Taro-Gewebekultursämlingen ist relativ hoch. Durch weitere Forschung, Wir fanden heraus, dass die Lichtintensität in verschiedenen Wachstumsstadien der Pflanzengewebekultur immer noch unterschiedliche Auswirkungen hat. Am Anfang, Die Wunden des Pflanzengewebes heilten nicht. Wenn die Lichtintensität zu hoch ist, Es ist leicht, die Pflanze zu verbrennen. Die Ursache für die Blattausdehnung der Pflanze sollte eine Erhöhung der Lichtintensität sein. , Fördern Sie die Photosynthese der Pflanzen.
Die Auswahl auf Photoperiode
Die Forschung von Chen Yusong et al. zeigte, dass die am besten geeignete LED-Lichtumgebung für den Anbau von Enzian aus der Flasche Index ist 50% aus blauem Licht, PPF von 120μmol/(m2·s), und Photoperiode von 16 H. Die beste Lichtumgebung für die Enzianforschung mit Leuchtstofflampen im Taiwan Sugar Research Institute ist PPF 80μmol/(m2·s), und die Photoperiode beträgt 12 Stunden. Forschung von RCJao et al. zeigte, dass, wenn die Photoperiode ist 16 H, Der Kultivierungseffekt von in Kartoffelgewebe kultivierten Pflänzchen bei gleichzeitiger Bestrahlung mit rotem und blauem Licht ist besser als der bei alternativer Bestrahlung mit rotem und blauem Licht. Zusätzlich, Eine Langzeitbestrahlung mit niedrigem PPF ist besser als eine Langzeitbestrahlung mit hohem PPF. Die Wirkung ist gut.
Die Auswahl auf SStromversorgungsmodus
von Lai Jianzhou et al. hat gezeigt, dass mit Gleichstrom LEDs betrieben werden können, Die 40 Die vom Treiber bereitgestellte Hz-Stromversorgungsfrequenz kann energieeffizienter sein als 60 Hz. Jedoch, um die Kosten weiter zu senken, Wir können die Wechselstromversorgung direkt zum Fahren nutzen, Dadurch können die Produktionskosten der AC-DC-Umwandlungsschaltung vermieden werden. Studien haben gezeigt, dass es möglich ist, wechselstrombetriebene, vollständig rote LEDs zu verwenden, um Sämlinge von farbigen Alocasia-Gewebekulturen zu erzeugen. Jao Ruey-Chi et al. In der Kartoffelforschung wurde behauptet, dass, wenn wir nur die Wachstumsrate berücksichtigen, Die Pflanze wächst am besten, wenn die LED eingeschaltet ist 720 Hz (1.4 MS), Das Arbeitsverhältnis beträgt 50%, und die Photoperiode ist 16 H. In Anbetracht der Frage des Energieverbrauchs, Bei diesem Arbeitsverhältnis ist die LED am energieeffizientesten 50% bei 180 Hz (5.5 MS), und die Lichtperiode ist 16 H.
Anwendungsaussichten der Wachstums-LED-Lichtquelle in der Pflanzengewebekultur
Restriktive Faktoren und Gegenmaßnahmen
Einige Mängel der LED selbst, wie geringe Helligkeit, schwierige Wärmeableitung des PN-Übergangs, schlechte Punkthelligkeit und Farbgleichmäßigkeit, und hohe Preise schränken die Förderung und Anwendung von LED in der Pflanzengewebekultur ein, was der Industrialisierung von LED in der Pflanzengewebekultur nicht förderlich ist. Großflächige Anwendung in der Produktion. Um dieses Problem zu lösen, ist die Entwicklung und Verbesserung der optoelektronischen Technologie erforderlich, sowie die Einführung relevanter Richtlinien und Vorschriften. Mit der Entwicklung der optoelektronischen Technologie, Die technischen Probleme der LED selbst werden gelöst, und der Preis für LED wird ebenfalls gesenkt, Dies wird die breite Anwendung von LED in der Gewebekultur unterstützen.
Entwicklungstrend
LED ist eine neuartige hocheffiziente und energiesparende Lichtquelle. Durch den Einsatz von LED als Lichtquelle in der Gewebekultur von Pflanzen können die Kosten für die Gewebekultur gesenkt werden. Gleichzeitig, aufgrund der Eigenschaften der LED-Lichtqualität, einstellbare Lichtintensität, und schmales Wellenband, Die Forschung zur Photophysiologie der Pflanzen wird vertieft. In der Zukunft, Bei der Anwendung von LED in der Pflanzengewebekultur sollte das Beleuchtungsgerät streng kontrolliert werden, Wählen Sie die entsprechende LED aus, Berücksichtigen Sie die Leistung und Zuverlässigkeit sowie die besonderen Einsatzbedingungen der Pflanzenbeleuchtung; vereinen die Eigenschaften der LED, Verwenden Sie die LED rational, und berücksichtigen Sie die Nennbetriebsbedingungen der LED.
Das Design der Antriebsschaltung und die Auswahl der Stromversorgung sollten mit anderen Faktoren der Umweltregulierung kombiniert werden, wie zum Beispiel CO2-Düngung, Temperaturregulierung, und so weiter. Zusätzlich, Es ist notwendig, den Einsatz von Pflanzenwachstumsregulatoren zu kombinieren, um die Anwendungsforschung von LED in der Pflanzengewebekultur tiefergehend und systematischer zu gestalten.
