[发明专利]用于暗生长箱的植物照明装置和方法

说明书

本发明涉及用于暗生长箱的植物照明装置和方法。本发明还涉及一种产生供植物栽培用的人造光的改良方法。更具体而言，本发明涉及一种具有半导体光发射方案的照明装置及适用于温室和/或暗生长箱环境中植物栽培的装置。认为本发明的最佳模式为具有LED的照明装置，其在暗生长箱中产生与光合作用有效辐射(PAR)光谱类似的发射光谱。本发明的方法及配置允许对植物(310、311)栽培中所用光的发射光谱进行更精确光谱调谐。因此，本发明实现在植物生长的光形态形成控制方面的出乎意外的改良及在植物生产(尤其在暗生长箱，诸如地下室中)方面的进一步改良。

本申请是国际申请日2012年2月8日、国际申请号PCT/FI2012/050119于2013年9月10日进入中国国家阶段、申请号201280012637.1、发明名称“用于暗生长箱的植物照明装置和方法”的申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种产生供植物栽培用的人造光的改良方法。更具体而言，本发明涉及一种具有适用于温室环境中植物栽培的半导体光发射方案的照明装置。

背景技术

仅约50％到达地面的辐射为光合作用有效辐射(PAR)。PAR被解释为包含介于电磁波谱300nm与800nm之间的波长范围。光合作用以及光周期性、向光性及光形态形成是与辐射与植物之间相互作用有关的四个代表性过程。以下表达式示出光合作用的简化的化学方程式：

6H₂O+6CO₂(+光子能)→C₆H₁₂O₆+6O₂。

图1A中示出了最常见光合及光形态形成感光器(诸如叶绿素a(chlorophyll a)、叶绿素b(chlorophyll b)及β胡萝卜素(betacarotene)以及植物色素(phytochrome)的两种可互相转换的形式(Pfr及Pr))的典型吸收光谱。

与光合作用相反，光形态形成反应可以极低的光量达成。不同类型的光合及光形态形成感光器可分为至少三组已知光系统：光合、植物色素及隐花色素(cryptochrome)或蓝/UV-A(紫外线A)。

在光合光系统中，存在的色素为叶绿素及类胡萝卜素(carotenoid)。叶绿素位于处于植物叶叶肉细胞中的叶绿体的类囊体中。辐射的数量或能量为最显著方面，因为这些色素的活性与光采集紧密相关。叶绿素的两个最主要的吸收峰分别位于625nm至675nm及425nm至475nm的红区及蓝区中。另外，也存在近UV区(300nm至400nm)及远红外区(700nm至800nm)处的其他局部峰。类胡萝卜素(诸如叶黄素(xanthophyll)及胡萝卜素)位于植物细胞上的有色体质体细胞器中且主要在蓝区中吸收。

植物色素光系统包括植物色素的两种可互相转换的形式Pr及Pfr，其分别在660nm下红光及730nm下远红外光中具有其敏感峰。由植物色素介导的光形态形成反应通常与经由红光(R)/远红外光(FR)比率(R/FR)感测光品质有关。植物色素的重要性可通过其所涉及的不同生理性反应(诸如展叶、相邻感知(neighbour perception)、避荫、茎伸长、种子发芽及开花诱导)来评估。尽管避荫反应通常由植物色素经感测R/FR比率来控制，然而蓝光及PAR水平也与相关适应性形态反应有关。

蓝光及UV-A(紫外线A)敏感性感光器可见于隐花色素光系统。吸收蓝光的色素包括隐花色素及向光素(phototropin)两者。它们涉及数种不同任务，诸如监测光的品质、数量、方向及周期性。蓝光及UV-A敏感性感光器的不同群组介导重要形态学反应，诸如内源性节律、器官定向、茎伸长及气孔开放、发芽、展叶、根生长及向光性。向光素调节色素含量以及光合器官及细胞器的定位以便优化光采集及光抑制。如同曝露于连续远红外辐射一样，蓝光也经由隐花色素感光器的介导而促进开花。此外，蓝光敏感性感光器(例如黄素(flavin)及类胡萝卜素)也对近紫外线辐射敏感，其中在约370nm下可发现局部敏感峰。