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      LED燈在植物組織培養中的應用效果研究

      作者: 組培設備 發布時間: 瀏覽次數0

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        植物組織培養已廣泛應用于農業、林業、醫藥、化工等領域,在組培中存在著能源消耗量大和人工費用投入多的兩大發展瓶頸,而作為組培過程中重要環節之一的光照,其設備也日新月異。隨著光電技術的發展,LED發光效率不斷提高,尤其是其具有體積小、壽命長、能耗低和發熱低等優點,而且還能根據植物的需要精確調整發光光譜,顯著促進植物生長發育,提高農業生物的產量和品質。近年來,LED燈取代熒光燈在包括花卉、中藥材、瓜果蔬菜的設施栽培上以及育苗和組織培養方面的研究與應用,得到重視和快速發展,成為世界各國研究的熱點。

        在花卉組織培養中,本文應用了LED燈作為培養過程中提供光照的光源,對其節能性和對植物生長的促進作用方面做了初步研究,以提高植物的生長速率,節約能耗,降低成本。另外,對于LED燈在花卉組織培養方面的應用,尤其是應用于宿根花卉的組培中還鮮有報道,本試驗可為同行提供參考依據。

        1 材料與方法

        1.1 試驗材料

        1.1.1 植物材料。礬根酒紅(Heuchera Beaujolais)和礬根梔子黃(Heuchera Pistache)和大花萱草(Hemerocallis middendorffii)的組培增殖苗。

        1.1.2 光照燈具、測量工具和烘干設備。LED-V1、LED-V2、LED-V3、LED-V4、T5-28W細熒光燈和FLP-40W粗熒光燈等6種不同光質的燈管,光度計,酒精溫度計,電子分析天平(精確度0.1 mg),鼓風干燥箱(溫度范圍25~255℃)。

        1.2 試驗方法

        1.2.1 不同光質光源的產熱和耗能性測定。用光度計在培養架層面的5個不同位點測量光源光照強度;用玻璃酒精溫度計與燈管平行,酒精感溫部位貼于燈管表面,測量各種光源上下表面產熱溫度及燈下架層表面的溫度,測量時間5 min。

        1.2.2 不同光質的光源對植物生長量的影響。以礬根酒紅、礬根梔子黃和大花萱草為材料,將接種于增殖培養基中同等大小的芽苗,在LED-V1、LED-V2、LED-V3、LED-V4、T5-28W細熒光燈和FLP-40W粗熒光燈等6種不同光質的光源下培養,每個品種每種光源各5瓶重復,每瓶7株苗,培養30 d時將苗從培養瓶中取出稱取鮮重,而后在設定溫度為90℃的鼓風干燥箱里烘干10 h后稱取干重,統計結果[5-6]。

        2 結果與分析

        2.1 不同光質光源的產熱和節能性

        LED燈的光照強度大于熒光燈管,產熱性均低于常用的熒光燈,并且LED燈的下表溫度與架層表面的溫差小而穩定,常用光源熒光燈下的溫差大;LED燈的能耗均低于熒光燈,具有明顯的節能性能。

        由表1可知,6種不同的光源中,4種LED燈的光照強度均高于2種熒光燈;燈管下表面所測得的溫度為2種熒光燈高于4種LED燈3~5℃,而幾種LED燈之間的溫差很小,同樣2種熒光燈之間的溫差也很小;燈管上表面所測得溫度仍為熒光燈高于LED燈,溫差為1.2~3.5℃,同樣是LED與熒光燈2種類型間溫差相對較大而同類型燈管間的溫差小;6種不同的燈,其見下面架層表面的溫度比較均一,溫差很小。

        表1 6種不同光源的光照強度和產熱情況

        

       

        由表2可知,LED燈與熒光燈2種類型的燈管之間在價格、使用壽命、功率、耗電量和年費用等方面,均存在很大差異;LED燈的價格和使用壽命遠高于熒光燈,分別是熒光燈的5~9倍和3.5倍;LED燈的耗電量和費用遠低于熒光燈,是熒光燈的1/3~1/2,則節能性就是熒光燈的2~3倍。

        2.2 不同光質的光源對苗生長量的影響

        從各光源對植物生長量影響或者促進方面來講,不同強度和光質的光源對礬根酒紅、礬根梔子黃、大花萱草組培苗生長的影響不大,不同品種的生長量不同,但各光源之間沒有顯著差異;不同強度、光質和功率的光源對礬根酒紅、礬根梔子黃、大花萱草組培苗的生長具有同樣的影響。這樣在達到同樣生長量的情況下,耗能越小的光源,其促進植物生長的優勢越明顯。

        由表3、4可知,礬根酒紅在光源LED-V3燈下的生長量最大,并且鮮重、干重的結果一致;礬根梔子黃則在光源LED-V2燈下的生長量最大,鮮重、干重結果一致;大花萱草在FLP-40W粗熒光燈下培養的生長量相較最大,略高于其他各光源。但將所有數據經過SPSS系統的Duncan分析法進行方差分析后,結果顯示各組數據間無顯著性差異,說明不同的光源對礬根和萱草組培苗生長量的影響沒有顯著性差別。

        表2 6種不同光源的價格、壽命、功率、耗能及年使用費用測算

        

       

        注:年耗電量按每天使用10 h計算;電費按0.8元/(kW·h)計算。

        2.3 LED燈的節能性分析

        若以LED燈的使用壽命7年為一個單位時間,計算LED燈和熒光燈的1支燈在單位時間內的費用情況。由表5可知,使熒光燈的費用遠高于LED燈,是熒光燈的1.5~2.0倍。

        表3 礬根2個不同品種在不同光質光源下的生長量測定數據

        

       

        表4 不同光源下大花萱草的干重情況

        

       

        1支LED燈與熒光燈相較,在7年間可節省269~435元。由此可推測,1個有100個培養架(1 200支燈)的組培室,僅培養架提供光照耗電費用每年可節約 4.6萬~7.5萬元,7年可節省32.2萬~52.5萬元。若考慮燈管產熱降溫費用,則LED燈的節能性能更為突出,值得大量推廣應用。

        表5 6種不同光源在一個單位時間里所需費用 (元)

        

       

        3 結論與討論

        隨著半導體光源技術的不斷進步,LED燈發光強度提高,價格降低,作為密閉式植物工廠中的人工光源取代熒光燈,在植物栽培領域的研究與應用逐漸受到世界各國的廣泛關注和重視。但在植物組織培養方面的研究還很欠缺,尤其是對組培苗生長的促進作用方面,還需做更多的研究,為LED燈更廣泛地應用于植物組培提供依據。

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