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植物生长究竟需要哪些波段的光谱?植物生长灯有用吗?

植物对光谱的敏感性与人眼不同。人眼最敏感的光谱为555nm,介于黄-绿光。对蓝光区与红光区敏感性较差。植物则不然,对于红光光谱最为敏感,对绿光较不敏感,但是敏感性的差异不似人眼如此悬殊。植物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。
光源射出的光子能量因波长而不同。例如波长400nm(蓝光)的能量为700nm(红光)能量的1.75倍。但是对于光合作用而言,两者波长的作用结果则是相同。蓝色光谱中多余不能作为光合作用的能量则转变为热量。换言之,植物光合作用速率是由400-700nm中植物所能吸收的光子数目决定,而与各光谱所送出的光子数目并不相关。但是一般人的通识都认为光颜色影响了光合作用速率。植物对所有光谱而言,其敏感性有所不同。此原因来自叶片内色素(pigments)的特殊吸收性。其中以叶绿素最为人所知晓。但是叶绿素并非对光合作用唯一有用的色素。其它色素也参与光合作用,因此光合作用效率无法仅有考虑叶绿素的吸收光谱。

太阳光谱

光合作用路径的相异也与颜色不相关。光能量由叶片中的叶绿素与胡萝卜素所吸收。能量由两种光合系统以固定水分与二氧化碳转变成为葡萄糖与氧气。此过程利用所有可见光的光谱,因此各种颜色的光源对于光合作用的影响几乎没有不同。有些研究人员认为在橘红光部分有最大的光合作用能力。但是此并不表示植物应该栽培于此种单色光源。对植物的形态发展与叶片颜色而言,植物应该接收各种平衡的光源。
蓝色光源(400-500nm)对植物的分化与气孔的调节十分重要。如果蓝光不足,远红光的比例太多,茎部将过度成长,而容易造成叶片黄化。红光光谱(655~665nm)能量与远红光光谱(725~735nm)能量的比例在1.0与1.2之间,植物的发育将是正长。但是每种植物对于这些光谱比例的敏感性也不同。
在温室内部常常以高压钠灯做为人工光源。以Philips Master SON-TPIA灯源为例,在橘红色光谱区有最高能量。然而在远红外光的能量并不高,因此红光/远红光能量比例大于2.0。但是由于温室仍有自然阳光,因此并未造成植物变短。(如果在生长箱使用此光源,就可能产生影响。)
在自然阳光下,蓝光能量占有20%。对人工光源而言,并不需要如此高的比例。对正常发育的植物而言,多数植物只需要400-700nm范围内6%的蓝光能源。在自然阳光下,已有此足够蓝光能量。因此人工光源不需要额外补充更多的蓝光光谱。但是在自然光源不足时(如冬天),人工光源需要增加蓝光能量,否则蓝色光源将成为植物生长的限制影响因子。但是如果不用光源改善方法,仍是有其它方法可补救此光源不足问题。例如以温度调节或是施用生长荷尔蒙。

  由BSE研究室对光源与植物组培养苗发育关系的研究结果,有两点结论与此篇文章相近:
  一、光源的颜色并不影响光合作用速率,因此也不影响鲜重或干物重。影响光合作用速率的主要因子仍是光量与温度。
  二、光质影响了组培苗的形态,例如组培苗节距长度(苗的高度),叶片叶绿素含量,地下物与地上物的比例等。

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