实验往往是探索未知、深化认知并收获成果的重要途径。去年夏天，美国能源部国家可再生能源实验室(NREL)的研究人员开展的一项番茄种植实验，就生动诠释了这一点。

在NREL田间试验实验室大楼二楼角落的两个定制温室中，研究人员培育了十几株番茄植株。其中六株置于全光谱阳光下作为对照，另外六株则生长在光照较少的环境中，紫色面板过滤阳光，确保只有对番茄最有益的光谱照射到它们身上。

这项实验旨在验证“生物匹配”(BioMatch)技术的有效性。该技术能让最适合植物生理需求的光谱穿过太阳能电池中的有机半导体材料。如今，名为“不让光子掉队”(No Photon Left Behind)的多学科项目已进入第二年，研究人员发现，限制光谱可使西红柿比阳光直射下的生长得更快、更大。

项目首席研究员、NREL有机光伏(OPV)专家化学家布莱恩·拉森介绍，光与植物接触时会触发不同生理途径，决定植物生产力。他们研究阳光被过滤成植物所需光谱和剂量时植物的情况，通过BioMatched光谱收集概念产生这种光，同时用植物不需要的光通过透明OPV模块发电。

事实上，该项目初始实验与藻类有关。研究人员用BioMatched光伏过滤器覆盖装有单细胞生物的瓶子，刺激其最佳生长，仅一个周末就取得丰硕成果。植物生物学家、NREL藻类研究项目联合负责人利芙·劳伦斯表示，他们证明即使光谱大部分被移除，藻类整体接收光子减少，细胞生长速度仍更快，产生更多生物质。

光伏技术能捕获阳光并转化为电能。藻类和西红柿的有机光伏过滤器本身不发电，但最终目标是将BioMatched材料融入半透明太阳能电池板，为温室供电，同时让植物光照穿过。拉森指出，全光谱光照射植物时，光中有益和有害光子并存，植物需消耗能量保护自己应对不必要光子，若能区分有用和无用波长，收集无用部分发电，剩余部分用于植物生长，就能设计出更高效利用太阳能的系统。

每个临时温室约八英尺高、四英尺宽，阳光透过墙窗和天窗照进，屋顶蒸发冷却器保持空气湿润，房间另一边放着装满成熟牛排番茄的冰箱，许多番茄有棒球大。与劳伦斯合作的生物学家塞思·斯泰肯在凯利·格罗夫斯协助下密切关注番茄，发现OPV BioMatched Light下生长的番茄比全日照处理的长得更高，尽管对照组光照强度增加30%，但OPV番茄只能选择性吸收所需太阳光谱。

定期测试考虑大小、重量和光合产量等因素，BioMatched过滤器下生长的西红柿表现更佳。斯泰肯称，在实验室实验中，这些颜色鲜艳的番茄几乎闻所未闻，因个头小、生命周期长，通常不用于实验室实验，但它们是美国温室常见品种，种植它们是为了与现实世界建立联系。

最广泛使用的太阳能电池是无机的，由硅等单一材料制成，但NREL研究人员一直在基于有机半导体的太阳能电池领域开展开创性工作，这些半导体采用合成化学方法制成，展现出生产高效、灵活、轻便且价格低廉电池的潜力。拉森积累的有机半导体特性数据库，使他能为特定植物选择产生正确光谱的化合物。

拉森称，项目进行到第九个月时他很担心，从藻类实验转向番茄种植跨度太大，但能将BioMatch理念应用于番茄种植“有点像梦想成真”，第一年就种植番茄超出项目最初计划。对模型藻类菌株实验获得的信心，促使他们利用夏季生长季提前实验并取得成功。

这项研究可能在新兴的农业光伏领域发挥重要作用，有助于设计下一代节能温室，太阳能电池板可根据植物所需理想光谱定制。

实验结果表明，在OPV下生长的西红柿生长加快，还需进行味道测试。拉森表示，考虑到这些番茄看起来有希望，若最终发现没味道他会“个人非常难过”。科学研究需要变量，拉森购买有机种植的行业标准温室番茄作为测试部分，将各种番茄切碎混在一起，研究人员分别尝试并排序。结果显示，商店购买的西红柿排名垫底，对于在OPV下生长的西红柿和常规光照下生长的对照西红柿哪个更受欢迎，大家意见不一，拉森认为这对斯泰肯和生物团队来说是胜利。

随着初步实验完成，研究人员正进一步加深对光和植物生长之间相互作用的理解。