CN105145146A - 一种采用led光源进行铁皮石斛育苗和种植的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种采用LED光源进行铁皮石斛育苗和种植的方法，利用稀土激发红色荧光粉和蓝光芯片组合得到LED植物生长光源，并将这些光源应用于铁皮石斛的生长。荧光粉的基质为铝酸盐基质、钒酸盐基质、或者氮化物基质的一种，发射光谱在600-660nm波长范围之间，激发光谱在440-470nm波长范围，荧光粉和有机硅胶的质量配比为1:(4-20)之间。光谱中芯片的蓝色峰积分面积和红色峰的积分面积之比为1:(5-10)之间。该荧光粉激发性LED植物生长光源应用于铁皮石斛可以有效促进其生长，且叶片更绿，新生根系更加繁密，根茎部分明显更粗壮，茎高达到15-28cm，茎外径达到1-2cm，有效提高光照强度迎合铁皮石斛的向阳性，增加了有效成分石斛多糖和石斛碱的产量，可以大范围推广。

Description

一种采用LED光源进行铁皮石斛育苗和种植的方法
技术领域
本发明属于LED光源及铁皮石斛育苗交叉的技术领域，特别涉及到一种采用LED光源进行铁皮石斛育苗和种植的方法。
背景技术
铁皮石斛是兰科附生植物的重要代表植物，自古被列为“中华九大仙草”之首，具有极高的药用价值，因其滋阴清热、润肺养胃、护肝明目、抗肿瘤等药理作用，被国际药用植物界称为“药界大熊猫”。又因为铁皮石斛的生长周期缓慢、生长环境恶劣，更使其具有了极高的科研价值和经济价值。其生长所需求条件中，“光”是其中最难控制的环境因素，也是能量来源的主要方式，从对植物的光合作用到生长发育和物质代谢等起到了关键的作用。并且，不同波长和不同性质的光对于植物的生长发育和品质成分有着不同的影响。比如：280-315nm的紫外光对形态与生理过程的影响极小；315-400nm的紫外光虽被叶绿素吸收少，但影响光周期效应，阻止茎伸长；400-520nm的蓝光：叶绿素与类胡萝卜素吸收比例最大，对光合作用影响最大；而520-610nm的绿光，色素的吸收率不高，常常被浪费掉；610-720nm的红光，叶绿素吸收率低，对光合作用与光周期效应有显著影响；720-1000nm远红光和红外光，吸收率低，但刺激细胞延长，影响开花与种子发芽；而大于1000nm的光一般都转换成为热量。
传统的植物照明多采用高压钠灯作为照明光源，光效高，但是颜色单一，且表面温度较高，不能和植物近距离接触，因此不适合用于多层栽培，随着在上个世纪90年代以来随着荧光灯的普及，被淘汰使用。荧光灯的显著特点是光谱一定程度上可以改变，灯具表面温度有所降低，效率相对较高，在上世纪90年代以后从为植物照明的主要形式，特别是其中的CCFL更是因为细管径被应用于各类植物补光。21世纪以来固态照明开始进入公众的视野，白光LED由提出到进行普通百姓家庭，从最初的高价，到目前的物美价廉，性能不断提升，价格不断下降，因此在植物照明领域也有所应用。大多数研究者都采用蓝光芯片和红光芯片组合制备可以发红光和蓝光的LED，或者直接采用蓝光LED和红光LED按照不同比例搭配应用于不同植物照明。结果表明，采用精准控制的LED植物照明能够更加有效的缩短植物的生长周期，提高植物的营养指标。但是由于红光芯片的价格是蓝光芯片的2-3倍以上，同时双芯片封装模式本身增加了工艺的难度，间接的提升了生产成本，因此制约了芯片加芯片模式的LED植物照明器件的应用推广。
为了克服以上不足，本发明提出了一种采用荧光粉和蓝光芯片复合，制造荧光粉激发型LED植物光源的设备和制造方法，红色荧光粉为铝酸盐基质、钒酸盐基质或者氮化物中一种，可以采用比较常规的高温固相法制备得到，每颗灯珠所用红色荧光粉的价格仅仅为红光芯片的十分之一，但却能够达到完全一样，甚至更好的效果：采用荧光粉激发型LED能够提供更宽的光谱，和太阳光之间更加接近。并且因为荧光粉的种类丰富，能够很轻松的实现光谱的调整，可以更加容易、精准的为不同植物实现光谱定制。最终本发明并应用到了铁皮石斛的组织培养和铁皮石斛的生长当中。在不降低铁皮石斛功能成分的同时缩短其生长周期，增加其年产量。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用LED光源进行铁皮石斛育苗和种植的方法。
本发明采用以下技术方案：
一种采用LED光源进行铁皮石斛育苗和种植的方法，在铁皮石斛育苗和种植时利用红色荧光粉和蓝光芯片共同封装得到LED灯的发光器件，用以提供光源。
所采用的红色荧光粉为铝酸盐基质、钒酸盐基质、或者氮化物基质中的一种或者几种，发射光谱在600-660nm波长范围之间，激发光谱在440-470nm波长范围。
采用荧光粉和蓝光芯片组装成发光器件时，荧光粉和有机硅胶的质量配比为1:(4-20)之间。
制作的LED光源的光谱中蓝色芯片的蓝色峰积分面积和红色荧光粉的红色峰的积分面积之比为1:(5-10)之间。
本发明在封装成LED植物生长光源时，光源根据需要组装成各种灯具，如LED平板灯、LED直管灯和LED飞碟灯中的一种或者几种。
本发明铁皮石斛育苗时以荧光粉激发型LED为照明光源对铁皮石斛进行组织培养，光照周期为12h/天，光照强度用光量子效率表示，控制在80-120μmol/m2/s之间。以香蕉50-70g/L+活性炭0.1-1％+葡萄糖10-100g/L作为培养基，在温度20-30℃条件下，通过培养周期40-45d，增殖周期40-45d，壮苗40-60d后得到铁皮石斛幼苗。
将已经培育出苗的铁皮石斛移栽到培养基质中，采用铁架材料进行可调整组装支架用于培养，长为69cm，宽为23cm，层间距为17cm。每层安装本发明的荧光粉激发型LED植物生长面板灯对植物进行补光照射，光照周期为12h/天，光照强度用光量子效率表示，控制在120-200μmol/m2/s之间，培养温度20-35℃。每120d观察检测一次，记录长势变化和物理指标变化。
实验结果表明，采用本发明所述的LED植物生长灯可以缩短铁皮石斛组织培养的时间5-10天；应用于铁皮石斛成苗生长中的结果表明：采用本发明方法得到的植株叶片更绿，新生根系更加繁密，根茎部分明显更粗壮，茎高达到15-28cm，茎外径达到1-2cm，有效提高光照强度迎合铁皮石斛的向阳性，增加了有效成分，可以大范围推广。
附图说明
图1为三基色荧光灯光源光谱图；
图2为实施例1的LED光源(荧光粉和硅胶质量比1:10)光谱图；
图3为实施例2的LED光源2(荧光粉和硅胶质量比1:15)光谱图；
图4为实施例3的LED光源3(荧光粉和硅胶质量比1:20)光谱图；
图5为铁皮石斛组培图；
图6为LED平板灯的结构示意图(左)与实物图(右)；
图7为铁皮石斛生长补光装置结构示意图与实物图；
图8为铁皮石斛不同阶段补光长势图。
具体实施方式
下面对本发明进一步作详细说明，所述是对本发明的解释而非限定。
对照例
采用2根36W三基色荧光灯(光谱图见图1)分别进行铁皮石斛的育苗和种植，其中育苗以香蕉70g/L+活性炭0.1％+葡萄糖10g/L作为培养基，光照周期为12h/天，光照强度用光量子效率表示，控制在80-120μmol/m2/s之间，在温度25℃条件下，通过培养周期40d，增殖周期38d，壮苗55d后得到铁皮石斛幼苗；将已经培育出苗的铁皮石斛移栽到培养基质中，培养温度20-35℃，光照周期为12h/天，光照强度用光量子效率表示，控制在120-200μmol/m2/s之间。每120d观察检测一次，检测统计铁皮石斛生长过程中的农艺性状(茎高、茎粗、新生根/茎/花数)、物理指标(根干重、茎干重)和化学指标(根系活力、总酚含量、多糖含量、叶绿素含量)，结果如下见表1：
表1铁皮石斛的农艺性状、物理指标和化学指标表
实施例1
首先通过高温固相法制备得到一种发红光的荧光粉Sr2Si5N8：Eu，该红色荧光粉的基质为氮化物，该荧光粉发射光谱在600-660nm波长范围之间，并且发射主峰为660nm(见图2)，在460nm有非常强的激发光谱。然后将该荧光粉和有机硅胶的质量配比为1:10混合，封装成LED植物生长光源，光源组装成LED平板灯(图6)。将平板灯首先应用于铁皮石斛进行组织培养，以香蕉70g/L+活性炭0.1％+葡萄糖10g/L作为培养基，在温度25℃条件下，光照周期为12h/天，光照强度用光量子效率表示，控制在80-120μmol/m2/s之间，通过培养周期30d，增殖周期30d，壮苗50d后得到铁皮石斛幼苗(图5)；将已经培育出苗的铁皮石斛移栽到培养基质中，采用铁架材料进行可调整组装支架，长为69cm，宽为23cm，层间距为17cm(图7)，每层安装本发明的荧光粉激发型LED植物生长面板灯对植物进行补光照射；光照周期为12h/天，光照强度用光量子效率表示，控制在120-200μmol/m2/s之间；培养温度20-35℃。每120d观察检测一次，检测统计铁皮石斛生长过程中的农艺性状(茎高、茎粗、新生根/茎/花数)、物理指标(根干重、茎干重)和化学指标(根系活力、总酚含量、多糖含量、叶绿素含量)，结果如下见表2：
表2采用LED光源种植铁皮石斛的参数变化表(荧光粉和硅胶质量比1:10)
实施例2
首先通过高温固相法制备得到一种发红光的荧光粉Sr2Si5N8：Eu，该红色荧光粉的基质为氮化物，该荧光粉发射光谱在600-660nm波长范围之间，并且发射主峰为660nm(见图3)，在460nm有非常强的激发光谱。然后将该荧光粉和和有机硅胶的质量配比为1:15混合，封装成LED植物生长光源，光源组装成LED平板灯(图6)。将平板灯首先应用于铁皮石斛进行组织培养，以香蕉70g/L+活性炭0.1％+葡萄糖10g/L作为培养基，在温度25℃条件下，光照周期为12h/天，光照强度用光量子效率表示，控制在80-120μmol/m2/s之间；通过培养周期30d，增殖周期30d，壮苗50d后得到铁皮石斛幼苗(图5)；将已经培育出苗的铁皮石斛移栽到培养基质中，采用铁架材料进行可调整组装支架，长为69cm，宽为23cm，层间距为17cm(图7)，每层安装本发明的荧光粉激发型LED植物生长面板灯对植物进行补光照射；光照周期为12h/天，光照强度用光量子效率表示，控制在120-200μmol/m2/s之间；培养温度20-35℃。每120d观察检测一次，检测统计铁皮石斛生长过程中的农艺性状(茎高、茎粗、新生根/茎/花数)、物理指标(根干重、茎干重)和化学指标(根系活力、总酚含量、多糖含量、叶绿素含量)，结果如下见表3：
表3采用LED光源种植铁皮石斛的参数变化表(荧光粉和硅胶质量比1:15)
实施例3
首先通过高温固相法制备得到一种发红光的荧光粉Sr2Si5N8：Eu，该红色荧光粉的基质为氮化物，该荧光粉发射光谱在600-660nm波长范围之间，并且发射主峰为660nm(见图4)，在460nm有非常强的激发光谱。然后将该荧光粉和和有机硅胶的质量配比为1:20混合，封装成LED植物生长光源，光源组装成LED平板灯(图6)。将平板灯首先应用于铁皮石斛进行组织培养，以香蕉70g/L+活性炭0.1％+葡萄糖10g/L作为培养基，在温度25℃条件下，光照周期为12h/天，光照强度用光量子效率表示，控制在80-120μmol/m2/s之间；通过培养周期30d，增殖周期30d，壮苗50d后得到铁皮石斛幼苗(图5)；将已经培育出苗的铁皮石斛移栽到培养基质中，采用铁架材料进行可调整组装支架，长为69cm，宽为23cm，层间距为17cm(图7)，每层安装本发明的荧光粉激发型LED植物生长面板灯对植物进行补光照射；光照周期为12h/天，光照强度用光量子效率表示，控制在120-200μmol/m2/s之间；培养温度20-35℃。每120d观察检测一次，检测统计铁皮石斛生长过程中的农艺性状(茎高、茎粗、新生根/茎/花数)、物理指标(根干重、茎干重)和化学指标(根系活力、总酚含量、多糖含量、叶绿素含量)，结果如下见表4：
表4采用LED光源种植铁皮石斛的参数变化表(荧光粉和硅胶质量比1:20)
由以上实施例可见硅胶的含量越高，则荧光粉的浓度越低，则荧光粉所产生的红色发射峰越低，芯片所产生的蓝色峰越高，反之亦反。
本发明采用以上实施例相同的条件，但分别以铝酸盐基质、钒酸盐为基质，也能达到以上实施例类似的效果。

Claims (8)

1.一种采用LED光源进行铁皮石斛育苗和种植的方法，其特征在于，在铁皮石斛育苗和种植时利用红色荧光粉和蓝光芯片共同封装得到LED灯的发光器件，用以提供光源。
2.根据权利要求1所述的采用LED光源进行铁皮石斛育苗和种植的方法，其特征在于，所采用的红色荧光粉为铝酸盐基质、钒酸盐基质、或者氮化物基质中的一种或者几种，发射光谱在600-660nm波长范围之间，激发光谱在440-470nm波长范围。
3.根据权利要求2所述的采用LED光源进行铁皮石斛育苗和种植的方法，其特征在于，采用荧光粉和蓝光芯片组装成发光器件时，荧光粉和有机硅胶的质量配比为1:(4-20)之间。
4.根据权利要求1或2或3所述的采用LED光源进行铁皮石斛育苗和种植的方法，其特征在于，制作的LED光源的光谱中蓝色芯片的蓝色峰积分面积和红色荧光粉的红色峰的积分面积之比为1:(5-10)之间。
5.根据权利要求4所述的采用LED光源进行铁皮石斛育苗和种植的方法，其特征在于，铁皮石斛育苗时以荧光粉激发型LED为照明光源对铁皮石斛进行组织培养，光照周期为12h/天，光照强度用光量子效率表示，控制在80-120μmol/m2/s之间。
6.根据权利要求5所述的采用LED光源进行铁皮石斛育苗和种植的方法，其特征在于，以香蕉50-70g/L+活性炭0.1-1％+葡萄糖10-100g/L作为培养基，在温度20-30℃条件下，通过培养周期40-45d，增殖周期40-45d，壮苗40-60d后得到铁皮石斛幼苗。
7.根据权利要求4所述的采用LED光源进行铁皮石斛育苗和种植的方法，其特征在于，将已经培育出苗的铁皮石斛移栽到培养基质中，安装LED灯对植物进行补光照射，光照周期为12h/天，光照强度用光量子效率表示，控制在120-200μmol/m2/s之间。
8.根据权利要求7所述的采用LED光源进行铁皮石斛育苗和种植的方法，其特征在于，将已经培育出苗的铁皮石斛移栽到培养基质中的培养温度为20-35℃。
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