蓝激光在农业、生物技术和生物科学中的应用

生物物质研究通常需要获取未受污染的样本，而这一任务历来受制于费力费时的机械分离技术。为了克服这些挑战并提高植物显微解剖的精确度，科学家们将激光作为一种先进的解决方案。尤其是蓝激光，它是植物科学中一种前景广阔的工具，提供了一种非接触、高精度的方法来获取高质量、无污染的植物样本。

长期以来，机械分离技术一直是解剖植物各部分的首选方法，但其缺点也是显而易见的。这些方法不仅耗费大量人力，而且容易造成污染，因为处理工具需要不断消毒，以防止颗粒在样本的不同部分之间转移。作为这些难题的解决方案，激光因其非接触切割能力而在外科、牙科和植物科学等领域大放异彩。

激光解剖作为一种非接触式标本切割方法，解决了传统植物解剖的缺点。计算机视觉技术的最新进展进一步增强了这一技术，使其成为一种快速、高精度的过程，确保采集到高质量、无污染的样本。虽然市面上大多数基于激光的解剖设备都使用紫外线激光，这种激光对动物组织效果极佳，但众所周知，紫外线可能对植物物质有害。

因此，波长通常在 400 纳米到 495 纳米之间的蓝色激光成为植物解剖的可行替代方案。大多数植物的主要色素叶绿素主要吸收紫光和蓝光。具体来说，叶绿素-a 在波长 430 纳米附近吸收强烈，叶绿素-b 在波长 470 纳米附近达到峰值。这种吸收曲线使蓝光激光在植物解剖方面具有很高的效率，确保在正确设置激光参数（如光功率、速度和光斑大小）后，切割质量优异。

在植物解剖中使用蓝光激光的优势不仅在于其光谱与叶绿素的兼容性。与 XY 定位系统或振镜扫描头集成后，蓝光激光器可实现高速、低耗、可重复的解剖过程。这不仅提高了样本采集的准确性，还简化了整个研究工作流程，使科学家能够更深入地研究错综复杂的植物生物学。

随着技术不断革新生物学领域，蓝激光与先进解剖技术的结合成为植物科学进步的灯塔。蓝激光提供了一种非接触、高精度、污染最小化的方法，被证明是揭开隐藏在植物组织微观领域秘密的无价之宝。激光精准的蓝色光芒确实照亮了植物解剖的未来。

近年来，可持续粮食生产的需求日益增长，推动了新解决方案的开发，如垂直耕作技术（室内园艺）。尤其是在面临缺水和室外种植日照不足等挑战的地区，室内种植正在重新定义农业的格局。然而，与任何技术进步一样，室内农业也并非没有挑战，其中一个重要障碍就是与人工照明系统相关的高能耗需求。

传统的垂直农场历来依赖荧光灯，但近来，由于发光二极管（LED）的效率更高，人们开始明显转向使用发光二极管。许多研究都探讨了 LED 照明对植物生长的影响，结果表明，红光和蓝光 LED 的组合可以有效取代宽光谱灯，而不会影响植物生长。但是，LED 虽好，仍迫切需要进一步降低能耗。

半导体激光二极管（LD）可能是未来室内农场照明的解决方案。这种二极管具有很高的电光转换率，使其有别于发光二极管，尤其是在大电流条件下。发光二极管在大电流下会出现 "效率下降"，而 LD 则不同，它几乎能保持相同的功率转换效率。这一特性使 LD 成为解决与室内园艺相关的能效问题的理想选择。

半导体激光二极管的一个显著优势在于其发出的光束角度较窄。这种特性可以精确地塑造光束，使光线准确地照射到需要的地方。这种有针对性的照明最大程度地减少了植物之间空间的光子浪费，进一步提高了室内农场激光照明系统的整体效率。

植物叶绿素对蓝光的吸收率很高，因此蓝光激光对优化光合作用至关重要。研究表明，在植物的不同生长阶段有策略地使用蓝激光可对其健康产生积极影响，从而使植物长得更高，叶片更宽，花朵产量更高。这些进步使作物产量更高、更健康，标志着室内农业技术的发展取得了重大进步。

在室内种植领域，蓝激光和半导体二极管的集成代表了在实现高能效和精确定向培育实践方面的显著进步。随着我们将可持续发展放在首位，激光二极管的功效--尤其是与蓝光激光的结合--为优化室内养殖操作带来了巨大希望。除了应对能源挑战外，这种共生关系还能推动我们走向一个农业实践不仅更注重资源，而且明显更富有成效的未来。

农业中最令人头疼的问题之一是如何高效、安全地控制虫害，而目前的机械和化学方法往往被证明是侵入性的，而且没有针对性。这些方法的后果是无意中消灭了昆虫，包括那些通过授粉等活动对植物有益的昆虫。如果有一种方法可以在不伤害植物，甚至可能帮助植物的情况下直接针对害虫，那会怎么样呢？答案可能就在于从字面上阐明情况。

人们早已认识到光对昆虫行为的影响，例如使用紫外线灯来吸引和诱捕昆虫。然而，如果光本身也能用来消灭有害昆虫呢？近年来，日本的一个科学家小组研究了可见光对昆虫的毒性[1]。尽管这项研究仍处于早期阶段，但目前可用的数据表明，蓝光对常见害虫（如蚊子、面粉甲虫和果蝇）具有致死作用。

蓝光杀死昆虫的效果与波长密切相关，这一因素受昆虫发育阶段和种类的影响[2]。蓝色激光二极管在这方面具有明显的优势，因为它们的波长与这些常见害虫的致死范围一致。通过细致的波长选择过程，可以优化致死影响。此外，蓝光的美妙之处还在于它被大多数植物的吸收率很高，这就为同时消灭害虫和促进植物生长提供了可能。

这种使用蓝激光的针对性方法有可能通过最大限度地减少对环境的影响，彻底改变农业害虫控制。这种方法专门针对有害昆虫，而不伤害有益昆虫，是传统杀虫剂的一种精确而环保的替代方法。蓝激光具有非化学性和针对性的特点，有助于为农业、园艺和害虫控制行业提供可持续的解决方案。这一创新与现代农业系统日益强调生态意识的做法不谋而合，为农作物与周围昆虫之间更和谐的共存铺平了道路。

[1] DOI: 10.1038/srep07383

[2] DOI: 10.1371/journal.pone.0199266

蓝色二极管激光器的优点：

• 波长被植物高度吸收--无需超高光功率
• 非接触式方法意味着不会造成物理损伤
• 环保
• 体积小、重量轻
• 成本效益高，只需少量维护