什麼是光敏素光穩定狀態指標 (PSS, Phytochrome Photostationary State)?
簡介:光敏素光穩定狀態指標
植物在其生命週期中經歷複雜的變化,從種子萌發、生長為幼苗,最終開花結果。
這些過程受到環境因素(如光照)的精細調控。其中,核心機制是光敏素光穩定狀態指標(PSS),這是一項關鍵指標,幫助植物感知紅光與遠紅光的平衡並作出相應反應。
了解光敏素光穩定狀態指標(PSS)不僅是學術研究的一部分,也對現代農業具有實際意義。隨著植物生長燈與精密測量工具的發展,農民如今可以利用 PSS 優化室內植物生長,模擬季節變化來調控開花與生產週期。
這項創新為穩定且高效的農業產量帶來了新的機會,即使在溫室等受控種植環境中亦然。
什麼是 PSS (Phytochrome Photostationary State)?
什麼是 PSS (Phytochrome Photostationary State)? 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?
對植物來說,四季的變化與太陽照射的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。 簡單的說,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(以及植物)中含有一種名為光敏素的光受體蛋白,它能吸收紅光。其初始狀態或異構形式稱為 Pr,其中「r」代表紅光(red light)。 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。
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。
而在冬季,情況則剛好相反,這時太陽位置較低,日照時間縮短。 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。
太陽光中紅光與遠紅光的比例在誘導光形態發生(photomorphogenesis)方面起著關鍵作用,而這一過程則由 Pr 和 Pfr 兩種光敏素的相互作用所驅動。這一機制對植物生長發育至關重要,而光敏素光穩定狀態指標(PSS)則作為可量化的指標,用於理解並調控植物的這些變化。
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。
LED 燈和 PSS 指標
LED 燈徹底改變了室內農業,因為它們的光譜功率分佈(SPD)可以精確調整至光合作用所需的特定波長。 這種精確調控讓科技農夫得以模擬自然光環境,並比以往更高效地優化植物生長週期。
了解光敏素光穩定狀態指標(PSS)有助於植物種植者更精準地控制植物的生長與開花過程。 透過精確調整紅光與遠紅光的比例,種植者可以影響光形態發生與開花時程等關鍵生理過程,使 PSS 成為現代植物栽培中不可或缺的指標。
然而,要實現最適合植物生長的 PSS 需要精確測量,因此像 PG200N 這樣的光譜儀不可或缺。這些儀器能確保光譜精準匹配植物的特定需求,從而提升室內農業的效率與種植成果。
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。
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