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一种调控植物生殖发育的光照方法与流程

花匠小妙招
2024-11-02 07:07

本发明涉及植物照明技术领域，具体涉及一种调控植物提前开花缩短种植周期的光环境调控方法。

背景技术：

生殖生长是指植物生长到一定时期后，开始花芽分化，进而开花结果，形成种子的过程。实现这一生命过程的人工调控具有重大意义，特别是农业生产领域，如蔬菜花卉栽培、作物育种，人们可以控制农作物的生长周期，加快果实和种子的形成或控制上市时间，从而产生巨大的经济效益。

植物生长发育的进程除了受自身基因控制外，还受光照、温度、根系养分以及气体环境的影响。植物具有精确感受环境信号的能力，并且体内可以迅速产生生化反应，调节自身的生长状态，从而适应生存环境的改变。光既是植物光合作用的唯一能量来源，又是其生长发育的重要环境信号。光合有效辐射其中波长为610-700nm的红橙光和400-510nm的蓝紫光被植物叶绿素较多地吸收，引起叶绿素a的电荷分离和光化学反应，电子经一系列的载体的传递后用于推动co2的同化，为植物生长提供物质基础。植物还通过几种光受体感受并应答复杂而多样的光环境，如光敏色素、向光素、隐花色素等。这些光受体分别接收光质、光照强度、光周期及光照方向的动态变化信息，经过信号传导后进行选择调控，引起不同的光化学反应，使植物适应光环境的动态变化。随着人工光源的不断发展，人们可以通过调控光照强度、光周期和光谱组成以及光照模式来影响植物的生长发育。在温室和植物工厂的生产中，光被作为一种高效的植物开花、结果的调控因子。

间歇光照作为一种人为制造的特殊的光照形式，对植物生长发育有重要的影响。一些研究发现一定占空比和频率的间隙光可以作为一种信号诱发植物体内一系列的生化反应，从而影响光合机构的能量利用和碳同化过程。王达菲研究发现，脉冲光处理的黄瓜幼苗株高、茎粗、叶面积显著大于连续光；不同频率脉冲光可促进黄瓜幼苗物质积累；不同频率脉冲光可显著增加黄瓜幼苗叶绿素含量。王晓旭等探究了led光源不同频率和占空比对生菜生长及其光合特性的影响，发现在日辐射量相同的情况下，间歇光处理总体上促进了生菜的株高、茎粗和叶面积。olvera-gonzalez等发现0.1、1、100和1khz的脉冲光可以提高番茄叶片的fv′/fm′、npq、φpsii、etr、φco2等叶绿素荧光参数，最终表现为产量的增加和能量利用率提高。相对于连续光照，低频的脉冲光下番茄叶片的光系统ii的光量子效率更高，光合电子传递速率会随着脉冲光频率的提升而降低。dongchen等研究发现使用80％占空比的毫秒级间歇光照射小麦可以实现连续光照的生长效果，同时可以提高光合速率。刘伟等试验发现采用暗期光间断的方式可促进花序原基分化，加速新铁炮百合花序的形成。“cn102124882a凤仙花花期调控方法”于暗期采用间断光照，控制其现蕾期，增加开花数。利用频闪光照或间歇光发生装置来提高植物的生物量也有报道，如“cn207531418u一种基于频闪的植物生长照明装置”、“cn108184300a一种植物生长的照明频闪方法和装置”，“ep1274665a1methodofcultivatingplantandilluminatorforcultivatingplant”。

光既是植物光合作用的唯一能量来源，又是其生长发育的信号，光环境对植物的物质积累和形态发生有至关重要的作用，故探究如何通过光环境调控作物快速生长、抽薹开花和种子形成对于节约栽培时间、提高繁殖效率有重要意义。

综上所述，现有技术中已经具有利用照明频闪方法来提高相应植物的生产质量，例如利用设计的照明装置及频闪方法来动态提供适用于相应植物的生产质量的频闪照明方案，主要是针对自适应调节方法及装置的改进；又例如上述引用的大量参考文献中论述了关于采用不同频率、不同占空比、不同强度的光照对不同类型的植物的生长效果的影响不同，但是上述文献中大多是对于如何提高产量以及提高植物微量元素的含量进行阐述，而如何通过光照控制来缩短植育种周期还没有一个很完善的解决方案。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，需要提供一种调控植物生殖发育的光照方法，实现植物的提前开花接种，能够有效缩短育种周期。

为实现上述目的，本发明以叶菜植物为例，提供了一种缩短蔬菜育种周期的光环境调控方法，包括以下步骤：

(1)育苗期

将种子进行催芽，将发芽后的蔬菜幼苗采用第一led灯进行连续照射，第一led灯其光谱特征为：600-700nm光子数与400-500nm光子数之比为2.0，设置蔬菜幼苗叶片上的ppfd达到150-200μmol/m2/s，控制光照周期为8-12小时，控制温度和相对湿度为15-20℃和90％，控制co2浓度为1000pm。

(2)栽培期

当幼苗达到可定植标准后，将长势优良的苗子进行定植，采用第二led灯进行间歇照射，第二led灯其光谱特征为：600-700nm光子数与400-500nm光子数之比为3.8-3.9，设置蔬菜叶片上的ppfd为200-300μmol/m2/s，该间隙光照的占空比为10-50％，在一个间隙光照周期内光照持续时间为0.1s-10s；通过设置合适的光照周期控制各处理的日累积光照量为8-16mol/m2/d，控制温度和相对湿度为22-23℃和80％，控制co2浓度为1000pm。

区别于现有技术，上述技术方案具有以下有益效果：

1.本发明用于实现蔬菜提前开花结种，同时保证新结种子的发芽率与传统的连续光照发芽率一致。

2.本发明通过对蔬菜育苗期和栽培期所采用的不同光子数分布的led植物灯、不同光照方式(包括连续光照和间歇光照)、不同光照强度等设置，缩短蔬菜育种周期至少20％。

3.本发明在育苗期，对蔬菜幼苗进行连续光照，并控制叶片光照强度ppfd及光照周期；在栽培期，对长势优良的苗子进行间歇光照，同时占空比和一个间隙光照周期内光照持续时间、光照强度ppfd值及光照周期，通过在人工光下蔬菜育种过程中苗期和栽培期不同的光环境参数和光照方式，有效促进了蔬菜由营养生长向生殖生长转换，开花时间提前五分之一以上，采种周期大大缩短。

4.本发明所采用的间歇光不仅蔬菜植株生长发育提供能量，还作为一种信号不断刺激植物的感光受体，诱导植物体产生物质和形态变化其原因可能是光照以明暗交替使得单位时间的光量子密度减小，植物因感受到弱光胁迫，加快营养生长向生殖生长的转变。

具体实施方式

为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例详予说明。

实施例1

(1)育苗期

将生菜种子播种在去离子水浸湿的海绵里，随后将海绵放置在恒温催芽箱中，黑暗环境，设置温度为20℃，相对湿度为90％，催芽24小时后取出。将发芽后的生菜放置育苗架上继续培养，该育苗架层高28cm，采用led灯1进行连续照射，其光谱特征为：600-700nm光子数与400-500nm光子数之比为2.0，叶片冠层光照强度ppfd为150μmol/m2/s，光照周期每天9小时，温度控制在20-22℃，相对湿度80％。co2浓度1000ppm。育苗期每2天浇灌一次营养液，营养液的ec值为0.8-1.2ms/cm，ph为6.0-7.0。

(2)栽培期

播种20天后，将长势优良的生菜苗定植到水培栽培架上，栽培架上设有可调高度的led灯2，该led灯其光谱特征为：600-700nm光子数与400-500nm光子数之比为3.8，采用led灯2进行间歇光照。设置如下处理：

t1:占空比35％间隙光照周期内光照持续时间3s，光照周期21.5小时；

t2:占空比40％间隙光照周期内光照持续时间4s，光照周期20小时；

t3:占空比50％间隙光照周期内光照持续时间1s，光照周期15小时；

t4:占空比75％间隙光照周期内光照持续时间3s，光照周期10小时；

ck:连续光照光照周期7.5小时；

生菜冠层光照强度为200μmol/m2/s，并通过光周期控制各处理的日累积光照量均为8.1mol/m2/d。温度和相对湿度分别控制在22-23℃和80％，co2浓度控制在1000ppm，所用营养液的ec值为1.8-2.0ms/cm，ph为6.0-7.0。

(3)结果与分析

结论：间歇光t1、t2、t3处理与连续光照ck对比，种子发芽率上无显著差异，但可以将采种时间缩短22％。

实施例2

(1)育苗期

将菠菜种子放入55℃温水浸种2小时后于常温下浸种22小时，播种在去离子水浸湿的海绵里，放入恒温催芽箱中，黑暗环境，设置温度为15℃，相对湿度为90％，待大部分种子露芽后取出播种于去离子水浸湿的海绵里，催芽120小时后取出，放置育苗架上继续培养，该育苗架层高28cm，采用led灯1进行连续照射，led灯1其光谱特征为：600-700nm光子数与400-500nm光子数之比为2.0，叶片冠层光照强度ppfd为200μmol/m2/s，光照周期每天12小时，温度控制在18-20℃，相对湿度80％。co2浓度1000ppm。育苗期每2天浇灌一次营养液，营养液的ec值为0.8-1.2ms/cm，ph为6.0-7.0

(2)栽培期

播种15天后，将长势优良的生菜苗定植到水培栽培架上，栽培架上设有可调高度的led灯3，其光谱特征为：600-700nm光子数与400-500nm光子数之比为3.9，采用led灯3进行间歇光照。设置如下处理：

t1:占空比40％间隙光照周期内光照持续时间3s，光照周期22.5小时；

t2:占空比45％间隙光照周期内光照持续时间9s，光照周期20小时；

t3:占空比50％间隙光照周期内光照持续时间1s，光照周期18小时；

t4:占空比75％间隙光照周期内光照持续时间3s，光照周期12小时；

ck:连续光照光照周期9小时；

生菜冠层光照强度为300μmol/m2/s，并通过光周期控制各处理的日累积光照量均为8.1mol/m2/d。温度和相对湿度分别控制在22-23℃和80％，co2浓度控制在1000ppm，所用营养液的ec值为1.8-2.0ms/cm，ph为6.0-7.0。

(3)结果与分析

通过实验对比，得到结论：间歇光t1、t2、t3处理与连续光照ck对比，种子发芽率上无显著差异，但可以将采种时间缩短20％。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。

尽管已经对上述各实施例进行了描述，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改，所以以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。

技术特征：

1.一种调控植物生殖发育的光照方式，其特征在于，在植物生长过程中，至少采用间隙光照方式实现植物提前开花结种，所述间隙光照的占空比为10-50％，在一个间隙光照周期内光照持续时间为0.1s-10s。

2.根据权利要求1所述的调控植物生殖发育的光照方式，其特征在于，在育苗期采用连续光照方式，光环境中光谱特征为：600-700nm光子数与400-500nm光子数之比为2.0。

3.根据权利要求3所述的调控植物生殖发育的光照方式，其特征在于，育苗期光照强度为150-200μmol/m2/s,光照周期为9-12h/d。

4.根据权利要求3所述的调控植物生殖发育的光照方式，其特征在于，育苗期设置蔬菜幼苗叶片上的ppfd达到150-200μmol/m2/s，控制光照周期为8-12小时，控制温度和相对湿度为15-20℃和90％，控制co2浓度为1000pm。

5.根据权利要求1所述的调控植物生殖发育的光照方式，其特征在于，连续光照方式是采用第一led灯进行连续照射。

6.根据权利要求1所述的调控植物生殖发育的光照方式，其特征在于，在栽培期采用间歇光照方式，光环境中光谱特征为：600-700nm光子占比与400-500nm光子占比之比为3.8-3.9。

7.根据权利要求7所述的调控植物生殖发育的光照方式，其特征在于，所述栽培期光照强度为200-300μmol/m2/s,光照周期为8-24h/d。

8.根据权利要求7所述的调控植物生殖发育的光照方式，其特征在于，间歇光照方式是采用第二led灯进行间歇照射。

9.根据权利要求7所述的调控植物生殖发育的光照方式，其特征在于，

栽培期设置蔬菜叶片上的ppfd为200-300μmol/m2/s，该间隙光照的占空比为10-50％，在一个间隙光照周期内光照持续时间为0.1s-10s，控制日累积光照量为8-16mol/m2/d，控制温度和相对湿度为22-23℃和80％，控制co2浓度为1000pm。

技术总结
本发明涉及植物照明技术领域，具体涉及一种调控植物生殖发育的光照方法，将种子进行催芽，将发芽后的蔬菜幼苗采用第一LED植物灯进行连续光照，控制蔬菜幼苗叶片上的PPFD，控制光照量，控制温度和相对湿度，控制CO2浓度；将长势优良的幼苗进行定植，采用第二LED植物灯对幼苗进行间歇光照，控制间歇光的占空比及在一个间隙光照周期内光照持续时间，控制蔬菜叶片上的PPFD，控制光照量，控制温度和相对湿度，控制CO2浓度。本发明通过调控叶菜育种过程中育苗期和栽培期不同的光环境参数和光照方式，有效促进了蔬菜由营养生长向生殖生长转换，开花时间减少五分之一以上，采种周期大大缩短。

技术研发人员：李阳;张森;马健;罗梅秀;查萍
受保护的技术使用者：福建省中科生物股份有限公司
技术研发日：2019.09.25
技术公布日：2019.11.26