綠光如何影響光合作用?

by | Jul 4, 2024 | blogs, 生長燈 | 0 comments

序言

綠光如何影響光合作用? 在討論生長燈時,我們經常強調藍光和紅光,因為葉綠素能有效吸收這些波長的光,這從常見的葉綠素吸收曲線(圖1)中可以看出。 那麼綠光呢?

人們通常不重視綠光,因為它在吸收曲線中的吸收率較低(圖1)。 然而,在這篇文章中,我們將充分論證綠光對室內農業的重要影響。

光合作用

圖1:葉綠素吸收曲線圖

McCree曲線的矛盾?

最有力的綠光效能論證是McCree曲線圖(圖2)。 Keith McCree在1972年進行的光合作用實驗顯示綠光對光合作用的貢獻比預期的更大,這結果似乎與傳統的吸收曲線相矛盾。

實際上,McCree曲線確實準確地呈現了綠光的效能。 此外,其實它與傳統的吸收曲線並不矛盾——因為這兩個圖表測量的是不同方面的數據。 解釋如下。

光合作用

圖2:McCree曲線

關於吸收曲線的解釋

傳統的吸收曲線數據來自將植物樣本研磨後浸泡在溶劑中,以分離葉綠素,然後將其置於液體溶液中測量。

接著,讓不同顏色的光線穿過這種液體。 光譜設備記錄透射光的剩餘顏色特徵,以確定葉綠素吸收了多少該顏色的光。

研究人員分別對葉綠素a和葉綠素b測試了不同波長的紅光、藍光和綠光。 他們記錄這些數據並用來繪製吸收曲線(如圖1)。

 

光合作用

圖3:吸收曲線數據的累積方式。

關於McCree曲線的解釋

McCree的實驗使用的是完整的葉片,而不是研磨的植物組織,也因此與傳統的吸收曲線呈現數據上的不同。 在這些實驗中,葉片被放置在封閉的腔室內,並暴露於不同顏色的光線下。

研究人員測量腔室內氧氣增加的量,以顯示在每種光色下進行了多少光合作用。 你一開始可能以為結果會和傳統的吸收曲線相似,但有一個因子改變了這個預期。

 

光合作用

圖4:McCree曲線數據的累積方式

這個因子就是葉片組織的厚度。 雖然葉片在肉眼看起來是平的,但用顯微鏡去看會發現葉片其實相當厚。 藍光和紅光只能穿透葉片組織的表層(如圖5)。

圖5:葉片對光的吸收(左:藍光,右:紅光)

Broderson 和 Vogelmann 2010,《功能植物生物學》,第37卷,第403-412頁(綠光-遠紅光)

然而,綠光能穿透更深的葉片組織,甚至可以穿透整片葉片(如圖6)。

即使葉綠素對綠光的吸收比例較低,但綠光更有機會穿透到葉片更深處,接觸到更多的葉綠素。 這是一個兩難的情況——葉片對於綠光的吸收率較低,但綠光卻能穿透更深的葉片組織。

 

圖6:葉片對光的吸收(左:綠光,右:遠紅光)

Broderson 和 Vogelmann 2010,《功能植物生物學》,第37卷,第403-412頁(綠光-遠紅光)

此外,綠光(以及遠紅光)能穿透葉片,到達較低的枝條,促進那裡的光合作用,而藍光和紅光主要作用在上層葉片。 因此,對於像大麻這樣葉片茂密的植物,綠光顯得尤為重要。

為了證明這一點,你可以使用分光式植物照明檢測計,在葉片下方測量光譜——結果(圖7)會顯示出綠光和遠紅光的比例較高(>700nm)。

 

圖7:陽光穿透葉片後的光譜。

總結

葉綠素吸收曲線可能會讓人誤以為生長燈中的綠光對光合作用幫助不大,但事實並非如此。

相較之下,McCree曲線的數據直接反映光合作用,並且是基於整片葉子的取樣。 這引入了一個新的考量因素:綠光能更有效地穿透葉片,並傳遞到下層葉片,從而增加了綠光光子與葉綠素的接觸機會。

總結來說,McCree曲線顯示出綠光在生長燈中有重要作用,並且這一點得到了大量研究數據和實驗證據的支持。

  1. 在紅光和藍光LED下補充綠光以促進萵苣生長。 | Kim, H.-H., Goins, G. D., Wheeler, R. M., & Sager, J. C. (2004).
  2. 別忽視綠光:探索其在植物過程中的多種作用。 | Smith, H. L., McAusland, L., & Murchie, E. H. (2017).
  3. 在強白光下,綠光比紅光更有效地促進葉片光合作用:重新審視葉片為何呈現綠色的奧秘。 | Terashima, I., Fujita, T., Inoue, T., Chow, W. S., & Oguchi, R. (2009).

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