光照植物的作用

文章作者：騰昊科技發布時間：2021-09-06 16:53:39 瀏覽次數：1773次

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產生直接影響。光對植物形態建成產生的直接影響稱光范型作用。光是綠色植物正常生長所要的條件，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

通常植物的生長發育會依賴太陽光，但蔬菜、花卉等其他經濟作物的工廠化生產、組織培養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。

發生光反應的光系統由多種色素組成，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的組合來實現快速的LED植物補光照明。

為了能夠感知周圍環境的光強、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(光受體)。

光受體是植物感受外界環境變化的關鍵，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、參與光形態建成、調節植物發育的色素蛋白，它對紅光(red light，R)和遠紅光(far red light，FR)非常敏感，在植物從萌發到成熟的整個生長發育過程中都起到重要的調節作用。

植物體內的光敏色素以兩種較穩定的狀態存在：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)對植物形態的作用包括種子萌發、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)可控制植物從發芽到營養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更高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更高，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，而Pfr向Pr的轉換通常在晚上時間自然發生，也可以由730nm遠紅光照射來激發.

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，從而較準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，可以實現高效照明并明顯降低能耗。

LED不會在照明方向散發熱量，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，可實現針對各種植物的很佳定制化光配方。

光照對植物光合作用的影響

植物光合作用的強弱與光照強弱密切相關，但不同植物對光照強度要求不同。光照強度的單位是勒克司，可用光補償點、光飽和點和光和強度(即同化率)三個數值表示。

根據植物學理論，不同波長的光照對植物生長有不同影響。短波的藍紫光有抑制植物生長作用，其中紫外光的抑制作用更顯著，它可以使植物矮化。在育苗時常采用淺藍色塑料薄膜覆蓋，它能透過紫外光，抑制植物徒長，與無色薄膜相比，幼苗生長得更健壯。在自然光照基礎上，添加藍色波段和紅色波段的補充照明，對整條街植物生長有顯著效果。

光照時間的長短與植物的光周期現象密切相關。植物通過感受晝夜長短變化控制開花現象稱為光照周期現象，即植物通過感受晝夜長短控制生理反應的現象。晝夜光照與黑暗交替及其對植物發育，特別是開花有顯著影響，光照除了能誘導植物開花外，還影響植物花莖伸長、塊根和塊莖的形成，芽的休眠和葉片脫落等。

光照在組織培養中主要作用

光照強度(lightintensity)

光照強度對培養細胞的增殖和器官的分化有重要影響，從目前的研究情況看，光照強度對外植物體、細胞分裂有明顯的影響。一般來說，光照強度較強，幼苗生長的粗壯，而光照強度較弱幼苗容易徒長。在黑暗條件下，植物表現為：莖細、節長、脆弱(機械組織不發達)、葉片小而卷曲、根系發育不良，全株發黃，這種現象稱為黃化現象。

光質(lightwave)

光質對愈傷組織誘導，培養組織的增殖以及器官的分化都有明顯的影響。如百合珠芽在紅光下培養，8周后，分化出愈傷組織。但在藍光下培養，幾周后才出現愈傷組織。而唐菖蒲子球塊接種15天后，在藍光下培養首先出現芽，形成的幼苗生長旺盛，而白光下幼苗纖細。以香石竹為例，白光條件下生長量高，其次是紅、黃、綠、藍光對生長有抑制作用，單色光對葉綠素合成有抑制作用，葉綠素的合成需要在復合光條件下完成。

光周期(lightperiod)

試管苗培養時要選用一定的光暗周期來進行組織培養，常用的周期是16h的光照，8h的黑暗。研究表明，對短日照敏感的品種的器官組織，在短日照下易分化，而在長日照下產生愈傷組織，有時需要暗培養，尤其是一些植物的愈傷組織在暗培養下比在光下更好。如紅花、烏飯樹的愈傷組織。

除某些材料誘導愈傷組織需要黑暗條件外，一般培養都需一定的光照。