Plant Growth and Cultivation科研級植物培養系統方案（一）
植物培養是生物實驗室最重要的常規基礎實驗之一。以前的研究中，只要求培養系統能夠使種子萌發、基本滿足植物的生長即可。但在真正嚴格的植物生理生態研究中，傳統培養箱由于種種原因是遠遠不能達到要求的。
本文將系統介紹一系列基于LED光源的科研級植物培養方案，包括SL3500植物培養LED光源、FytoScope植物生長箱等。這些培養方案和儀器是由歐洲植物生理科學家直接參與設計的，才能夠真正進行精確的科研實驗
現代科研級植物培養的技術要求
1.光源
眾所周知，光是植物生長中最重要的環境因子之一，它不僅為植物光合作用提供輻射能，還為植物提供信號轉導，調節其發育過程。植物在它的整個生命周期中始終處于一個不斷變化的光環境中，在長期的進化中，植物不
僅適應了光環境的變化，而且還能相互影響而改變周圍的光環境。因此，培養箱光源就是決定其品質最重要的部分。
1）光質
到達地面的太陽光波長大約從300～2600nm，其中對光合作用的有效波長在400～700nm之間，其中425～490nm的藍光以及610～700nm的紅光對光合作用貢獻率最大，而520～610nm(綠色)的光線被植物吸收的比率很低（閆新房，2009）。
LED(1ight—emitting diodes)，即發光二極管的一大特點就是可以發射出純度極高的單色光（圖1）。因此從LED誕生之初，紅光和白光LED就被用于植物培養。
圖1. FytoScope LED光源的單色光光譜
在很多研究中，科學家希望盡量模擬自然太陽光來培養植物。由圖2中可以看到白熾燈和熒光燈雖然發出的都是白光，實際上其光譜都與太陽光譜有很大差異。與太陽光譜最為類似的就是鹵光燈和白光LED。但是，鹵光燈由于有相當一部分能量都用于發射植物不能利用的750-2600nm波段近紅外輻射。美國GE公司的資料指出這部分能量占到總輻射能量的76%。同時，近紅外輻射又會有極強的光輻射增溫效應，長時間照射會對培養的植物造成損傷。而LED光源的一大優點就是發熱量極少。這從圖2的光譜圖中也可以看到白光LED的近紅外輻射是極低的。
圖2.不同光源光譜圖，上左：太陽光；上中：白熾燈；上右：熒光燈（日光燈）；下左：鹵光燈；下中：冷白光LED；下右：暖白光LED
光除了給植物提供能量，還會直接通過光敏色素和隱花色素來調節植物的多種生理反應（圖3）。光敏色素有兩個互變異構體——紅光光敏色素(Pr)和遠紅光光敏色素(Pfr)。Pr吸收波長為660
Bin左右的紅光，Pfr吸收波長為730nm左右的遠紅光。光敏色素調節多種不同植物對光的反應，包括光周期，種子萌發、展葉、下胚軸伸長和脫黃化。隱花色素則吸收藍光和紫外光范圍的光波。
圖3.光敏色素與激素的交互作用（Jaillais, 2010）
因此FytoScope在白光LED和紅藍LED以外，還配備了遠紅光光源。除了為植物生長提供最佳的光質，同時滿足植物光形態建成的需要。另外，FytoScope可以提供綠光LED與紅藍LED組成三原色光源系統，通過調整三原色的比例，能夠發出可見光譜中任意一種顏色的光，用于不同光質對植物影響的研究（圖4）。
圖4. 不同光源下擬南芥的成長狀況及生理指標