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。     

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。     

基于LED光源优势的植物工厂光照策略探讨

LED是半导体固态电光源,具有节能、光效高、寿命长、响应快、环保、体积小和坚固耐用等众多传统光源无法比拟的光电优势,更兼具按需调制光谱、智能控制和冷光源等在植物工厂应用中的独特优势,被誉为人工光植物工厂的理想光源。LED光源所提供的光环境(光质和光强及其持续时长)及其时间转换智能可控的特性赋予了LED在植物工厂中应用的诱人潜力和广阔前景。因此,LED光源植物工厂具备调控智慧生产光环境的能力,通常可以在纳米波长光质、PPFD基本单位光强和分钟尺度时长等方面对光环境进行管控,也可实现内涵丰富的连续光照、间歇光照和交替光照等特殊光照模式及其集成应用。对植物工厂光照策略的制定,应针对各种植物种类及品种构建出集成了多种光照模式的光照策略,实现提高植物生产力和植物工厂生产效率的光调控目标。因此,应加强对各种光照模式植物生理效应和能耗的研究和评价,筛选出基于植物种类或品种的适宜集成机制,以获得高效节能的植物工厂光照策略。     

基于LED光源水培生菜最佳光配方的筛选

随着LED光源在植物工厂的广泛应用,研究培养植物的光环境参数显得尤为重要。以芭拉里娜生菜为试验材料,采用光照度梯度试验和均匀性仿真的方法,研究在植物工厂中培养芭拉里娜生菜的最佳光配方。研究结果表明,芭拉里娜生菜的最佳光配方是矩阵式排列的LED光源距离生菜26 cm,幼苗期以红蓝光比例为7∶1的复合光进行照射,生长期以红蓝光比例为6∶1的复合光进行培养,光照度为400μmol/(m~2·s),光照时间均为12 h/d。     

能源微藻油脂积累及油脂含量检测技术研究进展

对于生物质能源的原料,人们的目光逐渐从陈化粮、木质素、动物油脂等转向微型藻类,因其具有可养殖、可再生、生长周期短、分布广泛、可进行光合作用、环境适应能力强、产量高等突出特点,吸引了国内外众多科研和产业人员的目光。通过综合现有的微藻油脂生产的相关报道,从当前研究报道的产油微藻的种类、影响油脂积累的营养和环境因素的分析,结合油脂含量检测的方法对微藻油脂含量进行评估,对比得出布朗葡萄藻藻和部分链带藻的产脂能力更具优势,其油脂含量能达到细胞干重的60%以上,另外,通过优化培养条件、基因手段干预等措施可以获得高产油脂的微藻,其产油能力要比野生株提高20%以上,并综合阐述了国内外微藻产油的研究进展,为后续的研究计划和产业化提供参考。     

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。     

微藻气肥光生物反应器研究进展

利用微藻吸收工业废气中高浓度的CO2不仅可以显著增加微藻的生物量和油脂产量,还可以达到碳减排的目的,但是CO2在水体中溶解度较低一直是微藻利用高浓度CO2的瓶颈。探讨了CO2气肥耦联的微藻培养光生物反应器,着重阐述了两类气肥光生物反应器,即液体培养和半干固态培养光生物反应器,在CO2气源供应与利用上所做的改进和特点,详细比较了二者的装置特性、生物学特性、供气特点以及生产性能,为光自养微藻的高密度培养提供参考。     

高油脂产量微藻的选育方法及研究进展

能源短缺和环境问题已经成为人类面临的全球性重大危机,生物质能作为一种环境友好的可再生能源受到国内外学者的关注。微藻作为生物质能原料有很多优势,但制约微藻生物质能源工业化生产的主要限制因素之一是微藻的油脂含量。选育高油脂含量的微藻株系是目前微藻领域的研究热点之一。在此综述了微藻作为生物质能原料的优势和基于生物质能原料生产的微藻选育的研究进展。     

富油微藻Monoraphidium sp.的分离及其油脂提取工艺研究

[目的]研究富油微藻的分离与筛选,探讨其油脂提取的最佳工艺条件。[方法]采用尼罗红荧光染料对分离自海南淡水水体的微藻进行初筛,得到油脂含量较高的Monoraphidium sp.,采用Bligh-Dyer超声法提取该微藻的油脂.以提取溶剂比例、超声功率、提取温度、提取时间为因子,通过单因子试验研究其对出油率的影响,并通过正交试验优化微藻油脂提取的工艺条件。[结果]Monoraphidiumsp经尼罗红染色后荧光强度高,表明该微藻富含油脂,具有作为能源微藻的潜力。正交试验表明,从Monoraphidium sp.提取油脂的最佳工艺条件为：溶剂氯仿、甲醇和水的比例为10∶10∶9,超声功率600 W、提取温度50℃、提取时间30 min。优化后的工艺条件与未优化的相比,该微藻出油率提高了29.01%。[结论]该研究为快速筛选富油微藻及Monoraphidium sp.的应用提供科学依据。     

植物工厂补光照明方法现状与趋势

植物工厂的主要特征之一就是利用全人工光源实现光环境的智能控制。基于植物生长发育合理需求的电光源产品及其智能光控设备的研发与应用是今后植物工厂及栽培方法革新的核心内容。本文阐述了植物工厂中常见的补光照明方法的特性与优点,介绍了典型作物补光系统的设计思路,并对LED光源在植物工厂中的应用发展前景进行趋势分析。     

LED在植物工厂中的研究现状与应用前景

随着光电技术的发展,LED发光效率不断提高,LED光源在植物栽培领域的研究逐渐受到世界各国的广泛重视。该文综述了LED在植物工厂中的研究现状,重点介绍了LED光源特性、光源系统的开发以及LED在植物栽培领域的应用研究,并对LED在植物工厂中的应用前景和发展趋势进行了分析。     

微藻油脂含量的几种快速测定方法

生物能源的开发利用是缓解全球能源压力,保障能源安全的重要途径。微藻因其生长迅速、油脂含量高,被认为是制备生物柴油的理想原料。在微藻生物柴油开发的过程中,需要频繁地测定油脂含量。简单介绍了尼罗红比色法、铜试剂比色法、傅立叶红外光谱法和气质联用法几种快速测定微藻油脂含量的方法。     

几种理化因子对一株野生丛粒藻生长的影响

全球面临的能源短缺和环境污染问题日益紧迫,开发和利用可再生、无污染的生物能源成为人类一个十分急迫的课题。微藻作为一种可再生生物能源,能有效地利用太阳能,固定CO2,将无机物转化为氢、高不饱和烷烃、油脂等能源物质,并易于进行大规模培养。因此利用微藻生产生物能源潜在广阔的应用前景。本文考察了抗生素,无机碳源、氮源、磷源,和NaF对一株分离的野生丛粒藻生长的影响。     

飞利浦园艺LED照明研讨会在北京举办

<正>本刊讯2014年4月22日,由飞利浦园艺LED照明主办的"光·促进植物生长的创新方法——园艺LED照明研讨会"在北京召开。会议围绕着LED在科研领域、温室、组培以及植物工厂应用的主题展开。来自科研院所、组培企业、温室及植物工厂的专家及合作伙伴近60人参加了此次会议。飞利浦园艺LED照明中国区总监徐辉女士在欢迎致辞中,阐述了光照对植物生长的重要意义,并介绍了飞利浦园艺LED的研发应用经验和专业的服务团队。会议邀请荷兰瓦赫宁根大学LeoMarcelis教授、荷兰HAS Den Bosch大学Jasper den Besten教授,浙江大学周艳虹教授,华南师范大学王小菁教授分别     

智能生产时代的人工光植物工厂技术展望

正人工光植物工厂发展现状人工光利用型植物工厂(以下简称"植物工厂")是使用保温不透光材料作为围护结构,采用荧光灯、LED等人工光源为植物提供光照,并配备有多层栽培架、循环风机、空调、CO_2施肥系统、营养液循环系统等设备的一种密闭式园艺栽培设施[1-2](图1)。与普通的连栋温室、日光温室或塑料大棚相比,植物工厂室内环境封闭程度较高,不仅有利于温湿度和CO_2浓度的精准控制,还可防止室外气候变化对室内环境产生不良     

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。     

关键词

正【植物工厂】智能LED植物工厂亮相成就展近日,由中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所设施植物环境工程团队自主研发的智能LED植物工厂,亮相于国家"十二五"科技创新成就展,受到社会各界的高度关注。智能LED植物工厂被国际普遍认为是土地利用和农作方式的颠覆性技术,可大幅提高作物产能,是21世纪解决人口、资源、环境问题的重要途径。习近平主席参观展会时,在智能LED植物工厂停下脚步仔细观看,并详细询问蔬菜的种植、生长情况。     

《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。     

高压钠灯与LED灯在植物补光中的应用特性分析

随着现代农业的高速发展,温室大棚、植物工厂、智慧农业等新型现代农业已经逐渐兴起,光作为植物生长必不可少的重要环境因素,植物补光已经变得越来越普遍。高压钠灯和LED植物灯是目前比较常用的植物补光灯,本文主要对比分析高压钠灯和LED植物灯的功能特性,选择出更适用于现代农业植物补光的植物补光灯。