植物生长灯的光谱和光合作用的关系

植物生长灯的光谱和光合作用的关系

2018-05-21 11:49:38 24

太阳光谱:

太阳光谱是一个连续谱,其中蓝色与绿色光谱相对于红色光谱而言要强,其可见光光谱范围在380~780 nm左右。自然界的生物的生长是与光谱的强度有关的,比如在赤道附近区域大多数植物的生长速度是非常快的,同时生长的尺寸也比较大。但太阳的照射强度不是越高越好,对于动植物的生长是有一定选择性的。影响植物生长的几个关键生长素对于光的吸收光谱是有显著区别的。因此,LED植物生长灯的应用不是件简单的事,而是非常有针对性的。在这里有必要介绍两个最主要的光合作用植物生长要素的概念。

叶绿素

叶绿素(chlorophyll)是一类与光合作用(photosynthesis)有关的最重要的色素,存在于所有能营造光合作用的生物体,包括绿色植物、原核的蓝绿藻(蓝菌)和真核的藻类。叶绿素从光中吸收能量,然后能量被用来将二氧化碳转变为碳水化合物。叶绿素a主要吸收红光,叶绿素b主要吸收蓝紫光,主要是为了区别阴生植物与阳生植物。阴生植物的叶绿素b和叶绿素a的比值小,所以阴生植物能强烈地利用蓝光,适应于遮阴处生长。 叶绿素a呈蓝绿色,叶绿素b呈黄绿色。叶绿素a、叶绿素b的强吸收带有两个,1个在波长为630~680 nm 的红光区,另1个在波长为400~460 nm的蓝紫光区。

类胡萝卜素
类胡萝卜素(carotenoids) 是一类重要的天然色素的总称,普遍存在于动物、 高等植物、真菌、藻类中的黄色、橙红色或红色的色素之中。迄今被发现的天然类胡萝卜素已达600多种。类胡萝卜素吸收光涵盖范围在OD303~505 nm,它提供食物的颜色并影响人体对食物的摄取;在藻类、植物以及微生物中,因其颜色被叶绿素覆盖而无法呈现。在植物细胞中,产生的类胡萝卜素除了吸收并转移能量帮助光合作用的进行,同时还具有保护细胞免于被激态的单电子键氧分子破坏的功能。

对于植物生长所需要的光谱应该是一个有一定分布宽度的连续谱,使用光谱很窄(如图3(a))的红、蓝两个特定波长芯片制成的光源很显然是不合适的,在实验中发现,植物会发生偏黄,叶茎很轻,叶茎很单薄等等现象。对于植物生长所需要的光谱应该是一个有一定分布宽度的连续谱,使用光谱很窄(如图3(a))的红、蓝两个特定波长芯片制成的光源很显然是不合适的,在实验中发现,植物会发生偏黄,叶茎很轻,叶茎很单薄等等现象。

植物生长灯|组培灯|花期灯

不同波长的光对植物生长有不同的影响。

可见光中的蓝紫光与青光对植物生长及幼芽的形成有很大作用,这类光能一直植物的伸长而使其形成矮而粗的形态;同时蓝紫光也是支配细胞分化最重要的光线;蓝紫光还能影响植物的向光性。紫外线是使植物体内某些生长激素的形成受到抑制,从而也就抑制了茎的伸长;紫外线也能引起向光性的敏感,并和可见光中的蓝、紫和青光一样,促进花青素的形成。可见光中的红光和不可见光中的红外线,都能促进种子或者孢子的萌发和茎的伸长。红光还可以促进二氧化碳的分解和叶绿素的形成。

光谱对植物的光合作用的影响对植物影响较甚的光线,主要是三大类。紫外线、可见光和红外线。下面我们就来具体分析下这三大类光线。

第1波段的辐射光:是含有大量能量的紫外线,但部份的紫外线都被臭氧层所吸收。所以我们较关心的是与农膜有密切相关的部份:紫外线-b(波长280—320nm)及紫外线-a(波长320—380nm),这二种波段的紫外线有其不同的 作用如:对植物的花产生着色的作用。

第2波段的辐射光:是可见光(波长400—700nm),相当于蓝光、绿光、黄光及红光,又称为PAR,即光合作用活跃区。是植物用来进行光合作用的最重要可见光部份。蓝光与红光是在PAR光谱带中最重要的部份,因为植物中的核黄素 能有效的吸收此一部份的光线,而绿光则不容易被吸收。

第3波段的辐射光:是红外线,又可分为近红外线和远红外线。近红外线(波长780—3,000nm)的光基本上对植物是没有用的,它只会产生热能。远红外线波长3000—50,000nm,这一部份的辐射线并不是直接从太阳光而来的。它是一种带有热能分子所产生的辐射线,一到晚上就很容易散失掉。

 植物对于红光光谱最为敏感,对绿光较不敏感,并且对光谱最大的敏感地区为400~700nm。此区段光谱通常称为光合作用有效能量区域。阳光的能量约有45%位于此段光谱。因此如果以人工光源以补充光量,光源的光谱分布也应该接近于此范围。我们知道了光谱波长对光合作用的效果分布时,通过光谱辐射计,可以得到准确的光合有效辐射(PAR)的准确指标。目前,LED 植物光源已经可以根据光合作用的最有效光谱,配置成最具效率的植物光源,Led补光植物灯,依照植物生长规律必须需要太阳光,而植物补光灯就是利用太阳光的原理,灯光代替太阳光给植物提供更好的生长发育环境的一种灯具。

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