Forbedring af solen – LED-lys giver næring til plantevækst i rummet

Hvis du nogensinde har set filmen Marsmanden , du er bekendt med "planter i rummet." Hovedpersonen i filmen, spillet af Matt Damon, høster med succes kartofler på Mars for at brødføde sig selv, når han er strandet på planeten.

Langt ude? Slet ikke.

Her på University of Guelph i vores Controlled Environment Systems Research Facility (CESRF), vi har undersøgt planteproduktion med kontrolleret miljø, og hvordan man bedst får mest ud af planter med hensyn til mad, ilt, ferskvands- og kuldioxidskrubning - med andre ord, menneskelig livsstøtte - i årtier. Siden midten af ​​1990'erne har vi har været hjemsted for Space and Advanced Life Support Agriculture (SALSA)-programmet.

Disse forskningsaktiviteter udgør Canadas bidrag til nicheområdet for rumudforskning kendt som "biologisk livsstøtte" - eller planter i rummet.

Forskning og teknologisk udvikling på dette område omfatter:

1. Biofiltrering af indendørs luft (med terrestriske applikationer for at afbøde "syge bygningssyndrom");
2. Desinfektionsmetoder, der ikke efterlader giftige rester;
3. Ideelt afgrødevalg som en kilde til mad på langsigtede rumudforskningsmissioner;
4. Undersøgelser med reduceret tryk for at udvikle lavmasse, oppustelige "drivhuse" til månen og Mars;
5. Miljøkontrol "opskrifter" på lys, CO2, temperatur, fugtighed, næringsstoffer og vand og, selvfølgelig, et væld af sensorer af disse miljøvariabler for at lette plantevækst.

Blandt de nyere værktøjer i jagten på produktion af høj densitet af en række afgrøder er lysemitterende dioder (LED'er) som en kilde til fotosyntetisk energi. I vores forskningsanlæg, vi arbejder på at forfine og perfektionere LED-teknologi.

Fremkomsten af ​​stadigt stigende intensitet og effektivitet af LED'er har udvidet deres brug ud over biler og gadelys. Vi betragter nu rutinemæssigt LED'er som supplerende, eller endda eneste kilde, belysning til planter.

LED'er har et unikt smalt bølgebånd af lys, der repræsenterer en lille undersektion af solspektret. Der er mange eksempler på lysdioder, der praktisk talt udfylder spektret af synligt lys og videre til at inkludere ultraviolette bånd og fjernrøde til infrarøde komponenter.

Vi ved en del om, hvordan planter reagerer på forskellige bølgelængder, og visse kombinationer af lysets bølgelængder, baseret på forskning med filtre og andre mere konventionelle lys, der inkluderer højtryksnatrium, metalhalogen og fluorescerende belysning.

Forbedring af solen

Imidlertid, Lysdioder giver mulighed for at designe et spektrum og vurdere plantens reaktion på nogle meget usædvanlige farvekombinationer.

Blandt rækken af ​​miljøvariabler, der optimerer planteproduktionen, den mest kraftfulde til at bestemme, hvordan en plante reagerer på dens kontekst, er belysning.

Ja, med de nye egenskaber ved LED-lys, vi kan tilsyneladende forbedre solen i produktionen af ​​forskellige plantevarer.

De seneste forskningsresultater om forskellige spektrale kvaliteter - farver, med andre ord - giv detaljer om specifikke svar i nogle planter relateret til plantens størrelse, form og fotosyntetisk effektivitet. Vi kan endda ændre indholdet af metaboliske forbindelser, der påvirker farven, smag og medicinske egenskaber af en plante.

Disse medicinske egenskaber har tiltrukket videnskabs- og industrisamfundene i den udviklende fyto-farmaceutiske -medicin fra planter -sektor.

Billig produktion af reproducerbare, højkvalitets medicinske forbindelser er sektorens hovedfokus, og varesortimentet vokser hurtigt. De omfatter kræftmedicin, vacciner mod en række virale patogener, antistoffer og, selvfølgelig, hash eller marihuana. Cannabis har en nyfundet status på grund af ændringer i lovene i Canada og andre steder, der regulerer brugen af ​​denne unikke plante.

Men disse teknologier, især LED-lys født i Canadas forskningsmiljø for rumudforskning, medbring ansvaret for at få det rigtigt — og faren for at tage fejl er meget reel.

Tidlige forsøg i det rekreative cannabissamfund for et antal år siden, da LED'er blev indsat som en fotosyntetisk lyskilde i bestræbelserne på at reducere energiforbruget i kældre og skabe, virkede ikke så godt.

Det blev tydeligt for de tidlige pionerer, der dyrkede cannabis under LED'er, at noget var galt. Den vage idé om, at nogle røde og blå lys ville gøre jobbet, blev hurtigt fordrevet, men stigmatiseringen af ​​disse tidlige fiaskoer hjemsøger stadig fortalere for LED'er i den sektor i dag.

'Forfining af opskrifter'

Vi er kommet langt siden disse fejltrin og misforståelser om, hvordan man bruger LED'er, men vi har mere arbejde at gøre.

Forskere ved University of Guelphs CESRF har arbejdet med branchens samarbejdspartnere inden for den phyto-farmaceutiske sektor (Plant Form Corporation), sektoren for medicinsk cannabis (ABcann Medicinals Inc.), LED-sektoren (Intravision Light Systems) og sektoren for kontrolleret miljø (Conviron Ltd.) for at forfine opskrifter på miljøkontrol til at dyrke planter til medicinske formål.

Vi arbejder også på at udvikle den bedste ledelsespraksis til at betjene disse industrisektorer og den canadiske offentlighed – da vi søger at få mest muligt ud af de nyeste teknologier inden for planteproduktion med kontrolleret miljø.

Og i betragtning af den amerikanske præsident Donald Trumps seneste kommentarer om at sende amerikanske astronauter tilbage til månen og Mars, der er stor sandsynlighed for, at vi snart vil komme til at teste vores "planter i rummet"-ekspertise.

Denne artikel blev oprindeligt publiceret på The Conversation. Læs den originale artikel.