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LED植物照明也要对症下药5种单色光的植

2019-08-15 17:17:23来源:励志吧0次阅读

  光是植物生长发育的基本环境因素。它不仅是光合作用的基本能源,而且是植物生长发育的重要调节因子。植物的生长发育不仅受光量或光强(光子通量密度,photon fl ux density,PFD)的制约,而且受光质即不同波长的光与辐射及它们不同组成比例的影响。

  太阳光谱可以粗分为紫外辐射(ultraviolet,UV 400 nm,包括UV-A 20~400 nm;UV-B280~ 20 nm;UV-C 280 nm,100~280 nm)、可见光或光合有效辐射(photosynthetically active radiation,PAR, 400~700 nm,其中蓝光400~500 nm;绿光500~600 nm;红光600~700 nm)和红外辐射(700~800 nm)三大部分。由于平流层(同温层)内臭氧的吸收,UV-C和大部分UV-B到达不了地球表面。到达地面的UV-B辐射强度因地理的(海拔高度和纬度)、时间的(日时间、季节变化)、气象的(云层有无、厚薄等)和其他环境因素如大气污染的不同而发生变化。

  植物能够察觉生长环境中光质、光强、光照时间长短和方向的微妙变化, 启动在这个环境中生存所必需的生理的和形态结构的变化。蓝光、红光和远红光在控制植物光形态建成中发挥关键作用。光敏素(phytochrome,Phy)、隐花素(crypto chrome,Cry)和向光素(向光蛋白,phototropin,Phot)这些光受体接受光信号,并通过信号转导引发植物的生长发育变化。

  这里所说的单色光,是指一个特定波段范围内的光。不同实验所用同一种单色光的波段范围并不完全一致,而且往往与波长相近的其他单色光有不同程度的波段重叠,特别是在单色性好的光源出现以前更是如此。这样, 自然会产生不同甚至相互矛盾的结果。

  红光

  红光(R)抑制节间伸长,促进横向分枝和分蘖,延迟花分化,增加花色素苷、叶绿素和类胡萝卜素。红光可以引起拟南芥根系的正向光性运动。红光在植物对生物和非生物胁迫的抗性上具有积极作用。

  远红光(FR)在许多情况下可以抵消红光效应。低R/FR比值导致菜豆光合能力降低。在生长室内以白色荧光灯为主要光源、用LEDs补充远红辐射(发射峰7 4 nm)使花色素苷、类胡萝卜素和叶绿素含量降低,而使植株鲜重、干重、茎长、叶长和叶宽增加。补加FR对生长的促进作用可能是由于叶面积增加而导致的对光吸收的增加。低R/FR条件下生长的拟南芥比高R/FR下生长的植物叶片大而厚、生物质数量大, 冷适应能力强。不同比例的R/FR还可以改变植物的抗盐性。

  蓝光

  一般来说,增加白光中的蓝光份额可以缩短节间、缩小叶面积、降低相对生长速率和提高氮/碳(N/C)比率。

  高等植物叶绿素合成和叶绿体形成以及具有高叶绿素a/b比与低类胡萝卜素水平的阳生叶绿体都需要蓝光。在红光下伞藻细胞的光合速率逐渐降低,转到蓝光下或在连续红光下增加一些蓝光后光合速率迅速恢复。当暗生长的烟草细胞被转移到连续蓝光下 d后,二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(rubulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase,Rubisco)总量和叶绿素含量急剧增加。与此相一致,单位培养液体积内细胞干重也急剧增加,而在连续红光下则极缓慢地微有增加。

  显然,对于植物的光合作用及生长发育而言,仅仅有红光是不够的。在单一红光LEDs光源下小麦可以完成生命周期,但是要想获得高大植株和大量种子,必须补充适量的蓝光(表1)。在单一红光下生长的莴苣、菠菜和萝卜产量低于红蓝组合光下生长的植株,而含适量蓝光的红蓝组合光下生长的植株产量比得上冷白荧光灯下生长的植株。与此相类似,在单一红光下拟南芥可以产生种子,但是与冷白荧光灯下生长的植株相比,随着蓝光比例的减少(10%~1%),红蓝组合光下生长的植株抽苔、开花与结果都延迟。但是,在含10%蓝光的红蓝组合光下生长的植株种子产量仅为冷白荧光灯下生长的植株的一半。过量的蓝光抑制植物生长,节间变短、分枝减少、叶面积变小和总干重降低。植物对蓝光的需要存在明显的物种差异。

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