光色與光合作用的關係—— 圖文解析

by | Jun 21, 2024 | blogs, 生長燈 | 0 comments

序言

光色與光合作用的關係—— 白光包含彩虹中的所有顏色,而某些顏色確實會以特定的方式影響光合作用。

在一個地方找到所有相關資料並不容易,所以我們編寫了這篇圖解指南,作為初學者的簡易入門手冊,同時也可以是新手科學家和農民的快速複習工具。

光合有效輻射(PAR)與植物

圖1:植物生長燈的顏色與植物

背景資料:光合作用在哪裡進行?

圖2:光合作用在類囊體膜中進行

光合作用在類囊體膜中進行,位於植物細胞深處(植物細胞 > 葉綠體 > 類囊體 > 膜)。

圖3:類囊體膜中的過程就像是一條工廠生產線

小型工廠

除了圖3中的化學過程,你也可以將其視為一條將光轉化為植物可用能量的小型工廠生產線。 它在兩個站點吸收光能,即光系統II(PSII)和光系統I(PSI)。 這些光能隨後被轉化為ATP和NADPH(即植物可用的能量)。

你可以在這裡閱讀更多關於光合作用的資訊(光合作用:是什麼?在哪裡發生?如何進行?為什麼這很重要?)。

 

PSII 和 PSI 是我們工廠生產線上的兩個重要站點,負責接收光能。

葉綠素-a和葉綠素-b

PSII 和 PSI 含有葉綠素a和葉綠素b,這兩種是主要吸收光能的分子。

所有顏色

陽光或生長燈中所有可見的顏色,即400nm-700nm的光譜範圍,都能在一定程度上觸發兩種葉綠素分子的光合作用。

單一顏色

即使是單色光,無論是綠光、紅光還是藍光,都能引發光合作用,但效率不高。

藍光與紅光

然而,最有效進行光合作用的還是藍光和紅光。 葉綠素對這些顏色都很敏感,如葉綠素吸收圖(圖4a)所示。

圖4a:葉綠素a和b的吸收光譜

紅光與遠紅光

此外,葉綠素a在兩種葉綠素中承擔了大部分的工作,這意味著它在觸發和維持PSII和PSI的過程中比葉綠素b更活躍。

而葉綠素a主要是通過兩種紅光來觸發和維持PSII和PSI的過程。 在PSII中,葉綠素a能有效地吸收約680nm的紅光。 在PSI中,葉綠素a能有效地吸收大約700nm的遠紅光。

閱讀更多關於遠紅光的資訊:遠紅光對植物的作用是什麼

 

葉綠素a與紅光

藍光

葉綠素b對藍光最為敏感。

儘管葉綠素a在PSII和PSI中承擔了大部分工作,葉綠素b依然非常重要。 這是因為藍光具有更短且能量更高的波長,使得葉綠素b能為PSII和PSI的“反應中心”提供能量。

簡而言之,葉綠素b幫助驅動PSII和PSI光系統,被稱為“輔助”分子或色素。

圖4b:藍光具有更短且能量更高的波長

葉綠素與藍光

綠光

綠光在吸收光線方面相比藍光和紅光要少一些。

然而,綠光可以輕易穿透到葉片的深處。 這意味著綠光可以到達葉片組織更深處的葉綠素,而藍光和紅光則主要被表層吸收。

綠光還能穿透葉片,到達下層的葉片,並仍能引發一定程度的光合作用。 這一點尤其適用於像藥用大麻這類茂密的農作物。

紫外光

那麼紫外光呢?

紫外光不會被葉綠素吸收,且在光合作用中也沒有直接的作用。

然而,其他光受體如隱花色素和UVR8會在植物的其他部位吸收紫外光,而且這些光受體會影響植物的免疫、風味和保鮮。

請參閱我們關於植物和紫外光的文章:運用 UVA 光譜優化室內農業生產

 

葉綠素與紫外光
葉綠素與紫外光

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類別

圖5:太陽光譜包含所有顏色, 亦即包含了植物的一切所需。

圖6:藍光和紅光生長燈的光譜,重點是有利於PSII的紅光。

圖7:生長燈的光譜著重於紅光和遠紅光,因為這有利於PSII和PSI。 而這種遠紅光特別有助於促進開花。 藍光也被用來提供足夠的能量,以提升PSII和PSI的效率,最終增加開花所需的糖分產量。

總結

總而言之,植物與不同顏色的光之間有非常獨特的關係——以下是總結。

  • 所有在400nm到700nm之間的光色都能在一定程度上觸發光合作用。
  • 紅光和遠紅光在PSII和PSI中是最有效觸發和維持光合作用的顏色。
  • 藍光提供高能量,幫助驅動PSII和PSI。
  • 綠光雖然效率較低,但仍能穿透上層葉片,促進下層葉片的光合作用。

因此,室內農民開始使用“分光式”植物照明檢測計,來調整LED照明的顏色,以獲得更好的效果。 調整植物生長燈的顏色,可能增加產量、葉片大小和莖長,改善植物形態、果實或葉片風味,甚至人為控制季節。

種植者正逐漸成為科學家,運用正確的光色策略和工具,提升他們在室內農業中的技能和信心。

 

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