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植物生長箱和智能生化培養(yǎng)箱、步入式植物生長室主要利用人工模擬光源、制冷、制熱、加濕、除濕、CO2補充等設備，創(chuàng)造可控的、適宜于植物生長研究的氣候條件。該氣候環(huán)境為全天候的自動化管理，按照實驗需求可設定光周期、溫濕度、CO2濃度、晝夜切換時間、運行模式等。是高校、研究所和企業(yè)等機構(gòu)廣泛應用的實驗室設備，主要用于組織培養(yǎng)、植物生長（水稻、玉米、油菜、煙草、土豆、番茄、藻類）和昆蟲培養(yǎng)研究等，是植物遺傳和基因工程、作物遺傳育種改良、生理生態(tài)學、植物抗逆性研究等領域重要的研究工具。

 

▲ 植物生長箱及步入式植物生長室的多種用途

 

 

 

在選擇植物生長箱和步入式植物生長室時，溫度和光照基本上是首要考慮的必要條件，然后是濕度和CO2等。以下主要介紹植物生長箱和步入式植物生長室溫度性能的選擇，以及幾種常見的植物生長燈光源。

 

 

▲ 植物光合作用和博安特簡便人性化的參數(shù)控制面板

 

 

 

★ 溫度：

不同植物自有其生長適宜的溫度。想要在實驗室植物生長箱中模擬植物生長所需的溫度，是簡單的又是復雜的。簡單是因為植物有其宜的生長溫度，將植物生長箱設定為這一溫度值即可，會較快的促進植物生長。

復雜主要是因為:

（一）溫度控制并不是線性的，當下比較主流的兩種溫度控制方式為比例積分微分和模糊邏輯控制原理。如果要真正精確地模擬自然的溫度條件，溫度的精度及均勻性是必須要考慮的。例如在某一時間段設定溫度為20℃，其溫度值不可能會穩(wěn)定在20℃，肯定會有一定的溫度波動，而波動的大小則決定了溫度的精度。比如波動±0.5℃，即溫度的范圍為19.5℃~20.5℃；和波動±1℃，即溫度的范圍為19℃~21℃，則代表了植物生長箱性能和控制能力的不同。又比如，在某一時間段設定溫度為20℃和光照強度為250 µmoles/m2s。但是發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)一段時間后，擱板不同位置的植物生長情況不一，可能是外面靠門的植株較高、枝葉很綠；而里面的植株較矮、枝葉發(fā)黃。當然這與光照的分布有很大關(guān)系，另外溫度的不均勻性也會在一定程度上產(chǎn)生較大影響。比如均勻性±1℃，即某一時間點，擱板不同位置溫度的范圍為19℃~21℃；和均勻性±2℃，即溫度的范圍為18℃~22℃，則代表了植物生長箱性能和控制能力的不同。

（二）植物的生長環(huán)境都有一定的規(guī)律，除了春夏秋冬四季和各個氣候帶之分，每天24小時的溫濕度也是在不斷變化的，比如早上6點時5℃，中午12點時30℃，晚上8點時10℃。如何更準確地模擬一天24小時植物生長環(huán)境的溫度變化呢？這需要植物生長箱具有較*的控制能力，可以模擬不同時間段的溫度。更*的功能則是溫度均勻增加或減少的功能，因為自然環(huán)境中溫度的升高或降低是連續(xù)的、較均勻的。

★ 光照：

光作為環(huán)境信號作用于植物，是影響植物生長發(fā)育的眾多外界環(huán)境（光、溫度、水、CO2、礦物質(zhì)等）中重要的條件。其重要性不僅表現(xiàn)為光合作用對植物體的建成的作用上，光還是植物整個生長和發(fā)育過程中的重要調(diào)節(jié)因子，是貫穿植物體后期生長發(fā)育整個過程的。

實驗室植物生長箱中是通過不同的燈來模擬不同光照的，常見的有傳統(tǒng)白熾燈、熒光燈、LED燈、金屬鹵素燈等。1868年，俄羅斯植物學家AndreiFamintsyn，是個將人造光用于植物生長和研究的人。

植物生長燈光照強度的衡量通常使用的單位是µmoles/m2/s，即光量子通量密度，一般是用來測量光合有效輻射的。太陽輻射中能被綠色植物用來進行光合作用的那部分能量稱為光合有效輻射，即Photosynthetically Active Radiation，簡稱PAR。它是形成生物量的基本能源,直接影響著植物的生長、發(fā)育、產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量。PAR有三種計量系統(tǒng)：

1）光學系統(tǒng)，用光照度(lux)來度量，這種系統(tǒng)是以人眼對亮度的響應特征為基礎的；2）能量學系統(tǒng)，用某一特征波長范圍內(nèi)即光合有效波段內(nèi)的輻射通量密度(Wm-2)來度量；3）量子學系統(tǒng)，用光量子通量密度(µmoles/m2/s)來度量，太陽直接輻射光量子通量的氣候?qū)W計算方法。

所以一般照明燈具的光照度的單位使用的是Lux，而植物生長燈光照強度通常使用的是µmoles/m2/s這一單位。

以下介紹幾種常見的植物生長燈種類：

1、白熾燈：白熾燈是一種熱輻射光源，于太陽光色，顯色性好，光譜均勻而不突兀。白熾燈（包含鹵素燈）的光譜是連續(xù)而且平均的。但在所有的照明燈中，白熾燈的效率幾乎是的。它所消耗的電能只有約2%可轉(zhuǎn)化為光能，而其余部分都以熱能的形式散失了。至于使用壽命，通常不會超過1000小時，鹵素燈就比一般的白熾燈要長很多。所以白熾燈作為植物生長燈并不算多。

2、LED燈：其中使用泛的是白色LED燈，用于模擬太陽光照。相對于熒光燈，白色LED燈具有更全的光譜范圍，且發(fā)熱量更小，光照強度也要高一些，組合可達到200~1000µmoles/m2s甚至更高的光照強度。此外，白色LED燈的能耗僅為白熾燈的1/10，壽命可達5萬小時以上，抗震性也較好，而且不含鉛汞等，綠色環(huán)保。

▲ 一種白色LED燈光譜圖和應用

 

3、LED全光譜燈板：LED具有許多不同于其他電光源的特點，應用于植物培養(yǎng)領域的LED還表現(xiàn)在他的波長類型豐富、正好與植物光合成和光形態(tài)建成的光譜范圍吻合，他可以設計成平面燈板集中特定波長的光均衡地照射作物;不僅可以調(diào)節(jié)作物開花與結(jié)實，而且還能控制株高和植物的營養(yǎng)成分;系統(tǒng)發(fā)熱少，占用空間小，可用于多層栽培立體組合系統(tǒng)，實現(xiàn)了低熱負荷和生產(chǎn)空間小型化，直流驅(qū)動，無需預熱時間，瞬間再啟動（響應時間100nS），電光轉(zhuǎn)換率接近99%，亮度更高，相同照明效果比傳統(tǒng)光源節(jié)能90%以上，節(jié)能效果十分明顯。傳統(tǒng)光源每平方米需要配備0.5千瓦的光源，而LED只需要0.27千瓦，這樣就可以使耗電量下降約一半。省電是一方面，LED光源的應用，更加能還原植物生長的本來面貌，現(xiàn)在實驗室種植擬南芥長不好，就有光照不規(guī)范的原因。我們經(jīng)過長時間的對比，植物生長至一定階段后，光譜成份便開始對其發(fā)育生長起作用：

紫光與紫外線 ( 波長 300—440nm) 是促進植物形成色素的主要光能。

藍光 ( 波長 440—490nm) 可以活躍葉綠體的活動，促進光合作用。

綠色及黃色光 ( 波長 500—600nm) 抑制葉綠體的活動，使光合作用下降

橙紅色光 ( 波長 600—700nm) 能大大增強植物的光合作用，有利于促進植物生長。

同時，植物對不同光譜的吸收也不同，吸收最多的是橙紅色光，其次是藍紫色光及紫外線 ( 波長 300 、 500nm) ，而對綠黃色光 ( 波長 500-600nm) 則吸收較少。

光線對植物的作用如下：

紅光：波長610nm—720nm。促進光合作用，促進植物生長。

藍光：波長400nm—520nm。增強葉綠體活動，促進植物光合作用。

紫光：波長300nm—440nm。促進植物形成色素和對磷、鋁元素的吸收。

通過以上數(shù)據(jù)我們開發(fā)的全光譜光源采用紅、藍光通量是4：1至10：1之間為宜，通常為7：1至8：1。波長450nm,630和660nm 730nm左右對光合作用促進作用。紅藍光比適用于大部分植物，并且涵蓋了450nm,630和660nm 730nm四種波長，對植物光合作用具有的促進作用。

▲ 光和植物的關(guān)系

 

★ 光照強度調(diào)節(jié)：

不同種類的植物生長燈，除了光源種類、色溫和顏色不同之外，光照強度的調(diào)節(jié)能力也不同?，F(xiàn)階段燈管光照強度的調(diào)節(jié)，基本上可以達到1%的步調(diào)能力，像LED燈板可以在0-99%范圍內(nèi)調(diào)節(jié)光強，這樣可以使一臺植物生長箱滿足不同的需求，實現(xiàn)一機多用和更高的使用率。例如，一臺植物生長箱的光強為600 ±10% µmoles/m2s，光照強度可以按1%步調(diào)，當光照強度調(diào)節(jié)為30%-50%左右時，可以用于組織培養(yǎng)、擬南芥研究等；當光照強度調(diào)節(jié)為99%左右時，可以用于需要更高光照強度的植物的培養(yǎng)。當然這與植物生長箱的性能和控制能力有直接關(guān)系，有的植物生長箱光照控制只能開和關(guān)，有的只能進行3級或5級控制。

如果想要更加準確地模擬自然環(huán)境光照的變化，同溫度控制類似，植物生長箱需要具備光照強度均勻增大或減小的功能，因為自然環(huán)境中溫度的升高或降低是連續(xù)的、較均勻的。這種控制能力使得研究人員可以為植物生長箱設計更加復雜的程序，不僅可以模擬春夏秋冬四季和各個氣候帶，還可以模擬每天24小時不同時間點的光照強度。

 

 

 

 

★ 燈管安裝位置：

關(guān)于植物生長燈，除了光源種類、光照強度大小及可調(diào)性、固定或可調(diào)光譜，燈管的安裝位置也有所不同。步入式植物生長室的燈管安裝位置基本上是兩種：安裝在植物生長室頂上和安裝在貨架上，前者是為了保證生長高度和光照強度，適合需要高光照強度的中大型植物；后者的燈管光照強度約200-600 µmoles/m2/s范圍，適合組織培養(yǎng)、擬南芥研究和一些不需要高光照強度的植物的培養(yǎng)。

而對于植物生長箱，燈管的安裝位置選擇則更多，比較常見的是水平安裝，即安裝在擱板上。其次是豎直安裝，即安裝在門上或內(nèi)腔。豎直安裝的燈管光源，距燈管近則光照強度大，否則光照強度小，做相同條件的植物培養(yǎng)可能會造成培養(yǎng)結(jié)果參差不齊，做差異化培養(yǎng)則更加合適。

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About 博安特

博安特儀器科技（武漢）有限責任公司目前專注于溫度、濕度、光照、三氣(氧氣、二氧化碳、氮氣)植物生長設備的研發(fā)、設計、制造、銷售為一體的現(xiàn)代化，致力于為客戶提供高品質(zhì)的人工氣候設備和優(yōu)質(zhì)的服務，同時也為用戶提供智能化模塊化的植物生長解決方案，公司擁有一支高素質(zhì)從事產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)加工、安裝調(diào)試、售后服務等專業(yè)隊伍。

公司擁有高光照植物生長箱、LED全光譜植物生長箱、擬南芥植物生長箱、探入式雙溫區(qū)LED植物生長箱、三氣植物生長箱、組織培養(yǎng)箱、全智能人工氣候箱、生化培養(yǎng)箱、智能光照培養(yǎng)箱、藻類培養(yǎng)箱、果蠅培養(yǎng)箱、鼓風干燥箱、人工氣候室、超低溫冰箱凍存架等5大系列百余種型號，并擁有自主研發(fā)PLC控制軟硬件系統(tǒng)，產(chǎn)品廣泛應用于生物制藥、衛(wèi)生防疫、環(huán)境保護、農(nóng)業(yè)科研等領域。

 公司具有高度垂直整合的制造能力，從產(chǎn)品設計、負載分析、鈑金制造、電控整合及自動裝配加工，均具良好技術(shù)基礎，配合優(yōu)良的研發(fā)能力，符合為客戶定制化需求和提供量產(chǎn)符合市場需求的標準品儀器 。

公司將“提供產(chǎn)品質(zhì)量提升的解決方案，消除一切產(chǎn)品的缺陷和使用隱患"作為企業(yè)使命，本著誠信經(jīng)營原則，實行科學規(guī)范化管理、全程監(jiān)控、高效理想的專業(yè)服務；同時以“科技為本、質(zhì)量先行、精益求精"的企業(yè)精神倡導下，不斷創(chuàng)新*制造產(chǎn)品，確保每一環(huán)節(jié)都能達到設計要求，以求客戶滿意，從而真正打造一個*的恒溫設備研究生產(chǎn)基地。