用于提高植物抗病能力的装置和方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于提高植物抗病能力的装置，所述装置包括：光强传感器，用于检测植物表面的光合作用有效辐射的光量子通量密度；光源，用于发射红光；在光合作用有效辐射的光量子通量密度低于预定阈值时，利用预定强度的红光照射植物；其特征在于，所述预定阈值为30μmolm-2s-1，所述红光的预定强度在0-200μmolm-2s-1之间。本发明还涉及一种用于提高植物抗病能力的方法。使用人造光源产生的红光照射植物，能够有效地减轻病害带来的损失；这不仅是环境友好的，而且仅使用相对低的光强即可增强植物的抗性，同时还增加了植物的生物量和产量。
【专利说明】用于提高植物抗病能力的装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于提高植物抗病能力的装置和方法，特别涉及一种能够用于减轻根结线虫的危害的装置和方法。
【背景技术】
[0002]长久以来，农业作物遭受着诸多病原体(例如昆虫、细菌、病毒等)的侵害。截至目前，已报导有80余种线虫危害着农业作物,而其中的根结线虫影响农业生产最为严重，其是导致作物减产的主要害虫之一。根结线虫是一类对多种农作物造成严重危害的土传植物寄生线虫，致使寄主常年减产15%-25%，有时达70%以上。根结线虫侵染根系后，严重影响植株根系的发育，出现大量根结现象，导致植株对水分和养分的吸收受阻，植株出现矮小黄化现象。
[0003]目前，只有极少数种质对于根结线虫具有抗性(如番茄中含有#/-2基因的种质)，但当温度高于28°C时，该抗性就不复存在。已有多种方式用于避免或消除根结线虫对于植物的危害。通过重复地使用杀虫剂来处理土壤从而控制根结线虫的方式是昂贵的，且会不可避免地导致环境污染。使用高压蒸汽处理土壤适用于少量的土壤，因此其也不是实用的解决方案。通过将紫外线直接辐照在植物上，能够在一定程度上减轻经空气传播的病害，但对于侵染根系的病害和昆虫，其没有作用，因为紫外线并不能穿透土壤。
【发明内容】
[0004]光对于植物来说并不仅仅提供植物光合作用的能量，光还能调整植物的生长和形态。同时，光还参与和/或调节着植物对病原体的防御反应。植物的防御反应在黑暗条件下被削弱，这与下述情况是相符的:在昏暗或黑暗的环境下总能够观测到植物疾病的爆发。
[0005]在昏暗的情况下或夜间，使用人造光源的照明能够增加植物对疾病的抗性。
[0006]因此，希望提供一种能够有效提高植物抗病能力的装置和方法，并且不会造成环境污染和过度的能量损耗。
[0007]本发明提供了一种用于提高植物抗病能力的方法，所述方法包括以下步骤:在光合作用有效辐射的光量子通量密度低于预定阈值时，利用预定强度的红光照射植物；所述予页定阈值为30 μ mol m_2 s_\所述红光的预定强度在0-200 μ mol m_2 s—1之间。
[0008]根据本发明的用于提高植物抗病能力的方法使用人造光源产生的红光照射植物，能够有效地减轻病害带来的损失(能够减少32.6%-36.8%的根结数量，从而减轻对植物的伤害)。这不仅是环境友好的(减少了杀虫剂的使用)，而且仅使用相对低的光强即可增强植物的抗性，同时还增加了植物的生物量和产量。
[0009]优选地，所述红光的预定强度在0-100 μ mol πΓ2 S4之间。
[0010]根据本发明的用于提高植物抗病能力的方法的一个方面，所述红光的预定强度使得光合作用有效辐射的光量子通量密度等于预定阈值。植物所受到的红光强度被自适应地调整，使得光源的发光量能够满足植物所需的最低限度，也有效限制了能量的损耗。
[0011]根据本发明的用于提高植物抗病能力的方法的另一个方面，所述红光的光源为LED ;所述红光的波长范围在605-700nm之间，优选地在630_670nm之间。LED的发光效率高，且具有稳定的工作特性，因此使用LED作为光源能够进一步节省能量，提供稳定、可预期的光照。由于光谱中其他波长的成分不仅无助于增加植物对于病害的抗性，还导致了不必要的能量损耗，因此采用促进植物的抗性的尽可能窄的红色光谱，能够有效利用光谱中的红色成分，减少电能的浪费。
[0012]优选地，使用间歇的方式周期性地照射植物。使用红光照射植物以使之产生抗性是一个累积的效应，间歇地照射植物能够在保证上述效应的同时进一步减少能量的浪费。优选地，开启红光和关闭红光的周期为15分钟。
[0013]根据本发明的用于提高植物抗病能力的方法的又一个方面，所述方法适用于减轻根结线虫的危害。使用红光照射植物，使得植物本身产生了对根结线虫的抗性(即，增加了植物的免疫力)。因此，即使仅照射植物的叶片，也能够使得植物的根部具有抵御根结线虫侵染的能力。
[0014]本发明还提供一种用于提高植物抗病能力的装置，所述装置包括:光强传感器，用于检测植物表面的光合作用有效辐射的光量子通量密度；光源，用于发射红光；在光合作用有效辐射的光量子通量密度低于预定阈值时，利用预定强度的红光照射植物；所述预定阈值为30 μ mol πΓ2 s4,所述红光的预定强度在0-200 μ mol πΓ2 s-1之间。
[0015]根据本发明的用于提高植物抗病能力的装置使用人造光源产生的红光照射植物，能够有效地减轻病害带来的损失(能够减少32.6%-36.8%的根结数量，从而减轻对植物的伤害)。这不仅是环境友好的(减少了杀虫剂的使用)，而且仅使用相对低的光强即可增强植物的抗性，同时还增加了植物的生物量和产量。
[0016]优选地,所述红光的预定强度在0-100 μ mol πΓ2 S4之间。
[0017]根据本发明的用于提高植物抗病能力的装置的一个方面，所述红光的预定强度使得光合作用有效辐射的光量子通量密度等于预定阈值。
[0018]根据本发明的用于提高植物抗病能力的装置的另一个方面，所述光源为LED ;所述红光的波长范围在605-700nm之间，优选地在630_670nm之间。
[0019]优选地，使用间歇的方式周期性地照射植物；开启红光和关闭红光的周期为15分钟。
[0020]根据本发明的用于提高植物抗病能力的装置的另一个方面，所述光源是可移动的，其进行周期性的移动以周期性地照射植物。在有限的空间内设置少量光源，使其以可移动的方式照射植物，不仅有效利用了空间，还满足了照射所有植物的需求。除了周期性地开启/关闭光源之外，周期性地移动光源以进行周期性的照射也是实现间歇式照射的方法之
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[0021 ] 根据本发明的用于提高植物抗病能力的装置的又一个方面，所述方法适用于减轻根结线虫的危害。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]下面通过参考附图来示例性地说明本发明的【具体实施方式】，该说明并不以任何方式对本发明进行限制，其中: 图1是根据本发明的用于提高植物抗病能力的装置的实施例的示意图。
[0023]以上附图中，相同的附图标记被理解为指代相同、相似或相应的特征或功能。
【具体实施方式】
[0024]将参考本发明公开的实施例，在附图中图示一个或多个实例。通过对本发明的解释来提供实施例，所述实施例并不是对本发明的限制。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征对于另一个实施例也可以与其他实施例一起使用。本发明旨在涵盖本发明公开的范围和精神内的其他更改和变型。
[0025]在本发明中，“植物”包括一般的进行光合作用的植物，尤其是农业作物(例如，包括但不限于粮食作物、园艺作物、水果、蔬菜等)。更具体地，本发明中的植物还可以是温室植物，例如黄瓜、番茄等适宜在温室中种植的蔬菜、水果等作物。
[0026]光合有效辐射(PAR)指波长在40(T700nm范围内的光辐射。它既可用光量子来表示，也可用辐射能量来表示。以往用照度计所反应的光强是亮度，但由于光谱因其高度、云量和光线能否通过叶片等而发生变化，因此在研究光合作用时作为光强的指标不够确切，因此，现多采用PAR。
[0027]光量子通量密度(PPFD)指光合作用有效辐射中的光通量密度。它表示单位时间单位面积上在40(T700nm波长范围内入射的光量子数。该物理量可通过例如余弦量传感器进行测量，单位为μ mol m2 s'
[0028]在本发明中，“光合作用有效辐射的光量子通量密度”指的是照射到植物叶面的光合作用有效辐射中的光通量密度。本领域技术人员能够理解:在关闭红光光源时，其表示从日光和/或其他人造光中获得的光合作用有效辐射中的光通量密度；在开启红光光源时，其指的是从所述红光光源和上述光(即，日光和/或其他人造光)中获得的光合作用有效辐射中的光通量密度的总和。
[0029]如图1所示，在本发明的一个实施例中，用于提高植物抗病能力的装置100包括:光强传感器101，用于检测植物102表面的光合作用有效辐射的光量子通量密度；光源103，用于发射红光；在光合作用有效辐射的光量子通量密度低于预定阈值时，利用预定强度的红光照射植物102 ;所述预定阈值为30 μ mol πΓ2 s_1,所述红光的预定强度在0_200 μ molπΓ2 s_1 之间。
[0030]根据本发明的用于提高植物抗病能力的装置使用人造光源产生的红光照射植物，能够有效地减轻病害带来的损失(能够减少32.6%-36.8%的根结数量，从而减轻对植物的伤害)。这不仅是环境友好的(减少了杀虫剂的使用)，而且仅使用相对低的光强即可增强植物的抗性，同时还增加了植物的生物量(重量能够增加约23.2%)和产量。
[0031]在日光中已包含了必要的红光光谱成分，而当昼夜交替或气候变化等因素而导致日光中的光合作用有效辐射低于一定水平时，向植物照射补充的红光将是非常有利的。使用上述预定阈值对是否需要补充光照进行判断，能够充分利用日光中的光合作用有效辐射。在日光和/或其他人造光能够提供充分的红光光谱成分时，光源被关闭以节省能源。
[0032]为了更有针对性地向植物施加红光光谱，可选地，在光合作用有效辐射中的红光的光量子通量密度低于预定阈值时，利用预定强度的红光照射植物；所述预定阈值为30 μ mol m_2 s_S所述红光的预定强度在0-200 μ mol m_2 s—1之间。其中，“在光合作用有效辐射中的红光”可以包括波长范围在605-700nm之间、更优选地在630_670nm之间的可见光辐射。
[0033]其中，光强传感器101可以设置在植物102的叶面位置处，以直接测量植物102表面的光合作用有效辐射的光量子通量密度；光强传感器101也可以设置在距离植物102的叶面较远的位置处，在这种情况下，可以根据该位置处的光强与植物102的叶面处的光强之间的预定的关系间接地得出植物102表面的光合作用有效辐射的光量子通量密度。因此，植物102表面的光合作用有效辐射的光量子通量密度能够由光强传感器101直接地测量或者间接地(例如，通过正比例地换算)得到。
[0034]可选地，还可以采用更简单的判别方式提供补充的光照，例如以时间作为判断因素。例如，可以在傍晚6时至清晨6时向植物提供补充的红光。
[0035]优选地，所述红光的预定强度在0-100 μ mol m_2 s—1之间。发明人发现，只要红光光强高于所述预定阈值，使用相对低的红光光强也能够提高植物的抗病能力。在考虑了诸如自然光、其他人造光的外界光强的情况下，使得红光的预定光强与外界光强的总和高于光合作用有效辐射的光量子通量密度的上述预定阈值，就能够促使植物提高抗病能力。
[0036]在一个实施例中，所述红光的预定强度使得光合作用有效辐射的光量子通量密度等于预定阈值。植物所受到的红光强度被自适应地调整，使得光源的发光量能够满足植物所需的最低限度，也有效限制了能量的损耗。
[0037]优选地，所述光源103为LED。LED的发光效率高，且具有稳定的工作特性，因此使用LED作为光源能够进一步节省能量，提供稳定、可预期的光照。本领域技术人员能够理解，光源103可以包括一个或多个LED管芯、以及封装材料等。同时，所述光源103可以由电源(未示出)进行供电，所述电源可以是市电电源，或是太阳能电池。
[0038]在优选的实施例中，所述红光的波长范围在605_700nm之间，更优选地在630-670nm之间。其他波长对于提高植物病害的抗性效果不如红光，为了减少能量损耗，因此采用促进植物的抗性的尽可能窄的红色光谱，能够有效利用光谱中的红色成分，减少能源的浪费。
[0039]优选地，使用间歇的方式周期性地照射植物。使用红光照射植物以使之产生抗性是一个累积的效应，间歇地照射植物能够在保证上述效应的同时进一步减少能量的浪费。
[0040]其中，所述的“间歇的方式”意味着以一定的时间间隔、在照射植物和不照射植物的状态之间进行切换。为实现上述切换，可采用的方式包括但不限于:以预定的时间间隔开启/关闭光源103、以预定的时间间隔改变光源103的发光方向(例如使用诸如反射器的导光部件)、以预定的时间间隔移动光源103等。
[0041]优选地，开启红光和关闭红光的周期为15分钟。
[0042]在优选的实施例中，所述光源103是可移动的，其进行周期性的移动以周期性地照射植物。在有限的空间内设置少量光源103，使其以可移动的方式照射植物，不仅有效利用了空间，还满足了照射所有植物的需求。
[0043]在另一个实施例中，所述装置100适用于减轻根结线虫的危害。使用红光照射植物，使得植物本身产生了对根结线虫的抗性(即，增加了植物的免疫力)。因此，即使仅照射植物的叶片，也能够使得植物的根部具有抵御根结线虫侵染的能力。
[0044]本发明还提供了一种用于提高植物抗病能力的方法，所述方法包括以下步骤:在光合作用有效辐射的光量子通量密度低于预定阈值时，利用预定强度的红光照射植物；所述预定阈值为30 μ mol m_2 s_\所述红光的预定强度在0-200 μ mol m_2 s—1之间。
[0045]根据本发明的用于提高植物抗病能力的方法使用人造光源产生的红光照射植物，能够有效地减轻病害带来的损失(能够减少32.6%-36.8%的根结数量，从而减轻对植物的伤害)。这不仅是环境友好的(减少了杀虫剂的使用)，而且仅使用相对低的光强即可增强植物的抗性，同时还增加了植物的生物量(重量能够增加约23.2%)和产量。
[0046]优选地,所述红光的预定强度在0-100 μ mol m2 S4之间。
[0047]在一个实施例中，所述红光的预定强度使得光合作用有效辐射的光量子通量密度等于预定阈值。植物所受到的红光强度被自适应地调整，使得光源的发光量能够满足植物所需的最低限度，也有效限制了能量的损耗。
[0048]优选地，所述红光的光源为LED。LED的发光效率高，且具有稳定的工作特性，因此使用LED作为光源能够进一步节省能量，提供稳定、可预期的光照。所述红光的波长范围在605-700nm之间，优选地在630-670nm之间。其他波长对于提高植物病害的抗性效果不如红光，为了减少能量损耗，因此采用促进植物的抗性的尽可能窄的红色光谱，能够有效利用光谱中的红色成分，减少电能的浪费。
[0049]优选地，使用间歇的方式周期性地照射植物。使用红光照射植物以使之产生抗性是一个累积的效应，间歇地照射植物能够在保证上述效应的同时进一步减少能量的浪费。优选地，开启红光和关闭红光的周期为15分钟。
[0050]在另一个实施例中，所述方法适用于减轻根结线虫的危害。使用红光照射植物，使得植物本身产生了对根结线虫的抗性(即,增加了植物的免疫力)。因此,即使仅照射植物的叶片，也能够使得植物的根部具有抵御根结线虫侵染的能力。
[0051]尽管已经结合一些实施例描述了本发明，但是本发明并不预期限于本文阐述的特定形式。相反地，本发明的范围仅由所附权利要求书限制。此外，虽然特征可能看起来结合特定实施例而被描述，但是本领域技术人员应当认识到，依照本发明可以组合所描述的实施例的各种不同的特征。在权利要求书中，措词包括/包含并没有排除其他元件或步骤的存在。
[0052]此外，尽管单独地被列出，但是多个装置、元件或方法步骤可以由例如单个单元或处理器实现。此外，尽管单独的特征可以包含于不同的权利要求中，但是这些特征可能地可以有利地加以组合，并且包含于不同的权利要求中并不意味着特征的组合不可行和/或不是有利的。此外，特征包含于一种权利要求类别中并不意味着限于该类别，而是表示该特征同样可适当地应用于其他权利要求类别。此外，单数引用并没有排除复数。因此，对于“一”、“一个”、“第一”、“第二”等等的引用并没有排除复数。权利要求中的附图标记仅仅为了解释实例而被提供，不应当以任何方式被视为限制了权利要求的范围。
【权利要求】
1.一种用于提高植物抗病能力的方法，所述方法包括以下步骤: 在光合作用有效辐射的光量子通量密度低于预定阈值时，利用预定强度的红光照射植物； 其特征在于，所述预定阈值为30 μ mo I πΓ2 s4,所述红光的预定强度在0_200 μ mo I πΓ2s—1之间。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述红光的预定强度在0-100μ mol m_2s—1之间。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述红光的预定强度使得光合作用有效辐射的光量子通量密度等于预定阈值。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述红光的光源为LED;所述红光的波长范围在605-700nm之间，优选地在630_670nm之间。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用间歇的方式周期性地照射植物。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，开启红光和关闭红光的周期为15分钟。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法适用于减轻根结线虫的危害。
8.一种用于提高植物抗病能力的装置，所述装置包括: 光强传感器，用于检测植物表面的光合作用有效辐射的光量子通量密度； 光源，用于发射红光； 在光合作用有效辐射的光量子通量密度低于预定阈值时，利用预定强度的红光照射植物；其特征在于，所述预定阈值为30 μ mol πΓ2 s4,所述红光的预定强度在0_200 μ mol πΓ2s—1之间。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述红光的预定强度在0-100μ mol m_2s—1之间。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述红光的预定强度使得光合作用有效辐射的光量子通量密度等于预定阈值。
11.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述光源为LED;所述红光的波长范围在605-700nm之间，优选地在630_670nm之间。
12.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，使用间歇的方式周期性地照射植物。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，开启红光和关闭红光的周期为15分钟。
14.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述光源是可移动的，其进行周期性的移动以周期性地照射植物。
15.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置适用于减轻根结线虫的危害。
【文档编号】A01G7/06GK104335831SQ201310333402
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年8月2日 优先权日:2013年8月2日
【发明者】喻景权, 杨有新, 任彦, G-E.奥纳, G.周 申请人:皇家飞利浦有限公司