什麼是光敏素光穩定狀態指標(PPS, Phytochrome Photostationary State)?

by | Feb 22, 2021

PSS光敏素光穩定狀態指標 – 影響著植物的育苗、發芽到開花的過程

什麼是PSS 光敏素光穩定狀態指標呢? 植物會在特定的月份發芽、開花、結果,但是,植物是如何知道何時要進行這個轉化的過程呢?

植物的四季變化與日照時間及照射位置息息相關。我們來看看一個稱為光敏素光穩定狀態的指標(以下簡稱PSS),進而了解如何使用“植物生長燈”來促成種植在室內的植物產生相同的變化。

對於植物工廠來說,PSS這個指標會帶來許多實際的影響,因為它可以模擬季節變化並且調節全年的產量。例如,您可以安排您所種植的玫瑰花的生長時間,從育苗到發芽再到開花,恰好就落在情人節那天。

植物是如何知道自己何時要發芽的呢?

太陽的照射時間及位置是如何促成植物的光形態發生(指的是光所引起的形態變化)呢?種子裡面有一個感光器(細胞),稱為光敏色素 (phytochrome),它可以吸收紅光 – 它的原始狀態或同種型稱為Pr(Phytochrome A Red 光敏素-鈍化型,“ r”代表紅光)。

當這種植物色素吸收紅色光子時,其物理狀態會從Pr變成Pfr(Phytochrome A Far Red 光敏素-活化型,“ fr”表示遠紅色)。當Pfr吸收遠紅色的光子時,它就會變回Pr。

光敏色素

紅/遠紅光敏色素分子的化學式

太陽光中包含了紅光與遠紅光,在白天,陽光包含的紅光比遠紅光更多,這代表著將會有更多的Pr轉化為Pfr,反之亦然。但是,到了晚上,Pfr的光敏色素會變回Pr。這也就是說,白天Pfr的濃度會升高,夜間,Pr的濃度便會升高。

這是Pr和Pfr光敏色素上升和下降的交互作用,當夏季有著較長的日照時間,這兩者之間的比例將發生變化。Pfr轉換到Pr的濃度最後會達到促使光形態發生(從種子轉化到發芽階段)的閾值。

反之,由於冬天時太陽處於地平線上較低的位置,白天較短。白天,Pr光敏色素持續轉變為Pfr光敏色素,而Pfr轉變為Pr。然而,由於夜晚的時間較長,更多的Pfr光敏色素轉為Pr,Pfr對Pr的濃度較低時會阻止光形態發生。

如何使用植物生長燈讓植物發芽呢?

如果你可以控制紅光與遠紅光的比例,你就可以控制 Pr 與 Pfr 的比例,進而調節種子和植物開花的光形態發生。

光敏色素PSS或者 光敏素光穩定狀態 簡單的說就是Pr光敏色素與Pr + Pfr光敏色素總數之比例。

當然,您不能直接計算幼苗中的Pfr和Pr光敏色素來確定該比例。但是,您可以測量光源將如何影響此比例,因為紅光與Pr有關,而遠紅光與Pfr相關。如您所看到的,光源的PSS計算與光敏色素的PSS具有相同的結構。

了解 Phytochrome and PSS by Ian Ashdown “All things Lighting” 20190215

較高的PSS會抑制光形態發生。

較低的PSS則有助於提高光形態發生。

基本上PSS是Pr和Pfr光敏色素的比例

LED燈和PSS指標

LED燈對農業可以說是產生了重大的影響,因為你可以通過SPD調整光合作用所需的波長。現在的室內農業照明設備比以前更加高效和節能。而這類相同的技術可以應用在抑制/助長光形態發生,及調節紅光/遠紅光的比例。

但是,LED燈在本質上並不是那麼精確的(BIN分級和CCT相關色溫),它確實存在著準確設定目標波長的問題。

長期以來,精密的光源測量儀器在精準的測量紅光和遠紅光的層面上一直無法面面俱到,這也就是PG200N植物照明檢測計有著重要的地位的原因,它是一個便於攜帶的手持式光譜儀,並且可以精確測量的儀器設備,它可以幫助從事農業的工作者基於PSS的生長策略取得最佳照明。

pg200n and red-blue LED

開花植物與PSS的關係

在一年中的某些時候,大多數的植物都遵循著同一套開花的基本機制,但是,不同的植物會在不同的季節開花。當白天的時段較長時(夏季),一些植物就會開花 – 我們稱它們為“長日照植物”,其他的植物在白天較短時開花(春季/冬季),它們被稱為“短日照植物”。此時,您可能已經猜到了,促使長日照植物和短日照植物開花的PSS比率閾值恰好是相反的。

 

季節控制

如果農民們能夠準確地執行PSS指數的策略與控制植物的季節性活動,對於室內農業這個產業將會產生重要的影響。隨著新的LED技術和經濟實惠的光譜儀面市,人類更能主動並有效地控制植物生長季節了。

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