紫外到红光转换薄膜可加速植物生长有助于改善全球粮食供应问题

来自北海道大学工程和农业系以及化学反应设计与发现研究所(WPI-ICReDD)的跨学科团队开发了一种基于铕的薄膜涂层，他们证明该涂层可以加速植物和树木的生长。这项技术可以提高植物生产速度，并有可能帮助解决全球粮食供应问题。

植物通过称为光合作用的过程将可见光转化为能量。除了可见光之外，太阳光还包含紫外线(UV)。本研究中的研究人员旨在通过使用可以将紫外光转换为红光的波长转换材料(WCM)，为植物提供额外的可见光以用于光合作用。

研究人员开发了一种基于铕络合物的WCM，并制造了一种可应用于市售塑料片材的薄膜涂层。他们不仅表明该薄膜将紫外线转化为红光，而且该薄膜不会阻挡来自太阳的任何有益可见光。然后通过比较使用具有和不具有WCM涂层的片材的植物生长来测试该膜。对瑞士甜菜、植物植物和日本落叶松树进行了试验。

在夏季，当白天较长且阳光照射强烈时，使用WCM薄膜时，瑞士甜菜没有观察到显着差异。然而，在冬季，当白天较短且阳光较弱时，使用WCM薄膜种植的瑞士甜菜植物在63天后显示出1.2倍的株高和1.4倍的生物量。研究人员将这种加速增长归因于WCM薄膜提供的红光供应增加。

未使用(左)和(右)使用波长转换材料(WCM)片材生长的日本落叶松树苗。(SunaoShoji等人。科学报告。2022年10月26日)。图片来源：SunaoShoji等人。科学报告。DOI:10.1038/s41598-022-21427-6

涉及日本落叶松的试验也显示出加速增长。幼苗在最初4个月的生长中表现出较高的相对生长率，导致茎直径比没有WCM涂层的树木大1.2倍，总生物量大1.4倍。至关重要的是，这使幼苗在一年内达到了北海道林业种植的标准尺寸。使用WCM薄膜可以将幼苗的生长期从两年缩短到一年，从而提高植物生产的成本效益。

这项技术也有可能帮助解决寒冷气候下的粮食安全问题，并且是有益的，因为它不需要任何电力来运行。研究人员认为该技术的可定制性特别有前途。

“通过使用波长变化材料涂层，我们能够成功地制造出透明薄膜并展示其加速植物生长的能力，”发表在《科学报告》上的该研究的主要作者SunaoShoji说。

“通过合理设计发光离子，我们可以自由控制发射光的颜色为绿色或黄色等其他颜色，因此我们期望能够创造出针对不同植物类型进行优化的波长转换薄膜。这开启了一个为下一代农林工程的未来发展开辟了广阔的道路。”