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植物生长箱培养条件的选择

发布日期:2021-08-02 21:16 点击:

植物生长箱培养条件的选择






 

 

▲ 植物生长箱及步入式植物生长室的多种用途

在选择植物生长箱和步入式植物生长室时,温度光照基本上是首要考虑的必要条件,然后是湿度和CO2等。以下主要介绍植物生长箱和步入式植物生长室温度性能的选择,以及几种常见的植物生长灯光源。

▲ 植物光合作用和Aralab简便人性化的参数控制面板

 温度:

不同植物自有其生长适宜的温度。想要在实验室植物生长箱中模拟植物生长所需的温度,是简单的又是复杂的。简单是因为植物有其最适宜的生长温度,将植物生长箱设定为这一温度值即可,会较快的促进植物生长。

复杂主要是因为:

(一)温度控制并不是线性的,当下比较主流的两种温度控制方式为比例积分微分和模糊逻辑控制原理。如果要真正精确地模拟自然的温度条件,温度的精度及均匀性是必须要考虑的。例如在某一时间段设定温度为20℃,其温度值不可能会完全稳定在20℃,肯定会有一定的温度波动,而波动的大小则决定了温度的精度。比如波动+/-0.5℃,即温度的范围为19.5℃~20.5℃;和波动+/-1℃,即温度的范围为19℃~21℃,则代表了植物生长箱性能和控制能力的不同。又比如,在某一时间段设定温度为20℃和光照强度为250 µmoles/m²s。但是发现培养一段时间后,搁板不同位置的植物生长情况不一,可能是外面靠门的植株较高、枝叶很绿;而里面的植株较矮、枝叶发黄。当然这与光照的分布有很大关系,另外温度的不均匀性也会在一定程度上产生较大影响。比如均匀性+/-1℃,即某一时间点,搁板不同位置温度的范围为19℃~21℃;和均匀性+/-2℃,即温度的范围为18℃~22℃,则代表了植物生长箱性能和控制能力的不同。

(二)植物的生长环境都有一定的规律,除了春夏秋冬四季和各个气候带之分,每天24小时的温湿度也是在不断变化的,比如早上6点时5℃,中午12点时30℃,晚上8点时10℃。如何更准确地模拟一天24小时植物生长环境的温度变化呢?这需要植物生长箱具有较强大的控制能力,可以模拟不同时间段的温度。更强大的功能则是温度均匀增加或减少的功能,因为自然环境中温度的升高或降低是连续的、较均匀的。

 

 

 

 

 

1)光学系统,用光照度(lux)来度量,这种系统是以人眼对亮度的响应特征为基础的;
2)能量学系统,用某一特征波长范围内即光合有效波段内的辐射通量密度(Wm-2)来度量;
3)量子学系统,用光量子通量密度(µmoles/m²/s)来度量,太阳直接辐射光量子通量的气候学计算方法。

所以一般照明灯具的光照度的单位使用的是Lux,而植物生长灯光照强度通常使用的是µmoles/m²/s这一单位。

以下介绍几种常见的植物生长灯种类:

 

 

 

 一种冷白荧光灯的光谱图和应用

3、LED灯:其中使用最广泛的是白色LED灯,用于模拟太阳光照。相对于荧光灯,白色LED灯具有更全的光谱范围,且发热量更小,光照强度也要高一些,组合可达到200~1000µmoles/m²s甚至更高的光照强度。此外,白色LED灯的能耗仅为白炽灯的1/10,寿命可达5万小时以上,抗震性也较好,而且不含铅汞等,绿色环保。

 一种白色LED灯光谱图和应用

当前的技术可以使LED灯发出白、红、黄、蓝、绿、青、橙、紫等多种颜色。而在植物培养领域使用的除了白色,还有红、绿、蓝和远红等LED光源。其中:


 白、红、蓝三色光植物生长箱

 

 

 

 

 白色Valoya LED灯

Valoya LED研发了不同的光谱配方种类,适用于不同的植物生长应用。如AP67光谱配方:促进植物成长与开花;AP673L:促进植物生长发育;G2/NS1/NS12:增进春化作用过程;Valoya BIOMASS:用来促进大麻种植时生物质的产出;Valoya Canna+:增加大麻种植时THC的产能。

 


AP67

AP673L

G2

NS1/NSI2

紫外光

< 400 nm

0%

0%

0%

1% / 0.5%

蓝色

400 ~ 500 nm

14%

12%

8%

20% / 21%

绿色

500 ~ 600 nm

16%

19%

2%

39% / 38%

红色

600 ~ 700 nm

53%

61%

65%

35% / 35%

远红光

700 ~ 800 nm

17%

8%

25%

5% / 6%

PAR

400 ~ 700 nm

83%

92%

75%

94% / 94%

 

 一种Valoya LED灯及其光谱图

5、陶瓷金卤灯:比传统卤素灯光效高30%以上,寿命可达20000小时,光衰慢,照明效果持久。与高压钠灯相比节能10%,比传统卤素灯节能70%,比汞灯节能150%。具有更高的光照强度600~1100 µmoles/m²s,发热量也较大,需安装在单独冷却的玻璃灯罩内,由独立通风口排除热量,以保证生长区域气候条件稳定。适合小麦、玉米、水稻、棉花、大豆、咖啡、软木等各种常见的需要高光强的大型植物。

 

 

 

 

▲ HeliospectraRX30 可调光谱LED灯及其光谱图

 光照强度调节:

不同种类的植物生长灯,除了光源种类、色温和颜色不同之外,光照强度的调节能力也不同。现阶段灯管光照强度的调节,基本上可以达到1%的步调能力,像荧光灯和LED灯可以在10%~100%范围内调节光强,陶瓷金卤灯可以在30%~100%范围内调节。这样可以使一台植物生长箱满足不同的需求,实现一机多用和更高的使用率。例如,一台植物生长箱的最大光强为600 +/-10% µmoles/m²s,光照强度可以按1%步调,当光照强度调节为30%~50%左右时,可以用于组织培养、拟南芥研究等;当光照强度调节为100%左右时,可以用于需要更高光照强度的植物的培养。当然这与植物生长箱的性能和控制能力有直接关系,有的植物生长箱光照控制只能开和关,有的只能进行3级或5级控制。

如果想要更加准确地模拟自然环境光照的变化,同温度控制类似,植物生长箱需要具备光照强度均匀增大或减小的功能,因为自然环境中温度的升高或降低是连续的、较均匀的。这种控制能力使得研究人员可以为植物生长箱设计更加复杂的程序,不仅可以模拟春夏秋冬四季和各个气候带,还可以模拟每天24小时不同时间点的光照强度。

 

 

 

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