超高亮度红蓝光LED应用于蝴蝶兰组培苗栽培之研究课件

超高亮度紅、藍光超高亮度紅、藍光LED應用應用於蝴蝶蘭組培苗栽培之於蝴蝶蘭組培苗栽培之研究究 饒瑞佶、方煒饒瑞佶、方煒台大生機系台大生機系蔡田龍嘉大生機系中華民國93年12月16日超高亮度紅、藍光LED應用於蝴蝶蘭組培苗栽培之研究 饒瑞佶、1 1組織培養組織培養產業業n n台灣有近百家組培業者n n每年生產上億株種苗，以蘭花苗為最多組織培養產業台灣有近百家組培業者2 2傳統組培苗栽培方式傳統組培苗栽培方式傳統組培苗栽培方式3 3不同人工光源不同人工光源4 4不同反應曲線不同反應曲線不同反應曲線5 5Emerson enhancement effectn nEmerson,et al.(1957)發現當同時提供紅光(650680 nm)與紅外光(700720 nm)時，螺旋藻生長的光合作用速率可比單獨提供紅光或藍光增加2-3倍。n n此為後續發現植物體內存在兩個光合作用系統之基礎。Emerson enhancement effectEmer6 6光合作用 Photosynthesis光合作用 Photosynthesis7 7光週期 PhotoPeriodism光週期 PhotoPeriodism8 8Photomorphogenesis 光型態發生BRB/R饒與方，2004Photomorphogenesis 光型態發生BRB/R饒9 9超高亮度红蓝光LED应用于蝴蝶兰组培苗栽培之研究课件1010藍光藍光的影響的影響向光性葉綠體移動氣孔開閉藍光的影響向光性葉綠體移動氣孔開閉1111使用燈管的最大問題n耗電成本n燈管耗電n散熱(冷氣)耗電High efficiencyCool light source使用燈管的最大問題耗電成本High efficiencyCo1212不同人工光源不同人工光源Radiant Radiant EfficiencyEfficiencyLuminous Luminous EfficacyEfficacyIncandescentIncandescent62 mW/W(6.2%)62 mW/W(6.2%)14.8 lm/W14.8 lm/WHigh-pressure mercuryHigh-pressure mercury124-166124-16640 5740 57Compact gas-dischargeCompact gas-discharge138-170138-17050 6750 67Metal halideMetal halide2272277878FluorescentFluorescent220-270(25%)220-270(25%)64 9364 93High-Pressure SodiumHigh-Pressure Sodium313-316(31%)313-316(31%)125-137125-137不同人工光源發光效率比較不同人工光源發光效率比較不同人工光源Radiant EfficiencyLumino1313高發光效率高發光效率 Microwave powered HPSWater cooled HPSLASERLED(Light-emitting diode)低發熱量低發熱量 LED研究重點究重點高發光效率 研究重點1414高亮度高亮度LED作作為組培苗組培苗/種苗栽培人工光源種苗栽培人工光源 可選擇特定波長可選擇特定波長 波段集中波段集中(+510 nm)510 nm)使用期間衰減少使用期間衰減少 使用壽命使用壽命為為燈管的燈管的1010倍以上倍以上 為為低發熱光源低發熱光源，可降低組培室降溫成本可降低組培室降溫成本 體積小，體積小，強強固固(耐震，不怕耐震，不怕摔摔)可靠近栽培對象，提高單位空間可靠近栽培對象，提高單位空間產產能能 使用直流電，允許配合太陽能或風力發電使用直流電，允許配合太陽能或風力發電 可透過調頻與調工作比進一步省電可透過調頻與調工作比進一步省電 可透過調整電流，達到調整光量與光質可透過調整電流，達到調整光量與光質ACDC高亮度LED作為組培苗/種苗栽培人工光源可選擇特定波長AC1515LED使用壽命長IncandescentIncandescentLife:1,000 hrs 1,000 hrsMetal halideMetal halide6,000 hrs6,000 hrsCompact gas-dischargeCompact gas-discharge6,000-8,000 hrs6,000-8,000 hrsFluorescentFluorescent8,000-9,000 hrs8,000-9,000 hrsHigh-pressure mercuryHigh-pressure mercury8,000-10,000 hrs8,000-10,000 hrsHigh-pressure SodiumHigh-pressure Sodium16,000 hrs16,000 hrsLEDs LEDs 100,000 hrs=11.4 years100,000 hrs=11.4 yearsLED使用壽命長IncandescentLife:1,01616材料、儀器與方法材料、儀器與方法1蝴蝶蘭實生苗蝴蝶蘭實生苗(PhalaenopsisPhalaenopsis White Dream White Dream Enshyu)Enshyu)經經7070天栽培期再進行分切後移植入組培容器天栽培期再進行分切後移植入組培容器使用兩種允許上方透光的栽培容器，每種栽培容器使用兩種允許上方透光的栽培容器，每種栽培容器內栽培內栽培5 5株，每種容器重覆株，每種容器重覆4 4瓶瓶，每種處理各，每種處理各8 8瓶瓶(40(40株樣本株樣本)栽培栽培9090天後取出樣本分別量取七項參數天後取出樣本分別量取七項參數n n濕重、乾重濕重、乾重(105,(105,烘乾烘乾3030分鐘分鐘)n n葉片數、葉片長度、葉片寬度葉片數、葉片長度、葉片寬度n n根數與根長根數與根長育品新高12材料、儀器與方法1蝴蝶蘭實生苗(Phalaenopsis W1717材料、儀器與方法材料、儀器與方法2n n環控室內環境狀況環控室內環境狀況 溫度：溫度：252 252 光週期：日光週期：日16/16/夜夜8 8小時小時 光量：光量：12020 12020 molmmolm-2-2s s-1-1n n使用兩種人工光源使用兩種人工光源 自製的自製的LEDSets LEDSets n n藍光藍光LED(LED(HLMP-CB16,HLMP-CB16,HP,Sunpower)HP,Sunpower)n n紅光紅光LED(LED(HLMP-EG08-VY000,HLMP-EG08-VY000,HP,Sunpower)HP,Sunpower)採購的日光燈管採購的日光燈管(Daylight,FL48D/38,TFC Corp.)Daylight,FL48D/38,TFC Corp.)n n調整燈具與植床高度，以維持兩者之光量相同調整燈具與植床高度，以維持兩者之光量相同(組培組培瓶瓶高高10 cm)10 cm)LEDSetsLEDSets距栽培平面之高度距栽培平面之高度為為12 cm12 cm 日光燈距栽培平面之高度日光燈距栽培平面之高度為為40 cm40 cm材料、儀器與方法2環控室內環境狀況1818LEDset光量、光質、頻率與工作比可調線上量測頻率、工作比、消耗功率與電流第一代第二代方等2001中華民國專利方等2002,2003美國專利方等2001中國專利LEDset光量、光質、頻率與工作比可調第一代第二代方等201919材料、儀器與方法材料、儀器與方法3n n可可攜攜式光譜量測儀式光譜量測儀(Spectroradiometer(Spectroradiometer，LI-LI-1800,LICOR,Inc.,USA)1800,LICOR,Inc.,USA)n n光量子感測器光量子感測器(Quantum sensor,LI-190SA,(Quantum sensor,LI-190SA,LICOR,Inc.,USA)LICOR,Inc.,USA)n n數據紀錄器數據紀錄器(21X,Campbell Scientific Inc.,(21X,Campbell Scientific Inc.,USA)USA)n n微量天平微量天平(AEG-455M,Shimadzu,Japan)(AEG-455M,Shimadzu,Japan)n n烤烤箱箱(DV-452(DV-452，炬安儀器，台灣，炬安儀器，台灣)n n組織培養無菌操作台與相關設備組織培養無菌操作台與相關設備材料、儀器與方法3可攜式光譜量測儀(Spectroradi2020結果與討論結果與討論1:LEDSet光譜光譜HP，SunPower 系列，超高亮度紅光(HLMP-EG08-VY000)LED與藍光(HLMP-CB16)LED結果與討論1:LEDSet光譜HP，SunPower 系2121結果與討論結果與討論2:日光燈光譜日光燈光譜一般日光燈管(Daylight,FL48D/38,TFC Corp.)結果與討論2:日光燈光譜一般日光燈管(Daylight,2222結果與討論結果與討論3:透氣率透氣率n n容器1透氣率為0.08 hr-1n n容器2透氣率為0.06 hr-1 12結果與討論3:透氣率容器1透氣率為0.08 hr-1122323結果與討論結果與討論4:容器容器1栽培栽培 LEDSetsLEDSets日光燈日光燈t-testt-test乾重乾重(g)(g)1.221.22 0.440.441.201.20 0.440.44nsns葉片數葉片數3.503.50 0.610.613.443.44 0.620.62nsns葉長葉長(cm)(cm)4.474.47 0.630.633.873.87 0.500.50s s葉寬葉寬(cm)(cm)1.871.87 0.280.282.002.00 0.230.23nsns根數根數7.257.25 1.291.297.617.61 1.291.29nsns根長根長(cm)(cm)3.923.92 0.740.743.843.84 0.780.78nsns結果與討論4:容器1栽培 LEDSets日光燈t-test2424結果與討論結果與討論5:容器容器2栽培栽培 LEDSetsLEDSets日光燈日光燈t-testt-test乾重乾重(g)(g)1.301.30 0.600.601.281.28 0.460.46nsns葉片數葉片數3.353.35 0.610.613.563.56 0.700.70nsns葉長葉長(cm)(cm)4.454.45 0.550.553.673.67 0.400.40s s葉寬葉寬(cm)(cm)1.971.97 0.300.301.891.89 0.240.24nsns根數根數7.477.47 1.371.377.787.78 1.901.90nsns根長根長(cm)(cm)3.923.92 0.740.744.044.04 0.880.88nsns結果與討論5:容器2栽培 LEDSets日光燈t-test2525結果與討論結果與討論6:LEDSets栽培栽培 容器1容器2t-test乾重乾重(g)(g)1.221.22 0.440.441.301.30 0.600.60nsns葉片數葉片數3.503.50 0.610.613.353.35 0.610.61nsns葉長葉長(cm)(cm)4.474.47 0.630.634.454.45 0.550.55nsns葉寬葉寬(cm)(cm)1.871.87 0.280.281.971.97 0.300.30nsns根數根數7.257.25 1.291.297.477.47 1.371.37nsns根長根長(cm)(cm)3.923.92 0.740.743.923.92 0.740.74nsns結果與討論6:LEDSets栽培 容器1容器2t-test2626結果與討論結果與討論7:日光燈栽培日光燈栽培容器1容器2t-test乾重乾重(g)(g)1.201.20 0.440.441.281.28 0.460.46nsns葉片數葉片數3.443.44 0.620.623.563.56 0.700.70nsns葉長葉長(cm)(cm)3.873.87 0.500.503.673.67 0.400.40nsns葉寬葉寬(cm)(cm)2.002.00 0.230.231.891.89 0.240.24nsns根數根數7.617.61 1.291.297.787.78 1.901.90nsns根長根長(cm)(cm)3.843.84 0.780.784.044.04 0.880.88nsns結果與討論7:日光燈栽培容器1容器2t-test乾重(g)2727結論結論n n容器容器1 1與容器與容器2 2使用使用LEDsetLEDset或日光燈管栽培蝴或日光燈管栽培蝴蝶蘭組織培養苗，蝶蘭組織培養苗，9090天之後均無明顯差異天之後均無明顯差異n nLEDsetLEDset與日光燈管應用在蝴蝶蘭組織培養苗與日光燈管應用在蝴蝶蘭組織培養苗生長，栽培生長，栽培9090天之後天之後n n只有葉長有明顯差異只有葉長有明顯差異 以以LEDset栽培者栽培者葉片較長n n其他均無明顯差異，包括：其他均無明顯差異，包括：濕重、乾重濕重、乾重 葉片數、葉寬葉片數、葉寬 根長、根數根長、根數結論容器1與容器2使用LEDset或日光燈管栽培蝴蝶蘭組織培2828結論結論n高亮度紅、藍光LED應用於蝴蝶蘭組織培養苗栽培應屬可行紅光比例偏高情況下，葉片較長，乾重累積與生長速率與使用日光燈管沒有顯著差異結論高亮度紅、藍光LED應用於蝴蝶蘭組織培養苗栽培2929近程發展近程發展(作物栽培人工光源作物栽培人工光源)n n紅、藍光LED取代日光燈光源應用在蝴蝶蘭組培苗栽培(本研究)n n紅、藍光LED取代日光燈光源應用在馬鈴薯組培苗栽培(已發表已發表)n n紅、藍光LED取代日光燈光源應用在彩色海芋量產規模的組培苗栽培及作物栽培(已發表已發表)n n只用紅光LED且採用交流供電的給光模式可用於栽培彩色海芋組培苗，可大幅降低設備成本(已發表已發表)近程發展(作物栽培人工光源)紅、藍光LED取代日光燈光源應用3030LED的發展與單價演變的發展與單價演變19681968LEDLED相關相關產產品品超高亮度超高亮度紅光LEDLED超高亮度超高亮度藍光LEDLED19931993日本日本 Nichia Nichia公公司司19941994年年1 US$1 US$8 US$8 US$19981998年年2 2月月10 NT$10 NT$40 NT$40 NT$19991999年年8 8月月3 NT$3 NT$26 NT$26 NT$20042004年初年初2 NT$2 NT$8 NT$8 NT$LED的發展與單價演變1968LED相關產品超高亮度紅光LE3131近程發展近程發展(植物光生理植物光生理研究究)n n紅光與藍光不同給光時機與時程對彩色海芋組培苗生長影響之探討(已發表已發表)n n高頻閃爍給光可促進馬鈴薯組培苗生長並兼具省電效果(已發表已發表)近程發展(植物光生理研究)紅光與藍光不同給光時機與時程對彩色3232近程發展近程發展(作物儲藏人工光源作物儲藏人工光源)n nLED+LED+電池的弱光儲藏電池的弱光儲藏 (patent pending)(patent pending)應用於蔬菜、花卉小、中、大苗、成花與切花之長程陸運應用於蔬菜、花卉小、中、大苗、成花與切花之長程陸運或海運輸送或海運輸送n nLEDLED的低溫弱光儲藏的低溫弱光儲藏 (patent pending)(patent pending)應用於蔬菜、花卉種苗之短程低溫儲藏應用於蔬菜、花卉種苗之短程低溫儲藏 應用於冰箱之蔬菜儲藏區應用於冰箱之蔬菜儲藏區近程發展(作物儲藏人工光源)LED+電池的弱光儲藏(pa3333近程發展近程發展(儀器儀器研發發)n n可彈性調整光量、光質、頻率、工作比的植物生長箱人工光源(已發表已發表)(目前只有紅光660nm與藍光450nm點亮，紅外光730nm未點亮)用於植物生長箱用於植物生長箱用於植物生長箱用於植物生長箱的的的的LEDLED單片模組單片模組單片模組單片模組近程發展(儀器研發)可彈性調整光量、光質、頻率、工作比的植3434用於植物生長箱的用於植物生長箱的LED光盤光盤由九片模組組成由九片模組組成 方等2001中華民國專利方等2002,2003美國專利方等2001中國專利用於植物生長箱的LED光盤由九片模組組成 方等2001中華3535後續發展後續發展(植物病蟲害光生理植物病蟲害光生理研究究)n n黃光LED應用於驅蟲n n藍光與紫外光LED應用於誘蟲與捕蟲後續發展(植物病蟲害光生理研究)黃光LED應用於驅蟲3636後續發展後續發展(儀器儀器研發發)n n葉綠體葉綠體a,ba,b有兩個吸收峰，分別落於有兩個吸收峰，分別落於 400500 nm(400500 nm(藍藍光光)與與 600700 nm(600700 nm(紅光紅光)範圍範圍n n現階段使用儀器只能量測葉片內葉綠體的總含量現階段使用儀器只能量測葉片內葉綠體的總含量後續發展(儀器研發)葉綠體a,b有兩個吸收峰，分別落於 43737後續發展後續發展(儀器儀器研發發)n n葉綠素a/b比值可做為植物適應光環境的指標，可透過不同波長的LED進一步研發相關儀器後續發展(儀器研發)葉綠素a/b比值可做為植物適應光環境的指3838謝謝聆聽謝謝聆聽敬請指敬請指教謝謝聆聽敬請指教3939