遠紅光對植物的作用是什麼?

by | May 29, 2024 | blogs, 生長燈 | 0 comments

介紹

遠紅光對植物的作用是什麼? 遠紅光對植物的影響相當廣泛,以至於有時會令人感到困惑、誤解,甚至存在爭議。 然而,對於室內種植者來說,如何策略性地應用遠紅光是一個很重要的課題。

最近,我們閱讀了幾篇有關遠紅光的文章,並決定將我們找到的資訊進行彙總和摘要。

圖1:植物和光

艾默生效應與遠紅光

這些關於遠紅光對植物有正向影響的想法是從何而來的呢? 艾默生效應是由羅伯特·艾默生在1950年代發現的,其描述了當植物同時暴露於兩種不同波長的紅光時,光合作用會如何被增強。

簡單來說,艾默生發現,在紅光(約653奈米)中加入遠紅光(約700奈米)的效果遠比單獨測試兩種顏色後的結果總和還要好得多。

  • 紅光(653奈米)的產量為53
  • 遠紅光(700奈米)的產量為10
  • 遠紅光+紅光的產量為72

(每吸收一單位的光量子所產生的氧氣 )

室內農業

圖2:羅伯特·艾默生

紅光加遠紅光測試結果優於分開測試紅光和遠紅光的結果,這個事實徹底改變了我們對光合作用機制的理解。

艾默生推測,不是單一系統將兩種波長的光效應合併,而是兩個獨立的系統共同作用,其中一個系統增強另一個系統——後來被稱為PSII和PSI。

遠紅光與PSII、PSI之間的瓶頸

PSII和PSI是位於類囊體膜中的子系統,深藏在植物細胞中(你可以在這裡閱讀更多相關資訊)。 你可以將它們想像成工廠中的站點,生產「能量儲存體」ATP和NADPH,最終用於製造糖。

圖3a:光合作用發生在深藏於植物細胞內的類囊體膜中。

圖3b:類囊體膜和PSII、PSI站點

藍光和紅光都被PSII和PSI吸收,對於光合作用的進行非常重要。

此外,PSII在吸收波長為680奈米的紅光方面特別高效,

而PSI則在吸收波長為700奈米的遠紅光方面表現尤其出色。

如果您的植物生長燈提供了充足的藍光和紅光,光合作用就會進行,但在PSI這個站點可能會出現瓶頸。 您知道為什麼嗎?

在PSI這個站點有一個天然的後備,因為在那裡的處理速度本質上較慢。 由於PSI擅長吸收遠紅光,因此在您的植物生長燈中添加遠紅光應該有助於光合作用進行。

簡單來說,遠紅光並不是神奇的生長靈丹,有些人可能從顯示神奇結果的實驗中誤以為它是如此,但實際上,它只是幫助光合作用從PSII和PSI順利進行的過程。

您在室外農業中不會遇到瓶頸問題,因為太陽有大量的遠紅光(見圖4)。

 

圖4:太陽光譜顯示有大量的遠紅光(>700奈米)

實際的實驗數據顯示遠紅光有什麼效果呢?

我們查閱了三份研究報告,分別探討了補充遠紅光的效果,並得出以下結果。

  • 第一個研究:三個萵苣樣本去除水分後的重量分別增加了39.4%、19.0%和0.0%。
  • 第二個研究:萵苣去除水分後的重量增加了46-77%,葉面積增加了58-75%。
  • 第三個研究:使用遠紅光後,葉片光合作用增加了31.72%。

(參見文末的參考文獻。)

雖然這些研究呈現了顯著的結果,但我們要再次強調,這些發現並不意味著補充遠紅光就是一種神奇的促進生長的方法——它們只是證實了在植物生長燈中加入遠紅光可能有助於作物的生長。

遠紅光與莖伸長

在森林樹冠下,藍光和紅光逐漸減弱,但穿透樹冠密集葉層的遠紅光卻相對豐富充足(見圖5)。 這樣的信號告訴生長在下方的植物伸長他們的莖,以尋求更好的陽光,也就是所謂的「避光反應」。

在室內種植環境中,您可以利用遠紅光來促進植物莖幹的延伸。

 

圖5:這是在正午陽光下從葉片底部進行的光譜儀測量。

對於草莓農場來說,莖的延伸對生長有正面的影響。 種植者可以使用遠紅光來幫助延長植物的莖幹,從而使植物能夠生長到更通風的環境中,防止霉菌和真菌的生長。 此外,由於莖幹變得更長,果實更容易被看到並容易採收。

植物色素、Pr 和 Pfr 分子

圖6:遠紅光促進莖幹生長,以提供更好的通風效果

然而,在某些情況下,使用遠紅光促進莖幹生長可能並非理想的選擇——您可能希望讓您的農作物矮而粗壯,以增加視覺吸引力(例如萵苣)。

此外,一些文章表明,用於莖幹生長的糖分會影響果樹上果實的產量和質量。

藍光和紅光對植物的影響

圖7:光線顏色與植物大小的關係 (圖片由Albopepper.com的Al Gracian提供)

遠紅光與種子休眠

種子通常被發現在樹冠底層的地面上。 它們還可以感知自己存在於陰影區域,對遠紅光做出反應,但種子並不會因此開始發芽,反之,種子會進入休眠狀態,等待更適合的時機發芽。

藍光和紅光對植物的影響

圖8:種子對遠紅光的反應是進入休眠狀態

遠紅光與季節性生長

如果您在院子或陽台上種植了植物,您可能會注意到在春季和夏季,植物的生長會集中迅速:新的莖幹、嫩葉和花朵陸續出現。 這就是因為遠紅光和紅光通過影響植物光敏色素的結構來促進上述神奇的轉變。

當白天和夜晚的時間相等時,光敏色素達到平衡狀態。 但是當春季和夏季來臨時,白天的時間變長,遠紅光和紅光對光敏色素狀態的影響發生變化,這會觸發季節性的生長。

您可以在此處閱讀有關季節性生長的所有資訊。

植物的光敏色素

圖9:植物的光敏色素就是季節性生長的關鍵。

日照節律

圖10:季節性生長取決於日照時間的長短

遠紅光與產量增加並不必然劃上等號。

光合作用的最終產物是糖。 然而,儘管補充遠紅光可以產生大量糖分,但這並不代表植物產量就會因此增加。

植物細胞核中的DNA會在觸發生長前進行一系列檢查,確保所有條件都符合要求。 包含綜合評估溫度、濕度、植物激素、水分供應、植物壓力等因素, 事實上,即使您有藍光、紅光和遠紅光來充分促進光合作用,仍然可能無法達到預期的效果。

圖11:植物細胞核控制細胞分裂的所有功能。

圖12:細胞週期的第4階段是細胞分裂(有絲分裂) – 作者 Ali Zifan(維基百科-CC BY-SA 4.0)

切記,植物跟人一樣都是獨一無二的個體。

每種植物都有其獨特的特性。 對某種植物效果極佳的生長方法,不見得適用於另一種植物。 它們的獨特性深藏於細胞核的DNA中,這是演化論與適者生存法則的一部分。

光敏色素和發芽的幼苗

圖 13:分光式植物照明檢測計所測得的遠紅光、紅光和紫外光的數據。

遠紅光有助於植物生長,但需要理解其自然機轉。

這篇文章試圖全面性地探討遠紅光。

然而,我們發現,想要單純透過啟用遠紅光來提高產量並不容易,因為我們必須考慮許多遠紅光的因素:包括 PSI(光系統 I)的瓶頸效應、植物莖部的伸長、季節性生長變化,以及細胞核和 DNA 等方面的影響。

而且所有植物都有其獨特性——如果你曾嘗試種植植物,你很快就會發現對一種植物有效的方法可能對另一種植物無效。 儘管如此,透過實驗和調整參數,了解遠紅光的微妙之處可以使種植者更有機會成功地發揮遠紅光的效果。

本文中的所有測量數據均由 UPRtek分光式植物照明檢測計或光譜儀測得。

  1. 艾默生效應和”Red Drop” | Neela Bakore Tutorials | 2015 | |https://www.youtube.com/watch?v=yqJBdNOHY5E
  2. 光合作用與艾默生增強效應 | Fluence | 2023 | https://www.youtube.com/watch?v=oIf_XwWVIq8
  3. 深入探究遠紅輻射 | Erik Runkle | Michigan State U | chrome-extension://efaidnbmnnnibpcajpcglclefindmkaj/https://www.canr.msu.edu/uploads/resources/pdfs/fr-radiation.pdf
  4. 室內種植中遠紅光對萵苣生長和形態的影響因品種而異 | Jun Liu1,* and Marc W. van Iersel2 | NIH |2022 Oct 14 | https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC9611250/
  5. 在不同種植密度下,添加遠紅光到紅藍 LED 燈可促進萵苣的產量 | Wenqing Jin, Jorge Leigh Urbina, Ep Heuvelink, Leo F.M. Marcelis | Frontiersin.org | Jan 15, 2021
  6. 遠紅光透過增加葉片光合效率並觸發器官特定轉錄體重組調控,調節葡萄藤的生長 | 6. Junhua Kong, 6. Yan Zhao, 6. Peige Fan, 6. Yongjian Wang, 6. Xiaobo Xu, 6. Lijun Wang, 6. Shaohua Li, 6. Wei Duan, 6. Zhenchang Liang, 6. Zhanwu Dai | BMC | March 2024 | https://bmcplantbiol.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12870-024-04870-7
  7. 遠紅光譜如何影響植物? } California Lightworks | August 2019 } https://californialightworks.com/blog/how-does-the-far-red-light-spectrum-affect-plants/

PG200N 手持式植物照明檢測計

光譜式植物照明測量可以使農民和研究人員利用專業照明的優勢來調整光色參數,以提高產品的品質、時間和數量。

PG200N 手持式植物照明檢測計

手冊系列

頻閃手冊

您需要了解關於頻閃的所有信息都在這裡,頻閃是一個不容易察覺但嚴重的照明問題,在醫院、辦公室、圖書館等公共場所中影響著我們的視覺安全。

▸ 獲取資訊

關於群燿

United Power Research and Technology

UPRtek(成立於2010年)是儀器製造商,致力於研發高精度的手持式光源測量儀器,其產品項目包括手持式分光光譜計、植物照明檢測計和輝度計…等等。

UPRtek的總部、研發和製造單位皆位於台灣,並通過我們認可的全球經銷商行銷全球

▸ 繼續閱讀

公告

使用 LED 或螢光燈的醫療場所

什麼是光譜儀、分光光度計、分光輝度計/ 輻射計?

光譜儀、分光光度計、分光輝度計/ 輻射計是三種常見的光譜測量設備, 然而,這些名稱經常被互換使用並因而導致誤解。因此,我們覺得有必要在這篇文章中討論這些設備及其名稱之間的區別,協助讀者們釐清觀念。

▸ 光譜儀 vs 分光光度計 vs 分光輝度計/ 輻射計

類別