植物个性化生长光控套餐的定制

李澍源，冯奇杰，余文泉，林寿英

（福建农林大学 机电工程学院，福建 福州 350002）

植物个性化生长光控套餐的定制

李澍源，冯奇杰，余文泉，林寿英

（福建农林大学 机电工程学院，福建 福州 350002）

文章主要介绍根据不同植物生长特性，并结合植物中不同光受体对于不同类型光线的吸收对植物内部生长发育产生的影响，给植物制定一个适合自己的光套餐。由于植物有向光性，可以通过在植物不同部位照射不同强度的光，通过光控来让植物生长成人们所需的造型，称其为植物生长的光雕刻技术。

光受体；光套餐；向光性；光雕刻

现代农业的不断发展以及科学技术水平的提升，人们在生活水平提高的前提下更加注重个人身体健康的发展，植物如何更加健康、茁壮地生长也受到人们的关注。在健康产品不断涌现的当代，一个问题不仅引发人们的思考，植物的生长是否也能够给其一套适合其发展的健康套餐，像人们注重更好、更均衡的体质发展一样。并且在人们给植株设定这样一个健康套餐，让植物能够按照自己需要进行健康生长。

光合作用是植物生长的基础，植物应该得到充足的光照才能更好地进行光合作用，同时由于植株叶片的正面含有叶绿体比其反面更多故正面应该得到更多的光照。所以说在充足的光照条件下让植株正面能得到充分的光照，这样会使植物能够更好地生长。基于此，对植株体内各种光受体进行探究，分析不同的光受体在吸收不同种类的光线后对植物生长机制的影响，这样就能根据不同植物在一天之中给予不同光线一定时段的照射，让他们有天然的营养光套餐，能够更好发育生长并为人类所利用。

国外的Yorio通过LED对植物进行照射研究发现，用90%红光LED+10%蓝光LED作为菠菜、萝卜和生菜补充照明，能够显著促进其生长发育；Heo等研究发现用红光+蓝光LED作为仙客来的补充光照，可诱导其开花，进行10h光周期后，仙客来的开花数和花芽数最高；用单独的红光或蓝光LED照射调控了花梗长度和花期，降低了成花反应。我国侯红英用不同光质对油菜、小白菜、番茄进行补光栽培实验，认为蓝光能够使植株苗更粗壮；红光能够极大地促进植株光合产物的积累，表现为植株的株高和鲜质量明显提高。

1 光受体的探究分析

（1）植物的光合作用。植物与动物不同，它们没有消化系统，因此它们必须依靠其他的方式来进行营养的摄取，植物就是所谓自养生物的一种。对于绿色植物来说，在阳光充足的白天它们利用太阳光能来进行光合作用，以获得生长发育必需的养分；但是在光照强度太强的时候植株的气孔会关闭，导致光合作用强度减弱。整个光合作用的关键参与者是植物内部的叶绿体，叶绿体在阳光的作用下，把经由气孔进入叶子内部的二氧化碳和由根部吸收的水转变成为淀粉等物质，同时释放氧气。

（2）植物的光受体。光受体是从环境中吸收光能转变成其他能量形式，在生物体内完成一定功能的物质之总称。光受体包括了叶绿素、细胞色素、光敏色素等，不同的光受体可以对不同的光信号进行察觉。植物体内存在光敏素、隐花色素、紫外光受体三类不同光受体，这三类光受体可以感知不同的光信号，从而对植物的生长发育产生影响。

文章介绍两种光受体来说明其对某一特殊光源的反应，以此说明如何用特定光对植物产生生理影响，从而应用此特点为植物制定适合自己生长的光套餐。对光敏色素来说，其本质就是一种易溶于水的色素蛋白质，在植物体内有两种类型的光敏色素，分别为红光吸收型和远红光吸收型，两者存在不同的光学特性。波长为660nm的光段为红光吸收型（Pr）的吸收高峰，而730nm为远红光吸收型（Pfr）的吸收高峰。光敏色素分布在植物各个器官中，黄化幼苗的光敏色素含量比绿色幼苗多20～100倍。一般来说，蛋白质丰富的分生组织中含有较多的光敏色素。在细胞中，胞质溶液和细胞核中都有光敏色素。而隐花色素是指能够感受蓝光和近紫外光区域的一种光受体，它又称蓝光受体，隐花色素广泛存在于植物体内，它和光敏色素一起调节植物的去黄化反应、光周期反应和光形态建成等反应，并且对提高向光性的弯曲角度起重要作用。由于隐花色素作用光谱的最高峰处在蓝光区，所以常把隐花色素引起的反应简称为蓝光效应。

2 对植物生长定制特定光套餐的设想

植物体内光敏色素的含量很微少，只吸收红光的Pr，另一种主要吸收远红光的Pfr。我们可以把光敏色素比作为植物细胞中的一种光分子光开关，红光使它打开引发各种生理学反应，而远红光使它关闭抑制这些反应。而隐花色素属于可溶性蛋白，它位于细胞核内，其主要作用是抑制幼嫩茎的生长，促进花青素的合成并诱导气孔的开发和调节基因的表达。像诸如此类的光受体如紫外光受体、向光色素等等都有各自的功能，并且这些光受体都有相互作用。所以可以做出设想如果能适当调节各种光的比例以及照射时间，可以使充分利用这些光受体来影响植物生长，使其生长得更加健康、形态也更加完美。

日常通过修剪叶片或者将植株生长过程中对树枝枝干进行捆绑使其朝某个方向生长，其目的是为了让植物可以有个娇美的形状作为盆景。对树枝叶片的修建以及在植株上在固定支架使其强制向某些方向生长，这样虽然可以让植株按照预定姿态生长，但可能影响植物正常的发育。植物具有向光性这是由于植物内部的向光色素所控制调节的，向光色素会因向光性弯曲和叶绿体在细胞内运动。光强会影响生长素的移动和分布，即在芽苗或茎尖接受光照比较强的一侧组织中的生长素会向受到光照比较弱的一侧移动，其结果就是向光侧细胞中生长素含量要少于背光侧细胞中的生长素含量；所以芽苗或茎尖背光一侧细胞的生长要快于向光一侧的生长。

并且可以再做一个设想，是否能够通过植物向光性这个特点来对整个植株不同部位照射密集的光束，但是这些密集的光束强度是有所不同的，这些光束是以红、蓝、绿为一组均匀分布在半球形状的外壳内部，除了土中的根系外整个植株被这个外壳罩住。利用单片机实现多路不同颜色的光束强度的控制，每一路光强大小通过PWM进行调控，依照不同部位不同光照强度的照射来实现植物不同部位生长方向的不同，定义其为植物的光雕刻技术。依照人们对于植株外形的需求，可以通过所定义的光雕刻技术来控制植物生长姿态的形成。这样利用植物的趋光生长特性就能让植株按照人们自己所需的生长姿态进行生长，以一种天然的形式来形成特定的植物生长姿态。

3 结语

在诸多影响植物生长发育的环境因子中，光照起到了至关重要的作用。植物生长所需能量的来源，植物的生长发育、开花结果是通过光合作用、光形态建成、光周期调节来完成的，这些过程都需要光的参与和作用。如何能更好地利用不同波段的光以影响植物内部的光受体，进而使植株激发内部潜质使其拥来更健康的生长状态，这也是未来值得人们不断去探究的问题。光雕刻技术能很好地实现植物生长的光套餐定制，使植株获得所需的光照并且能按照生长姿态的需求进行生长。

［1］王淑凡.LED光质对植物生长特性影响及光源优化设计［D］.天津：天津工业大学，2013.

［2］童哲.植物怎么样利用光信号［J］.科技博览，2008，（7）.

Customization of Plant Personalized Light Control Package

LI Shu-yuan，FENG Qi-jie，YU Wen-quan，LIN Shou-ying
（College of Mechanical and Electrical Engineering，Fujian Agriculture and Forestry University，Fuzhou，Fujian 350002，China）

Thispapermainlyintroducestheeffectsofdifferentlightreceptorsonthegrowthanddevelopmentofplantsindifferenttypes of light，which are suitable for their own light packages.As the plants have phototropism，people can make plants grow into thewantedshapebyirradiatingdifferentintensityoflightondifferentpartsoftheplant，whichiscalledlightcarvingtechnology.

light receptor;light package；to light；light carving

Q945.3

A

2095-980X（2017）02-0175-02

2017-02-15

李澍源（1991-），男，福建福州人，硕士研究生，主要研究方向：农业电气化与自动化。

林寿英，女，副教授，研究生导师，主要研究方向：自动控制和应用电子研究。