什么樣的光才能算植物的光合作用中的光

【專家解說】：◆ 光線光譜與植物光合作用的關(guān)系 近年來，光質(zhì)對植物生長與形態(tài)的影響引起研究人員的重視。例如日本學(xué)界著重探討LED單色光對組織培養(yǎng)苗的生長性狀影響。以色列則以不同顏色的塑料布為披覆材料，探討對于葉菜與觀葉植物生長的影響。 光質(zhì)與植物發(fā)育的關(guān)系，最著名的文獻(xiàn)為“Photo morphogenesis in Plant”之論述資料，作者為R. E. Kendrick 與G. H. M. Kronenberg (1986年,Martinus Nijhoff Publishers) 。其資料如下： 光 譜 范 圍 對 植 物 生 理 的 影 響 280 ~ 315nm 對形態(tài)與生理過程的影響極小 315 ~ 400nnm 葉綠素吸收少，影響光周期效應(yīng)，阻止莖伸長 400 ~ 520nm（藍(lán)） 葉綠素與類胡蘿卜素吸收比例最大，對光合作用影響最大 520 ~ 610nm 色素的吸收率不高 610 ~ 720nm（紅） 葉綠素吸收率低，對光合作用與光周期效應(yīng)有顯著影響 720 ~ 1000nm 吸收率低，刺激細(xì)胞延長，影響開花與種子發(fā)芽 ＞1000nm 轉(zhuǎn)換成為熱量 在2004年7（2）期的Flower Tech刊物，有篇文章討論光的顏色對光合作用的影響。作者為Harry Stijger先生。文章的子標(biāo)題表示通常大家認(rèn)為光的顏色對于光合作用的影響有所不同，事實(shí)上在光合作用過程中，光顏色的影響性并無不同，因此使用全光譜最有利于植物的發(fā)育。 植物對光譜的敏感性與人眼不同。人眼最敏感的光譜為555nm，介于黃-綠光。對藍(lán)光區(qū)與紅光區(qū)敏感性較差。植物則不然，對于紅光光譜最為敏感，對綠光較不敏感，但是敏感性的差異不似人眼如此懸殊。植物對光譜最大的敏感地區(qū)為400~700nm。此區(qū)段光譜通常稱為光合作用有效能量區(qū)域。陽光的能量約有45％位于此段光譜。因此如果以人工光源以補(bǔ)充光量，光源的光譜分布也應(yīng)該接近于此范圍。 光源射出的光子能量因波長而不同。例如波長400nm（藍(lán)光）的能量為700nm（紅光）能量的1.75倍。但是對于光合作用而言，兩者波長的作用結(jié)果則是相同。藍(lán)色光譜中多余不能作為光合作用的能量則轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃?。換言之，植物光合作用速率是由400~700nm中植物所能吸收的光子數(shù)目決定，而與各光譜所送出的光子數(shù)目并不相關(guān)。但是一般人的通識都認(rèn)為光顏色影響了光合作用速率。植物對所有光譜而言，其敏感性有所不同。此原因來自葉片內(nèi)色素（pigments）的特殊吸收性。其中以葉綠素最為人所知曉。但是葉綠素并非對光合作用唯一有用的色素。其它色素也參與光合作用，因此光合作用效率無法僅有考慮葉綠素的吸收光譜。 光合作用路徑的相異也與顏色不相關(guān)。光能量由葉片中的葉綠素與胡蘿卜素所吸收。能量藉由兩種光合系統(tǒng)以固定水分與二氧化碳轉(zhuǎn)變成為葡萄糖與氧氣。此過程利用所有可見光的光譜，因此各種顏色的光源對于光合作用的影響幾乎沒有不同。 有些研究人員認(rèn)為在橘紅光部份有最大的光合作用能力。但是此并不表示植物應(yīng)該栽培于此種單色光源。對植物的形態(tài)發(fā)展與葉片顏色而言，植物應(yīng)該接收各種平衡的光源。 藍(lán)色光源（400~500nm）對植物的分化與氣孔的調(diào)節(jié)十分重要。如果藍(lán)光不足，遠(yuǎn)紅光的比例太多，莖部將過度成長，而容易造成葉片黃化。紅光光譜（655~665nm）能量與遠(yuǎn)紅光光譜（725~735nm）能量的比例在1.0與1.2之間，植物的發(fā)育將是正長。但是每種植物對于這些光譜比例的敏感性也不同。 在溫室內(nèi)部常常以高壓鈉燈做為人工光源。以Philips Master SON-TPIA燈源為例，在橘紅色光譜區(qū)有最高能量。然而在遠(yuǎn)紅外光的能量并不高，因此紅光/遠(yuǎn)紅光能量比例大于2.0。但是由于溫室仍有自然陽光，因此并未造成植物變短。(如果在生長箱使用此光源，就可能產(chǎn)生影響。) 在自然陽光下，藍(lán)光能量占有20％。對人工光源而言，并不需要如此高的比例。對正常發(fā)育的植物而言，多數(shù)植物只需要400~700nm范圍內(nèi)6％的藍(lán)光能源。在自然陽光下，已有此足夠藍(lán)光能量。因此人工光源不需要額外補(bǔ)充更多的藍(lán)光光譜。但是在自然光源不足時（如冬天），人工光源需要增加藍(lán)光能量，否則藍(lán)色光源將成為植物生長的限制影響因子。但是如果不用光源改善方法，仍是有其它方法可補(bǔ)救此光源不足問題。例如以溫度調(diào)節(jié)或是施用生長荷爾蒙。 （附記）： 由BSE研究室對光源與植物組培養(yǎng)苗發(fā)育關(guān)系的研究結(jié)果，有兩點(diǎn)結(jié)論與此篇文章相近： 一、光源的顏色并不影響光合作用速率，因此也不影響鮮重或干物重。影響光合作用速率的主要因子仍是光量與溫度。 二、光質(zhì)影響了組培苗的形態(tài)，例如組培苗節(jié)距長度（苗的高度），葉片葉綠素含量，地下物與地下物的比例等。 (中興大學(xué)生物系統(tǒng)工程研究室 陳加忠) 光合作用的過程: 光反應(yīng)階段 光合作用第一個階段中的化學(xué)反應(yīng)，必須有光能才能進(jìn)行，這個階段叫做光反應(yīng)階段。光反應(yīng)階段的化學(xué)反應(yīng)是在葉綠體內(nèi)的類囊體上進(jìn)行的。 暗反應(yīng)階段 光合作用第二個階段中的化學(xué)反應(yīng)，沒有光能也可以進(jìn)行，這個階段叫做暗反應(yīng)階段。暗反應(yīng)階段中的化學(xué)反應(yīng)是在葉綠體內(nèi)的基質(zhì)中進(jìn)行的。光反應(yīng)階段和暗反應(yīng)階段是一個整體，在光合作用的過程中，二者是緊密聯(lián)系、缺一不可的。 光合作用的重要意義 光合作用為包括人類在內(nèi)的幾乎所有生物的生存提供了物質(zhì)來源和能量來源。因此，光合作用對于人類和整個生物界都具有非常重要的意義。光合作用的意義可以概括為以下幾個方面； 第一，制造有機(jī)物。綠色植物通過光合作用制造有機(jī)物的數(shù)量是非常巨大的。據(jù)估計(jì)，地球上的綠色植物每年大約制造四五千億噸有機(jī)物，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了地球上每年工業(yè)產(chǎn)品的總產(chǎn)量。所以，人們把地球上的綠色植物比作龐大的“綠色工廠”。綠色植物的生存離不開自身通過光合作用制造的有機(jī)物。人類和動物的食物也都直接或間接地來自光合作用制造的有機(jī)物。 第二，轉(zhuǎn)化并儲存太陽能。綠色植物通過光合作用將太陽能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能，并儲存在光合作用制造的有機(jī)物中。地球上幾乎所有的生物，都是直接或間接利用這些能量作為生命活動的能源的。煤炭、石油、天然氣等燃料中所含有的能量，歸根到底都是古代的綠色植物通過光合作用儲存起來的。 第三，使大氣中的氧和二氧化碳的含量相對穩(wěn)定。據(jù)估計(jì)，全世界所有生物通過呼吸作用消耗的氧和燃燒各種燃料所消耗的氧，平均為10000 t／s(噸每秒)。以這樣的消耗氧的速度計(jì)算，大氣中的氧大約只需二千年就會用完。然而，這種情況并沒有發(fā)生。這是因?yàn)榫G色植物廣泛地分布在地球上，不斷地通過光合作用吸收二氧化碳和釋放氧，從而使大氣中的氧和二氧化碳的含量保持著相對的穩(wěn)定。 第四，對生物的進(jìn)化具有重要的作用。在綠色植物出現(xiàn)以前，地球的大氣中并沒有氧。只是在距今20億至30億年以前，綠色植物在地球上出現(xiàn)并逐漸占有優(yōu)勢以后，地球的大氣中才逐漸含有氧，從而使地球上其他進(jìn)行有氧呼吸的生物得以發(fā)生和發(fā)展。由于大氣中的一部分氧轉(zhuǎn)化成臭氧(O3)。臭氧在大氣上層形成的臭氧層，能夠有效地濾去太陽輻射中對生物具有強(qiáng)烈破壞作用的紫外線，從而使水生生物開始逐漸能夠在陸地上生活。經(jīng)過長期的生物進(jìn)化過程，最后才出現(xiàn)廣泛分布在自然界的各種動植物。