用于从胁迫中恢复植物的方法和照射系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种通过在光合作用的环境中使用人工照射系统，例如，使用布置在 温室中、步入式试验室中和生长室中的照射系统来从由例如，光、温度、养料、水、虫害和疾 病引发的胁迫中恢复植物的方法。本发明还涉及对应的照射系统、照射系统和计算机程序 产品的使用。
[0002] 发明背景
[0003] 在例如温室中的人工照明和辅助照明通常涉及刺激植物生长的照射系统的使用， 照射系统包括多个高功率光源。可以包括具有不同光谱并且对生长刺激提供不同的影响的 不同类型的光源，诸如基于金属卤化物（MH)的光源或基于含高压钠（HPS)的高强度放电 (HID)的光源或荧光灯泡或白炽灯泡。
[0004] 近来，在提高发光二极管（LED)的亮度方面已经取得了很大的进步。因此，LED已 变得足够明亮和便宜，从而还用作例如温室环境中的人工照明，此外还提供发射具有可调 节颜色（光谱）的光的可能性。通过混合不同显色的LED，可产生任何数量的颜色。可调节 颜色的照明系统通常包括一些主要的颜色，例如，三原色的红、绿和蓝。所产生的光的颜色 由所使用的LED以及混合比例确定。通过使用LED，降低能量消耗是可能的，降低能量是非 常符合当前环境趋势的要求。此外，使用基于LED的照射系统最小化光源所产生的热量，这 特别适合于期望温度控制的环境。
[0005] 如本领域技术人员所知，光给光合作用提供能量，但是当光吸收比率超出叶绿体 内能量使用的比率时，光可能是有破坏性的。光抑制是取决于光的光合效率的下降并且一 直与最大光合系统II (PSII)光化学反应效率（FV/FM) (Kok 1956, Long等人，1994)有相互关 系。起初，人们认为光抑制是高光照现象，但是已显示出光抑制发生在低光照强度下，因此 光抑制是所有自然生长环境中的必然事件。实际上，光抑制可以引起不可逆的导致胁迫的 损坏，但是其也可以体现可逆的光保护机制。光合作用的恢复动力学是两个阶段的，这两个 阶段是独立于蛋白质合成的快阶段（20-60分）和依赖PSII再激活和Dl修复循环（Hurry 和Huner 1992, Leitsch等人，1994)的较慢阶段（几小时）。光合作用从高光照胁迫中的 恢复通常是在"白光"（高压钠（HPS)或荧光灯管）下进行，并且发现在低光照（20-50微摩 尔量子（ymol quanta)!!^-1)下最佳（Polle和Melis，1999)。得出的结论是，光照对于从 光抑制中完全恢复是必需的，其通过光合作用提供所需的能量。
[0006] 在自然界中，植物被暴露在不同的并且变化的光质下。例如，植物冠层内和植物 冠层下的植物叶子适应昏暗的富远红光（700-800nm)环境并且在光斑期间可以迅速地被 暴露于全光谱的饱和光照。在日间范围内，光谱从富含蓝色的晨光转变为午间相等光谱比 率的光再转变为晚间富含红色的光（乌鲁斯特岛，瑞典，炜度58° 13'，2009年12月）（波 科尔，未公布的数据）。此外，叶子内的物理层之间的光质不同并且这与随着叶子光质梯度 变化的光合能力不同有关（Sun等人，1998 Jerashima等人，2009)。
[0007] 植物形态学和发展中的光形态建成、光谱相关的变化是植物中被最广泛研宄的光 质现象（Lin 和 Todo, 2005 ;Thomas，2006 ;Chory，2010 ;Quail，2010)。然而，大多数调查光 谱的红色和蓝色区域的效应的研宄已经示出，光合作用受到光质的影响。由红光和蓝光调 节的光合特性包括叶绿素生源论、叶绿体运动、光合系统的化学计量学、气孔打开和导通、 光合电子传递以及析氧（Kim等人，1993 ;Nishio, 2000 ;Frechilla等人，2000 ;Briggs和 Olney 2002 ;Liscum 等人，2005 ;Pettai 等人，2005 ;Loreto 等人，2009)。
[0008] 令人关注的是，目前正在重新审视绿色对光合作用的重要性。蓝色光和红色光在 叶子的近轴面被优先吸收，并且相比绿色光，蓝光和红光在这个区域更有效地促进光合作 用（Sun等人，1998 ;Nishio,2000 ;Terashima等人，2009)。因而，绿光被传播到叶子中的 更深处，且在近轴面比蓝光或红光更有效地促进CO2固定（Sun等人，1998 ;Terashima等 人，2009)。关于光质对光保护的影响，人们所知较少。暴露于远红光的植物引起快速、短期 的光保护机制，如状态转变（Wollman，2001 ;Allen和Forsberg，2001 ;回顾Dietzel等人， 2008)。暴露到远红光引起到状态1的转变，在状态1中PSII优先吸收，而蓝光引起到状态 2中的转变，在状态2中PSI优先吸收（Shapiguzov等人，2010)。
[0009] 到目前为止，大多数光抑制和恢复研宄通过测量脉冲振幅调制叶绿素 a的荧光参 数FV/FM中的变化来确定数量，F V/FM是PSII光化学反应的最大量子效率。F V/FM的减小与 光合作用的减小相关并且这可以指示损害以及可逆的、被控制的光保护的下调（Krause等 人，1990 ;Critchley，1994 ;Chow等人，2002)。对荧光的光化学淬灭（qP)反映了开放的PSII 反应中心的比例，并且在光抑制期间，由于大量封闭的中心这通常是减少的（Genty等人， 1989 ;MaXwell和Johnson，2000)。荧光的光化学反应淬灭（qP)是PSII吸收的能量相对于 PSI吸收的能量失衡的度量，并能表明是否具有足够的能量可用于光合作用（由Ensminger 等人在2006年检验）。可选地，l-qP已被用于指示封闭的PSII反应中心的比例并且被称为 最大 PSII 激发压（0grett和 Rosenqvist 1992, Maxwell 等人，1994 ;Huner 等人，1998) ·
[0010] 荧光的非光化学反应淬灭（NPQ)被引入以抵消光抑制期间的光合系统过度激发 且不可逆地损害（Demmig-Adam 和 Adams，1996 ;Niyogi，1999 ;Finazzi 等人，2004 ;Sun 等 人，2006)。通过叶黄素循环的过量光能作为热量的耗散被认为是NPQ的最重要的组成 (Raven,2011)〇 toon] 即使根据上述提出的现有技术，仍然期望的是在光合环境中使用人工照射系统， 特别是关于基于LED的人工照射系统，来进一步优化恢复，从而能够例如增加产量和改进 植物的生长过程。 发明概要
[0012] 根据本发明的第一方面，通过用于人工照射植物的方法可以至少部分减轻上述问 题，该方法包括以下步骤：控制照射系统以照射植物，发射光具有第一光谱分布和第一强度 等级，第一光谱分布和第一强度等级针对优化植物生长而进行选定；使用传感器检测植物 中胁迫的存在；如果检测到胁迫，控制照射系统使用具有第二光谱分布和第二强度等级的 光照射植物，第二强度等级低于第一强度等级。
[0013] 本发明基于光、温度、养料、水、害虫和疾病在某些情况下将胁迫引入植物中的理 解。根据本发明，如果使用适合的传感器自动地确定胁迫，则调节为照射植物而提供的光的 光谱分布以及强度。
[0014] 因此，本发明的优点包括检测植物中的胁迫以及通过调节照射植物的光的光谱分 布/强度自动地"处理"这样的情况的可能性。
[0015] 本发明的上下文内，应该注意的是，"照射植物"的表述应该被广义地解释，包括直 接和/或间接（例如，利用相邻的物体，诸如墙、屋顶或地板）。相似地，"优化植物的生长" 的表述应该被广义的解释，即，应该理解的是，第一光谱分布以及第一强度根据例如植物的 当前生长周期选择以便优化一个或多个用于栽培植物的参数。例如，这样的参数可以包括 在将植物栽培为高茎的、宽大的等方面优化植物的生长。此外，可以在为优化植物的气味、 颜色等而栽培植物方面而对植物进行优化。
[0016] 在优选的实施例中，第二光谱分布不同于第一光谱分布。优选地，第二光谱分 布包括30 - 50 %的来自蓝色波长区域内的