優(yōu)先權(quán)申明

本申請(qǐng)要求以下各項(xiàng)的優(yōu)先權(quán)的權(quán)益并且基于以下各項(xiàng)：2014年7月21日提交的標(biāo)題為“適應(yīng)于植物的光譜敏感性的光源(lightsourcesadaptedtospectralsensitivityofplants)”的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)62/027,049，2014年10月9日提交的標(biāo)題為“用于啟動(dòng)光合電子傳遞鏈的光子引擎系統(tǒng)(photonicenginesystemforactuatingthephotosynthesiselectrontransportchain)”的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)62/061,933，以及2015年1月13日提交的標(biāo)題為“用于啟動(dòng)光合電子傳遞鏈的光子引擎系統(tǒng)(photonicenginesystemforactuatingthephotosyntheticelectrontransportchain)”的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)62/102,637，在此要求保護(hù)這些申請(qǐng)的每一個(gè)的優(yōu)先權(quán)的權(quán)益，并且這些申請(qǐng)的每一個(gè)通過(guò)引用以其全文結(jié)合在此。

背景

本發(fā)明涉及植物生長(zhǎng)。更具體地，本發(fā)明涉及一種輻射植物以便增強(qiáng)光合作用的方法和組件。

本領(lǐng)域中眾所周知的是，在光合作用過(guò)程期間，植物吸收不同頻率的光以便使得發(fā)生光合作用。具體地，光合有效輻射(par)是在從大約400納米(nm)至700nm的光譜范圍內(nèi)的輻射。本領(lǐng)域中還已知的是，葉綠素(最豐富的植物色素和負(fù)責(zé)植物代謝的色素)在捕捉紅光和藍(lán)光時(shí)最高效。

在光合作用過(guò)程中，植物中的葉綠素色素吸收光子以便驅(qū)動(dòng)代謝過(guò)程并且耗散光子內(nèi)的其他能量。同時(shí)，為紅光/遠(yuǎn)紅外光和藍(lán)光/uv-a和uv-b光傳感器或光感受器的其他色素起化學(xué)反應(yīng)以便調(diào)整植物的行為和發(fā)育。因此，通過(guò)提供紅色和藍(lán)色光譜的光，植物已經(jīng)被示出為以增加的速率生長(zhǎng)。

此外，本領(lǐng)域中還已知的是，植物需要翻轉(zhuǎn)(turnover)、或黑暗中的時(shí)間。具體地，當(dāng)色素已經(jīng)接受了光子并且正在經(jīng)歷代謝過(guò)程時(shí)，色素?zé)o法接受另外的光子。仍然，當(dāng)另外的光子轟擊植物時(shí)，色素將繼續(xù)試圖代謝，從而使植物脅變或疲勞。確切地，光抑制是植物光誘導(dǎo)的對(duì)光系統(tǒng)ii(psii)的損傷的光合成能力的光誘導(dǎo)降低的現(xiàn)象。光系統(tǒng)ii被光損傷，不管光強(qiáng)度如何，其中損傷反應(yīng)(在高等植物的典型葉片中)的量子產(chǎn)率在10-8至10-7的范圍內(nèi)。一種psii復(fù)合物被攔截的每1000-10000萬(wàn)個(gè)光子損傷，并且因此在所有光強(qiáng)度下發(fā)生光抑制，并且光抑制的速率常數(shù)與以每平方米焦耳測(cè)量的植物的能量密度或輻射曝量成正比。僅當(dāng)損傷的速率超過(guò)其修復(fù)(其要求psii蛋白合成)的速率時(shí)，光電子轉(zhuǎn)移的效率顯著降低。

當(dāng)光合裝置吸收在氧氣產(chǎn)生或co2固定的過(guò)程中不能有效利用的光子時(shí)，發(fā)生二次損傷。過(guò)量光子的能量通過(guò)非同化光化學(xué)消散，預(yù)期其程度隨著光強(qiáng)度而線性增加超過(guò)光合復(fù)合物的能力。過(guò)量光子通過(guò)產(chǎn)生活性氧(ros)產(chǎn)生氧化應(yīng)激。在低光水平下，ros的水平可以通過(guò)包括ros清除酶(超氧化物歧化酶，抗壞血酸過(guò)氧化物酶)和多種抗氧化劑(β-胡蘿卜素，α-生育酚)的抗氧化系統(tǒng)降低到可忍受的水平。然而，ros的產(chǎn)生加速并且高水平的ros引起顯著的氧化應(yīng)激。ros不加速對(duì)psii的光損傷，而是抑制psii的修復(fù)。

概述

因此，本發(fā)明的主要目的是使用光源提高植物的生長(zhǎng)特性。本發(fā)明的另一目的是提供提高植物生長(zhǎng)的成本有效的照明。本發(fā)明的又另一目的是提供一種用于多種植物的照明組件。這些和其他目的、特征以及優(yōu)點(diǎn)將會(huì)從說(shuō)明書的其余部分變得明顯。

一種用于在人工照明下種植植物的園藝系統(tǒng)，該園藝系統(tǒng)具有人工照明元件，這些人工照明元件發(fā)射在植物的色素的峰值吸收的20nm內(nèi)的波長(zhǎng)的光。這些照明元件與該植物成間隔關(guān)系放置，使得所發(fā)射的光被該植物吸收用于光合作用。此外，這些照明元件被脈沖以提供預(yù)定間隔的光明和黑暗，這些間隔是不同步的并且相反呈現(xiàn)與光合電子傳遞鏈的翻轉(zhuǎn)時(shí)間成比例的黑暗間隔。還使用另外的照明元件，其類似地發(fā)射在植物的色素的峰值吸收的20nm內(nèi)的波長(zhǎng)的光，并且再次以與光合電子傳遞鏈的翻轉(zhuǎn)時(shí)間成比例被脈沖，以實(shí)現(xiàn)植物的生長(zhǎng)。

本概述旨在提供對(duì)本專利申請(qǐng)的主題的概述。其并不旨在提供本發(fā)明唯一的或詳盡的解釋。詳細(xì)說(shuō)明被包括在內(nèi)以便提供關(guān)于本專利申請(qǐng)的進(jìn)一步信息。

附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明

在不必按比例繪制的附圖中，相同標(biāo)號(hào)可以描述不同視圖中的類似部件。具有不同字母后綴的相同標(biāo)號(hào)可以表示類似部件的不同實(shí)例。附圖總體上通過(guò)舉例的方式而非通過(guò)限制的方式展示了在本文獻(xiàn)中論述的各個(gè)實(shí)施例。

圖1是用于增長(zhǎng)植物壽命的受控環(huán)境中的照明組件的側(cè)面透視圖；

圖2是用于增長(zhǎng)植物壽命的照明組件的框圖；

圖3是用于增長(zhǎng)植物壽命的照明組件的托盤的俯視平面圖；

圖4是用于增長(zhǎng)植物壽命的照明組件的電路的示意圖；

圖5是示出在一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)由葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素吸收的光的量的圖；

圖6是用于增長(zhǎng)植物壽命的照明組件的電路的示意圖；

圖7是示出圖6的電路的電壓和輸入電流的波形的曲線圖；

圖8是用于園藝系統(tǒng)的照明裝置的電路的示意圖；并且

圖9是示出對(duì)于圖8的不同照明元件的輸入電壓隨時(shí)間變化的曲線圖。

詳細(xì)描述

本發(fā)明集中討論在光合作用期間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)并且使用光作為引擎以有效地引起光合作用反應(yīng)并使由最終暫時(shí)抑制并且減慢光合作用的光化學(xué)反應(yīng)的輔助光化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致的不期望的光抑制最小化。

在光合作用期間，兩種復(fù)合物，光系統(tǒng)i和主要光系統(tǒng)ii提供光合電子傳遞鏈(petc)以與細(xì)胞色素βf反應(yīng)以引起水的氧化，煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(nadp⁺)的還原和三磷酸腺苷(atp)的產(chǎn)生，該化學(xué)物質(zhì)負(fù)責(zé)保持細(xì)胞帶電并且也作為植物和動(dòng)物的生命能源貨幣已知。

科學(xué)家已經(jīng)確定光系統(tǒng)ii(psii)是通過(guò)光反應(yīng)以引起這種光化學(xué)反應(yīng)的關(guān)鍵復(fù)合物。特別地，光系統(tǒng)ii復(fù)合物包含具有伯醌和仲醌qa和qb的互連的d1-多肽和d2-多肽。d1-多肽結(jié)合仲醌受體qb，同時(shí)還具有用于初級(jí)電子供體和受體p680和脫鎂葉綠素的結(jié)合位點(diǎn)。p680由在680nm處最佳吸收光的兩個(gè)葉綠素α分子形成。d1-多肽還具有酪氨酸殘基，其是錳復(fù)合物mn4ca與p680⁺/pheo^-自由基對(duì)狀態(tài)之間的氧化還原中間體。d1多肽也與d2多肽共享非血紅素鐵(fe)連同p680和錳復(fù)合物。還形成光系統(tǒng)ii復(fù)合物的是細(xì)胞色素b559，光捕獲葉綠素cp43和cp47，β-胡蘿卜素和外源性蛋白16、23和33。

當(dāng)光轟擊光系統(tǒng)ii時(shí)，光使光活化的p680反應(yīng)并且從水分子中除去四個(gè)電子。確切地，p680將電子轉(zhuǎn)移到脫鎂葉綠素。此時(shí)，在p680上形成正電荷以提供從在錳處結(jié)合的水中提取電子的p680⁺。這被重復(fù)直到從兩個(gè)水分子轉(zhuǎn)移了四個(gè)電子，從而o2的副產(chǎn)物。同時(shí)，電子從脫鎂葉綠素轉(zhuǎn)移到伯醌qa。電子然后被轉(zhuǎn)移到從基質(zhì)吸收兩個(gè)質(zhì)子的仲醌qb以形成質(zhì)體醌pqh2。所形成的質(zhì)體醌然后通過(guò)電子傳遞鏈經(jīng)由細(xì)胞色素βf轉(zhuǎn)移其電子到光系統(tǒng)i復(fù)合物。

光系統(tǒng)i具有兩種主要組分psaa和psab并且類似于光系統(tǒng)ii，光系統(tǒng)i包含吸收光(但不是最佳680nm處)的兩個(gè)葉綠素α分子，這些葉綠素α分子最佳吸收在700nm處的光并且因此是p700。psi還含有結(jié)合的醌qa和一組4fe-4s簇。

當(dāng)光子轟擊植物時(shí)，p700電子被轉(zhuǎn)移到4fe-4s簇使得電子被轉(zhuǎn)移到基質(zhì)中的鐵氧還蛋白(fd)，導(dǎo)致p700具有正電荷p700⁺。鐵氧還蛋白是具有配位到4個(gè)半胱氨酸殘基的2fe-2s簇的水溶性移動(dòng)電子載體。質(zhì)體藍(lán)素然后將電子轉(zhuǎn)移到p700⁺。含有fad的風(fēng)味蛋白然后充當(dāng)還原酶以接受來(lái)自鐵氧還蛋白的電子以形成fadh2，其然后將氫化物轉(zhuǎn)移至nadp⁺以形成nadph，并且從而驅(qū)動(dòng)atp合成，如本領(lǐng)域中已知的。因此，通過(guò)電子傳遞鏈，電子從水中轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致atp的合成。

這種自然的奇跡是大多數(shù)植物生命的基礎(chǔ)；然而，低效率仍然存在。特別地，例如，在psii復(fù)合物內(nèi)，p680⁺是非常反應(yīng)性的，并且當(dāng)過(guò)量產(chǎn)生時(shí)，其與其他化學(xué)物質(zhì)例如可用的葉綠素、ch1670和β-胡蘿卜素反應(yīng)，導(dǎo)致光誘導(dǎo)的損傷。特別地，當(dāng)d1-多肽形成p680⁺以進(jìn)行所需的電子傳遞時(shí)，發(fā)生d1-多肽的蛋白水解，從而要求d1-蛋白合成來(lái)修復(fù)d1-多肽以及因此psii，使得psii可以再次用于電子傳遞。在蛋白水解和最終d1-蛋白質(zhì)合成的這個(gè)時(shí)間段過(guò)程中，過(guò)量的p680⁺與其他化學(xué)物質(zhì)如ch1670和β-胡蘿卜素反應(yīng)以從中提取電子，導(dǎo)致p680⁺不能適當(dāng)?shù)仄鹱饔貌?duì)植物或光抑制產(chǎn)生損害。特別地，植物合成了在psii系統(tǒng)中用作抗氧化劑的多功能類胡蘿卜素。以這種方式，抗氧化劑作為免疫系統(tǒng)起作用，通過(guò)形成抗氧化劑來(lái)防止對(duì)psii和植物的損害。這個(gè)過(guò)程耗費(fèi)巨大量的能量，該能量被浪費(fèi)而不是用于最大化光合作用反應(yīng)。因此，通過(guò)調(diào)節(jié)遞送到psii的質(zhì)子的量使過(guò)量的p680⁺產(chǎn)生和與過(guò)量chl670化學(xué)物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)最小化，使光誘導(dǎo)的損害最小化并且使植物生長(zhǎng)最大化。通過(guò)消除在該區(qū)域中的能量使用，能量幾乎可以專門用于生長(zhǎng)。如果從某些植物內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值需要抗氧化劑，則生長(zhǎng)植物的更有效的方法是在整個(gè)生長(zhǎng)周期期間防止這些抗氧化劑的形成，然后在生長(zhǎng)周期結(jié)束時(shí)，植物可以接受恒定的光，引起抗氧化劑在生長(zhǎng)最理想地被抑制的時(shí)間形成。

確定植物所要求的光子量的第一種方式是查看psii內(nèi)的s-態(tài)轉(zhuǎn)移。光的閃光已經(jīng)示出在第3次、第7次和第11次閃光后引起氧氣的釋放，導(dǎo)致科學(xué)家推理處于黑暗位置中的植物處于s1狀態(tài)，并且每次光的閃光導(dǎo)致光子被psii接受引起化學(xué)反應(yīng)，第3次閃光或光子導(dǎo)致o2的副產(chǎn)物，表明四個(gè)電子已經(jīng)從兩個(gè)水分子轉(zhuǎn)移并且電子傳遞完成。類似地，此后psii被置于s0狀態(tài)，其中第4次閃光提供單個(gè)光子，第5次閃光提供另一個(gè)光子，直到所有4次閃光導(dǎo)致發(fā)生4個(gè)電子被提供，因此在第7次并且然后第11次閃光之后導(dǎo)致o2的副產(chǎn)物。這被稱為kok周期。

在基本水平上，在第一閃光期間，存在從第一狀態(tài)s1到第二狀態(tài)s2的轉(zhuǎn)變，其涉及電子從錳復(fù)合物mn4ca轉(zhuǎn)移到酪氨酸殘基以形成酪氨酸自由基。在那時(shí)，當(dāng)引入第二閃光或另外的光子時(shí)，發(fā)生從s2到s3狀態(tài)的轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致在形成酪氨酸自由基之后并且在mn復(fù)合物的氧化之前從mn復(fù)合物釋放質(zhì)子。在第三次閃光或引入另一個(gè)光子時(shí)，發(fā)生從s3狀態(tài)到s4以及隨后從s4到s0的轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致雙氧釋放。確切地，在mn復(fù)合物的質(zhì)子釋放之后，光子使得電子從mn復(fù)合物再次轉(zhuǎn)移到酪氨酸殘基，接著快速開始水氧化和mn還原，并且由mn復(fù)合物釋放另一個(gè)質(zhì)子。最后，由于mn復(fù)合物的氧化和mn復(fù)合物的去質(zhì)子化的原因，第四次閃光導(dǎo)致從s0狀態(tài)轉(zhuǎn)變回s1狀態(tài)。

盡管s-態(tài)轉(zhuǎn)變和運(yùn)行本質(zhì)上仍然是理論性的，但轉(zhuǎn)變的重要性是實(shí)現(xiàn)一旦光子轟擊psii復(fù)合物，則發(fā)生初始化學(xué)反應(yīng)，并且化學(xué)反應(yīng)需要預(yù)定量的時(shí)間以達(dá)到新的過(guò)渡狀態(tài)并且在要求另外的光子之前。確切地，psii復(fù)合物在s1與s2級(jí)之間轉(zhuǎn)變所花費(fèi)的時(shí)間量為約70μs，在s2與s3級(jí)之間為約190μs，在s3與s4級(jí)之間為約200μs，在s4與s0級(jí)之間為約1.1-1.6ms，并且在s0與s1級(jí)之間為約30-60μs。類似地，在光合過(guò)程期間，psi復(fù)合物中的天線色素(antenna)的光化學(xué)衰變是15-40ps和5-6ns。換句話說(shuō)，在光合過(guò)程期間，不同的化學(xué)反應(yīng)要求以不同時(shí)間間隔的光子，并且發(fā)生的每個(gè)化學(xué)反應(yīng)具有與其相關(guān)聯(lián)的預(yù)定時(shí)間段，其中不需要過(guò)量光子。相反，過(guò)量的光子僅僅為psi和psii復(fù)合物如p680中的反應(yīng)中心提供額外的勢(shì)能，這提供了p680與psii中的其他化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)并損害植物的機(jī)制，如上所述。

雖然psii內(nèi)的光合電子傳遞被認(rèn)為是線性的，但一旦反應(yīng)將電子通過(guò)β-胡蘿卜素轉(zhuǎn)移到ps1，則循環(huán)電子傳遞在ps1周圍運(yùn)行。確切地，質(zhì)子和電子傳輸導(dǎo)致形成跨類囊體質(zhì)子勢(shì)(pmf)以驅(qū)動(dòng)atp的形成。在高等植物中，這些途徑由依賴鐵氧還蛋白醌氧化還原酶(fqr)和nad(p)h脫氫酶(ndh)的途徑組成。由于這些循環(huán)路徑的原因，圍繞psi的電子流通過(guò)增強(qiáng)管腔的質(zhì)子化以限制電子傳輸并因此限制ros的形成來(lái)保護(hù)psii。因此，增強(qiáng)或提供用于psi的適當(dāng)照明以增強(qiáng)該功能還起到減少導(dǎo)致ros的損害的作用。因此，通過(guò)在預(yù)定強(qiáng)度下在psi的反應(yīng)性p700中心提供適當(dāng)劑量的在700-720nm波長(zhǎng)下的光并且持續(xù)預(yù)定時(shí)間段使psi的循環(huán)流動(dòng)功能最大化，再次限制損傷psii并且降低植物光合作用的效率的不需要的化學(xué)反應(yīng)。

因此，開發(fā)了一種算法以確定釋放光子以供植物吸收之間所需的適當(dāng)?shù)臅r(shí)間量。此外，該算法考慮植物的單獨(dú)的色素和細(xì)胞色素以及在所要求的時(shí)間引起色素和細(xì)胞色素的化學(xué)反應(yīng)所需的能量水平。例如，在色素內(nèi)，引起從s0狀態(tài)到s1狀態(tài)的電子躍遷所要求的能量的量為約1.84電子伏特(ev)或由在676nm處的波長(zhǎng)的光提供的能量的量。因此，在大約680nm處，在峰值水平處示出能量吸收。隨著光的波長(zhǎng)從680nm減少能級(jí)增加。因此，當(dāng)僅提供例如在550nm處的光時(shí)，提供足夠的能量以引起從s0狀態(tài)到s1狀態(tài)的轉(zhuǎn)變；然而，過(guò)量的能量保持或者導(dǎo)致植物發(fā)出熒光或以不同波長(zhǎng)重新發(fā)射光或產(chǎn)生過(guò)量的熱。

在大約445nm處，產(chǎn)生大約2.8ev的能量，這是足以使電子從s0狀態(tài)躍遷到s2狀態(tài)的能量。電子然后立即淬滅到發(fā)生電子轉(zhuǎn)移的s1狀態(tài)。與676nm，導(dǎo)致直接躍遷到s1狀態(tài)的1.84ev能級(jí)相比，這種淬滅導(dǎo)致一些浪費(fèi)的熱量；然而，確實(shí)存在第二吸收峰，其與在其他波長(zhǎng)(例如僅550nm)處提供的能量相比，由于過(guò)剩能量而使能量損失最小化。以這種方式在設(shè)計(jì)光時(shí)，如果產(chǎn)生676nm光比產(chǎn)生445nm光顯著更昂貴，則445nm光可用于最小化能量損失的影響，即使676nm光是優(yōu)選的。

此外，植物內(nèi)的細(xì)胞色素也影響產(chǎn)生光合作用的電子傳遞鏈。例如，細(xì)胞色素βf具有吸收綠光的胡蘿卜素的主色素(波長(zhǎng)495nm-570nm)。這種吸收產(chǎn)生更高的梯度，從而將電子拉向更快的加速氧化并且從而加速光合作用。以這種方式，綠光調(diào)節(jié)提供信號(hào)的光合作用。以這種方式，在電子傳遞鏈從紅光或藍(lán)光開始之后，可以提供綠光以增加該過(guò)程的速度。

一般來(lái)說(shuō)，大多數(shù)植物含有葉綠素a、葉綠素b或類胡蘿卜素，或三者的某種組合。具體來(lái)說(shuō)，葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素是負(fù)責(zé)植物內(nèi)的光合作用的色素。圖5示出了如曲線105(葉綠素a)、110(葉綠素b)和115(類胡蘿卜素)所示的隨波長(zhǎng)變化的由葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素吸收的光的示例性曲線100。

在所描繪的圖中，曲線105提供了葉綠素a接受或吸收不同波長(zhǎng)的光的示例性表示。吸收出現(xiàn)在380與780nm之間的波長(zhǎng)中明顯的峰。在該實(shí)例中，葉綠素a的第一峰120出現(xiàn)在約400-410nm處，第二峰125出現(xiàn)在約430-450nm處，并且第三峰130出現(xiàn)在約670-685nm處。這些實(shí)例是說(shuō)明性的而非限制性的。

對(duì)于葉綠素b吸收曲線110，第一峰135發(fā)生在約430-450nm處。第二峰140發(fā)生在約470-490nm處，最終峰145發(fā)生在約665-670nm處。再次，這些實(shí)例是說(shuō)明性的而非限制性的。

對(duì)于類胡蘿卜素吸收曲線115，第一峰150發(fā)生在約415-420nm處。第二峰155出現(xiàn)在約465-470處，并且第三峰160出現(xiàn)在約510-525nm處。再次，這些實(shí)例是說(shuō)明性的而非限制性的。

除了葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素之外，光合作用的其他化學(xué)物質(zhì)，例如psii的光合作用、破壞和重建所必需的蛋白質(zhì)、β-胡蘿卜素等具有光反應(yīng)性化學(xué)反應(yīng)和引起這些化學(xué)反應(yīng)的光的特定吸收波長(zhǎng)。

此外，植物自然具有與其相關(guān)的瞬態(tài)特性。特別地，當(dāng)光首先到達(dá)植物時(shí)，光幾乎自動(dòng)地被吸收，但是當(dāng)光繼續(xù)提供額外的能量時(shí)，光由于植物的自然瞬態(tài)特性的結(jié)果不那樣快地被吸收。當(dāng)光被脈沖時(shí)，在每個(gè)脈沖之間存在停機(jī)時(shí)間，導(dǎo)致植物的實(shí)際重置，從而導(dǎo)致光的每個(gè)脈沖被有效地吸收，因?yàn)槭怪参锞哂械膶?duì)光的瞬態(tài)效應(yīng)最小化。以這種方式，要求較少的光和強(qiáng)度以引起期望的光化學(xué)反應(yīng)。因此，為了使植物內(nèi)的效率最大化，不僅以預(yù)定間隔提供光，在光的預(yù)定間隔期間，光被均勻地脈沖以使植物的瞬態(tài)特性最小化并提高光合效率。

因此，人造光可以被設(shè)計(jì)并用于不僅替換由太陽(yáng)接收的光，而且被用作如由設(shè)計(jì)者希望的操縱植物的光合作用和生長(zhǎng)的工具。

僅作為示例，圖1示出了園藝組件10可以處在任何位置，包括室外、在溫室內(nèi)、室內(nèi)等。組件10包括容器或空間12，典型地以并排關(guān)系種植的植物14位于其中。在一個(gè)實(shí)施例中，提供了容器12，該容器是培育裝置，在一個(gè)實(shí)施例中，其一般為矩形形狀，具有固定到也以平行間隔關(guān)系的頂壁和底壁18和20的以平行間隔關(guān)系的第一和第二側(cè)壁15和16以及后壁22以形成和中空內(nèi)部空腔24。前壁或門鉸接地固定到側(cè)壁15或16上以允許進(jìn)入主體12的內(nèi)部空腔24。優(yōu)選地，門由透明材料制成以允許看到內(nèi)部空腔24，雖然在另一個(gè)實(shí)施例中，門完全包圍內(nèi)部空腔24。

設(shè)置在內(nèi)部空腔24內(nèi)的是多個(gè)可旋轉(zhuǎn)的保持構(gòu)件或托盤28，其具有接收多個(gè)在其中具有幼苗31的土壤塊30的開口29。特別地，土壤塊30具有由托盤28的開口29接收和保持的尺寸和形狀。托盤28旋轉(zhuǎn)或傾斜到不同的角度以確保光在土壤塊30和幼苗31上的完全覆蓋。

多個(gè)照明元件32固定到每個(gè)托盤28并且彼此電連接。在優(yōu)選實(shí)施例中，多個(gè)照明元件32是接收ac輸入的發(fā)光二極管元件。特別地，這些組件結(jié)合來(lái)自以下專利申請(qǐng)中的任一個(gè)的ac驅(qū)動(dòng)led技術(shù)：grajcar的美國(guó)專利公開號(hào)2011/0101883；grajcar的美國(guó)專利公開號(hào)2011/0109244；grajcar的美國(guó)專利公開號(hào)2011/0210678；grajcar的美國(guó)專利公開號(hào)2011/0228515；grajcar的美國(guó)專利公開號(hào)2011/0241559；grajcar的美國(guó)專利公開號(hào)2011/0273098；grajcar的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?3/452332；或grajcar的美國(guó)專利臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?1/570,552，所有這些專利以其全文結(jié)合在此。

在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)照明元件32引起發(fā)射藍(lán)色波長(zhǎng)(450-495nm)光，使用紫外光和近紫外光(350-450nm)、紅光(620-750nm)或電磁輻射。確切地，照明元件32具有組合在同一托盤28上的電磁輻射/紫外/藍(lán)色波長(zhǎng)照明元件和紅色波長(zhǎng)元件，如圖3中作為照明元件32a和32b示出的。在一個(gè)實(shí)施例中，這種藍(lán)色和紅色波長(zhǎng)的照明元件32a和32b具有不同的光持續(xù)時(shí)間周期。因此，作為示例，第一藍(lán)色波長(zhǎng)照明元件具有3ms的光持續(xù)時(shí)間周期，而紅色波長(zhǎng)照明元件具有2秒的光持續(xù)時(shí)間。

可替代地，照明元件32a和32b具有恰好交錯(cuò)的相同的持續(xù)時(shí)間。作為該實(shí)施例的示例，第一藍(lán)色波長(zhǎng)照明元件32a具有3ms的亮和3ms的暗的持續(xù)時(shí)間或周期。在托盤上還提供了第二紅色波長(zhǎng)照明元件32b，其也具有3ms的亮和3ms的暗的持續(xù)時(shí)間或周期。在一個(gè)實(shí)施例中，第一和第二照明元件同時(shí)發(fā)射光或呈現(xiàn)重疊。在另一實(shí)施例中，第二紅色波長(zhǎng)照明元件在第一藍(lán)色波長(zhǎng)照明元件產(chǎn)生光的3ms期間是暗的。然后，當(dāng)?shù)诙t色波長(zhǎng)照明元件產(chǎn)生光持續(xù)3ms時(shí)，第一藍(lán)色照明元件在黑暗中并且不發(fā)射光。

照明元件32由電源33供電并且進(jìn)一步具有調(diào)光裝置34，其使光的強(qiáng)度減小到小于3流明。因此，在整個(gè)容器12中發(fā)射恒定的低強(qiáng)度波長(zhǎng)光。光可以是窄頻率或單色的以引導(dǎo)所希望的光的精確波長(zhǎng)。此外，雖然被描述為低強(qiáng)度，但是可提供更高強(qiáng)度的光波長(zhǎng)。進(jìn)一步地，在其中由于led照明元件的特性而利用led元件的實(shí)施例中，可將燈打開持續(xù)長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間。

在燈的強(qiáng)度可降低至小于3流明時(shí)，燈的強(qiáng)度類似地可增加以便輸出800流明、1000流明或更多。類似地，當(dāng)燈的持續(xù)時(shí)間可以是長(zhǎng)時(shí)間周期(諸如日、周或月)時(shí)，亮周期與暗周期之間的持續(xù)時(shí)間也可被控制為小時(shí)、分鐘、秒并且甚至毫秒。

加濕裝置36還與內(nèi)部空腔24相關(guān)聯(lián)且優(yōu)選地與頂壁18接合并且具有可在門26關(guān)閉時(shí)增加內(nèi)部空腔24內(nèi)的濕度的管狀元件。以此方式，內(nèi)部?jī)?nèi)的濕度可被控制為提供從0％濕度到100％的任何相對(duì)濕度，使得內(nèi)部空腔24的濕度是預(yù)定的。優(yōu)選地，濕度大約在50％至80％之間。加熱裝置38還電連接至電源33并且布置在內(nèi)部空腔24內(nèi)以便在內(nèi)部空腔內(nèi)提供預(yù)定量的熱量。

在一個(gè)實(shí)施例中，磁場(chǎng)源裝置40與培育裝置10相關(guān)聯(lián)。在一個(gè)實(shí)施例中，磁場(chǎng)源裝置40在內(nèi)部空腔內(nèi)以便形成貫穿或影響幼苗31和所產(chǎn)生的植物14的預(yù)定磁通。

此外，另一考慮是每個(gè)照明元件的強(qiáng)度。特別地，隨著植物14或幼苗31上的強(qiáng)度或流明/m2或勒克司的增加，被供應(yīng)給植物14或幼苗31的能量的量增加，因此減少了提供適當(dāng)劑量所需的時(shí)間量、或產(chǎn)生光化反應(yīng)、或光合作用所需的能量。

此外，在一天的持續(xù)時(shí)間期間、或者在其中光被提供用于引起光化學(xué)反應(yīng)的周期期間，引起化學(xué)反應(yīng)所需的能量的劑量增加。確切地，引起光合作用所需的劑量是動(dòng)態(tài)的。因此，提供足夠能量以引起光化學(xué)反應(yīng)或光合作用所需的時(shí)間量實(shí)際上可以在一天期間或隨時(shí)間增加，使得在照明周期開始時(shí)，以第一預(yù)定時(shí)間量(諸如3.5ms)提供最佳劑量，并且在諸如12小時(shí)的時(shí)間周期之后，要求第二預(yù)定時(shí)間量，諸如14.5ms的光。

因此，通過(guò)使用控制光周期的控制器200，可以提供用于每個(gè)植物14或幼苗31的算法，其在整個(gè)預(yù)定時(shí)間周期(例如十二(12)小時(shí)、二十四(24)小時(shí)、四十八(48)小時(shí)或更長(zhǎng))特別定制或動(dòng)態(tài)地改變照明元件32的頻率或光周期。通過(guò)動(dòng)態(tài)地增加光周期以對(duì)應(yīng)于發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或光合作用的動(dòng)態(tài)變化的要求，光合作用效率被增強(qiáng)并且植物14或幼苗31的生長(zhǎng)被優(yōu)化。

類似地，光的強(qiáng)度可以通過(guò)控制器200，或者通過(guò)增加和減少電壓以及因此光輸出強(qiáng)度或者通過(guò)使控制器200電連接到托盤致動(dòng)器39來(lái)動(dòng)態(tài)地改變，這些托盤致動(dòng)器機(jī)械地升高和降低托盤28以使照明元件32更靠近或遠(yuǎn)離植物14或幼苗31。此外，傳感器41可以電連接到控制器200以確定植物14的高度，并且自動(dòng)地和動(dòng)態(tài)地將托盤28移動(dòng)離開植物14以確保始終向植物提供適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度。

雖然描述為以并排關(guān)系種植，但是設(shè)想了單個(gè)植物14或彼此以任何關(guān)系種植的多個(gè)植物14，并且其不落入本披露的范圍之外。在一個(gè)實(shí)施例中，照明元件32鄰近植物14放置或安裝，使得至少一個(gè)植物接收由照明元件32發(fā)射的輻射。

照明元件32是可調(diào)光的并且如在grajcar的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)12/824,215和/或grajcar的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)12/914,575中所描述的構(gòu)造，這兩個(gè)專利申請(qǐng)都結(jié)合于此。僅作為示例的一個(gè)這樣的組件在圖4中示出，其具有適配為接收周期性激勵(lì)電壓的一對(duì)輸入端子50，使得端子可以接收ac電流或相等幅度和相反極性的電流，所述電流響應(yīng)于激勵(lì)電壓流動(dòng)以提供ac輸入。ac電流然后由驅(qū)動(dòng)電路52調(diào)節(jié)，該驅(qū)動(dòng)電路任選地包括金屬氧化物汽化器(mov)54和整流裝置55，在優(yōu)選實(shí)施例中該整流裝置是由多個(gè)發(fā)光二極管(led)56形成的橋式整流器。

發(fā)光二極管(led)56被安排在第一網(wǎng)絡(luò)58中，其中該第一網(wǎng)絡(luò)58被安排為響應(yīng)于激勵(lì)電壓超過(guò)與該第一網(wǎng)絡(luò)58相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)正向閾值電壓而傳導(dǎo)電流。任選地，取決于驅(qū)動(dòng)電路52，可以使用電阻器60或多個(gè)電阻器來(lái)在到達(dá)第一網(wǎng)絡(luò)58之前調(diào)節(jié)電流。第一網(wǎng)絡(luò)58的led56可以具有任何類型或顏色。在一個(gè)實(shí)施例中，第一網(wǎng)絡(luò)58的led56是產(chǎn)生具有大約600-750納米(nm)的波長(zhǎng)的光的紅色led。在另一個(gè)實(shí)施例中，led的第一網(wǎng)絡(luò)是產(chǎn)生具有大約350-500nm的波長(zhǎng)的光的藍(lán)色led?？商娲?，可以一起提供紅色和藍(lán)色led二者，或者可以類似地使用諸如綠色的其他彩色led，而不超出本披露的范圍。

具有多個(gè)led56的第二網(wǎng)絡(luò)62與第一網(wǎng)絡(luò)58以串聯(lián)關(guān)系另外提供。第二網(wǎng)絡(luò)62的led56可以具有任何類型或顏色。在一個(gè)實(shí)施例中，第二網(wǎng)絡(luò)62的led56是產(chǎn)生具有大約600-750納米(nm)的波長(zhǎng)的光的紅色led。在另一個(gè)實(shí)施例中，led的第二網(wǎng)絡(luò)是產(chǎn)生具有大約350-500nm的波長(zhǎng)的光的藍(lán)色led?？商娲?，可以一起提供紅色和藍(lán)色led二者，或者可以類似地使用諸如綠色的其他彩色led，而不超出本披露的范圍。

在照明元件32中提供旁路通路64，其與第一網(wǎng)絡(luò)58處于串聯(lián)關(guān)系并且與第二網(wǎng)絡(luò)62處于并聯(lián)關(guān)系。同樣在旁路通路64內(nèi)的是提供受控阻抗的元件，其可以例如僅是晶體管66，該晶體管在一個(gè)實(shí)施例中是耗盡型mosfet。在旁路通路64內(nèi)可以使用另外的晶體管、電阻器或類似物，所有這些都調(diào)節(jié)電流以提供從旁路通路64到第二網(wǎng)絡(luò)62的平滑且連續(xù)的轉(zhuǎn)變。

因此，從在此的披露內(nèi)容應(yīng)理解，隨輸入激勵(lì)波形改變的色溫偏移可以基于led組或網(wǎng)絡(luò)58和62的適當(dāng)選擇以及一個(gè)或多個(gè)選擇性電流轉(zhuǎn)移調(diào)節(jié)電路調(diào)節(jié)圍繞所選led網(wǎng)絡(luò)58和62的旁路電流的安排來(lái)實(shí)現(xiàn)或設(shè)計(jì)。可以操縱每組中的二極管的數(shù)量、激發(fā)電壓、相位控制范圍、二極管顏色和峰值強(qiáng)度參數(shù)的選擇，以產(chǎn)生用于一系列照明應(yīng)用的改進(jìn)的電和/或光輸出性能。

照明元件32能夠使用調(diào)光裝置34來(lái)調(diào)節(jié)，而不使用dc電源。在一個(gè)實(shí)施例中，如所示調(diào)光裝置34利用前緣和下降緣切相元件。作為示例，只有三端雙向可控硅調(diào)光器在前緣處提供切相，而igbt調(diào)光器在后緣處提供切相。在該實(shí)施例中，具有前緣和后緣切相二者的調(diào)光裝置與驅(qū)動(dòng)電路52電連通。以這種方式，通過(guò)在調(diào)光裝置34中使用兩者，提供預(yù)定的無(wú)電流周期。因此，與調(diào)光裝置34相關(guān)聯(lián)的控制裝置可以用于確定無(wú)電流周期并且因此確定黑暗周期。

在另一個(gè)實(shí)施例中，調(diào)光裝置34包括至少一個(gè)scr硅可控整流器)，并且在一個(gè)實(shí)施例中，第一和第二scr用于切斷對(duì)于預(yù)定時(shí)間周期提供的電流。切割可以在0相位角或可替代地在一個(gè)角度處發(fā)生。因此，通過(guò)利用scr，調(diào)光裝置34再次用作照明元件32的可控打開/關(guān)閉開關(guān)。確切地，在一個(gè)實(shí)施例中，控制裝置(例如控制旋鈕)與第一和第二scr通信，使得預(yù)定的亮和暗周期可以設(shè)置在從0-30分鐘的任何預(yù)定時(shí)間周期。因?yàn)樘峁┝薬c輸入，所以提供的暗是完全的黑暗，其中由于沒(méi)有提供電流的結(jié)果而不產(chǎn)生光子，與基于dc的閃爍不同。以這種方式，人們可以控制預(yù)定的亮和暗的持續(xù)時(shí)間以匹配特定植物的需要。

圖6示出了允許不同照明元件32a和32b交錯(cuò)的替代實(shí)施例。該實(shí)施例示出了具有ac輸入70的電路68，該ac輸入向包括橋式整流器72的一半的驅(qū)動(dòng)電路69提供ac電流，以在第一多個(gè)照明元件32a中提供輸入，其在一個(gè)實(shí)施例中提供紅色光譜輸出。然后，并行地，第二多個(gè)照明元件32b通過(guò)二極管74(例如齊納二極管)接收來(lái)自ac輸入的輸入。每組照明元件32a和32b還具有附加的電流調(diào)節(jié)元件，在這個(gè)實(shí)施例中，這些元件被提供為具有控制電阻器的晶體管。

因此，輸入到第一和第二照明元件32a和32b的電流如圖7中所示進(jìn)行調(diào)節(jié)。圖7示出了從電路68產(chǎn)生的到照明元件32a和32b的電壓輸入80和電流輸入82和84。當(dāng)正電壓被施加到電路時(shí)，第一電流輸入82提供最大電流輸入86，而當(dāng)電壓輸入80下降到零(0)以下時(shí)，沒(méi)有電流88。同時(shí)，當(dāng)電壓為負(fù)或低于零時(shí)，第二電流輸入84提供最大電流輸入90，而當(dāng)電壓高于零或?yàn)檎龝r(shí)不存在電流92。

因此，利用單個(gè)電壓源，到每組照明元件32a和32b的電流頻率被偏移，使得在沒(méi)有電流流到第一照明元件32a的周期期間，導(dǎo)致第一照明元件32a中的暗，電流流動(dòng)到第二照明元件32b，使得由第二照明元件32b提供亮，并且反之亦然。以這種方式，人感知到連續(xù)的亮，但是植物接收它吸收的光的波長(zhǎng)周期，并且然后接收它不吸收的光的周期，并且因此各個(gè)色素感知亮和暗周期。

類似地，照明元件32a和32b被控制以向植物提供不同的光周期。因此，單個(gè)照明元件32a被驅(qū)動(dòng)以在第一時(shí)間提供亮，然后基于在植物內(nèi)的預(yù)定化學(xué)反應(yīng)所要求的預(yù)定時(shí)間周期，不發(fā)射能夠被植物吸收預(yù)定時(shí)間量的光，并且然后光再次由照明元件32發(fā)射并且然后不再發(fā)射能夠被植物吸收第二預(yù)定時(shí)間周期的光以允許發(fā)生第二化學(xué)反應(yīng)，其中該第一和第二預(yù)定時(shí)間周期可以相同或不同，并且各自在植物內(nèi)引起預(yù)定的生物效應(yīng)。因此，提供發(fā)射可吸收光之間的不同周期，其中這樣的不同周期包括但不限于30μs、70μs、190μs、200μs或1.1ms，或15-40ps或5-6ns，而不超出本披露的范圍。以這種方式，可以基于單獨(dú)的植物需要開發(fā)算法，以便計(jì)時(shí)吸收光相對(duì)于輸出(包括暗)的周期，其不被吸收以引起化學(xué)反應(yīng)。

在另一示例性實(shí)施例中，圖8和9分別示出了替代電路201及其波輸出的曲線圖。電路201具有提供相反量值的電激勵(lì)的輸入202，其由整流器204整流并且被提供給彼此并聯(lián)地提供的一系列照明元件206、208和210。雖然第一、第二和第三照明元件206、208和210中的每一個(gè)被示出為單個(gè)二極管，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，示意性地示出的每個(gè)照明元件包括多個(gè)串聯(lián)連接的發(fā)光二極管。每個(gè)照明元件206、208或210可以是相同或不同的波長(zhǎng)，并且優(yōu)選地是接收所發(fā)射的光的植物30的色素的峰值吸收波長(zhǎng)的20nm內(nèi)的波長(zhǎng)。在一個(gè)實(shí)施例中，第一照明元件206是第一波長(zhǎng)，而第二和第三照明元件208和210是不同的波長(zhǎng)。

優(yōu)選的第一、第二和第三阻抗元件212、214和216是晶體管，并且更優(yōu)選地是mosfet被安排在具有電阻器217的電路201中并且在旁路通路中，以提供圖9所示的輸出。特別地，如所示，第一照明元件206接收功率并發(fā)射光持續(xù)第一亮間隔218(其是第一預(yù)定時(shí)間間隔)接著在預(yù)定時(shí)間量?jī)?nèi)的第一暗間隔219并且然后第二亮間隔220。類似地，第二照明元件208提供第三亮間隔222，其是不同于第一和第二亮間隔218和220的預(yù)定時(shí)間量的預(yù)定時(shí)間量，接著第二暗間隔223，并且然后第四亮間隔224。同時(shí)，第三照明元件210呈現(xiàn)第三暗間隔225，第五亮間隔226和第四暗間隔227。此外，第五暗間隔229出現(xiàn)在第一亮間隔218之前，并且第六暗間隔出現(xiàn)在第二亮間隔220之后。因此，可以操縱亮和暗間隔以提供非同步或變化的亮和暗間隔。特別地，切相調(diào)光器用于控制第五和第六暗間隔229和231以改變光間隔脈沖之間的時(shí)間，以提供與光合電子傳遞鏈的翻轉(zhuǎn)時(shí)間成比例的關(guān)閉或暗時(shí)間，從而降低光抑制率。類似地，亮和暗的間隔可以變化以縮短與植物的瞬態(tài)特性成比例的光的周期，從而使用最小的功率提供最大的光吸收。

雖然已經(jīng)與培育室類型結(jié)構(gòu)一起描述了led照明元件32，但是能夠?qū)⒉煌ㄩL(zhǎng)的光或不同光周期的光遞送到其中使用人造光來(lái)生長(zhǎng)植物的任何環(huán)境的任何類型的光源被本披露設(shè)想并且這樣的實(shí)施例不落入本披露的范圍之外。這包括但不限于使用與白熾燈、高壓鈉燈、緊湊型熒光燈、acled、dcled或類似物相關(guān)聯(lián)的控制器以照亮植物。這還包括但不限于使用具有控制器的pwm驅(qū)動(dòng)器，該控制器調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器的頻率以提供與植物的變化的預(yù)定生物響應(yīng)相關(guān)聯(lián)的變化的預(yù)定時(shí)間周期一致的變化輸出。

特別地，關(guān)于光的波長(zhǎng)或顏色，人們確定增強(qiáng)植物特性(例如生長(zhǎng)、產(chǎn)量、根生長(zhǎng)等)的植物的光波長(zhǎng)或顏色。確切地，取決于特定植物內(nèi)的葉綠素或類胡蘿卜素，除了在預(yù)定時(shí)間周期需要在680nm或700nm處的光以最小化可用于ros型反應(yīng)傷害植物的過(guò)量680nm和700nm光之外，提供適于被植物內(nèi)的葉綠素或類胡蘿卜素吸收的光以向植物提供額外的能量用于增強(qiáng)光合作用的化學(xué)反應(yīng)。以這種方式，處于被葉綠素吸收的波長(zhǎng)的光也增強(qiáng)并促進(jìn)更有效的光合作用。

在操作中，人們可以研究和確定特定植物的預(yù)定亮和暗周期，連同增強(qiáng)植物特性(例如生長(zhǎng)、產(chǎn)量等)的植物的預(yù)定光波長(zhǎng)或顏色。在一個(gè)實(shí)施例中，該波長(zhǎng)為680nm，并且在另一個(gè)實(shí)施例中為700nm。然后，制造照明元件32以呈現(xiàn)預(yù)定的光波長(zhǎng)，并且可以調(diào)節(jié)調(diào)光裝置34以提供預(yù)定的亮和暗周期用于增強(qiáng)生長(zhǎng)。

一旦選擇了照明元件的預(yù)定波長(zhǎng)并且對(duì)于每個(gè)照明元件確定亮和暗時(shí)間的持續(xù)時(shí)間，也選擇了實(shí)現(xiàn)持續(xù)時(shí)間的方式。此時(shí)，再次分析植物以確定植物內(nèi)是否存在另外的色素。因此，在存在葉綠素a的實(shí)施例中，再分析植物以確定葉綠素b是否也存在。如果葉綠素b也存在，則可以選擇第二照明元件或多個(gè)照明元件。與第一照明元件一樣，選擇第二照明元件，其具有與植物內(nèi)的色素(葉綠素a、葉綠素b或類胡蘿卜素)的峰120、125、130、135、140、145、150、155或160相關(guān)的窄波長(zhǎng)帶。

然后，類似于第一選擇的照明元件，確定對(duì)于完成光合作用的化學(xué)反應(yīng)所需的光的劑量或量的時(shí)間的持續(xù)時(shí)間。作為這一點(diǎn)，對(duì)于第二照明元件提供如上所述的提供所需的亮和暗持續(xù)時(shí)間的方法。以這種方式，第一和第二照明元件二者都提供準(zhǔn)確的光波長(zhǎng)和如植物內(nèi)色素所要求的亮和暗的持續(xù)時(shí)間，從而增強(qiáng)植物生長(zhǎng)。該方法可以類似地與植物內(nèi)的類胡蘿卜素色素和其他化學(xué)物質(zhì)相關(guān)使用。以這種方式，在周期中的不同時(shí)期使用多個(gè)不同的波長(zhǎng)以達(dá)到用于增強(qiáng)光合作用的照明處理。

因此，人們分析給定植物內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)和所需的光波長(zhǎng)以引起這些反應(yīng)并且需要光合過(guò)程期間的時(shí)間來(lái)引起所述反應(yīng)。因此，提供預(yù)定波長(zhǎng)和預(yù)定周期的光以引起預(yù)定的化學(xué)反應(yīng)以便以所期望的方式實(shí)現(xiàn)光合作用。

一旦分析了植物的化學(xué)成分，開發(fā)算法以確定呈現(xiàn)什么波長(zhǎng)的光以及在提供特定照明元件的暗或非反應(yīng)周期之前給具體植物提供什么預(yù)定時(shí)間周期的光。例如，可以呈現(xiàn)第一照明元件，其呈現(xiàn)以一定強(qiáng)度或通量的680nm波長(zhǎng)的光以及導(dǎo)致p680活化中心反應(yīng)的第一周期的時(shí)間或持續(xù)時(shí)間，并且然后第二周期的時(shí)間或持續(xù)時(shí)間用于提供特定照明元件，在其中光或者不呈現(xiàn)或以一定強(qiáng)度或通量呈現(xiàn)，使得輸出使輔助化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生最小化，同時(shí)電子沿光合電子傳遞鏈的化學(xué)反應(yīng)或移動(dòng)向前移動(dòng)。

然后在該第二周期的時(shí)間或持續(xù)時(shí)間之后，再次以一定強(qiáng)度和第三周期的時(shí)間或持續(xù)時(shí)間提供在680nm處波長(zhǎng)的光以引起另外的化學(xué)反應(yīng)以沿著光合電子傳遞鏈進(jìn)一步發(fā)生反應(yīng)，隨后接著第四周期的時(shí)間或持續(xù)時(shí)間其中或者不呈現(xiàn)光或強(qiáng)度使輔助化學(xué)反應(yīng)最小化，其中第四周期的時(shí)間由另外化學(xué)反應(yīng)沿光合電子傳遞鏈發(fā)生的時(shí)間長(zhǎng)度確定。雖然為了便于設(shè)計(jì)目的而不超出本披露內(nèi)容，該第四周期可以具有相同的第二周期的長(zhǎng)度，但是這些周期也可以呈現(xiàn)不同的時(shí)間長(zhǎng)度。然后，可以控制提供680nm的該第一光元件以提供如前所述的另外的亮和暗的周期。

同時(shí)，提供與第一照明元件相鄰的第二照明元件，不管是否在同一裝置中，其是與第一照明元件不同的波長(zhǎng)。第二光元件以一定強(qiáng)度和第一時(shí)間周期提供第二波長(zhǎng)以提供增強(qiáng)光合作用的量的光。用于第二照明元件的該第一時(shí)間周期可以是在第一照明元件的第一時(shí)間周期期間，與第一時(shí)間周期重疊，或者可以是在第一照明元件的第二時(shí)間周期期間(當(dāng)呈現(xiàn)沒(méi)有光或限制的強(qiáng)度時(shí))。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，為在第一波長(zhǎng)，例如像僅僅410nm或500nm處以第一較低強(qiáng)度的第一恒定背景光提供延長(zhǎng)的時(shí)間周期，例如像僅至少一分鐘，可替代地，至少一小時(shí)或可替代地二十四小時(shí)。同時(shí)在該延長(zhǎng)的時(shí)間周期期間，第二光元件提供脈沖的另一波長(zhǎng)，例如像僅680nm，或者提供打開和關(guān)閉持續(xù)小于一秒的預(yù)定周期的光，并且在一個(gè)實(shí)施例中，關(guān)于kok周期內(nèi)的時(shí)間段改變時(shí)間。

雖然在一個(gè)實(shí)施例中，光子釋放之間的時(shí)間可以表示為暗周期或當(dāng)光源不發(fā)射光子時(shí)的時(shí)間，但是光子準(zhǔn)備好被接受的周期之間的時(shí)間也可以用在不被psii或psi復(fù)合物內(nèi)的反應(yīng)性組分吸收的強(qiáng)度或波長(zhǎng)下發(fā)射的光充滿。僅作為示例，p680吸收680nm波長(zhǎng)的光以引起所希望的光化學(xué)反應(yīng)；然而，可以利用450nm藍(lán)色或甚至小于450nm并進(jìn)入uv范圍100nm-400nm的波長(zhǎng)來(lái)引起植物內(nèi)的其他化學(xué)反應(yīng)并且不被p680吸收，使得這種光不會(huì)引起本披露所預(yù)期的光損傷。因此，提供被psii復(fù)合物吸收并使其反應(yīng)的第一波長(zhǎng)的光源與未被吸收并且不使psii復(fù)合物反應(yīng)的波長(zhǎng)在中間或甚至同時(shí)提供，引起所希望的光合作用增強(qiáng)，而不超出本披露的范圍。

確切地，分析植物以確定第二波長(zhǎng)的光對(duì)植物內(nèi)的其他反應(yīng)中心例如p680和存在的其他化學(xué)物質(zhì)的影響，以再次使造成植物使用能量來(lái)保護(hù)或修復(fù)損傷有害化學(xué)反應(yīng)最小化而不是用于光合作用。以這種方式，可以以對(duì)植物有害的強(qiáng)度或注量和時(shí)間周期提供在第二波長(zhǎng)處的光；然而，引起向植物提供能量的增強(qiáng)或改進(jìn)使得整個(gè)過(guò)程更有效并且增強(qiáng)了光合作用。

類似地，取決于植物的基因或化學(xué)成分，考慮了對(duì)應(yīng)于不同的所希望的化學(xué)反應(yīng)的附加時(shí)間周期呈現(xiàn)附加波長(zhǎng)的附加照明元件。僅作為示例，類似地使用提供對(duì)應(yīng)于ps1的反應(yīng)中心的峰值吸收水平的700或720nm的波長(zhǎng)的光的第三照明元件。特別地，研究了單獨(dú)的植物，并且以不同的時(shí)間周期和強(qiáng)度提供不同波長(zhǎng)的光以使植物內(nèi)的有害化學(xué)反應(yīng)最小化并使化學(xué)物質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)的性能最大化，以通過(guò)使用照明裝置增強(qiáng)光合作用。

因此，提供了刺激植物的連續(xù)生長(zhǎng)的預(yù)定的亮和暗的周期。當(dāng)在本申請(qǐng)的上下文中使用時(shí)，預(yù)定的亮和暗的周期通過(guò)植物14可以感知的進(jìn)行測(cè)量或確定并且表示當(dāng)照明元件32沒(méi)有發(fā)射光時(shí)的周期，即使亮或暗不能被人感知。因此，在本披露的上下文中，閃爍和不能被人感知的存在的不可察覺(jué)的閃爍被認(rèn)為提供預(yù)定的亮和暗的周期。通過(guò)使用具有與光合電子傳遞鏈(petc)的翻轉(zhuǎn)時(shí)間成比例的關(guān)閉時(shí)間的脈沖光降低了光抑制率并增加了光合效率。

在申請(qǐng)人進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)中，對(duì)煙草提供了三種不同的光處理。提供三個(gè)相同的室，具有相同的土壤、肥料、土壤容器、設(shè)置溫度、溫度保持、設(shè)置rh濕度和rh保持并且甚至近似通量、光波長(zhǎng)和能量全部都保持恒定，其中唯一的差異是每個(gè)波長(zhǎng)的光被遞送到植物的周期或時(shí)間量。每個(gè)室使用深紅色(約650nm-670nm或720nm-740nm)、品藍(lán)(約440nm-460nm)和石灰綠(約566nm-569nm)。在第一室中，深紅色、品藍(lán)和檸檬綠每個(gè)以4個(gè)脈沖間隔同時(shí)脈沖，其中每個(gè)脈沖寬度約為30μs，并且在第一脈沖之后，在30μs的第二脈沖之前提供約85μs的沒(méi)有光。然后在30μs的第三脈沖之前提供大約230μs的沒(méi)有光的時(shí)期。然后在30μs的第四脈沖之前提供大約240μs的沒(méi)有光。最后，在該周期重新開始并以此模式保持24小時(shí)直到植物完全生長(zhǎng)之前，發(fā)生大約1360μs的沒(méi)有光的時(shí)期。

在第二室中，深紅色和品藍(lán)輸出與第一室相同，其中在如前段所述的相同時(shí)間發(fā)生4個(gè)脈沖間隔。然而，在第二室中，石灰綠光源不以與深紅色和品藍(lán)光源相同的間隔脈沖。相反，石灰綠光源每個(gè)周期脈沖一次持續(xù)1200μs，在第四個(gè)30μs脈沖結(jié)束之后開始80μs(在四個(gè)脈沖的周期的結(jié)束與四個(gè)脈沖的新周期的開始之間的1360μs間隔或時(shí)期)深紅色和品藍(lán)光源，并在下一個(gè)4個(gè)脈沖周期的第一個(gè)30μs脈沖之前結(jié)束80μs。然后將該模式保持24小時(shí)。

最終室是控制室，其提供深紅色、品藍(lán)和檸檬綠的恒定dc光持續(xù)24小時(shí)。與深紅色相比，存在20％的品藍(lán)和20％的石灰綠，并且調(diào)節(jié)電流以確保與第一和第二室中的對(duì)照植物達(dá)到完全相同的光量。

在實(shí)驗(yàn)中，進(jìn)行測(cè)量，顯示出植物芽以英寸、長(zhǎng)度、濕重、干重和根干重計(jì)的更大的生長(zhǎng)。在室1中的處理顯示出在所有類別中最大，接著是室2。室1和2具有相比對(duì)照濕重和干重的顯著增加，其中兩個(gè)室1和2顯示相比對(duì)照2-3倍更重。因此，僅僅通過(guò)提供基于kok周期的1360μs和更少的沒(méi)有光的間隔，與不提供間隔的照明相比，植物能夠每天生長(zhǎng)24小時(shí)，具有顯著的重量增加。

在另一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，使用玉米作為模型植物，進(jìn)行三個(gè)概念驗(yàn)證試驗(yàn)，初步發(fā)現(xiàn)支持petc同步脈沖光增加平均光合效率并因此提增加植物生長(zhǎng)速率的假設(shè)。

因此，提供了一種利用照明元件32的園藝系統(tǒng)，這些照明元件能夠提供不同的光波長(zhǎng)和產(chǎn)生光的不同周期，以僅向植物提供功能光。確切地，因此在發(fā)生預(yù)定化學(xué)反應(yīng)所要求的時(shí)間提供每個(gè)光子，并且使損害植物的化學(xué)反應(yīng)中使用的過(guò)量光子最小化(如果不消除的話)。通過(guò)最小化損傷，增強(qiáng)了生長(zhǎng)，導(dǎo)致更快的生長(zhǎng)和更綠色、更好發(fā)育的植物生命。

確切地，通過(guò)提供刺激植物的連續(xù)生長(zhǎng)的預(yù)定的亮和暗的周期以提供與光合電子傳遞鏈(petc)的翻轉(zhuǎn)時(shí)間成比例的斷開時(shí)間降低了光抑制率并增加了光合效率。

因此，不僅可以開發(fā)算法以確定何時(shí)植物要求周期性的亮和暗的周期，連同要求什么波長(zhǎng)的光，類似地可以間隔地提供光以使植物的瞬態(tài)特性最小化。

通過(guò)使光合效率最大化，提供另外的碳以及因此二氧化碳需求。因此，通過(guò)增加可用于植物的co2，光合作用進(jìn)一步增強(qiáng)，使植物的生長(zhǎng)、顏色和營(yíng)養(yǎng)物最大化。因此，提供了更快、更健康的植物，改善了現(xiàn)有技術(shù)水平。

總的來(lái)說(shuō)，可以增強(qiáng)給定植物的不同特性。因此，提供了光處理，這些光處理增加植物的重量和密度，或可以增加葉尺寸，增加或減少根結(jié)構(gòu)或操縱植物的預(yù)定特性以提供滿足種植者需要的植物的定制生長(zhǎng)。這包括但不限于增加植物內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)物，對(duì)于消費(fèi)者是最終產(chǎn)品的植物部分的更快速生長(zhǎng)以及植物的顏色或外觀。

因此，還提供了用于照亮多個(gè)植物14的一種方法和組件10。該組件10包括照明元件32，這些照明元件提供包括用于植物的預(yù)定量的暗或翻轉(zhuǎn)時(shí)間的照明周期或階段。結(jié)果是，植物14獲得所需的休息以在代謝過(guò)程完成期間減輕植物應(yīng)激和應(yīng)變。在這一點(diǎn)上，植物14然后準(zhǔn)備好吸收更多的光以在光合作用過(guò)程中繼續(xù)代謝。

同時(shí)，通過(guò)基于引起光合作用所需的復(fù)合物和化學(xué)反應(yīng)選擇光的波長(zhǎng)，使代謝和光合作用最大化。確切地，led可以包括led的不同網(wǎng)絡(luò)58和62以根據(jù)用于該特定植物14的理想par在由植物14接收的光中產(chǎn)生間歇性u(píng)v、近uv、藍(lán)光和/或紅光。結(jié)果是，不僅可以擁有24小時(shí)恒定光生長(zhǎng)周期，而且另外使植物生長(zhǎng)最大化。結(jié)果是植物的更快的成熟和更高的產(chǎn)量。

此外，通過(guò)將組件10安裝或者另外放置在植物14附近，組件10容易制造并且結(jié)合到新的和現(xiàn)有的園藝組件中。最后，因?yàn)槭褂胊c輸入調(diào)節(jié)電流并消除了脈沖寬度調(diào)制，所以大大降低了與照明元件32相關(guān)聯(lián)的成本。因此，至少已經(jīng)實(shí)現(xiàn)所有陳述的目標(biāo)。