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SpectraPen/PolyPen手持式光谱仪应用案例——培养光源品质检测

SpectraPen/PolyPen手持式光谱仪应用案例——培养光源品质检测

各种类型的光源除了在生活中用于照明,在植物、藻类的科研工作也是广泛应用的重要工具。所以,对植物/藻类培养实验中使用的光源品质进行鉴定,也是必不可少的。

在植物/藻类培养实验中使用的光源,最重要的技术参数是光强和光谱组成。需要注意的是,一般常用的光强参数有3种:

l照度,单位Lux。主要用来衡量光源的照明程度,对植物的光合生理没有明确的相关性。

l辐照度,单位W·m-2,反映接收到的辐射能量,在农学上应用较多。

l光合有效辐射(PAR),也称为光量子密度(PPFD),单位µmol·m-2·s-1。由于植物光合系统对光能的利用就是以光量子为最小单位的,所以这才是植物光合生理研究真正需要的参数。

这3项参数严格来说是不能换算的,这是由于在换算系数随光谱变化而不同。到达地面的太阳光波长大约从300~2600nm,其中对光合作用的有效波长在400~700nm之间。由于绝大部分植物的主要光合色素为叶绿素,因此与叶绿素吸收峰对应的425~490nm蓝光以及610~700nm红光对光合作用贡献率最大,而520~610nm绿光被植物吸收的比率很低。

除了日光外,在植物培养上常用的光源有白炽灯、荧光灯、卤素灯、LED等。除了光强外,其光谱组成也有很大差异。

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不同光源光谱图,上左:太阳光;上中:白炽灯;上右:荧光灯;下左:卤素灯;下中:冷白光LED;下右:暖白光LED

为了检测植物培养光源品质,波兰华沙生命科学大学使用SpectraPen手持式光谱仪检测了晴天、多云、室外、室内、温室等不同条件下的日光光谱,同时检测荧光灯、白炽灯、高压钠灯、汞灯、LED等不同光源及其组合的光谱。

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检测结果表明,白炽灯和高压钠灯都适用于温室补光。但LED在精细培养实验中则具备更高的潜力。一方面LED可以提供各种颜色的光源来进行光质培养实验,这是其他光源都不具备的,比如不同红光+蓝光的配比组合。另一方面,LED的高光强、低产热、高寿命也是其他光源难以企及的。

在这项研究中,研究人员还特意计算了一项参数:红光/远红光比率R/FR。700-800nm的远红光虽然不参与光合合作,但与植物的光形态建成密切相关。红光和远红光通过光敏色素调节多种不同植物生理反应,包括光周期、种子萌发、展叶、下胚轴伸长和脱黄化等。遗憾的是,此项研究中使用的LED光源板技术较为落后,没有配备远红LED光源。

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现在最新的LED技术,已经可以为温室和培养室提供高性能、低成本的大面积补充光照。北京易科泰公司提供的杆式智能LED光源标配高性能5700K冷白LED光源,可定制蓝光、红光、远红光等其他光质。既满足一般培养光照需要,也可同时提供远红光对植物光形态建成进行调节。杆式智能LED光源具备高光强(最大光强2000µmol•m-2•s-1)和高寿命(50000小时),通过光源控制器或电脑软件控制给光制度(光强、时间、调制模式、光谱组成),模块化设计,可根据客户实际需求定制,每一模块均可单独调控。既可用于温室和培养室,也可配合植物高通量表型分析系统联合工作。

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参考文献:

1.闫新房等,2009,LED光源在植物组织培养中的应用,中国农学通报,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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