SpectraPen/PolyPen手持式光譜儀應用案例——培養(yǎng)光源品質檢測

各種類型的光源除了在生活中用于照明，在植物、藻類的科研工作也是廣泛應用的重要工具。所以，對植物/藻類培養(yǎng)實驗中使用的光源品質進行鑒定，也是必不可少的。
 

在植物/藻類培養(yǎng)實驗中使用的光源，最重要的技術參數(shù)是光強和光譜組成。需要注意的是，一般常用的光強參數(shù)有3種：
 

l照度，單位Lux。主要用來衡量光源的照明程度，對植物的光合生理沒有明確的相關性。

l輻照度，單位W·m-2，反映接收到的輻射能量，在農學上應用較多。

l光合有效輻射（PAR），也稱為光量子密度（PPFD），單位µmol·m-2·s-1。由于植物光合系統(tǒng)對光能的利用就是以光量子為最小單位的，所以這才是植物光合生理研究真正需要的參數(shù)。
 

這3項參數(shù)嚴格來說是不能換算的，這是由于在換算系數(shù)隨光譜變化而不同。到達地面的太陽光波長大約從300～2600nm，其中對光合作用的有效波長在400～700nm之間。由于絕大部分植物的主要光合色素為葉綠素，因此與葉綠素吸收峰對應的425～490nm藍光以及610～700nm紅光對光合作用貢獻率最大，而520～610nm綠光被植物吸收的比率很低。
 

除了日光外，在植物培養(yǎng)上常用的光源有白熾燈、熒光燈、鹵素燈、LED等。除了光強外，其光譜組成也有很大差異。

不同光源光譜圖，上左：太陽光；上中：白熾燈；上右：熒光燈；下左：鹵素燈；下中：冷白光LED；下右：暖白光LED

為了檢測植物培養(yǎng)光源品質，波蘭華沙生命科學大學使用SpectraPen手持式光譜儀檢測了晴天、多云、室外、室內、溫室等不同條件下的日光光譜，同時檢測熒光燈、白熾燈、高壓鈉燈、汞燈、LED等不同光源及其組合的光譜。

檢測結果表明，白熾燈和高壓鈉燈都適用于溫室補光。但LED在精細培養(yǎng)實驗中則具備更高的潛力。一方面LED可以提供各種顏色的光源來進行光質培養(yǎng)實驗，這是其他光源都不具備的，比如不同紅光+藍光的配比組合。另一方面，LED的高光強、低產(chǎn)熱、高壽命也是其他光源難以企及的。
 

在這項研究中，研究人員還特意計算了一項參數(shù):紅光/遠紅光比率R/FR。700-800nm的遠紅光雖然不參與光合合作，但與植物的光形態(tài)建成密切相關。紅光和遠紅光通過光敏色素調節(jié)多種不同植物生理反應，包括光周期、種子萌發(fā)、展葉、下胚軸伸長和脫黃化等。遺憾的是，此項研究中使用的LED光源板技術較為落后，沒有配備遠紅LED光源。
 

現(xiàn)在最新的LED技術，已經(jīng)可以為溫室和培養(yǎng)室提供高性能、低成本的大面積補充光照。北京易科泰公司提供的桿式智能LED光源標配高性能5700K冷白LED光源，可定制藍光、紅光、遠紅光等其他光質。既滿足一般培養(yǎng)光照需要，也可同時提供遠紅光對植物光形態(tài)建成進行調節(jié)。桿式智能LED光源具備高光強（最大光強2000µmol•m-2•s-1）和高壽命（50000小時），通過光源控制器或電腦軟件控制給光制度（光強、時間、調制模式、光譜組成），模塊化設計，可根據(jù)客戶實際需求定制，每一模塊均可單獨調控。既可用于溫室和培養(yǎng)室，也可配合植物高通量表型分析系統(tǒng)聯(lián)合工作。
 

參考文獻：

1.閆新房等，2009，LED光源在植物組織培養(yǎng)中的應用，中國農學通報，12：42-45

2.Dąbrowski P, et al. 2015. Measuring light spectrum as a main indicator of artificial sources quality. Journal of Coastal Life Medicine 3(5): 398-404

3.Jaillais Y, et. al, 2010, Unraveling the paradoxes of plant hormone signaling integration, Nature Structural & Molecular Biology, 17:642–645

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