基于LED的植物组培光源系统的设计与实现.pdf资源-CSDN文库

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基于 LED 的植物组培光源系统的设计与实现

植物组织培养技术已有近百年历史，通过组织培养技术实现重要经济植物工

厂化生产的研究方兴未艾。光作为植物生长发育过程中的重要环境因子，也是植

物生长的主要能量来源之一。组培室采用人工光源直接给植物补光是促进植物生

长的有效途径，而高效节能地对植物补光的理论依据主要是植物对光的选择性吸

收。近年来，人们一直在努力模拟植物的吸收光谱，以求研制出某种光源，使其

发射光谱最大限度地接近植物的吸收光谱以产生共振吸收，促使光合作用高效进

行。

有关植物组织培养人工光源改进工作主要集中在研发较低散热与较高效率

的人工光源以降低成本，并且符合植物生长所需。目前，植物组培所采用的人工

光源主要是白炽灯、日光灯、钠灯、高压汞灯等，但这些人工光源的发射光谱不

能很好地满足植物生长对光的选择性需求，补光效率低，灯管的寿命与发光效率

均不够理想，灯管发热需大量耗电，以致整体耗电成本颇高，能耗费用占全部运

行成本的 50%～60%。与传统人工光源相比，LED 具有可调整光强及光谱、冷却负

荷低、电光转换效率高、体积小、寿命长、使用直流电及可设定特定波长、波长

固定等特点，且环保性能佳，对于植物组培是一种非常适合的人工光源。

使用红光与蓝光高亮度 LED 建立可调整光量、光谱、给光频率与工作比的人

工光源，需要提供连续无闪烁的光或高频闪烁的光。国外和国内利用 LED 光源的

初步研究已证实利用 LED 光源作为温室人工光源能够有效提高植物的生长量和

品质。本文以 LED 为基础，设计和开发了植物组培光源系统，并且以珍稀药用植

物铁皮石斛为试验材料，对基于 LED 的植物组培系统的实现进行了验证，取得了

令人满意的结果。

光源系统设计

1、LED 光源系统的特点

随着 LED 的技术进步，其在各种领域的研究逐渐开展起来。发达国家在这方

面的研究工作起步较早，美国、日本、荷兰、俄罗斯等发达国家走在了该领域的

前列。美国 Bula 于 1991 年首先使用高亮度 LED 在太空农业的应用研究，开创了

LED 等在农业方面的应用[4]；1993 年日本 Nichia 公司发明了蓝光 LED 后，

Okamoto 于 1996 年使用高亮度红光 LED 与蓝光 LED，在蓝、红光量子数的比例（B/R）

为 1：2 时可培育正常的莴苣[5]。从以上研究结果看，与传统光源相比[9，10]，

无论从发光效率，还是光的利用率以及光的可调控性来说，LED 灯在温室人造光

源的应用中显示出无可比拟的优势。LED 光源系统的特点主要包括以下几个方面：

（1）发光效率高日光灯为低压水银荧光灯，它是典型的热阴极弧光放电型

低压汞灯。日光灯的发光效率理论值是 20.15%，是白炽灯的 2 倍多。高压钠灯

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