[发明专利]太阳光的采收、传输、光谱更变和向植物的被遮蔽区域的递送

说明书

一种光采收器或收集器从邻近生长中植物的未遮蔽位置收集太阳辐射。所述光采收器可以是成像式(例如，抛物面反射器)或非成像式(例如，复合抛物面集中器)。所集中的太阳辐射投射到光传输器中，所述光传输器将所述光传导穿过所述植物的外冠层并传导至内冠层中到达漫射器，该漫射器使所述光弥散并重新辐射到所述内冠层中。漫射光将所述植物的非生产性潜在无叶区转化为生产性区，以使得地表的单位体积可以生产出更多的果实。所述系统可以阻止向所述内冠层中的红外传输，以使得所述内冠层区不变热并且使得因蒸腾作用而损失的水量减少。所述系统还可以更变其他光谱成分以影响植物发育以及控制病虫害。

本申请是申请日为2014年12月30日、申请号为201480076560.3、 发明名称为“太阳光的采收、传输、光谱更变和向植物的被遮蔽区 域的递送”的中国专利申请(PCT申请号为PCT/US2014/072837)的分 案申请。

在先申请的交叉引用

本发明基于2013年12月31日提交的美国临时专利号 61/922,317，并且要求其优先权。

发明背景

发明领域

本发明涉及一种用于通过对光进行采收、隧送、更变 (modify)并且将光递送至植物的被遮蔽区域来改善植物的生长和 生产率的装置。

背景说明

众所周知，包括生长、开花和结果在内的植物发育取决于光能 并且受其调节。太阳辐射为光合作用提供能量，通过光合作用这一 过程将大气碳“固化”到糖分子中从而为绿色植物以及地球上几乎所 有生命提供基本化学结构单元。另外，在对在植物内如何以及何处 使用光合产物的自然调节中以及在对所有光形态建成 (photomorphogenetic)过程和光周期相关过程的调节中涉及到光。 植物可以感测到光的质量(即，颜色)、数量和方向并且使用此类 信息作为优化其生长和发育的信号。这包括各种“蓝光”响应，所述 “蓝光”响应可能取决于UVA和UVB紫外波长以及传统的“蓝”波 长。这些调节过程涉及若干光受体系统的共同作用，所述光受体系 统负责检测太阳光谱的特定部分，包括远红(FR)光和红(R) 光、蓝光以及紫外(UV)光。激活的光受体启动信号转导通路，所 述信号转导通路导致形态过程和发育过程(Warrington和Mitchell， 41；Briggs和Lin，12；Kasperbauer，23)。光合有效辐射(PAR， photosynthetically active radiation)的范围在400-700nm之间，这是 因为叶绿体内的叶绿素蛋白复合体吸收光谱中的蓝色部分以及红色 部分。然而，叶绿素几乎不吸收光谱的绿色部分，当然，这就是为 什么光合作用的植物通常呈现绿色。

通常而言，低光强度至中等光强度足以驱动光形态建成过程以 及光周期过程，而对于光合作用，太阳光能的总量是支配植物生产 率的主要因素。即使在阳光充足的气候里，光常常也是农业生产的 限制因素。农作物的叶片所截获的光越多，那些作物的生产率就越 高。换句话说，植物的光合能力常常不因可用的太阳能而饱和。通 常而言，植物的叶绿体适应于可用太阳能的量。暴露于最大水平的 光的叶片中的叶绿体的光合作用将仅在高光通量下饱和。然而，植 物的所有叶片无法全都暴露于最大太阳辐射，这是因为叶片排列形 成“冠层”，在“冠层”中外部叶片彼此几乎不会造成互相遮蔽。一些 光，大多为散射部分，在外部叶片之间穿过，以被内部叶片吸收。 这些内部叶片通常接收到较低水平的太阳辐射并且将在不足以使外 部叶片饱和的光通量下饱和，这是因为它们的叶绿体适应于低光照 条件，从而在较低的光通量下饱和。