光對植物生長的影響-光合作用和光敏色素

通常，植物的生長和發展取決於陽光，但是工廠生產的蔬菜，花卉和其他商品作物，組織培養和離體幼苗的繁殖等也需要人造光來補充光，以促進光合作用。


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光合作用是綠色植物通過葉綠體利用光能將二氧化碳和水轉化為儲能生物並釋放氧氣的過程。在此過程中的關鍵因素是植物細胞內的葉綠體。在陽光的作用下，葉綠體將二氧化碳通過氣孔進入葉片，並將根部吸收的水轉化為葡萄糖，同時釋放氧氣。


發生光反應的光系統由葉綠素a，葉綠素b，類胡蘿蔔素等各種色素組成。光譜圖中葉綠素a，葉綠素b和類胡蘿蔔素的主要吸收在440nm至660nm之間，以促進光合作用。目前，市場上主要採用440nm深藍光LED和660nm深紅光LED，並加入了一些白色LED組合以實現高效的LED植物照明。


為了能夠感知周圍環境的光強度，光質量，光方向和光週期並響應其變化，植物已經開發出一種光傳感系統。


感光器是植物感知外部環境變化的關鍵。植物中最重要的感光細胞是植物色素，吸收深紅光/遠紅光。


光敏顏料是一組顏料蛋白，它們可以反轉深紅光和遠紅光的吸收，參與光形態發生並調節植物發育。它們對深紅光（DR）和遠紅光（FR）極為敏感，並在從發芽到成熟的整個生長和發育過程中發揮重要作用。


植物中的光敏顏料以兩種穩定狀態存在：深紅光吸收型（Pr，lmax = 660nm）和遠紅光吸收型（Pfr，lmax = 730nm）。可以通過暴露在紅色和遠紅色光中來反轉兩種類型的光吸收。


有關光敏顏料的研究表明，光敏顏料（Pr，Pfr）對植物形態的影響包括種子發芽，脫硫，莖伸長，葉片膨脹，避光和開花誘導。


因此，完整的LED植物照明方案不僅需要440nm的深藍光和660nm的深紅光，還需要730nm的遠紅光。深藍光（440nm）和深紅光（660nm）提供光合作用所需的光譜，而遠紅光（730nm）控制從發芽到營養生長到開花的整個過程。


730nm遠紅光LED對植物有兩種影響

1.避開730nm的遠紅光

730nm遠紅外照明對植物的最重要影響之一是避陰。

如果植物僅暴露於660nm的深紅光下，就會感覺好像在直射陽光下，並且會正常生長。如果該植物主要被730nm的遠紅外光照亮，則該植物將感覺好像被另一棵更高的植物所阻擋，因此該植物將更加努力地突破該阻擋，這有助於植物長得更高，但不一定意味著會有更多的生物量（生物量）。

2.730 nm遠紅外光的開花誘導效應

730nm遠紅外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照明來控制開花週期，而不必完全依賴季節的影響，這對於觀賞花卉具有重要價值。


Pfr向Pfr的轉化主要是由660nm深紅光（代表白天的陽光）引起的，而Pfr向Pr的轉化通常在晚上自然發生，並且也可以由730nm的遠紅光激發。


通常認為，用光敏顏料控制植物開花主要取決於Pfr / Pr的比例。因此，我們可以通過730 nm的遠紅光輻射控制Pfr / Pr值，從而更精確地控制開花週期。

3. LED工廠的定制照明公式

LED用於園藝照明，可將植物的生長速度提高40％或幫助控制開花。由於單個LED是獨立的，因此可以輕鬆控制溫室的照明性能。


光合光子通量LED本身（Photosynthetic Photon Flux，PPF）的光效率非常高，深藍光（440 nm）和遠紅光（730 nm）的典型PPF LED燈約為2.3 umol / J，超紅（660 nm）典型的PPF LED燈約為3.1 umol / J，再加上這幾個LED的波長與葉綠素a / b，類胡蘿蔔素和植物色素Pr /（Pfr）的吸收光譜非常匹配，可以實現高效照明並顯著降低能耗。


LED不會沿照明方向散發熱量，也不會損壞植物，並且適用於頂部照明，室內照明和多層栽培等。R/ FR比是紅光的比率（660 nm）到遠紅光（730 nm）。R / B比是紅光（660 nm）與藍光（440nm）之比。通過控制R / FR比和R / B比，可以實現各種植物的最佳定制光配方。