led在設(shè)施園藝中的應(yīng)用系列（三）——led在植物組培的應(yīng)用1（改）

1、LED在設(shè)施園藝中的應(yīng)用系列（三）在設(shè)施園藝中的應(yīng)用系列（三）LED在植物組培中的應(yīng)用在植物組培中的應(yīng)用■楊雅婷，楊其長(zhǎng)（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所，農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)環(huán)境與氣候變化重點(diǎn)開(kāi)放試驗(yàn)室100081）植物組織培養(yǎng)（PlantTissueCulture）是指在無(wú)菌條件下，將外植體（植物器官、組織、花藥、花粉、體細(xì)胞甚至原生質(zhì)體）接種到人工配制的培養(yǎng)基上培育成支柱植株的技術(shù)[1]，是一項(xiàng)可以通過(guò)規(guī)?；a(chǎn)，在短時(shí)間內(nèi)獲得大量

2、同品質(zhì)種苗的快速繁育技術(shù)，。（可以利用計(jì)算機(jī)對(duì)植物生育的溫度、濕度、光照、CO2濃度以及營(yíng)養(yǎng)液等環(huán)境條件進(jìn)行自動(dòng)控制，）組培育苗由于繁育速度快，不受外界氣候、地勢(shì)、地域和時(shí)間等條件的約束，目前已經(jīng)成為植物遺傳育種、種質(zhì)資源保護(hù)和脫毒快繁的重要手段。但由于傳統(tǒng)組培所采用的人工光源多為熒光燈，有兩個(gè)明顯的缺點(diǎn)存在兩個(gè)明顯的缺。一是光效低，熒光燈中的綠光、紅外和遠(yuǎn)紅外光的比例較大，植物不能利用，造成了電能的浪費(fèi)和電能利用率的降低；二是發(fā)熱量大

3、，有相當(dāng)多的能量以熱效應(yīng)方式傳遞到環(huán)境中，使環(huán)境溫度上升，增加了空調(diào)的耗電量，；同時(shí)，由于燈具表面的溫度較高，也難以近距離照射植物，降低了植物組織培養(yǎng)的空間利用率，燈具同時(shí)散熱還引起的培養(yǎng)器皿結(jié)露等一系列問(wèn)題，還會(huì)對(duì)組培育苗本身造成不良影響。常規(guī)組培的能耗成本已經(jīng)占其運(yùn)行費(fèi)用的4050%，電耗成本高已經(jīng)成為植物組培研究以及生產(chǎn)的突出問(wèn)題能耗成本高已經(jīng)成為植物組培的突出問(wèn)題，能耗成本約占其運(yùn)行費(fèi)用的4050%。因此，研究降低運(yùn)行成本、減少

4、能耗已成為植物組培領(lǐng)域研究的重要方向[2]。LED（lightemittingdiode）即發(fā)光二極管，由于其出色的節(jié)能、環(huán)保、穩(wěn)定性能已經(jīng)在照明領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。（關(guān)于LED光源的優(yōu)勢(shì)及其工作原理請(qǐng)參見(jiàn)《溫室園藝》2009年第5期P13《LED在密閉式植物苗工廠中的應(yīng)用》一文）。LED激發(fā)單色發(fā)光光譜，輸出光譜的半波寬為20nm左右，可以按照不同植物的需要將它們加以組合利用，。選用的LED光譜吸收波峰同時(shí)可以完全與植物光合需求對(duì)相

5、光譜的吸收波峰相符吻合，沒(méi)有無(wú)避免了其它發(fā)熱光譜用光線的混入，光效高。其次，耗能少，。據(jù)統(tǒng)計(jì)，LED能耗遠(yuǎn)小于熒光燈，在照明領(lǐng)域，LED的耗電量?jī)H為白熾燈的八分之一，熒光燈的二分之一。；再其次，LED為冷光源，可以接近植物表面照射，而不會(huì)出現(xiàn)葉片灼傷、瓶壁結(jié)露的現(xiàn)象，因此可以使組培層架距離縮短，極大地提高了組培室空間利用率。此外，LED芯片體積小，可以自由地設(shè)計(jì)光源的形狀，能為組培新型光源的開(kāi)發(fā)提供新思路。1組培用組培用LED光源的參數(shù)

6、選擇和系統(tǒng)設(shè)計(jì)光源的參數(shù)選擇和系統(tǒng)設(shè)計(jì)綜合考慮組培植物生長(zhǎng)的特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)了LED燈管和LED柔性燈帶兩種植物組培專(zhuān)用光源及其相應(yīng)的控制器系統(tǒng)，均采用660nm紅色LED和450nm藍(lán)色LED均勻交叉分布組成。LED燈管內(nèi)置電源和鎮(zhèn)流器，可直接安裝于目前常用組培光源熒光燈的燈座或者燈架上，內(nèi)部采用鋁板作為散熱設(shè)備，外部尺寸為Φ301200mm.為了避免組培室內(nèi)的濕空氣對(duì)LED芯片和燈管內(nèi)部器件的影響，LED燈管還設(shè)計(jì)有防潮層（圖1）。光環(huán)境

7、參數(shù)采用分層定時(shí)控制的方式，每個(gè)控制器（圖2）可控制該層光源的光強(qiáng)、光質(zhì)（RB）、光周期和閃爍頻率，其中紅藍(lán)光的光強(qiáng)可以分別控制。除此以外，無(wú)需其它任何設(shè)備和，組培架改裝后即可直接使用。CK46.8226.5通過(guò)對(duì)燈管下垂直溫度的測(cè)量，發(fā)現(xiàn)在燈下5cm處，熒光燈照射區(qū)域空氣的溫度要高于LED處理區(qū)3℃以上。這部分熱量會(huì)對(duì)空氣造成升溫，一方面導(dǎo)致組培瓶?jī)?nèi)明顯的結(jié)露現(xiàn)象，當(dāng)組培苗葉片緊貼瓶壁時(shí)，水珠會(huì)造成葉片的玻璃化現(xiàn)象，葉片發(fā)脆，出苗時(shí)會(huì)

8、自動(dòng)落下，造成大量嚴(yán)重影響組培苗損失品質(zhì)；另一方面，這部分熱量必須由空調(diào)制冷帶走，相應(yīng)會(huì)造成許多的增加一定量的制冷電量費(fèi)用。表2培育培育28d后不同處理植株株高和干鮮重比較后不同處理植株株高和干鮮重比較處理株高(mm)地上鮮重(g)地下鮮重(g)地上干重(g)地下干重(g)LED125.081.29B1.690.46B0.650.19B0.160.04AB0.060.012BLED226.001.21AB1.680.18B0.660.1

9、8B0.130.02B0.040.012BCLED326.882.89AB1.970.35AB0.710.25AB0.150.02B0.050.014BLED424.361.054B1.780.47B0.70028AB0.140.04B0.050.016BLED531.442.678A2.470.26A0.890.12A0.180.02AB0.090.009ACK30.943.211A2.420.30A0.790.29AB0.230.0

10、4A0.060.015B生根培養(yǎng)處理28天之后，LED5的株高、地上鮮重、地下鮮重和地下干重均大于對(duì)照處理，只有地上干重小于對(duì)照處理，可能是因?yàn)長(zhǎng)ED單色光對(duì)地上干物質(zhì)的積累沒(méi)有積極作用影響不夠，這部分的機(jī)理仍需要進(jìn)一步研究。但是LED5的地下干、鮮重均明顯大于對(duì)照處理，說(shuō)明LED紅藍(lán)混合光具有一定的促進(jìn)根部生長(zhǎng)的作用。由圖5可見(jiàn)，LED3、LED4、LED5的葉片葉綠素a均與對(duì)照處理CK沒(méi)有顯示出顯著性差異，其中LED3和LED5表現(xiàn)

11、出了良好的指標(biāo)。葉綠素b含量以LED3和LED5為最優(yōu)，但均未顯示出差異。類(lèi)胡蘿卜素含量則隨著光強(qiáng)的增大呈拋物線分布，說(shuō)明類(lèi)胡蘿卜素含量受到光質(zhì)的影響更大。從三種光合色素含量的分析中可以看到，光合色素含量并沒(méi)有隨著光強(qiáng)的增大而呈現(xiàn)明顯的上升趨勢(shì)，而是分別呈現(xiàn)不同的變化趨勢(shì)，說(shuō)明光合色素含量還與光質(zhì)有關(guān)。在電能消耗方面發(fā)現(xiàn)，在該LED光強(qiáng)實(shí)驗(yàn)中，每株利用LED燈管生產(chǎn)的甘薯組培苗單株平均耗電量為0.0144~0.0202kWh，而在普通熒