[发明专利]用于从胁迫中恢复植物的方法和照射系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过在光合作用的环境中使用人工照射系统，例如，使用布置在温室中、步入式试验室中和生长室中的照射系统来从由例如，光、温度、养料、水、虫害和疾病引发的胁迫中恢复植物的方法。本发明还涉及对应的照射系统、照射系统和计算机程序产品的使用。

发明背景

在例如温室中的人工照明和辅助照明通常涉及刺激植物生长的照射系统的使用，照射系统包括多个高功率光源。可以包括具有不同光谱并且对生长刺激提供不同的影响的不同类型的光源，诸如基于金属卤化物(MH)的光源或基于含高压钠(HPS)的高强度放电(HID)的光源或荧光灯泡或白炽灯泡。

近来，在提高发光二极管(LED)的亮度方面已经取得了很大的进步。因此，LED已变得足够明亮和便宜，从而还用作例如温室环境中的人工照明，此外还提供发射具有可调节颜色(光谱)的光的可能性。通过混合不同显色的LED，可产生任何数量的颜色。可调节颜色的照明系统通常包括一些主要的颜色，例如，三原色的红、绿和蓝。所产生的光的颜色由所使用的LED以及混合比例确定。通过使用LED，降低能量消耗是可能的，降低能量是非常符合当前环境趋势的要求。此外，使用基于LED的照射系统最小化光源所产生的热量，这特别适合于期望温度控制的环境。

如本领域技术人员所知，光给光合作用提供能量，但是当光吸收比率超出叶绿体内能量使用的比率时，光可能是有破坏性的。光抑制是取决于光的光合效率的下降并且一直与最大光合系统II(PSII)光化学反应效率(F_V/F_M)(Kok 1956,Long等人，1994)有相互关系。起初，人们认为光抑制是高光照现象，但是已显示出光抑制发生在低光照强度下，因此光抑制是所有自然生长环境中的必然事件。实际上，光抑制可以引起不可逆的导致胁迫的损坏，但是其也可以体现可逆的光保护机制。光合作用的恢复动力学是两个阶段的，这两个阶段是独立于蛋白质合成的快阶段(20-60分)和依赖PSII再激活和D1修复循环(Hurry和Huner 1992,Leitsch等人，1994)的较慢阶段(几小时)。光合作用从高光照胁迫中的恢复通常是在“白光“(高压钠(HPS)或荧光灯管)下进行，并且发现在低光照(20-50微摩尔量子(μmol quanta)m^-2s^-1)下最佳(Polle和Melis，1999)。得出的结论是，光照对于从光抑制中完全恢复是必需的，其通过光合作用提供所需的能量。

在自然界中,植物被暴露在不同的并且变化的光质下。例如，植物冠层内和植物冠层下的植物叶子适应昏暗的富远红光(700-800nm)环境并且在光斑期间可以迅速地被暴露于全光谱的饱和光照。在日间范围内，光谱从富含蓝色的晨光转变为午间相等光谱比率的光再转变为晚间富含红色的光(乌鲁斯特岛，瑞典，纬度58°13',2009年12月)(波科尔,未公布的数据)。此外，叶子内的物理层之间的光质不同并且这与随着叶子光质梯度变化的光合能力不同有关(Sun等人，1998；Terashima等人，2009)。

植物形态学和发展中的光形态建成、光谱相关的变化是植物中被最广泛研究的光质现象(Lin和Todo，2005；Thomas，2006；Chory，2010；Quail，2010)。然而，大多数调查光谱的红色和蓝色区域的效应的研究已经示出，光合作用受到光质的影响。由红光和蓝光调节的光合特性包括叶绿素生源论、叶绿体运动、光合系统的化学计量学、气孔打开和导通、光合电子传递以及析氧(Kim等人，1993；Nishio，2000；Frechilla等人，2000；Briggs和Olney 2002；Liscum等人，2005；Pettai等人，2005；Loreto等人，2009)。