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LED灯在植物组织培养中的应用效果研究

?作者: 组培设备 发布时间:2020-03-31 17:10?? 浏览次数:

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  植物组织培养已广泛应用于农业、林业、医药、化工等领域,在组培中存在着能源消耗量大和人工费用投入多的两大发展瓶颈,而作为组培过程中重要环节之一的光照,其设备也日新月异。随着光电技术的发展,LED发光效率不断提高,尤其是其具有体积小、寿命长、能耗低和发热低等优点,而且还能根据植物的需要精确调整发光光谱,显著促进植物生长发育,提高农业生物的产量和品质。近年来,LED灯取代荧光灯在包括花卉、中药材、瓜果蔬菜的设施栽培上以及育苗和组织培养方面的研究与应用,得到重视和快速发展,成为世界各国研究的热点。

  在花卉组织培养中,本文应用了LED灯作为培养过程中提供光照的光源,对其节能性和对植物生长的促进作用方面做了初步研究,以提高植物的生长速率,节约能耗,降低成本。另外,对于LED灯在花卉组织培养方面的应用,尤其是应用于宿根花卉的组培中还鲜有报道,本试验可为同行提供参考依据。

  1 材料与方法

  1.1 试验材料

  1.1.1 植物材料。矾根酒红(Heuchera Beaujolais)和矾根栀子黄(Heuchera Pistache)和大花萱草(Hemerocallis middendorffii)的组培增殖苗。

  1.1.2 光照灯具、测量工具和烘干设备。LED-V1、LED-V2、LED-V3、LED-V4、T5-28W细荧光灯和FLP-40W粗荧光灯等6种不同光质的灯管,光度计,酒精温度计,电子分析天平(精确度0.1 mg),鼓风干燥箱(温度范围25~255℃)。

  1.2 试验方法

  1.2.1 不同光质光源的产热和耗能性测定。用光度计在培养架层面的5个不同位点测量光源光照强度;用玻璃酒精温度计与灯管平行,酒精感温部位贴于灯管表面,测量各种光源上下表面产热温度及灯下架层表面的温度,测量时间5 min。

  1.2.2 不同光质的光源对植物生长量的影响。以矾根酒红、矾根栀子黄和大花萱草为材料,将接种于增殖培养基中同等大小的芽苗,在LED-V1、LED-V2、LED-V3、LED-V4、T5-28W细荧光灯和FLP-40W粗荧光灯等6种不同光质的光源下培养,每个品种每种光源各5瓶重复,每瓶7株苗,培养30 d时将苗从培养瓶中取出称取鲜重,而后在设定温度为90℃的鼓风干燥箱里烘干10 h后称取干重,统计结果[5-6]。

  2 结果与分析

  2.1 不同光质光源的产热和节能性

  LED灯的光照强度大于荧光灯管,产热性均低于常用的荧光灯,并且LED灯的下表温度与架层表面的温差小而稳定,常用光源荧光灯下的温差大;LED灯的能耗均低于荧光灯,具有明显的节能性能。

  由表1可知,6种不同的光源中,4种LED灯的光照强度均高于2种荧光灯;灯管下表面所测得的温度为2种荧光灯高于4种LED灯3~5℃,而几种LED灯之间的温差很。2种荧光灯之间的温差也很小;灯管上表面所测得温度仍为荧光灯高于LED灯,温差为1.2~3.5℃,同样是LED与荧光灯2种类型间温差相对较大而同类型灯管间的温差小;6种不同的灯,其见下面架层表面的温度比较均一,温差很小。

  表1 6种不同光源的光照强度和产热情况

  

 

  由表2可知,LED灯与荧光灯2种类型的灯管之间在价格、使用寿命、功率、耗电量和年费用等方面,均存在很大差异;LED灯的价格和使用寿命远高于荧光灯,分别是荧光灯的5~9倍和3.5倍;LED灯的耗电量和费用远低于荧光灯,是荧光灯的1/3~1/2,则节能性就是荧光灯的2~3倍。

  2.2 不同光质的光源对苗生长量的影响

  从各光源对植物生长量影响或者促进方面来讲,不同强度和光质的光源对矾根酒红、矾根栀子黄、大花萱草组培苗生长的影响不大,不同品种的生长量不同,但各光源之间没有显著差异;不同强度、光质和功率的光源对矾根酒红、矾根栀子黄、大花萱草组培苗的生长具有同样的影响。这样在达到同样生长量的情况下,耗能越小的光源,其促进植物生长的优势越明显。

  由表3、4可知,矾根酒红在光源LED-V3灯下的生长量最大,并且鲜重、干重的结果一致;矾根栀子黄则在光源LED-V2灯下的生长量最大,鲜重、干重结果一致;大花萱草在FLP-40W粗荧光灯下培养的生长量相较最大,略高于其他各光源。但将所有数据经过SPSS系统的Duncan分析法进行方差分析后,结果显示各组数据间无显著性差异,说明不同的光源对矾根和萱草组培苗生长量的影响没有显著性差别。

  表2 6种不同光源的价格、寿命、功率、耗能及年使用费用测算

  

 

  注:年耗电量按每天使用10 h计算;电费按0.8元/(kW·h)计算。

  2.3 LED灯的节能性分析

  若以LED灯的使用寿命7年为一个单位时间,计算LED灯和荧光灯的1支灯在单位时间内的费用情况。由表5可知,使荧光灯的费用远高于LED灯,是荧光灯的1.5~2.0倍。

  表3 矾根2个不同品种在不同光质光源下的生长量测定数据

  

 

  表4 不同光源下大花萱草的干重情况

  

 

  1支LED灯与荧光灯相较,在7年间可节省269~435元。由此可推测,1个有100个培养架(1 200支灯)的组培室,仅培养架提供光照耗电费用每年可节约 4.6万~7.5万元,7年可节省32.2万~52.5万元。若考虑灯管产热降温费用,则LED灯的节能性能更为突出,值得大量推广应用。

  表5 6种不同光源在一个单位时间里所需费用 (元)

  

 

  3 结论与讨论

  随着半导体光源技术的不断进步,LED灯发光强度提高,价格降低,作为密闭式植物工厂中的人工光源取代荧光灯,在植物栽培领域的研究与应用逐渐受到世界各国的广泛关注和重视。但在植物组织培养方面的研究还很欠缺,尤其是对组培苗生长的促进作用方面,还需做更多的研究,为LED灯更广泛地应用于植物组培提供依据。

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