植物栽培用光源的制作方法

1.本发明涉及一种植物栽培用光源，尤其涉及一种射出最优化于合成植物的有用物质的光的光源。


背景技术：

2.作为植物栽培用照明器具，正在开发并使用代替太阳光的多种光源。以往，作为植物栽培用照明器具，主要使用白炽灯、荧光灯等。但是，现有的植物栽培用照明器具仅单纯地为了植物的光合作用而向植物只提供预定波长的光，大部分照明器具没有除此之外的附加功能。
3.植物在抵抗各种应激的过程中能够合成对人有用的物质，因此，存在着能够栽培含有大量对人有用的物质的植物的光源、栽培装置、栽培方法等多样的需求。


技术实现要素：

4.技术问题
5.本发明的目的在于提供一种能够栽培含有大量对人有用的物质的植物的光源。
6.本发明的又一目的在于提供一种能够利用上述光源容易地栽培植物的栽培方法。
7.技术方案
8.根据本发明的一实施例，植物栽培用光源，植物栽培用光源包括：至少两个发光元件，向植物提供光，其中，所述发光元件中的每一个包括：第一半导体层，掺杂有第一导电型掺杂剂；第二半导体层，设置在所述第一半导体层上，并且掺杂有与所述第一导电型掺杂剂不同的第二导电型掺杂剂；以及活性层，设置在所述第一半导体层与所述第二半导体层之间。所述发光元件在光的波长、光的照射强度以及光的照射时期中的至少一个彼此不同的条件下向植物照射光，从而调节所述植物内的有效成分的种类以及含量。
9.在本发明的一实施例中，所述发光元件可以包括第一发光元件和第二发光元件，当所述第一发光元件射出第一光，所述第一发光元件射出第二光时，所述第一光和所述第二光分别在彼此不同的波段具有峰值波长。
10.在本发明的一实施例中，所述有效成分包括第一有效成分和与所述第一有效成分不同的第二有效成分，并且可以调节所述第一光和所述第二光的波长、照射强度及光的照射时期中的至少一个，以使所述第一有效成分以与所述第二有效成分不同的程度包含在所述植物内。
11.在本发明的一实施例中，当在第一区间期间照射所述第一光，在第二区间期间照射所述第二光时，所述第二区间可以在所述第一区间之前，以使所述植物内的所述第一有效成分的量大于所述第二有效成分的量。
12.在本发明的一实施例中，当在第一区间期间照射所述第一光，在第二区间期间照射所述第二光时，所述第一区间可以在所述第二区间之前，以使所述植物内的所述第二有效成分的量大于所述第一有效成分的量。
13.在本发明的一实施例中，所述有效成分可以为山柰酚类、羟基肉桂酸类、黄酮醇、花青素等，尤其，所述有效成分可以是山柰酚类及羟基肉桂酸类中的至少一种。
14.在本发明的一实施例中，所述第一发光元件和所述第二发光元件可以分别是发光二极管。其中，所述第一光可以具有与紫外线b相对应的波长，峰值可以在约280nm至约300nm的波段内。
15.在本发明的一实施例中，所述第二光可以具有与所述第一光彼此不同的波长。所述第二光的峰值可以在约310nm至约390nm的波段内。
16.在本发明的一实施例中，所述植物可以是十字花科植物，所述十字花科植物可以是卷心菜、白菜、羽衣甘蓝、西兰花、萝卜、荠菜、油菜、芥菜以及小白菜中的至少一种。
17.本发明的一实施例包括利用上述光源来栽培植物的植物栽培方法。此时，所述发光元件可以在光的波长、光的照射强度以及光的照射时期中的至少一个彼此不同的条件下向植物照射光，从而调节所述植物内的有效成分的种类以及含量。
18.发明效果
19.若利用根据本发明的一实施例的光源，则能够实现有效的植物栽培，并且能够容易地增加植物内的对人有益的有效成分的含量。
附图说明
20.图1是图示根据本发明的一实施例的植物栽培用光源的平面图。
21.图2是图示根据本发明的一实施例的植物栽培用光源模块的框图。
22.图3是图示了发光二极管作为根据本发明的一实施例的发光元件的图。
23.图4一同示出了本实验例中所使用的发光二极管的光谱。
24.图5a至图5c分别示出了图4的各个发光二极管的光谱。
25.图6是图示在各个条件下，即，根据处理区1至处理区6以及对照区的鲜重的曲线图。
26.图7a至图7d涉及实验例2，图7a和图7b分别为测量地上部和地下部的鲜重的结果图表，图7c和图7d分别为测量地上部和地下部的干重的结果图表。
27.图8a至图8d涉及实验例2，是依次示出每克植物体的酚含量、每株植物体的酚含量、每克的抗氧化度以及每株植物体的抗氧化度的曲线图。
28.图9涉及实验例4，是在紫外线处理区第6天和第8天测量的图像荧光值。
29.图10涉及实验例6，是示出根据处理区1至处理区5以及对照区的鲜重的图表。
30.图11a至图11d涉及实验例7，依次是示出每克植物体的酚含量、每株植物体的酚含量、每克的抗氧化度以及每株植物体的抗氧化度的曲线图。
31.图12涉及实验例8，是在紫外线处理区的第2天、第4天、第8天测量的图像荧光值。
32.图13a示出了实验例9的代谢物分析结果，并示出了主成分分析(pca：principal component analysis)。
33.图13b示出了实验例9的代谢物分析结果，并示出了偏最小二乘判别分析(pls-da：partial least squares discriminant analysis)。
34.图14a至图14e涉及实验例11，并且为关于山柰酚类的代谢物分析(ltq-it-ms)结果，图15a至图15e为关于羟基肉桂酸类的代谢物分析(ltq-it-ms)结果，图16a至图16k为关
于未确认的化合物的代谢物分析(ltq-it-ms)结果。
35.图17a示出了实验例12的代谢物分析结果，并示出了主成分分析(pca：principal component analysis)。
36.图17示出了实验例12的代谢物分析结果，并示出了偏最小二乘判别分析(pls-da：partial least squares discriminant analysis)。
37.图18至图20涉及实验例14，图18a至图18g为关于山柰酚类的代谢物的分析结果、图19a至图19e为关于羟基肉桂酸类的代谢物的分析结果、图20a至图20f为关于未确认的化合物的代谢物的分析结果。
38.图21是概念性地示出根据本发明的一实施例的栽培装置的栽培装置。
具体实施方式
39.本发明能够进行多种变更，并且可以具有各种形态，附图中例示特定实施例，并在本说明书中进行详细说明。然而，这并非为了将本发明限定于特定公开的形态，应该解释为按包括被包含于本发明的构思及技术范围的全部变更、等同物乃至替代物的情形。
40.在对各个附图进行说明时，针对相似的构成要素使用相似的附图符号。在附图中，为了本发明的明确性，结构物的尺寸相比于实际进行放大图示。第一、第二等术语可以用于说明多样的构成要素，但所述构成要素不应由所述术语所限定。所述术语只用于将一个构成要素区别于其他构成要素的目的。例如，在不超出本发明的权利范围的情况下，第一构成要素可以命名为第二构成要素，相似地，第二构成要素也可以命名为第一构成要素。除非在上下文环境中有明确不同的含义，否则单数型表述包括复数型表述。
41.在本技术中，“包括”或“具有”等术语用于指代说明书中记载的特征、数字、步骤、操作、构成要素、部件或者其组合的存在的可能性，并非预先排除一个或者更多个其他特征或数字、步骤、操作、构成要素、部件或者其组合的存在或者附加的可能性。
42.本发明涉及一种植物栽培时使用的光源。根据本发明的一实施例的光源可以用于植物工厂而向植物工厂内的植物提供光。植物工厂可以被定义为“在设施内人工控制作物的地上部环境(光、温度、湿度、二氧化碳的浓度等)和地下部环境(培养液酸度、浓度、养分构成等)，通过作业的自动化，不受季节或场所的限制，自动地全年生产作物的系统”。植物工厂最大的优点是能够完全地控制作物生长的地上部和地下部环境。
43.植物利用可见光波段的光进行光合作用，并通过光合作用获得能量。如果植物被照射除了可见光波段的光之外的其他光，则在摄取时对人或植物的健康产生积极影响的成分(以下称为有效成分)的含量可以增加。因此，在本发明的一实施例中，公开了一种用于提供除了可见光波段的光之外的用于增加有效成分的波段的光的光源。在此，有效成分是已知的人所需的物质，例如，诸如山柰酚类化合物、羟基肉桂酸之类的抗氧化性物质。
44.应用根据本发明的一实施例的光源的植物的种类可以进行多样的变更。但是，根据类型，从光源射出的光的光合作用效率或所述有效成分含量的增加程度等可能存在差异。在根据本发明的一实施例的光源的情况下，可以应用于十字花科的植物。十字花科的植物有卷心菜、白菜、羽衣甘蓝、西兰花、萝卜、荠菜、油菜、芥菜、小白菜等。并且，根据本发明的一实施例的光源可以应用于十字花科的植物中的羽衣甘蓝。根据本发明的一实施例的植物的种类并不局限于此，当然也可以应用于其他种类。以下，为了便于说明，以将根据本发
明的一实施例的光源应用在十字花科的植物(其中，特别地，在羽衣甘蓝)的情形作为一例进行说明。
45.图1是示出根据本发明的一实施例的植物栽培用光源的平面图，图2是示出根据本发明的一实施例的植物栽培用光源模块的框图。
46.本发明涉及一种植物栽培用光源，植物栽培用光源包括向植物提供光的多个发光元件。在本发明的一实施例中，光源可以包括两个以上的发光元件，但是以下以光源为两个的情形为例进行说明。然而，发光元件的数量不限于此，也可以提供为三个以上。
47.参照图1及图2，植物栽培用光源模块100包括射出植物所需的光的光源30、控制所述光源30的控制部40、向所述光源30和/或控制部40提供电源的电源供应部50。
48.光源30可以包括在彼此不同的波长具有光谱峰值的第一光源31和第二光源33。为了合成植物的有效成分，所述第一光源31和所述第二光源33中的至少一个的光谱的峰值可以位于紫外线波段。以下，以第一光源31位于紫外线波段的情形为一例进行说明。
49.第一光源31可以射出紫外线波段的光。所述第一光的峰值可以在约280nm至约300nm的波段内。在本发明的一实施例中，所述第一光可以具有半宽度具有约30nm以下的值的尖锐的峰值波长。
50.第一光源31可以射出与第二光源33不同的波段的光。在本发明的一实施例中，第一光源31可以射出紫外线波段的光，尤其是可以射出紫外线b波段的光。第一光源31对应于用于增加植物内的有效成分的含量的光。第一光源31也可以根据需要包括单个或多个发光二极管。
51.第二光源33可以射出与第一光源31不同的波段的光。所述第二光的峰值可以在约310nm至约390nm的波段内。例如，所述第二光的峰值可以在约315nm处，或者也可以在约385nm处。在本发明的一实施例中，所述第二光可以具有所述第一光所具有的半宽度具有约30nm以下的值的尖锐的峰值波长。
52.在本发明的一实施例中，第二光源33射出紫外线波段的光，并且可以射出与紫外线a或接近于紫外线a与紫外线b的边界的波段的光。第二光源33也对应于用于增加植物内的有效成分的含量的光，并且根据需要可以包括单个或多个发光二极管。
53.第一光源31和第二光源33可以被独立地驱动。据此，可以仅使第一光源31和第二光源33中的一个光源开启，或者可以使第一光源31和第二光源33全部开启或关闭。在本发明的一实施例中，第一光源31和第二光源33可以独立地开启/关闭而向植物提供具有预定光谱的光。植物可以按照生长的时期，根据是明周期还是暗周期或者是收获时期，从光源(即，从第一光源31和第二光源33)以多种形态接收光。从包括第一光源31和第二光源33的光源射出的光可以根据有效成分的种类或含量而被调节为多种形态。
54.在此，有效成分的种类和含量可以根据施加于植物的光的波段、强度以及照射时期而有多种变化。例如，当有效成分包括第一有效成分和与所述第一有效成分不同的第二有效成分时，可以以使所述第一有效成分以与所述第二有效成分不同的程度而包含在所述植物内的方式来调节所述第一光和所述第二光的波长、照射强度以及光的照射时期中的至少一个。
55.此时，当在第一区间期间照射所述第一光，在第二区间期间照射所述第二光时，所述第二区间可以在所述第一区间之前，以使所述植物内的所述第一有效成分的量大于所述
第二有效成分的量，或者所述第一区间可以在所述第二区间之前，以使所述植物内的所述第二有效成分的量大于所述第一有效成分的量。换言之，当首先在规定时期向植物施加预定波段的光(例如，第一光)，然后施加其他波段的光(例如，第二光)时，在接收到光的植物内合成预定有效成分(例如，第二有效成分)的量可以比合成其他有效成分的量更多，反之亦然。
56.在本发明的一实施例中，所述有效成分可以为诸如山柰酚类、羟基肉桂酸类、黄酮醇、花青素等的物质。在本发明的一实施例中，尤其，所述有效成分可以为山柰酚类和羟基肉桂酸类中的一种。
57.第一光源31和第二光源33可以布置于基板20上。基板20可以是形成有能够直接贴装第一光源31和第二光源33的布线或电路等的印刷电路基板，但不限于此。基板只要能够布置第一光源31和第二光源33即可，其形状或结构不受特别限定，也可以被省略。
58.在本发明的一实施例中，控制部40连接于第一光源31和/或第二光源33而控制第一光源31和第二光源33的操作与否。控制部40可以以有线或无线的方式连接于第一光源31和/或第二光源33。控制部40可以连接有向控制部40供应电源的电源供应部50。电源供应部50可以通过控制部40连接于光源或者直接连接于光源而向光源供电。
59.控制部40可以控制第一光源31和/或第二光源33的开启/关闭，以使第一光源31和第二光源33以预定强度向预定区间射出光。第一光源31和第二光源33可以分别单独地工作，以使植物最大限度有效地进行光合作用。控制部40可以分别独立地控制来自第一光源31、第二光源33的光的射出强度或射出时间等。并且，在第一光源31和/或第二光源33包括多个发光二极管的情况下，可以独立地控制个别的发光二极管。
60.控制部40可以根据预先设定第一光源31和第二光源33的操作的流程或者根据用户的输入来进行控制。第一光源31和第二光源33的操作可以根据植物的种类、植物的生长时期等而多样地变更。
61.虽然未示出，但根据本发明的一实施例的植物栽培用光源还可以包括：可见光光源，照射用于所述光合作用的波段的光。在根据本发明的一实施例的光源被设置于诸如设置有外部光(例如太阳光)的温室之类的地方的情形下，可以不需要额外的可见光光源，但是在设置于诸如未设置额外的外部光的暗室之类的地方的情形下，需要额外的可见光光源。在此情形下，所述光源包括可见光光源，从而可以向植物提供适合于光合作用的光。可见光光源射出的光作为主要用于植物进行光合作用的波段的光，可以是光合有效照射区域(par：photosynthetic active radiation)内的光。par占据太阳光光谱的一部分，并且对应于约400纳米至约700纳米的频带。
62.可见光光源在射出能够进行光合作用的可见光波段的光的限度内，可以由一个或多个发光二极管实现。或者，在射出将后述的预定光谱的光的限度内，可以由一个或多个发光二极管实现。例如，可见光光源可以由同时射出蓝色和红色的发光二极管构成，或者也可以由射出蓝色波段的光的发光二极管和射出红色波段的光的多个发光二极管构成。
63.图3是示出发光二极管作为根据本发明的一实施例的发光元件的图。
64.参照图3，发光二极管可以包括：发光结构体，包括第一半导体层223、活性层225以及第二半导体层227；以及第一电极221和第二电极229，连接于发光结构体。
65.第一半导体层223是掺杂有第一导电型掺杂剂的半导体层。第一导电型掺杂剂可
以是p型掺杂剂。第一导电型掺杂剂可以是mg、zn、ca、sr、ba等。在本发明的一实施例中，第一半导体层223可以包括氮化物系半导体材料。在本发明的一实施例中，第一半导体层223的材料可以为gan、aln、algan、ingan、inn、inalgan、alinn等。
66.活性层225设置于第一半导体层223上，并且对应于发光层。活性层225是通过第一半导体层223注入的电子(或空穴)与通过第二半导体层227注入的空穴(或电子)彼此相遇而借助于根据活性层225的形成物质的能带(energy band)的带隙(band gap)差异而发光的层。
67.活性层225可以利用化合物半导体实现。活性层225例如可以使用iii-v族或ii-vi族的化合物半导体中的至少一种来实现。
68.第二半导体层227设置于活性层225上。第二半导体层227是具有与第一导电型掺杂剂相反的极性的第二导电型掺杂剂的半导体层。第二导电型掺杂剂可以是n型掺杂剂，并且第二导电型掺杂剂例如可以包括si、ge、se、te、o、c等。
69.在本发明的一实施例中，第二半导体层227可以包括氮化物系半导体材料。第二半导体层227的材料可以是gan、aln、algan、ingan、inn、inalgan、alinn等。
70.第一电极221和第一电极229可以以分别与第一半导体层223和第二半导体层227连接的方式设置为多种形态。在本实施例中，示出了在第一半导体层223的下部设置有第一电极221且在第二半导体层227的上部设置有第二电极229的情形，但不限于此。在本发明的一实施例中，第一电极221和第二电极229例如可以利用al、ti、cr、ni、au、ag、ti、sn、ni、cr、w、cu等多种金属或其合金构成。第一电极221和第二电极229可以形成为单层或多层。
71.在本发明的一实施例中，对发光二极管提供为垂直型的情形进行了说明，然而发光二极管不一定是垂直型，只要符合本发明的概念，也可以提供为其他类型。
72.根据本发明的一实施例，用于向样品施加光而使用发光二极管作为光源，而不是使用现有的普通灯具作为光源，从而能够获得如下效果。
73.根据本发明的一实施例，在使用发光二极管作为光源的情形下，可以利用相对于从现有的一般灯具(例如，现有的紫外线)射出的光为特定波长的光来对植物进行处理。与从发光二极管射出的光相比，从现有灯具射出的光在较宽的区域中具有较宽的光谱。据此，在现有的紫外线灯具的情形下，难以从射出的光的波段中仅分离一部分波段的光。与此相比，从发光二极管射出的光可以制造为在特定波长具有尖锐的峰值，并且提供与来自现有灯具的光相比半宽度非常窄的特定波长的光。据此，在仅需要特定波长的光情形下，可以容易地选择特定波长的光，并且向样品仅提供所选择的特定波长的光。结果，可以选择较宽的波长的光或特定波长的光的范围变宽。
74.并且，现有灯具在向样品提供光时可能会难以准确地限制光量，但是发光二极管能够明确地限制光量并提供。并且，现有灯具由于可能难以准确地限制光量，因此照射时间也可能设定在较宽的范围，但是发光二极管可以在相对短的时间期间在明确的时间内提供样品所需的光。
75.如上文所述，对现有灯具而言，由于相对较宽范围的波长、较宽范围的光量及较宽范围的照射时间而难以明确地判断光照射量。与此相比，对发光二极管而言，由于相对较窄范围的波长、较窄范围的光量及较窄范围的照射时间而能够提供明确的光照射量。
76.此外，现有灯具从打开电源开始至达到最大光量为止需要相当长的时间。与此相
比，在使用发光二极管的情形下，打开电源后实际上几乎没有预热时间而直接达到最大光量。因此，对发光二极管光源而言，在向植物照射特定波长的光时，能够明确地控制光的照射时间。
77.并且，与现有荧光灯相比，发光二极管不仅发热量低且功耗低，而且寿命长，从而在经济方面比现有荧光灯更有利。
78.在利用如上所述的植物栽培用光源来栽培植物的情形下，以有效成分表示的次级代谢产物将增加。在此，次级代谢产物具有各种生理活性，并且可以被人摄入以表现出抗氧化性、抗癌性、抗炎性、抗菌性等各种功能。在本实施例中，具有能够将包含大量的这种有效成分的植物加工成食品或医药品，或者无需加工而被人摄入的效果。
79.实验例1：光照射条件1
80.执行用于设定用于在羽衣甘蓝增加次级代谢产物的光照射条件的实验。
81.实验是在温度20℃、湿度60％、可见光发光二极管(红:白，9:1)、光量子通量密度(ppfd)130μmol/m2/s的条件下的植物工厂中进行的。播种于育苗盘的羽衣甘蓝(“晚秋甘蓝”)在栽培2周后，被定植在上述环境中的dft(deep-flow technique)水耕栽培系统，并栽培了3周。
82.在定植后的第3周开始用发光二极管进行紫外线处理。
83.光周期按12小时暗周期和12小时明周期的顺序进行，在明周期期间进行紫外线照射。
84.图5a示出在本实验例中使用的具有295nm的峰值波长的发光二极管的光谱，图5b示出在本实验例中使用的具有315nm的峰值波长的发光二极管的光谱，图5c示出在本实验例中使用的具有385nm的峰值波长的发光二极管的光谱。图4为同时示出了图5a至图5c的发光二极管的光谱。紫外线a发光二极管具有385nm的峰值波长，并以30w/m2的强度连续照射了2天。紫外线b发光二极管具有315nm和295nm的峰值波长，其中，峰值波长为315nm的紫外线b发光二极管以1w/m2、0.3w/m2的强度，峰值波长为295nm的紫外线b发光二极管以0.3w/m2、1w/m2的强度，并以下述表1的条件下进行了照射。紫外线b发光二极管的照射时间为每天6小时，共2天。
85.[表1]
[0086][0087]
实验例2：光照射后的鲜重和干重
[0088]
为了观察实验例1中的根据处理条件的结果差异，测量了植物体的鲜重。
[0089]
图6是示出根据各个条件下，即，处理区1至处理区6以及对照区的鲜重的曲线图。在曲线图中，x轴为经过时间(天)，y轴为鲜重(克)。各个曲线以对照区(control)、处理区1(295w-0.3w)、处理区2(295w-1w)、处理区3(315w-0.3w)、处理区4(315w-1w)、处理区5(385w-30w)、处理区6(385w-1w)的顺序示出。
[0090]
图7a至图7d作为测量根据对照区和处理区的地上部和地下部的鲜重和干重的结
果图表，测量了对照区、处理区1、处理区3至处理区6的地上部和地下部的鲜重和干重。图7a和图7b分别为地上部和地下部的鲜重(克)，图7c和图7分别为地上部和地下部的干重(克)。
[0091]
参照图6，相比于对照区，处理区1至处理区6均没有发现显著差异。然而，对于处理区2(295w-1w)的情形，经过36小时之后羽衣甘蓝枯死，从而无法获得额外的数据。与此相比，即使是具有相同的波长，但在强度降低至0.3的处理区1(295w-0.3w)时未发现枯死的现象。
[0092]
参照图7a至图7d，针对地上部的情形而言，相比于对照区，在处理区5(385w-30w)中呈现出显著高的值，在紫外线b处理区(处理区1)中呈现出显著低的值。针对地下部的情形而言，相比于对照区，在处理区5(385w-30w)中呈现出显著高的值，在处理区3或处理区4没有显著差异。
[0093]
实验例3：测量光照射后的有效成分含量
[0094]
为了观察实验例1中的处理条件对生成有效成分的结果差异，测量了每克植物体的酚含量、每株植物体的酚含量、每克的抗氧化度以及每株植物体的抗氧化度。
[0095]
图8a至图8d是依次按时间的流逝(d)而示出的每克植物体的酚含量(mg gae/g fw)、每株植物体的酚含量(mg gae/株植物)、每克的抗氧化度(mm teac/g fw)以及每株植物体的抗氧化度(mm teac/株植物)的曲线图。
[0096]
参照图8a，相比于对照区，大部分处理区的总酚含量没有显示出较大的差异，但在36小时时，在处理区4～6(315w-1w、385w-30w、385w-w)中观察到了每克酚含量的增加。然而，处理区2(295w-1w)在36小时后由于枯死而未能测量到酚含量。
[0097]
参照图8b，对于除了处理区2之外的所有处理区，每株植物体的总酚含量随着时间而增加。其中，在对应于波长为315nm的光的处理区3和处理区4中，相比于在处理区3中总酚含量缓慢增加的情况，处理区4的总酚含量得到了快速增加。
[0098]
参照图8c，每克的抗氧化度显示出随着时间而增加的倾向。其中，相比于其他处理区，测量出了对应于紫外线a的处理区6中的每克的抗氧化度较低。
[0099]
参照图8d，在整体上观察时可以确认到，相比于对照区，向植物体提供的光的能量越强，每株植物体的抗氧化度随之增加。尤其，相比于其他处理区，处理区5(315w-1w)在36小时时，每株植物体呈现出了显著高的抗氧化度。
[0100]
实验例4：光照射后的图像荧光测量
[0101]
当用紫外线发光二极管对植物进行处理时，为了间接评价这种处理是否对植物体产生了应激(stress)而测量了图像荧光(fv/fm，最高大量子产率)。
[0102]
图9是在第6天和第8天测量紫外线处理区的图像荧光值。
[0103]
参照图9，在荧光值为0.8以上时，能够看出植物体未受到应激影响，但是在第6天，除处理区2和处理区3之外的处理区以及对照区中，显示出0.8以上的值，从而能够看出植物体尚未受到对其造成伤害的程度的应激。对于处理区2和处理区3而言，由于显示出0.8以下的值，从而可知是对植物体造成伤害的程度的能量强度，并且，对于处理区2而言，由于在第8天之前就已经枯死，从而无法测量在1w的能量强度下的荧光。
[0104]
实验例5：光照射条件2
[0105]
执行用于设定在羽衣甘蓝增加次级代谢产物的光照射条件的实验。
[0106]
实验是在温度20℃、湿度60％、可见光发光二极管(红:白，9:1)、光量子通量密度
(ppfd)130μmol/m2/s的条件下的植物工厂中进行的。播种于育苗盘的羽衣甘蓝(“晚秋甘蓝”)在栽培2周后，被定植为上述环境中的dft(deep-flow technique)水耕栽培系统，并栽培了3周。
[0107]
定植后第3周开始用发光二极管进行紫外线处理。
[0108]
紫外线a发光二极管具有385nm的峰值波长，并以30w/m2的强度连续照射了8天。紫外线b发光二极管具有315nm和295nm的峰值波长，峰值波长为315nm的紫外线b发光二极管以0.7w/m2、0.3w/m2的强度，峰值波长为295nm的紫外线b发光二极管以0.3w/m2、0.1w/m2的强度，并以下述表2的条件下进行了照射。紫外线b发光二极管的照射时间为每天6小时，共8天。
[0109]
[表2]
[0110]
处理名称处理区1处理区2处理区3处理区4处理区5对照区峰值波长(nm)295295315315385-照射能量(w/m2)0.10.30.30.730-[0111]
实验例6：光照射后的鲜重
[0112]
为了观察实验例5中的根据处理条件的结果差异，测量了植物体的鲜重。
[0113]
图10是示出根据各个条件，即，处理区1至处理区5以及对照区的鲜重的曲线图。在曲线图中，x轴为经过时间(天)，各个曲线以对照区(control)、处理区1(295w-0.1w)、处理区2(295w-0.3w)、处理区3(315w-0.3w)、处理区4(315w-0.7w)、处理区5(385w-30w)的顺序示出。
[0114]
参照图10，相比于对照区，处理区1至处理区5全部直到第6天为止几乎没有发现显著差异。然而，在第8天时，发现了处理区2的鲜重相比于剩余的处理区1、处理区3至处理区5及对照区减少，并且，剩余的处理区1、处理区3至处理区5以及对照区未发现显著差异。
[0115]
结果为，相比于对照区，在除了以第8天处理为基准照射295nm高能量(0.3w/m2)的处理区2之外的剩余处理区中羽衣甘蓝的鲜重未减少的情况来看，判断为295nm-0.1w/m2、315nm的紫外线b不以足以阻碍生长的程度的强度来照射。
[0116]
实验例7：测量光照射后的有效成分含量
[0117]
为了观察实验例5中的处理条件对生成有效成分的结果差异，测量了每克植物体的酚含量、每株植物体的酚含量、每克的抗氧化度以及每株植物体抗氧化度。
[0118]
图11a至图11d是依次示出每克植物体的酚含量、每株植物体的酚含量、每克的抗氧化度以及每株植物体的抗氧化度的曲线图。
[0119]
参照图11a，在大部分的处理区中，相比于对照区，总酚含量呈现得较高，尤其，在对应于紫外线b的处理区1中，总酚含量呈现得较高。换言之，对于总酚含量而言，确认了紫外线b处理区的每克植物体鲜重的酚含量相比于对照区的每克植物体鲜重的酚含量在处理区的第2天、第4天以及第8天时呈现出较高的值。在整个植物体的总酚含量中，除了受到强应激的处理区2之外的剩余处理区的酚含量在处理的第6天和第8天得到了增加。
[0120]
参照图11b，相比于以第6天为基准对照区，在所有处理区中呈现出了较高的处理值。然而，在处理区2中，由于鲜重的减少而在第8天(48小时)时呈现出了显著低的每株植物体的酚含量值。
[0121]
参照图11c，在各个波长和能量强度不同的情形下，随着时间经过，每克的抗氧化
度的趋势表现得不同。对于每克的抗氧化度而言，可以确认到，相比于接收紫外线a处理的羽衣甘蓝(处理区3至处理区5)和对照区，接收紫外线b处理的羽衣甘蓝(处理区1、2)的处理区在更短的时间内增加。详细地，在处理区2的情形下，在第2天时，每克的抗氧化度呈现为最高，但在第4天或第6天时相比于第2天，每克的抗氧化度减少。在处理区1的情形下也是先是比在第2天和第4天时的情形呈现出相对较高的抗氧化度，但在第6天或第8天时的每克的抗氧化度呈现得相对较低。与此不同，对于处理区5而言，在第2天和第4天时的每克的抗氧化度呈现得相对较低，但在第6天和第8天的每克的抗氧化度呈现得较高。
[0122]
参照图11d，从整体上观察时可以确认，相比于对照区，向植物体提供的光的能量越强，每株植物体的抗氧化度随之增加。尤其，在处理区1的情形下，在第2天，每株植物体的抗氧化度呈现出最高。
[0123]
参照图11a至图11d，每克的酚含量和抗氧化度根据每株植物体的酚含量以及抗氧化度和调查日期而呈现出不同的形态。例如，比较处理区1与处理区2，在每克抗氧化度方面，在第2天时，处理区2呈现出最高值，处理区1呈现出小于处理区2的值。与此不同，对于每株植物体的抗氧化度而言，第2天时处理区1呈现出最高的值，处理区2呈现出小于处理区1的值。此外，第8天时呈现出另一形态，对于每克的抗氧化度而言，处理区1呈现出最高的值，处理区2呈现出比处理区1低得多的值。相反，对于每株植物体的抗氧化度而言，在第8天时呈现出比处理区2更高的值。与此相同地，可以确认每克的有效成分的含量和每株植物体的有效成分的含量根据光照射时间和光照射强度而呈现出彼此不同的值。在本实施例中，考虑到每克的有效成分的含量和每株植物体的有效成分的含量彼此不同的点，即使个体的尺寸小，每克的有效成分的生产量也可能会更高。由于能够在狭窄的面积中收获更多的个体，因此根据情况，在个体的尺寸小的植物中有效成分的含量高的情形下，与个体的尺寸大的情形相比，能够容易地获得有效成分。
[0124]
实验例8：光照射后的图像荧光测量
[0125]
当用紫外线发光二极管对植物进行处理时，为了间接评价这种处理是否对植物产生了应激而测量了图像荧光(fv/fm，最大光子量子产率)。
[0126]
图12是在第2天、第4天、第8天测量紫外线处理区的图像荧光值。
[0127]
在荧光值为0.8以上时，能够看出植物体未受到应激影响，由于在第二天，所有处理区和对照区呈现出0.8以上的值，从而能够看出植物体尚未受到对其造成伤害的程度的应激。但是，在第4天和第8天时，处理区2和处理区5呈现出0.8以下的值，从而可知是对植物体造成伤害的程度的能量强度。
[0128]
实验例9：光照射后对代谢物的分析(第2天)
[0129]
当分别用紫外线a和紫外线b进行处理时，为了确认仅在紫外线b刺激下产生的特定生理活性物质，实施了对代谢物的分析。
[0130]
在此，处理区和对照组的条件如下表3所示，其他条件与上述的实施例相同。
[0131]
[表3]
[0132]
处理名称处理区1处理区2处理区3处理区4对照区峰值波长(nm)295295315385-照射能量(w/m2)0.10.30.730-[0133]
随着处理的持续进行，将它们按照处理区进行分组化，这意味着生物合成了不同
sophorotrioside-7-o-sophoroside-di-sinapic acid)在一部分处理区(处理区1)中，相比于对照区呈现出含量高的倾向，但在剩余的一部分处理区中，相比于对照区也一同呈现出了含量相似或更低的倾向。山柰酚-3-o-槐三糖苷-7-o-葡萄糖苷-阿魏酸/芥子酸(kaempferol-3-o-sophorotrioside-7-o-glucoside-ferulic/sinapic acid)在295nm 0.1w中具有含量高的倾向，并且确认了山柰酚-3-o-芥子酰基阿魏酰基三糖苷-7-o-葡萄糖苷(kaempferol-3-o-sinapoylferuloyltriglucoside-7-o-glucoside)在295nm 0.1w中相对于对照区增加。对于羟基肉桂酸(hydroxycinnamic acids)类而言，在紫外线b的295nm处理区中，与对照区相比，1,2-二芥子酰基龙胆二糖苷(1,2-disinapoylgentiobioside)、1-芥子酰基-2-阿魏酰基龙胆二糖(1-sinapoyl-2-feruloyl gentiobiose)、1,2-二阿魏酰基龙胆二糖(1,2-diferuloylgentiobiose)、1,2,2'-三芥子酰基龙胆二糖苷(1,2,2'-trisinapoylgentiobioside)、2-阿魏酰基-1,2'-二芥子酰基龙胆二糖(2-feruloy1-1,2'-disinapoylgentiobiose)均在紫外线b的295nm处理区中相比于对照区而呈现出增加的倾向，但在315nm 0.7w、紫外线a中，相比于对照区而呈现出减少或相似的结果。
[0143]
《对第二天代谢物分析结果的评价》
[0144]
如上所述，就山柰酚类而言，大体上紫外线b处理(处理区1(295nm 0.1w)及处理区2(295nm 0.3w))相比于对照区呈现出增加的倾向，剩余两个处理区(处理区3(315nm 0.7w)及处理区4(紫外线a))相比于对照区呈现出减少或相似的结果。
[0145]
确认到，羟基肉桂酸类与山柰酚类相似地，在紫外线b处理中，相比于对照区呈现出增加的结果，在剩余的两个处理区中，相比于对照区而呈现出减少或相似的倾向。
[0146]
实验例12：光照射后对代谢物的分析(第8天)
[0147]
为了确认分别用紫外线a和紫外线b处理时仅在紫外线b刺激时生成的特定生理活性物质，在第8天实施了代谢物分析。其中，处理区和对照组的条件与第2天代谢物分析相同，不同之处仅在于第8天。
[0148]
图17示出代谢物分析结果，图17a示出了主成分分析(pca：principal component analysis)，图17b示出了偏最小二乘判别分析(pls-da：partial least squares discriminant analysis)。在第8天可以确认组之间的pca(主成分分析)结果通过pc1(15.9％)被划分为[对照区(control)、处理区1(295nm 0.1w)]和[(处理区3(315nm 0.7w)、处理区4(紫外线a)]。并且，通过pls-da可以确认4个组内具有差异的代谢物(vip》1.0)。在本实验例中，执行ltq-it-ms分析，为此，利用了总共150个羽衣甘蓝(每个体约0.5g)。
[0149]
实验例13：光照射后植物体内代谢物鉴定结果(第8天)
[0150]
通过pls-da确认了4个处理区(con/295 0.1w/315 0.7w/紫外线a)在8天内具有差异的代谢物(vip》1.0，p值《0.05)，然后鉴定了包括山柰酚类、羟基肉桂酸类的总共18个代谢物。表5示出了代谢物鉴定结果。
[0151]
[表5]
[0152][0153]
实验例14：光照射后植物体内代谢物鉴定结果(第8天)
[0154]
图18a至图18g为关于山柰酚类的代谢物分析结果，图19a至图19e为关于氢化肉桂酸类的代谢物分析结果，图20为关于未确认的化合物的代谢物分析结果。
[0155]
参照图18a至图18g，用紫外线b处理的处理区2(295nm 0.1w)相比于对照区，呈现出山柰酚的含量增加的倾向，处理区3(315nm 0.7w)与对照区相似或减少，处理区3(紫外线a)相比于对照区，山柰酚的含量减少。
[0156]
参照图19a至图19e，相比于对照区，用紫外线b和紫外线a两者处理时，羟基肉桂酸的含量根据处理强度而减少。
[0157]
具体地，在第8天划分为[对照区、295nm 0.1w]、[315 0.7w、紫外线a]，分析代谢物的结果，在山柰酚(kampferol)类中的7中物质：山柰酚-3-咖啡酰基二葡萄糖苷-7-o-二葡萄糖苷(kaempferol-3-caffeoyldiglucoside-7-o-diglucoside)、山柰酚-3-(2-咖啡酰基槐糖苷)-7-葡萄糖苷(kaempferol-3-(2-caffeoylsophoroside)-7-glucoside)、山柰酚-3-芥子酰基-二葡萄糖苷-7-二葡萄糖苷(kaempferol-3-sinapoyl-diglucoside-7-diglucoside)、山柰酚-3-芥子酰基-二葡萄糖苷-7-葡萄糖苷(kaempferol-3-sinapoyl-diglucoside-7-glucoside)、山柰酚-3-(2-阿魏酰基槐糖苷)-7-葡萄糖苷(kaempferol-3-(2-feruloylsophoroside)7-glucoside)、山柰酚-3-o-槐三糖苷-7-o-槐糖苷-阿魏酸/芥子酸(kaempfrol-3-o-sophorotrioside-7-o-sophoroside-ferulic/sinapic acid)、山柰酚-3-二芥子酰基三葡萄糖苷-7-葡萄糖苷(kaempferol-3-disinapoyltriglucoside-7-glucoside)均在295nm 0.1w中相比于对照区呈现出增加的倾向。在羟基肉桂酸(hydroxycinnamic acids)类中，可以确认到芥子酰基-阿魏酰基-三葡萄糖苷(sinapoyl-feruloyl-trigucoside)、1,2-二芥子酰基龙胆二糖(1,2-disinapoylgentiobiose)、2-阿魏酰基-1-芥子酰基龙胆二糖(2-feruloyl-1-sinapoylgentiobiose)、1,2,2'-三芥子酰基龙胆二糖苷(1,2,2'-trisinapoylgentiobioside)、2-阿魏酰基-1,2'-二芥子酰基龙胆二糖(2-feruloyl-1,2'-disinapoylgentiobiose)具有紫外线波长越长越减少的倾向。
[0158]
《对第八天代谢物分析结果的评价》
[0159]
如上所述，就羽衣甘蓝的整体pca结果而言，确认了随着不同时间的流逝而变化的
状态，在第8天时期的处理组中，相比与其他时期呈现出了根据发光二极管处理而区分的结果。就第8天的4个处理组之间的pca结果而言，通过pc1(15.9％)而划分为[对照、295nm 0.1w]和[315nm 0.7w，紫外线a]。
[0160]
通过pls-da分析具有差异的代谢物，鉴定了总共18个代谢物，在山柰酚类中，紫外线b处理区(295nm 0.1w)相比于对照区而呈现出增加的倾向，剩余两个处理组[315nm 0.7w、紫外线a]相比于对照区而呈现出减少或相似的结果。确认了羟基肉桂酸类根据发光二极管处理和强度相对于对照区整体上减少。
[0161]
从上述的整体实验例来看，可以确认到，当向栽培中的羽衣甘蓝照射紫外线b时，在一部分处理区(295nm 0.1w、315nm 0.3w、315nm 0.7w)中，在没有羽衣甘蓝的生长减少的情况下，可以获得功能性物质(总酚含量、抗氧化度)增加的结果，尤其，在紫外线b区域照射295nm时，生成与紫外线a不同的生理活性物质。据此，可以获得仅照射紫外线b的羽衣甘蓝的功能性物质增加的结果。
[0162]
并且，在照射紫外线b发光二极管的情况下，在295nm的波长范围内，0.3w的强度成为对植物体造成伤害的应激，相反，0.1w的强度可以被确定为用于增加植物的生理活性物质的生物合成的照射条件。
[0163]
《根据本发明的一实施例的光源的应用》
[0164]
根据本发明的一实施例的光源可以用于植物栽培，可以应用于设置有光源的植物工厂、植物栽培装置、温室等。
[0165]
图21为概念性地图示根据本发明一实施例的栽培装置的栽培装置。图11所示的栽培装置作为一示例图示了小型栽培装置，但并不局限于此。尤其，根据本发明的一实施例的栽培装置虽然也可以使用于大规模植物工厂，但在本实施例中以小型栽培装置作为一例进行说明。
[0166]
参照图21，根据本发明的一实施例的栽培装置100'包括具有能够种植植物的内部空间的壳体60、设置于所述壳体60内并射出光的光源30。
[0167]
壳体60在内部设置有空余空间，所述空余空间内部可以设置植物并供其生长。壳体60可以设置为能够阻挡外部的光的箱形态。在本发明的一实施例中，壳体60可以包括向上部方向开口的下部壳61和向下部方向开口的上部壳63。下部壳61和上部壳63可以紧固为阻挡外部光的箱形态。
[0168]
下部壳61包括底部和从底部向上延伸的侧壁部。上部壳63包括盖部和从盖部向下延伸的侧壁部。下部壳61和上部壳63的侧壁部可以具有相互吻合而紧固的结构。下部壳61和上部壳63可以根据用户的意图彼此紧固或分离，因此用户可以打开或关闭壳体60。
[0169]
壳体60可以设置为多种形状。例如，可以大致具有长方体形状，或者可以具有圆筒形状。然而，壳体60的形状并不局限于此，也可以设置为与此不同的形状。
[0170]
壳体60提供内部提供的植物能够生长的环境。壳体60可以设置为即使在提供多个植物生长的情况下也能够容纳多个植物的尺寸。并且，壳体60的尺寸可以根据植物栽培装置100'的用途而不同。例如，在植物栽培装置100'用于家庭中使用的小规模植物栽培的情况下，壳体60的尺寸可以相对较小。在植物栽培装置100'用于商业上栽培植物并进行销售的情况下，壳体60的尺寸可以相对较大。
[0171]
在本发明的一实施例中，壳体60可以阻断光，以使壳体60外的光不流入壳体60内
部。据此，壳体60内部可以提供与外部隔离的暗室环境。据此，能够防止外部的光不必要地照射到提供于壳体60内部的植物。尤其，壳体60可以防止外部的可见光照射到植物。然而，根据情况，壳体60也可以设计为一部分可以打开而直接接收外部的光。
[0172]
在本实施例中，壳体60内的空间可以设置为一个。然而，这仅是为了便于说明，也可以分离为多个区域。即，在壳体60内可以设置有将壳体60内空间分为多个的隔壁。
[0173]
光源向在壳体60内的植物提供光。光源设置于上部壳63或下部壳61的内表面上。本发明的一实施例中，光源可以设置于上部壳63的盖部上。在本实施例中，作为一示例，图示了在上部壳63的盖部内表面上设置有光源的情形，然而并不局限于此。例如，在本发明的另一实施例中，光源可以设置于上部壳63的侧壁部上。或者，在本发明的又一实施例中，光源可以设置于下部壳61的侧壁部，例如，也可以设置于侧壁部上端。或者，在本发明的又一实施例中，光源也可以设置于上部壳63的盖部、上部壳63的侧壁部、下部壳61的侧壁部中的至少一处。
[0174]
在壳体60内的空间可以设置有栽培台70，以便容易栽培植物，例如，容易进行水耕栽培。栽培台70可以利用与壳体60的底部在上部方向上隔开布置的板状的板71构成。板71可以设置有具有预定尺寸的贯通孔73。栽培台70用于在板71的上表面放置植物并使其生长，为了在供应水时能够排出供应的水，可以具有多个贯通孔73。贯通孔73可以设置为使得植物不向下部掉落的尺寸。例如，贯通孔73的直径可以具有小于植物的大小。栽培台70和下部壳61的底部之间的空间可起到储存排出的水的水槽的功能。据此，通过栽培台70的贯通孔73向下部排出的水可以储存于下部壳61底部与栽培台70之间的空间。
[0175]
但是，根据本发明的一实施例，稻类植物也可以通过除了水耕栽培之外的方法来栽培，在这种情况下，壳体60内空间可以提供水、培养基、土等，从而能够供应稻类植物所需的水分和/或养分，此时，壳体60可以起到容器(container)的功能。培养基或土壤等可以包含能够使植物生长的养分，例如钾(k)、钙(ca)、镁(mg)、钠(na)、铁(fe)等。根据植物的种类，植物可以以埋在培养基中的形式设置，或者以放置在培养基表面上的形式设置。
[0176]
栽培台70的尺寸和形态可以根据壳体60的形态及第一光源和第二光源的设置形态而改变。栽培台70的尺寸和形态可以构成为使设置于栽培台70上的植物进入从第一光源及第二光源照射的光的照射范围内。
[0177]
在壳体60内可以设置有向植物供应水分的水分供应装置。水分供应装置可以设置在壳体60的上端(例如，上部壳63的盖部的内表面上)，从而将水喷射到壳体60栽培台70上。但是，水分供应装置的形态并不局限于上述情形，可以根据壳体60的形状及栽培台70的布置形态而改变。并且，用户也可以直接将水分供应到壳体60内，而无需单独的水分供应装置。
[0178]
水分供应装置可以设置为一个或多个。水分供应装置的数量可以根据壳体的尺寸而改变。例如，在相对较小尺寸的家庭用植物栽培装置的情况下，由于壳体的尺寸较小，因此水分供应装置可以设置为一个。相反，在尺寸相对大的商业用植物栽培装置的情况下，由于壳体的尺寸较大，因此水分供应装置可以设置为多个。然而，水分供应装置的数量并不局限于此，也可以在多种位置设置为多种数量。
[0179]
水分供应装置可以连接到设置于壳体60的水槽或壳体60外部的水栓。并且，水分供应装置还可以包括过滤装置，从而水中浮游的污染物质不会提供至植物。过滤装置可以
包括活性炭、无纺布等过滤器，据此，经过过滤装置的水可以是被净化的水。根据情况，过滤装置还可以包括光照射过滤器，光照射过滤器可以向水照射紫外线等而去除水中存在的细菌、病菌、霉菌孢子等。由于水分供应装置包括上述的过滤装置，即使在水被再利用或雨水等直接用于栽培的情况下，也不存在壳体60内部及植物被污染的忧虑。
[0180]
从水分供应装置提供的水可以仅提供为水本身(例如，纯净水)而没有额外的养分，然而并不局限于此，可以包括植物生长所需的养分。例如，水中可以含有钾(k)、钙(ca)、镁(mg)、钠(na)、铁(fe)等物质或硝酸盐(nitrate)、磷酸盐(phosphate)、硫酸盐(sulfate)、氯化物(cl)等。例如，可以从水分供应装置供应sachs液、knop液、hoagland液、hewitt液等。
[0181]
根据本发明的一实施例，可以利用所述光源来栽培植物。
[0182]
根据本发明的一实施例的植物栽培方法可以包括使植物发芽的步骤和向所述发芽的植物提供可见光波长带的光的步骤。提供至植物的光是从根据上述实施例的光源射出的光，所述可见光波长带的光可以包括光谱不同的第一光至第四光中的至少两种光或三种光。
[0183]
以上，虽然参照本发明的优选实施例进行了说明，但是应当理解，只要是本技术领域的熟练的技术人员或者在本技术领域中具有基本知识的人员就可以在不脱离权利要求书中记载的本发明的思想及技术领域的范围内对本发明进行多种修改及变更。
[0184]
因此，本发明的技术范围并不限定于详细的说明中所具体记载的内容，而应仅由权利要求书中所记载的范围决定。