LED光源在植物工厂中的应用

LED光源作为第四代新型半导体固态冷光源,具有光质纯、光效高、波长类型丰富、光强与光质可调控及节能、环保、寿命长等优点,在人工光植物工厂光环境调控和太阳光植物工厂人工补光方面具有广泛的应用前景。文章阐述了植物工厂和LED光源的特性及优点,介绍了LED光源在植物工厂补光、光环境调控中的应用,并对LED光源在植物工厂中的应用前景进行了展望。     

LED植物工厂光质生物学研究与应用现状

植物工厂是设施园艺发展的必然趋势和高级阶段,其本质优势在于包括人工光照明在内所有生产要素可实现智能控制。LED光源是植物工厂应用的优选光源,可提供植物生理有效辐射范围内所有波长的光质,丰富了光生物学内涵,LED光源研发与应用催生了光生物学的分支即光质生物学学科。LED植物工厂是植物光质生物学研究与应用的理想场所和设施类型,植物光质生物学研究及LED光环境调控具有提高植物工厂植物产品产量与品质的重大应用价值,LED植物工厂产业的可持续发展有待于植物光质生物学的深入揭示。总结了LED植物工厂光质生物学的定义、内涵,并着重阐明了红蓝光替代全光谱的充要性、红蓝光质比优化、红蓝光连续光照、UV-LED光质生物学和昼夜节律等重点方向国内外研究与应用新动态,指出了未来LED植物工厂植物光质生物学研发与应用重点。     

育苗温室幼苗生长调节光照调控系统的设计

针对光照光质、光照强度以及光照时间对幼苗生长发育的影响,提出结合幼苗不同生长阶段、特定光质补光与定时长定量决策的精确补光方法,设计了依据作物生长阶段、生长状态以及培育目标自适应精确补光的光照调控算法。以单片机为控制器,设计了光质可调、可定时定量的LED精确光照调控系统,可根据幼苗生长阶段、生长状态,结合幼苗形态调整补光决策确定补光光质光量和时长,通过PWM调整LED输出光质光强。测试试验结果表明,该系统可满足作物不同生长阶段对不同光质光量的需求,并可根据不同培育目标、不同生长状态,及时调整补光策略。该系统的自适应光质光量时长可调的特点能够满足对幼苗形态调节补光的需求,相对传统光源改善了光照环境,提高了能源利用率。     

LED在植物组织培养中的应用

光是植物生长中的重要环境因子之一.LED因体积小、质量轻、寿命长、光强可调等优点,使其成为植物光环境调控的重要光源之一,并在节能和促进植物生长方面都具有明显的优势.目前,LED在植物组织培养研究中已得到一定的应用,并取得了一些可喜的进展.此文介绍了LED的主要特点及其在植物组织培养中的应用情况.     

LED不同光照模式植物培养系统的研制

影响植物生长发育的光环境主要包括光质、光强、光周期3个因素,为了更加深入研究植物实际生长周期所需要的光照总量及其对光谱的响应,设计了一种基于LED不同光照模式的植物培养系统,该系统主要包括LED灯具设计及光温检测控制系统和植物水培生长装置。结果表明,该系统不仅光照分布均匀,且光环境因子和温度参数简易可控;既可对植物生长所需光环境因子和温度进行灵活设置,又能为探索植物在不同生长阶段的最优光照模式的设定方式及调控策略提供依据。     

微型植物工厂LED多光谱补光系统的设计与应用

不同的光谱、光强和光照周期对植物的影响不同。为了深入研究植物与光照的关系,设计一种微型植物工厂LED多光谱补光系统的可控光源。基于嵌入式系统,对微型植物工厂所需补光进行分析,通过控制不同波长的LED产生不同光强,使其接近所需光谱。该补光系统可从365～940 nm的25种不同波段的光谱自由选择,实现大功率LED光谱自由拟合、光照强度连续可调、光照周期自由设定的功能,同时可根据不同植物种类的适宜光环境需求进行"量身定做",进而实现精确补光。该系统成本低、效率高、精确性高、针对性强,更利于对光与植物关系的研究。     

密闭式植物种苗工厂的设计及其光环境研究

密闭式植物苗工厂具有节能、环保、控制精度高、生产成本低等特点,发展前景广阔。利用不透光的绝热材料建设人工光型密闭式植物工厂,设计开发了高精度的环境控制系统,为植物生长提供优化的物理环境。研制了种苗繁育LED光环境调控装置、光照距离可调式荧光灯板,有效地改善植物生长所需的光环境,提高植物的光能利用率。通过对环境控制系统的试验研究以及相关的生物学试验,为密闭式植物工厂以及人工光源在育苗领域的应用研究提供了理论和试验依据。LED、荧光灯与自然光条件下黄瓜育苗对比试验表明LED光环境下植株生长速率高于其他处理,表现出一定的生长优越性。     

LED灯在植物研究上的现状和展望

阐明了半导体光源LED灯的发光原理和发展历程,总结LED灯在植物光合作用、光质和光强等方面的研究进展。另外,对LED灯自身存在的问题、应用前景进行了分析和展望。     

四种不同光照对西瓜苗生长的影响

光照是植物生长的必要条件,不同的光质、光强、光照时长对植物的生长有不同程度的影响。     

《植物工厂植物光质生理及其调控》学术专著出版

正简介:由中国照明学会农业照明专业委员会秘书长、中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所刘文科研究员和查凌雁博士共同编著的设施园艺领域新书《植物工厂植物光质生理及其调控》于2019年5月由中国农业科学技术出版社出版。该书包括13章内容。该书系统总结了近30年来国内外有关植物工厂植物光质生理领域的研究成果,从生长发育、产量生理、代谢生理、营养生理、逆境生理、品质生理等多角度阐述了植物工厂植物光质生理及其LED调控优质高产、节能新技术,对大专院校农业生物环境工程、设施园艺科学与工程、植物生理学、蔬菜学等专业的科研工作者以及植物工厂、农业照明企业界人士具有参考价值。     

《植物工厂植物光质生理及其调控》学术专著出版

正简介:由中国照明学会农业照明专业委员会秘书长、中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所刘文科研究员和查凌雁博士共同编著的设施园艺领域新书《植物工厂植物光质生理及其调控》于2019年5月由中国农业科学技术出版社出版。该书包括13章内容。该书系统总结了近30年来国内外有关植物工厂植物光质生理领域的最新研究成果,从生长发育、产量生理、代谢生理、营养生理、逆境生理、品质生理等多角度阐述了植物工厂植物光质生理及其LED调控优质高产、节能新技术,填补了国内外相关领域著作空白,对大专院校农业生物环境工程、设施园艺科学与工程、植物生理学、蔬菜学等专业的科研工作者以及植物工厂、农业照明企业界人士具有参考价值。     

我国智能植物工厂生产技术与产品的国际竞争力全面提升

<正>2014年9月26日,863计划"智能化植物工厂生产技术研究"主题项目组在北京召开了推进会,863计划主题专家对项目执行情况进行了点评与推进指导。通过近两年的联合攻关,项目已经在植物工厂LED节能光源及其光环境智能控制技术、立体多层栽培系统及其配套装备研制、基于光温耦合的节能环境控制系统及装备研发、营养液在线监控与蔬菜品质调控装备研制以及基于网络管理的     

花卉生产中花期调节补光灯配光方案设计研究

[目的]介绍各种光源特性,筛选最佳大棚花卉生产补光灯配光方案。[方法]选用菊花切花生产为试材,采用白光复合光照,在大棚里配置高压钠灯、荧光节能灯、LED农业专用灯,根据3种灯具的光形特点和植物生长需求,进行实地测试,比较各种灯具的实际应用效果。[结果]结果表明,LED新型光源在整灯实际应用中节能效果明显优于其他两种灯具;LED方形灯具设计呈蝙蝠翼光形配光曲线最有利于温室实施有效布灯。[结论]LED农业专用补光灯优于目前最常用的钠灯,具有节能易布灯等特点,具有实际推广应用价值。     

花卉生产中花期调节补光灯配光方案设计研究

[目的]介绍各种光源特性,筛选最佳大棚花卉生产补光灯配光方案。[方法]选用菊花切花生产为试材,采用白光复合光照,在大棚里配置高压钠灯、荧光节能灯、LED农业专用灯,根据3种灯具的光形特点和植物生长需求,进行实地测试,比较各种灯具的实际应用效果。[结果]结果表明,LED新型光源在整灯实际应用中节能效果明显优于其他两种灯具;LED方形灯具设计呈蝙蝠翼光形配光曲线最有利于温室实施有效布灯。[结论] LED农业专用补光灯优于目前最常用的钠灯,具有节能易布灯等特点,具有实际推广应用价值。     

光质调控蔬菜作物生长和形态研究进展

光是植物生长发育的重要能量源和信息源,光质则作为光环境中的关键影响因子通过光受体传导途径调节植物的整个生命周期。随着光生物学研究的不断深入和低成本高光效的人工光源的不断研发,光质调控技术已逐渐运用到蔬菜作物的生产过程。从光质调控植物光合作用和光形态建成的机理、及其在蔬菜生产中的应用等方面综述了光质对蔬菜作物生长和形态调控方面的研究进展。较详细介绍了光质对植物生长过程的调控机理,在芽苗菜、绿叶类蔬菜、茄果类蔬菜和食用菌类等作物的影响的研究成果,以及光质研究提高了蔬菜生产的经济效益。阐述了人工光环境下蔬菜作物栽培可供参考的光质配制方案,并提出仍需进一步研究光质对蔬菜各生育期的作用及综合光强和光周期进行试验,以期完善不同蔬菜作物光配方。     

基于单片机植物组培专用LED光源的设计

为解决植物组培对光环境的需求,依据组培苗对光的选择性吸收,突破传统的点、线光源局限,采用模块化阵列式设计理念,研制出由14R、6B、4W、1UV 1W LED组成5*5基元模块,再由若干个单元模块组成"LED阵列平面光源",其发射光谱与植物的选择性吸收光谱相匹配;采用涂覆低温红外高辐射材料的铝基顶齿散热器和轴流风扇结合的方式,降低大功率LED结温;本光源能够对光质、光强、光周期和工作方式进行动态调节。可专业用于组培育苗,并在光照培养箱、温室种植及植物工厂等方面进行科学研究和推广应用。     

基于LED的微藻植物工厂光源系统设计

文章提出并实现了基于LED的微藻植物工厂光源系统,对能源微藻培养光需特性及其随生长阶段变化规律的全新认知,研究所针对的能源微藻植物工厂的LED光环境优化机理及调控方法在提示能源微藻光能转化、光合固碳及油脂高效合成的机制,并提高微藻培养速率及提高油脂产量具有很好的理论与实际意义。     

光对园艺植物花青素生物合成的调控作用

花青素是植物中一类重要的类黄酮化合物,在植物花朵、果实等器官色泽形成和抗氧化过程中起着重要作用。植物组织中花青素的形成依赖于光信号,但是光信号对花青素生物合成的调控机制及信号网络很大程度上还不清晰。本文简述了花青素生物合成及运转过程的研究进展,简要归纳了MYB、bHLH、WDR三类主要因子对花青素合成的转录调控作用,重点阐释光信号（光强、光质、光照时长）对植物花青素合成的调控作用。研究表明,光环境（光强、光质、光照时长）主要通过不同的光受体（UVR8、CRYs、PHOTs、PHYs）影响光信号通路重要因子COP1的泛素化能力和HY5的稳定性,以及其他光信号转录因子如光敏色素互作因子PIFs的稳定性,进而调控花青素的生物合成过程。这些光信号因子一方面直接结合到调控花青素合成的MYB、bHLH、WDR三大类转录因子上,转录激活或抑制它们的表达进而调控花青素的合成;另一方面,这些光信号因子通过与MYB、bHLH、WDR三大类转录因子蛋白互作,影响它们形成的MBW复合体稳定性,进而调控花青素的合成。此外,这些光信号因子还可以通过不依赖于MBW复合体的通路调控花青素的合成,如HY5通过调控miR858影响花青素的生物合成;另外,一些未知的光响应因子可能以不依赖MBW通路的方式直接或间接地调控花青素合成基因和液泡膜上的运转蛋白,改变液泡酸化,调节花青素的合成。同时,光信号会影响光合电子传递,光合电子传递链中的一些因子也会通过依赖和不依赖MBW的途径影响植物花青素的合成。这些途径如何协调以及哪些信号因子优先受光环境（光强、光质、光照时间）调控?本文为深入研究光信号对花青素生物合成的调控机理提供参考,以探索光调控花青素积累的有效途径及靶标分子,为利用基因工程、代谢工程和光环境调控手段改良园艺植物花青素积累提供理论基础。     

LED在农业与生物产业的应用与前景展望

随着光电技术的发展,LED在农业与生物领域的应用正逐渐受到世界各国的广泛关注。LED不仅具有体积小、寿命长、耗能低、波长固定与低发热等优点,而且还能根据植物需要进行发光光谱的精确配置,实现传统光源无法替代的节能、环保和空间高效利用等功能。通过对LED在农业与生物领域研究现状的详细阐述,重点介绍了LED的光源特性及其在设施栽培、组织培养、植物工厂和太空农业等方面的应用进展,并对LED在人工补光、植物工厂、生命保障系统以及与新能源结合等方面的应用前景进行了分析和展望。     

浅析夜景照明对植物生长的影响

文章首先简述了城市夜景照明的概念及城市主要绿化植物的种植和分布,依据城市空间分布将夜间照明和城市植物进行了简单划分,以光源为出发点,归纳了光照（光质、光时和光强）在植物光合作用、生长代谢等方面的作用。综合分析了当前国内外在该方向的研究进展,指出了目前城市夜景照明和城市绿化植物两者之间相互结合相对欠缺的研究现状。提出了具体化研究想法：采用实地调查及试验方法统计分析夜景照明对城市绿化植物的现状,并以新型光源LED为入手点将两者结合研究。最后,对合理安排规划城市夜景照明和保护绿地植物提出意见。