Hoʻolauna

He kuleana koʻikoʻi ko ka mālamalama i ke kaʻina hana o ka ulu ʻana o nā mea kanu. ʻO ia ka mea hoʻomomona maikaʻi loa e hoʻolaha i ka omo ʻana o ka chlorophyll o nā mea kanu a me ka omo ʻana o nā ʻano ulu like ʻole e like me ka carotene. Eia nō naʻe, ʻo ka mea hoʻoholo e hoʻoholo ai i ka ulu ʻana o nā mea kanu he mea nui ia, ʻaʻole wale e pili ana i ka mālamalama, akā, ʻaʻole hoʻi e hiki ke hoʻokaʻawale ʻia mai ke ʻano o ka wai, ka lepo a me ka mea hoʻomomona, nā kūlana o ke kaiapuni ulu a me ka kaohi loea piha.

I loko o nā makahiki ʻelua a ʻekolu paha i hala iho nei, ua nui nā hōʻike e pili ana i ka hoʻohana ʻana o ka ʻenehana kukui semiconductor e pili ana i nā hale hana mea kanu ʻekolu-dimensional a i ʻole ka ulu ʻana o nā mea kanu. Akā ma hope o ka heluhelu pono ʻana, aia mau kekahi manaʻo hopohopo. Ma ke ʻano laulā, ʻaʻohe maopopo maoli i ke kuleana o ka mālamalama i ka ulu ʻana o nā mea kanu.

ʻO ka mea mua, e hoʻomaopopo kākou i ke ʻano o ka spectrum o ka lā, e like me ka mea i hōʻike ʻia ma ke Kiʻi 1. Hiki ke ʻike ʻia he spectrum hoʻomau ka spectrum solar, kahi i ʻoi aku ka ikaika o ka spectrum polū a me ka ʻōmaʻomaʻo ma mua o ka spectrum ʻulaʻula, a ʻo ke ʻano o ka spectrum kukui ʻike ʻia mai 380 a 780 nm. Pili ka ulu ʻana o nā meaola i ke ʻano i ka ikaika o ka spectrum. No ka laʻana, ʻo ka hapa nui o nā mea kanu ma kahi kokoke i ka equator e ulu wikiwiki loa, a i ka manawa like, ʻoi aku ka nui o ko lākou ulu ʻana. Akā, ʻaʻole maikaʻi mau ka ikaika kiʻekiʻe o ka hoʻomālamalama ʻana o ka lā, a aia kekahi ʻano o ke koho ʻana no ka ulu ʻana o nā holoholona a me nā mea kanu.

Kiʻi 1, Nā ʻano o ka spectrum o ka lā a me kona spectrum mālamalama ʻike ʻia

ʻO ka lua, ua hōʻike ʻia ka kiʻikuhi spectrum ʻelua o kekahi mau mea omo koʻikoʻi o ka ulu ʻana o nā mea kanu ma ke Kiʻi 2.

Kiʻi 2, Nā spectra omo o kekahi mau auxins i ka ulu ʻana o nā mea kanu

Hiki ke ʻike ʻia mai ke Kiʻi 2 he ʻokoʻa loa nā spectra omo mālamalama o kekahi mau auxins koʻikoʻi e hoʻopilikia i ka ulu ʻana o nā mea kanu. No laila, ʻaʻole maʻalahi ka hoʻohana ʻana i nā kukui ulu mea kanu LED, akā he mea kikoʻī loa ia. Maanei pono e hoʻolauna i nā manaʻo o nā mea ulu mea kanu photosynthetic koʻikoʻi ʻelua.

• Kloropila

ʻO Chlorophyll kekahi o nā pigment koʻikoʻi e pili ana i ka photosynthesis. Aia ia i loko o nā meaola āpau e hiki ke hana i ka photosynthesis, me nā mea kanu ʻōmaʻomaʻo, nā algae polū-ʻōmaʻomaʻo prokaryotic (cyanobacteria) a me nā algae eukaryotic. Hoʻopili ʻo Chlorophyll i ka ikehu mai ka mālamalama, a laila hoʻohana ʻia e hoʻololi i ke kalapona dioxide i nā kalapona.

ʻO ka chlorophyll a ka mea nui e omo i ke kukui ʻulaʻula, a ʻo ka chlorophyll b ka mea nui e omo i ke kukui polū-violet, ʻo ia hoʻi e hoʻokaʻawale i nā mea kanu malu mai nā mea kanu lā. He liʻiliʻi ka lakio o ka chlorophyll b i ka chlorophyll a o nā mea kanu malu, no laila hiki i nā mea kanu malu ke hoʻohana ikaika i ke kukui polū a hoʻololi i ka ulu ʻana i ka malu. He polū-ʻōmaʻomaʻo ka chlorophyll a, a he melemele-ʻōmaʻomaʻo ka chlorophyll b. Aia ʻelua mau omo ikaika o ka chlorophyll a a me ka chlorophyll b, hoʻokahi ma ka ʻāpana ʻulaʻula me ka nalu o 630-680 nm, a ʻo kekahi ma ka ʻāpana polū-violet me ka nalu o 400-460 nm.

• Nā Carotenoids

ʻO Carotenoids ka huaʻōlelo laulā no kahi papa o nā pigments kūlohelohe koʻikoʻi, i loaʻa pinepine ʻia i nā pigments melemele, ʻalani-ʻulaʻula a ʻulaʻula paha i nā holoholona, ​​​​nā mea kanu kiʻekiʻe, nā fungi, a me nā algae. A hiki i kēia manawa, ua ʻike ʻia ma mua o 600 mau carotenoids kūlohelohe.

ʻO ka omo ʻana o ka māmā o nā carotenoids e uhi ana i ka laulā o OD303 ~ 505 nm, ka mea e hāʻawi ai i ke kala o ka meaʻai a hoʻopilikia i ka ʻai ʻana o ke kino i ka meaʻai. I loko o nā limu, nā mea kanu, a me nā microorganisms, ua uhi ʻia kona kala e ka chlorophyll a ʻaʻole hiki ke ʻike ʻia. I loko o nā cell mea kanu, ʻaʻole wale nā ​​​​carotenoids i hana ʻia e omo a hoʻoili i ka ikehu e kōkua i ka photosynthesis, akā he hana nō hoʻi ia o ka pale ʻana i nā cell mai ka luku ʻia e nā molekala oxygen hoʻopili electron hoʻokahi i hoʻonāukiuki ʻia.

ʻO kekahi mau kuhihewa manaʻo

Me ka nānā ʻole i ka hopena mālama ikehu, ke koho ʻana o ke kukui a me ka hoʻonohonoho ʻana o ke kukui, ua hōʻike mai nā kukui semiconductor i nā pono nui. Eia nō naʻe, mai ka ulu wikiwiki ʻana o nā makahiki ʻelua i hala iho nei, ua ʻike pū mākou i ka nui o nā kuhihewa i ka hoʻolālā a me ka hoʻohana ʻana o ke kukui, kahi i hōʻike nui ʻia ma nā ʻano aʻe.

①Inā hui pū ʻia nā ʻāpana ʻulaʻula a me ka uliuli o kahi nalu i kahi lakio, hiki ke hoʻohana ʻia i ka mahi ʻana i nā mea kanu, no ka laʻana, ʻo ka lakio o ka ʻulaʻula a i ka uliuli he 4:1, 6:1, 9:1 a pēlā aku.

②Inā he kukui keʻokeʻo ia, hiki iā ia ke pani i ka mālamalama o ka lā, e like me ke kukui keʻokeʻo ʻekolu-kumu mua i hoʻohana nui ʻia ma Iapana, a pēlā aku. Loaʻa i ka hoʻohana ʻana o kēia mau spectrums kahi hopena i ka ulu ʻana o nā mea kanu, akā ʻaʻole maikaʻi ka hopena e like me ke kumu kukui i hana ʻia e ka LED.

③Inā hiki i ka PPFD (light quantum flux density), kahi palena koʻikoʻi o ka hoʻomālamalama ʻana, i kahi helu kikoʻī, no ka laʻana, ʻoi aku ka nui o ka PPFD ma mua o 200 μmol·m-2·s-1. Eia nō naʻe, i ka wā e hoʻohana ai i kēia hōʻailona, ​​​​pono ʻoe e makaʻala inā he mea kanu malu a he mea kanu lā paha. Pono ʻoe e nīnau a loaʻa paha i ka wahi saturation compensation light o kēia mau mea kanu, i kapa ʻia hoʻi ʻo ka wahi compensation light. I nā hoʻohana maoli, puhi pinepine ʻia a mae paha nā mea kanu. No laila, pono e hoʻolālā ʻia ka hoʻolālā ʻana o kēia palena e like me nā ʻano mea kanu, ke kaiapuni ulu a me nā kūlana.

E pili ana i ka ʻaoʻao mua, e like me ka mea i hoʻolauna ʻia ma ka hoʻolauna, ʻo ke ʻano o ka spectrum e pono ai no ka ulu ʻana o nā mea kanu he spectrum hoʻomau me kahi laulā hoʻolaha. He mea kūpono ʻole ke hoʻohana ʻana i kahi kumu kukui i hana ʻia me ʻelua mau ʻāpana nalu kikoʻī o ka ʻulaʻula a me ka uliuli me kahi spectrum haiki loa (e like me ka mea i hōʻike ʻia ma ke Kiʻi 3(a)). I nā hoʻokolohua, ua ʻike ʻia he melemele nā ​​​​mea kanu, he māmā loa nā kumu lau, a he lahilahi loa nā kumu lau.

No nā paipu fluorescent me ʻekolu mau kala mua i hoʻohana pinepine ʻia i nā makahiki i hala, ʻoiai ua hoʻohui ʻia ke keʻokeʻo, ua hoʻokaʻawale ʻia nā spectra ʻulaʻula, ʻōmaʻomaʻo, a me ka uliuli (e like me ka mea i hōʻike ʻia ma ke Kiʻi 3(b)), a he haiki loa ka laulā o ka spectrum. He nāwaliwali iki ka ikaika spectral o ka ʻāpana hoʻomau e hiki mai ana, a he nui nō ka mana i hoʻohālikelike ʻia me nā LED, 1.5 a 3 mau manawa o ka hoʻohana ʻana i ka ikehu. No laila, ʻaʻole maikaʻi ka hopena hoʻohana e like me nā kukui LED.

Kiʻi 3, Kukui kukui LED ʻulaʻula a me ka uliuli a me ke kukui fluorescent kala ʻekolu-kumu mua

ʻO PPFD ka māmā quantum flux density, e pili ana i ka radiation effective light flux density o ke kukui i ka photosynthesis, e hōʻike ana i ka huina o ka māmā quanta e kū mai ana ma nā kumu lau mea kanu ma ka laulā wavelength o 400 a 700 nm no kēlā me kēia manawa a me ka ʻāpana. ʻO kona anakahi ʻo μE·m-2·s-1 (μmol·m-2·s-1). ʻO ka photosynthetically active radiation (PAR) e pili ana i ka huina o ka radiation o ka lā me ka wavelength ma ka laulā o 400 a 700 nm. Hiki ke hōʻike ʻia ma o ka māmā quanta a i ʻole ka ikehu radiant.

I ka wā ma mua, ʻo ka ikaika o ke kukui i hōʻike ʻia e ka illuminometer he ʻōlinolino ia, akā loli ke ʻano o ka ulu ʻana o nā mea kanu ma muli o ke kiʻekiʻe o ke kukui mai ka mea kanu, ka uhi ʻana o ke kukui a inā hiki i ke kukui ke hele ma waena o nā lau. No laila, ʻaʻole pololei ke hoʻohana ʻana i ka par ma ke ʻano he hōʻailona o ka ikaika o ke kukui i ke aʻo ʻana i ka photosynthesis.

Ma keʻano laulā, hiki ke hoʻomaka ʻia ke ʻano photosynthesis ke ʻoi aku ka nui o ka PPFD o ka mea kanu aloha lā ma mua o 50 μmol·m-2·s-1, ʻoiai ʻo ka PPFD o ka mea kanu malu e pono ai he 20 μmol·m-2·s-1 wale nō. No laila, i ke kūʻai ʻana i nā kukui ulu LED, hiki iā ʻoe ke koho i ka helu o nā kukui ulu LED e pili ana i kēia waiwai kuhikuhi a me ke ʻano o nā mea kanu āu e kanu ai. No ka laʻana, inā ʻo ka PPFD o hoʻokahi kukui LED he 20 μmol·m-2·s-1, ʻoi aku ma mua o 3 mau kukui mea kanu LED e pono ai e ulu i nā mea kanu aloha lā.

He nui nā hoʻonā hoʻolālā o ke kukui semiconductor

Hoʻohana ʻia ke kukui semiconductor no ka ulu ʻana o nā mea kanu a i ʻole ke kanu ʻana, a aia ʻelua mau ʻano kuhikuhi kumu.

• I kēia manawa, ua wela loa ke ʻano kanu kūloko ma Kina. He nui nā ʻano o kēia kumu hoʻohālike:

①ʻO ke kuleana o nā kukui LED ka hoʻolako ʻana i ka spectrum piha o ke kukui mea kanu, a pono ka ʻōnaehana kukui e hoʻolako i ka ikehu kukui āpau, a kiʻekiʻe ke kumukūʻai hana;
②Pono ka hoʻolālā ʻana o nā kukui ulu LED e noʻonoʻo i ka hoʻomau a me ka pono o ka spectrum;
③Pono e hoʻomalu pono i ka manawa hoʻomālamalama a me ka ikaika o ke kukui, e like me ka hoʻomaha ʻana i nā mea kanu no kekahi mau hola, ʻaʻole lawa ka ikaika o ka irradiation a ikaika loa paha, a pēlā aku;
④Pono ke kaʻina holoʻokoʻa e hoʻohālike i nā kūlana e pono ai ke kaiapuni ulu kūpono maoli o nā mea kanu ma waho, e like me ka haʻahaʻa, ka mahana a me ka nui o ka CO2.

• Ke ʻano kanu waho me ke kumu kanu hale kōmahana maikaʻi ma waho. ʻO nā ʻano o kēia kumu hoʻohālike:

①ʻO ke kuleana o nā kukui LED ke hoʻohui i ka mālamalama. ʻO kekahi e hoʻonui i ka ikaika o ke kukui ma nā wahi polū a me ka ʻulaʻula ma lalo o ka hoʻomālamalama ʻana o ka lā i ke ao e hoʻolaha i ka photosynthesis o nā mea kanu, a ʻo kekahi e uku i ka wā ʻaʻohe lā i ka pō e hoʻolaha i ka ulu ʻana o nā mea kanu.
②Pono ke kukui hoʻohui e noʻonoʻo i ke kahua ulu o ka mea kanu, e like me ka wā kanu a i ʻole ka wā pua a me ka hua.

No laila, ʻo ka hoʻolālā ʻana o nā kukui ulu mea kanu LED e pono mua i ʻelua mau ʻano hoʻolālā kumu, ʻo ia hoʻi, ke kukui 24h (i loko) a me ke kukui hoʻohui ulu mea kanu (i waho). No ka mahi ʻana i nā mea kanu i loko, pono e noʻonoʻo ka hoʻolālā ʻana o nā kukui ulu LED i ʻekolu mau ʻano, e like me ka mea i hōʻike ʻia ma ke Kiʻi 4. ʻAʻole hiki ke hoʻopili i nā ʻāpana me ʻekolu mau kala mua i kahi ʻāpana.

Kiʻi 4, Ka manaʻo hoʻolālā o ka hoʻohana ʻana i nā kukui hoʻoikaika mea kanu LED i loko no ka hoʻomālamalama ʻana i 24h

No ka laʻana, no kahi spectrum i ke kahua hānai, e noʻonoʻo ana he pono ia e hoʻoikaika i ka ulu ʻana o nā aʻa a me nā kumu, e hoʻoikaika i ka lālā o nā lau, a hoʻohana ʻia ke kumu kukui i loko o ka hale, hiki ke hoʻolālā ʻia ke spectrum e like me ka mea i hōʻike ʻia ma ke Kiʻi 5.

Kiʻi 5, Nā ʻano hana Spectral i kūpono no ka wā hānai LED i loko

No ka hoʻolālā ʻana o ke ʻano ʻelua o ke kukui ulu LED, ua kuhikuhi nui ʻia ia i ka hoʻolālā hoʻonā o ka hoʻohui ʻana i ka mālamalama e paipai i ke kanu ʻana ma ke kumu o ka hale kōmahana waho. Ua hōʻike ʻia ka manaʻo hoʻolālā ma ke Kiʻi 6.

Kiʻi 6, Nā manaʻo hoʻolālā o nā kukui ulu waho 

Manaʻo ka mea kākau e hoʻohana nā ʻoihana kanu hou aku i ka lua o ka koho e hoʻohana i nā kukui LED e hoʻolaha i ka ulu ʻana o nā mea kanu.

ʻO ka mea mua, ua loaʻa i Kina ka nui o ka ʻike a me ka ʻike no nā makahiki he nui ma ka hema a me ka ʻākau, ma ke kūkulu ʻākau. Loaʻa iā ia kahi kahua maikaʻi o ka ʻenehana mahi ʻana i nā hale kōmahana a hāʻawi i ka nui o nā huaʻai a me nā mea kanu hou ma ka mākeke no nā kūlanakauhale a puni. ʻOi loa aku ma ke kahua o ka lepo a me ka wai a me ke kanu ʻana i nā mea hoʻouluulu, ua loaʻa nā hopena noiʻi waiwai.

ʻO ka lua, hiki i kēia ʻano hoʻonā kukui hoʻohui ke hōʻemi nui i ka hoʻohana pono ʻole ʻana i ka ikehu, a i ka manawa like hiki ke hoʻonui pono i ka hua o nā huaʻai a me nā mea kanu. Eia kekahi, ʻo ka ʻāina ākea o Kina he mea kūpono loa ia no ka hoʻolaha ʻana.

Ma ke ʻano he noiʻi ʻepekema o ke kukui mea kanu LED, hāʻawi pū ia i kahi kahua hoʻokolohua ākea no ia. ʻO ke Kiʻi 7 kahi ʻano kukui ulu LED i hoʻomohala ʻia e kēia hui noiʻi, kūpono no ka ulu ʻana i loko o nā hale ʻōmaʻomaʻo, a ua hōʻike ʻia kona ʻano spectrum ma ke Kiʻi 8.

Kiʻi 7, He ʻano kukui ulu LED

Kiʻi 8, ka laulā o ke ʻano kukui ulu LED

Wahi a nā manaʻo hoʻolālā i luna, ua hana ka hui noiʻi i kekahi mau hoʻokolohua, a he mea koʻikoʻi loa nā hopena hoʻokolohua. No ka laʻana, no ke kukui ulu i ka wā hānai, ʻo ke kukui mua i hoʻohana ʻia he kukui fluorescent me ka mana o 32 W a me kahi pōʻaiapuni hānai o 40 mau lā. Hāʻawi mākou i kahi kukui LED 12 W, kahi e hoʻopōkole ai i ke kaʻina hana seedling i 30 mau lā, e hōʻemi pono ana i ka mana o ka mahana o nā kukui i loko o ka hale hana seedling, a mālama i ka hoʻohana ʻana i ka mana o ka ea hoʻoluʻu. ʻOi aku ka mānoanoa, ka lōʻihi a me ke kala o nā seedlings ma mua o ka hopena hānai seedling mua. No nā seedlings o nā mea kanu maʻamau, ua loaʻa pū nā hopena hōʻoia maikaʻi, i hōʻuluʻulu ʻia ma ka papa ma lalo nei.

I waena o lākou, ʻo ka hui kukui hoʻohui PPFD: 70-80 μmol·m-2·s-1, a me ka lakio ʻulaʻula-polū: 0.6-0.7. ʻO ka laulā o ka waiwai PPFD o ke ao o ka hui kūlohelohe he 40 ~ 800 μmol·m-2·s-1, a ʻo ka lakio o ka ʻulaʻula a i ka polū he 0.6 ~ 1.2. Hiki ke ʻike ʻia he ʻoi aku ka maikaʻi o nā hōʻailona ma luna ma mua o nā mea kanu i ulu maoli ʻia.

Hopena

Hoʻolauna kēia ʻatikala i nā hoʻomohala hou loa i ka hoʻohana ʻana i nā kukui ulu LED i ka mahi ʻana i nā mea kanu, a kuhikuhi i kekahi mau kuhihewa i ka hoʻohana ʻana i nā kukui ulu LED i ka mahi ʻana i nā mea kanu. ʻO ka mea hope loa, ua hoʻolauna ʻia nā manaʻo loea a me nā papahana no ka hoʻomohala ʻana i nā kukui ulu LED i hoʻohana ʻia no ka mahi ʻana i nā mea kanu. Pono e kuhikuhi ʻia aia kekahi mau mea e pono e noʻonoʻo ʻia i ke kau ʻana a me ka hoʻohana ʻana i ke kukui, e like me ka mamao ma waena o ke kukui a me ka mea kanu, ka laulā irradiation o ke kukui, a pehea e hoʻopili ai i ke kukui me ka wai maʻamau, ka mea hoʻoulu, a me ka lepo.

Mea kākau: Yi Wang et al. Puna: CNKI