植物生長箱培養條件的選擇

▲ 植物生長箱及步入式植物生長室的多種用途

在選擇植物生長箱和步入式植物生長室時，溫度和光照基本上是首要考慮的必要條件，然后是濕度和CO2等。以下主要介紹植物生長箱和步入式植物生長室溫度性能的選擇，以及幾種常見的植物生長燈光源。

▲ 植物光合作用和Aralab簡便人性化的參數控制面板

▌ 溫度：

不同植物自有其生長適宜的溫度。想要在實驗室植物生長箱中模擬植物生長所需的溫度，是簡單的又是復雜的。簡單是因為植物有其最適宜的生長溫度，將植物生長箱設定為這一溫度值即可，會較快的促進植物生長。

復雜主要是因為:

（一）溫度控制并不是線性的，當下比較主流的兩種溫度控制方式為比例積分微分和模糊邏輯控制原理。如果要真正精確地模擬自然的溫度條件，溫度的精度及均勻性是必須要考慮的。例如在某一時間段設定溫度為20℃，其溫度值不可能會完全穩定在20℃，肯定會有一定的溫度波動，而波動的大小則決定了溫度的精度。比如波動+/-0.5℃，即溫度的范圍為19.5℃~20.5℃；和波動+/-1℃，即溫度的范圍為19℃~21℃，則代表了植物生長箱性能和控制能力的不同。又比如，在某一時間段設定溫度為20℃和光照強度為250 µmoles/m²s。但是發現培養一段時間后，擱板不同位置的植物生長情況不一，可能是外面靠門的植株較高、枝葉很綠；而里面的植株較矮、枝葉發黃。當然這與光照的分布有很大關系，另外溫度的不均勻性也會在一定程度上產生較大影響。比如均勻性+/-1℃，即某一時間點，擱板不同位置溫度的范圍為19℃~21℃；和均勻性+/-2℃，即溫度的范圍為18℃~22℃，則代表了植物生長箱性能和控制能力的不同。

（二）植物的生長環境都有一定的規律，除了春夏秋冬四季和各個氣候帶之分，每天24小時的溫濕度也是在不斷變化的，比如早上6點時5℃，中午12點時30℃，晚上8點時10℃。如何更準確地模擬一天24小時植物生長環境的溫度變化呢？這需要植物生長箱具有較強大的控制能力，可以模擬不同時間段的溫度。更強大的功能則是溫度均勻增加或減少的功能，因為自然環境中溫度的升高或降低是連續的、較均勻的。

1）光學系統，用光照度(lux)來度量，這種系統是以人眼對亮度的響應特征為基礎的；
2）能量學系統，用某一特征波長范圍內即光合有效波段內的輻射通量密度(Wm-2)來度量；
3）量子學系統，用光量子通量密度(µmoles/m²/s)來度量，太陽直接輻射光量子通量的氣候學計算方法。

所以一般照明燈具的光照度的單位使用的是Lux，而植物生長燈光照強度通常使用的是µmoles/m²/s這一單位。

以下介紹幾種常見的植物生長燈種類：

▲ 一種冷白熒光燈的光譜圖和應用

3、LED燈：其中使用最廣泛的是白色LED燈，用于模擬太陽光照。相對于熒光燈，白色LED燈具有更全的光譜范圍，且發熱量更小，光照強度也要高一些，組合可達到200~1000µmoles/m²s甚至更高的光照強度。此外，白色LED燈的能耗僅為白熾燈的1/10，壽命可達5萬小時以上，抗震性也較好，而且不含鉛汞等，綠色環保。

▲ 一種白色LED燈光譜圖和應用

當前的技術可以使LED燈發出白、紅、黃、藍、綠、青、橙、紫等多種顏色。而在植物培養領域使用的除了白色，還有紅、綠、藍和遠紅等LED光源。其中：

▲ 白、紅、藍三色光植物生長箱

▲ 白色Valoya LED燈

Valoya LED研發了不同的光譜配方種類，適用于不同的植物生長應用。如AP67光譜配方：促進植物成長與開花；AP673L：促進植物生長發育；G2/NS1/NS12：增進春化作用過程；Valoya BIOMASS：用來促進大麻種植時生物質的產出；Valoya Canna+：增加大麻種植時THC的產能。

AP67

AP673L

G2

NS1/NSI2

紫外光

< 400 nm

0%

0%

0%

1% / 0.5%

藍色

400 ~ 500 nm

14%

12%

8%

20% / 21%

綠色

500 ~ 600 nm

16%

19%

2%

39% / 38%

紅色

600 ~ 700 nm

53%

61%

65%

35% / 35%

遠紅光

700 ~ 800 nm

17%

8%

25%

5% / 6%

PAR

400 ~ 700 nm

83%

92%

75%

94% / 94%

▲ 一種Valoya LED燈及其光譜圖

5、陶瓷金鹵燈：比傳統鹵素燈光效高30%以上，壽命可達20000小時，光衰慢，照明效果持久。與高壓鈉燈相比節能10%，比傳統鹵素燈節能70%，比汞燈節能150%。具有更高的光照強度600~1100 µmoles/m²s，發熱量也較大，需安裝在單獨冷卻的玻璃燈罩內，由獨立通風口排除熱量，以保證生長區域氣候條件穩定。適合小麥、玉米、水稻、棉花、大豆、咖啡、軟木等各種常見的需要高光強的大型植物。

▲ HeliospectraRX30 可調光譜LED燈及其光譜圖

▌ 光照強度調節：

不同種類的植物生長燈，除了光源種類、色溫和顏色不同之外，光照強度的調節能力也不同?，F階段燈管光照強度的調節，基本上可以達到1%的步調能力，像熒光燈和LED燈可以在10%~100%范圍內調節光強，陶瓷金鹵燈可以在30%~100%范圍內調節。這樣可以使一臺植物生長箱滿足不同的需求，實現一機多用和更高的使用率。例如，一臺植物生長箱的最大光強為600 +/-10% µmoles/m²s，光照強度可以按1%步調，當光照強度調節為30%~50%左右時，可以用于組織培養、擬南芥研究等；當光照強度調節為100%左右時，可以用于需要更高光照強度的植物的培養。當然這與植物生長箱的性能和控制能力有直接關系，有的植物生長箱光照控制只能開和關，有的只能進行3級或5級控制。

如果想要更加準確地模擬自然環境光照的變化，同溫度控制類似，植物生長箱需要具備光照強度均勻增大或減小的功能，因為自然環境中溫度的升高或降低是連續的、較均勻的。這種控制能力使得研究人員可以為植物生長箱設計更加復雜的程序，不僅可以模擬春夏秋冬四季和各個氣候帶，還可以模擬每天24小時不同時間點的光照強度。