光照對植物生長的作用

發(fā)布時間:2025-03-08
光對植物生長的影響,除通過代謝作用影響其生長外,還可通過抑制細胞生長、促進細胞分化對植物器官分化和形態(tài)產(chǎn)生直接影響。光對植物形態(tài)建成產(chǎn)生的直接影響稱光范型作用。光是綠色植物正常生長所必須的條件,其影響植物生長的光照因素主要有光照強度、光照波長和光照時間。
光對植物的生長發(fā)育具有特殊重要的地位,它影響著植物幾乎所有的生長階段。光對植物的作用主要表現(xiàn)在兩個方面:
一是為植物光合作用提供輻射能;
二是作為信號調節(jié)植物整個生命周期的許多生理過程。
光照對于植物生長的影響——光合作用和光敏色素
通常植物的生長發(fā)育會依賴太陽光,但蔬菜、花卉等其他經(jīng)濟作物的工廠化生產(chǎn)、組織培養(yǎng)及試管苗的繁殖等還需人造光源進行補充光照,以促進光合作用的進行。
光合作用是指綠色植物通過葉綠體,利用光能,把二氧化碳和水轉化成儲存著能量的有機物,并且釋放出氧的過程。這個過程的關鍵參與者是植物細胞內部的葉綠體。葉綠體在陽光的作用下,把經(jīng)由氣孔進入葉子內部的二氧化碳和由根部吸收的水轉變成為葡萄糖,同時釋放氧氣。
發(fā)生光反應的光系統(tǒng)由多種色素組成,如葉綠素a(chlorophyll a)、葉綠素b(chlorophyll b)、類胡蘿卜素(catotenoids)等。葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素的主要吸收光譜集中在450nm和660nm,因而為了促進光合作用,主要采用450nm的深藍光led和660 nm的超紅光led,再加部分白光led的組合來實現(xiàn)的led植物補光照明。
為了能夠感知周圍環(huán)境的光強、光質、光向和光周期并對其變化做出響應,植物進化出了光感受系統(tǒng)(光受體)。
光受體是植物感受外界環(huán)境變化的關鍵,在植物光反應中,主要的光受體就是吸收紅光/遠紅光的光敏色素(phytochrome)。
光敏色素是一類對紅光和遠紅光吸收有逆轉效應、參與光形態(tài)建成、調節(jié)植物發(fā)育的色素蛋白,它對紅光(red light,r)和遠紅光(far red light,fr)極其敏感,在植物從萌發(fā)到成熟的整個生長發(fā)育過程中都起到重要的調節(jié)作用。
植物體內的光敏色素以兩種較穩(wěn)定的狀態(tài)存在:紅光吸收型(pr,lmax=660nm)和遠紅光吸收型(pfr,lmax=730nm)。兩種光吸收型在紅光和遠紅光照射下可以相互逆轉。光敏色素(pr,pfr)對植物形態(tài)的作用包括種子萌發(fā)、去黃化作用、莖的伸長、葉的擴展、避蔭作用以及開花誘導等。
因而完整的led植物照明方案,不僅需要450nm的藍光和660 nm的紅光,也需要730 nm的遠紅光。深藍光(450nm)和超紅光(660nm)可提供光合作用所需的光譜,遠紅光(730nm)可控制植物從發(fā)芽到營養(yǎng)生長再到開花的整個過程。
730nm遠紅光led對于植物的兩大影響
避蔭作用
如果植物僅僅被660nm的深紅光所照射,植物會感覺是在太陽光的直接照射下,從而正常地生長。而如果植物主要被730nm的遠紅光所照射,植物會感覺像是被另外一顆的植物遮擋住了太陽的直射光,因而該植物就會更加努力的生長以突破遮擋,也就是有助于植物長得好,但并不意味著一定會有更多的生物量(bio mass)。
開花誘導作用
730nm遠紅光在園藝照明應用中的另一個重要作用是可以通過660nm和730nm的照明來控制開花的周期,而不需要僅依賴于季節(jié)的影響,這對于觀賞性花卉有著重要價值。光敏色素pr向pfr的轉換主要由660nm的深紅光(代表白天的太陽光)來誘發(fā),而pfr向pr的轉換通常在晚上時間自然發(fā)生,也可以由730nm遠紅光照射來激發(fā).
光敏色素控制植物的開花主要取決于pfr/pr的比值,因此我們可以通過730 nm的遠紅光照射來控制pfr/pr值,從而較精確地控制開花的周期。
led植物照明的定制化光配方
led用于園藝照明,可促進植物生長速度提升40%或靈活控制花期。由于單顆 led相互獨立,可在溫室中輕松操控照明性能。
led本身的光合光子通量(photosynthetic photon flux,ppf)光效很高,led的典型ppf光效在2.3mol/j左右,超紅(660nm)led的典型ppf光效在3.1mol/j左右,再加上led的波長與葉綠素a/b、類胡蘿卜素及光敏色素pr/pfr吸收光譜非常匹配,可以實現(xiàn)高效照明并明顯降低能耗。
led不會在照明方向散發(fā)熱量,不會使植物受損,適合于頂部照明、內部照明和多層培植。r/fr比值是紅光(660 nm)與遠紅光(730 nm)光強的比值。r/b比值是紅光(660 nm)與藍光(450nm)光強的比值。通過對r/fr比值和r/b比值的控制,可實現(xiàn)針對各種植物的定制化光配方。
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