[植物燈] 光與植物生長的關係

光線是植物生長發育的基本環境因素。它不僅是光合作用的基本能源，還是植物生長發育的重要調節劑。植物的生長和發育不僅受光量或光強度（光子通量密度，PFD）的限制，而且還受光的質量（即不同波長和不同組成比的光和輻射）的限制。

太陽光譜可大致分為紫外線（紫外線，UV <400nm，包括UV-A 320〜400nm; UV-B 280〜320nm; UV-C <280nm，100〜280nm），可見光或光合有效輻射（光合有效輻射，PAR，400〜700nm，其中藍光400〜500nm；綠光500〜600nm；紅光600〜700nm）和紅外輻射（700〜800nm）。由於平流層（平流層）中吸收了臭氧，UV-C和大部分UV-B不能到達地球表面。到達地面的UV-B輻射強度取決於地理（海拔和緯度），時間（每天的時間，季節變化），氣象（雲的存在，厚度等）和其他環境因素（例如大氣污染）而變化。。植物可以檢測到光線質量，光線強度，光線在成長環境中的持續時間和方向，並引發在此環境中生存所必需的生理和形態結構的變化。藍光，紅光和遠紅光在控制植物光形態的建立中起著關鍵作用。光感受器（植物色素，Phy），隱鉻（Cry）和光養蛋白（phototropin，Phot）接受光信號，通過信號傳導觸發植物的生長發育。

不同光質的植物生物學效應

單色光波長與植物的關係

這裡的單色光是指特定波長範圍內的光。在不同實驗中使用的同一單色光的波長范圍並不完全相同，並且通常會與其他具有相似波長的單色光發生不同程度的重疊，尤其是在出現好的單色LED光源之前。這樣，自然會出現不同甚至矛盾的結果。

• 植物生長必備的紅光

紅光（R）抑制節間伸長，促進側枝和分枝，延遲花分化，並增加花色苷，葉綠素和類胡蘿蔔素。紅光會導致擬南芥根中的前向光運動。紅光對植物抵抗生物和非生物脅迫具有積極作用。

在許多情況下，遠紅光（FR）可以抵消紅光的影響。低的R / FR比導致菜豆的光合作用能力降低。在生長室中，使用白色螢光燈作為主要光源， 並用LED補充遠紅光（720~740 nm），可減少花青素， 類胡蘿蔔素和葉綠素的含量，並使植物的鮮重，乾重，莖幹長度，葉片長度和葉片寬度增加。補充FR的生長促進作用可能是由於葉面積的增加而引起的光吸收的增加。與在高R / FR下生長的植物相比，在低R / https://vocus.cc/article/61a58d3afd8978000158defdFR條件下生長的擬南芥具有更大，更厚的葉片，更大的生物量和更強的冷適應性。R / FR的不同比例也會改變植物的耐鹽性。

• 促進植物生長的藍光

通常，增加白光中的藍光份額可以縮短節間，減少葉面積，降低相對生長速率並增加氮/碳（N / C）比。高等植物的葉綠素合成和葉綠體形成，以及葉綠素a / b比例高和類胡蘿蔔素水平低的陽性葉綠體都需要藍光。在紅光下，繖形細胞的光合速率逐漸降低，並在轉換為藍光或在連續紅光下加入一些藍光後，光合速率迅速恢復。當將生長深色的煙草細胞轉移到連續的藍光下3天時，-1,5-雙磷酸雙果糖羧化酶/加氧酶（rubisco）和葉綠素含量的總量非常明顯。增加。與此一致

顯然，僅紅光不足以實現植物的光合作用和生長。小麥可以在單個紅色LED光源下完成其生命週期，但是為了獲得高大的植物和大量的種子，必須添加適量的藍光。在單個紅光下生長的生菜，菠菜和蘿蔔的產量低於在紅光和藍光組合下生長的植物的產量，並且在適當的量下在紅光和藍光組合下生長的植物的產量藍光的強度與冷白色螢光燈下生長的植物的強度相當。

同樣，擬南芥可以在單一紅光下產生種子，但與在冷白螢光燈下生長的植物相比，藍光比率降低（10％〜1％），植物呈雜色，開花和結實的狀態。但是，在包含10％藍光的紅光和藍光的組合下生長的植物的種子產量僅為在冷白色螢光燈下生長的植物的種子產量的一半。過多的藍光會抑制植物生長，縮短節間，減少分支，減少葉面積並降低總乾重。植物對藍光的需求存在明顯的物種差異。

• 植物生長的綠光

在白光（包括 紅光 ， 藍光 和綠光）下生長的番茄幼苗的干重明顯低於紅光 和 藍光 。在組織培養中抑制生長的光譜結果表明，最有害的光質量是綠光，其峰值在550 nm。與在全光譜光下生長的植物相比，在去除綠光的情況下生長的萬壽菊的高度，新鮮度和乾重增加了30％至50％。用綠光補充全光譜光可以縮短植株，減少干重和鮮重。去除綠光可以促進萬壽菊開花，而添加綠光則可以抑制開花的石竹和生菜。

綠光效果通常與 紅光 和 藍光 效果相反。綠光可以逆轉 藍光 促進的氣孔開放。但是，用綠光處理種子會使蘿蔔和胡蘿蔔的大小比對照大兩倍。綠光的脈衝可以加速在黑暗中生長的幼苗的伸長，即促進莖伸長。用來自LED光源的單個綠光（525 nm±16 nm）脈衝（11.1 µmol·m-2·s-1，9 s）處理擬南芥白化苗導致質體轉錄本減少和莖生長減少率。增加。

• 植物生長的黃光

黃光（580〜600 nm）抑制了生菜的生長。葉綠素含量和乾重針對紅，遠紅，藍，紫外和黃光的不同比例繪製。結果表明，只有黃光（580〜600 nm）可以解釋高壓鈉燈和金屬鹵化物燈在生長效果上的差異，即黃光會抑制生長。此外，黃光（在595 nm的峰值）抑制黃瓜的生長要強於綠光（在520 nm的峰值）。

• 紫外線輻射對植物的生長

紫外線可減少植物葉片的面積，抑制下胚軸伸長，降低光合作用和生產力，使植物易於受到病原體的侵襲，但可誘導類黃酮的合成和防禦機制。UV-B可以減少抗壞血酸和β-胡蘿蔔素的含量，但可以有效地促進花青素的合成。UV-B輻射會導致矮小的植物表型，葉片又小又厚，葉柄短，腋窩分支增加以及根冠比變化。對來自中國，印度，菲律賓，尼泊爾，泰國，越南和斯里蘭卡7個不同地區的溫室中種植的16個水稻品種的調查顯示，添加UV-B導致耕種生物量增加（僅1個其中斯里蘭卡達到了一個很大的水平），下降了12個（其中六個達到了一個顯著水平）；具有UV-B敏感性的那些顯著減少了葉面積和分till數；6個品種的葉綠素含量增加（其中2個達到顯著水平）；5個品種的葉片光合速率顯著降低，1個品種的葉片光合速率顯著提高。

UV-B / PAR比是決定植物對UV-B反應的重要決定因素。例如，UV-B和PAR一起影響薄荷的形態和產油量。生產高質量的油需要大量未過濾的自然光。

應該指出的是，儘管對UV-B影響的實驗室研究可用於識別轉錄因子以及其他分子和生理因素，但是由於使用了更高的UV-B水平，因此沒有UV-A伴隨且經常在背景PAR非常低的情況下，通常無法將結果機械地推斷到自然環境中。現場研究通常使用紫外線燈通過過濾器來提高或降低UV-B水平。

比較不同波長的植物燈光影響

對於光質量對植物的生物學影響，許多研究已經比較了兩個或多個不同波段的光對光合作用和生長的影響。

• 紅光 和 藍光 兩個燈的比較

在導致氣孔打開方面，藍光 的效率幾乎是 紅光 的10倍。與 紅光 相比，每單位時間小球藻在 藍光 生產力下生長的小球藻，可溶性蛋白含量高，單位乾重的葉綠素含量低，但細胞色素f濃度高，每分子葉綠素光合作用率高。

與在 藍光 和白光下生長的植物相比，在 紅光 下生長的植物具有較少的葉綠素含量（以葉面積計），但是光系統II（PSII）反應中心，細胞色素f和偶聯輔因子活性水平很高，因此以單位葉面積計的CO2同化率低，以葉綠素單位計的CO2同化率高。

藍光 下樺樹組織培養幼苗的葉綠素含量和單位葉面積的光合速率最高， 紅光 下幼苗的葉綠素含量和單位葉面積的光合速率最小。在相同的光強度下和在相同的光強度下測量的大麥幼苗葉片的光合速率都在 藍光 （400〜700 nm，峰值約470 nm）下顯著高於 紅光 （600〜700 nm，峰值（約670 nm），這可能部分是因為所謂的“ 藍光 ”具有較寬的光譜範圍（包括 紅光 ），並且更適合光合作用機制的正常生長和發育。

藍光 下生長的番茄，萵苣和菊花植物的干重低於 紅光 下的植物。然而， 藍光 促進了蘿蔔的貯藏器官的發育（下胚軸增大），而 紅光 則有利於葉柄和莖的生長，但延遲了根的形成並減輕了根的重量。在 紅光 下生長的植物。

可以看出， 藍光 似乎比 紅光 更有利於高光合能力的形成，但是光合能力的這種優勢並不一定由於葉面積的減少而導致更多的干物質積累。但是，最近一項使用LED光源和芹菜的研究表明，在相同的光合作用有效光子通量密度（PPFD）下，與白色背景光相比，增加紅光的比例可以顯著提高淨光合速率，總糖含量和植物乾燥度然而，增加藍光比率卻相反，顯著降低淨光合速率，總糖含量和植物乾重，但顯著增加蛋白質含量。

• 多燈比較

在不同顏色的熒光燈下生長的番茄幼苗的干重順序為： 藍光 （410〜480 nm）>桃光（580〜660 nm）> 紅光 （630〜700 nm）>金色光（550〜620） nm）> 綠光（510〜570 nm）；光的利用效率（弱光下乾重積累隨光強度的增加線性增加的線性斜率）為： 紅光 + 藍光 > 藍光 > 紅光 >暖白>綠色螢光燈生長的番茄幼苗。

紅光 （660 nm）， 紅光 LED +藍色螢光燈（350〜550 nm）， 紅光 LED +遠紅光（735 nm）和廣譜金屬鹵化物光源。·M-2·s-1）胡椒培養的結果表明，在紅色LED下生長的植物的干重和葉面積顯著低於在 藍光 光源下生長的植物。因此，結合 藍光 的 紅光 LED適用於控制諸如太空植物栽培系統之類的環境。

在相同光照強度和不同光照質量下生長的黃瓜葉片光合氧氣釋放速率的順序為紅光>白光> 藍光 。

不同LED光源與白色螢光燈的比較表明，在紅藍組合光（RB）LED下生長的菊花葉的淨光合速率最高，其次是白光（W）， 藍光 （B）和藍光淺紅色+遠紅色（BFR）增長最低；在W和RB下生長的植物具有最大的干重和葉面積，而在BFR下生長的植物具有最小的干重和葉面積。植物在R和RFR（ 紅光 +遠紅光）下生長，莖最長，但最脆弱；植物在RB下生長，W在地面上最大。

在相同的光強度和不同的光質量（藍，綠，黃，紅和白光）下生長的番茄的光合作用，光譜範圍為360〜500、500〜600、520〜620、600〜680和400 〜700 nm），生長和果實產量差異顯著： 紅光 下的光合速率，葉綠素含量，糖含量和單株乾重最高；綠燈下單株的光合速率，乾重和果實產量最低；藍光下的植物的光合速率，乾重和果實產量，以及莖粗，葉面積，根系活力，糖含量和蛋白質含量均高於白光下的植物。

與在白光下以相同強度（PPFD為350 µmol·m-2·s-1）生長的黃瓜相比，LED為紫色（395 nm）， 藍光 （453 nm），綠色（523 nm）和黃色（LED）。 595）在單色光（例如 紅光 ）（nm）和 紅光 （629 nm）下生長的植物的干重，淨光合速率，PSII電子傳遞的量子效率和葉綠素含量均下降，在綠色下生長的植物的生長，黃色和紅色的光顯著下降。然而，在紫色和藍色光下生長的植物的氣孔導度，Rubisco的初始活性和總活性，關鍵光合基因的轉錄水平，可溶性糖和蔗糖的總量，澱粉含量以及葉綠素a / b比都較高。相比於在白光下生長的那些，對於在綠色下生長的植物，這些參數會降低，

在相同光強度（PPFD 100 µmol·m-2·s-1）和不同波長的幾種光下生長的紅色萵苣植物的總乾重為 藍光 （470 nm）> 藍光 + 紅光 （660 nm）> 紅光 >白光，總葉綠素含量的順序為白光> 紅光 > 藍光 + 紅光 >藍光，但 藍光 有利於根生長，並促進花色苷的積累和抗氧化活性。

在上述許多研究中使用的光源類型，植物類型和實驗條件，尤其是光質量波長范圍以及所檢查的生長和發育指標，都存在很大差異，因此很難嚴格比較它們。但是，似乎存在以下總體趨勢：當將多個波長的光相互比較時，最有利的是將 紅光 和 藍光 以適當的比例組合，然後是白光，最不合適的是黃光和綠燈。但是，一些研究表明，幾種植物在白光下生長最佳。在相同的光強度（300 µmol·m-2·s-1）下，菠菜，蘿蔔和生菜生長了21 d，其光合速率 在白光（冷白色螢光燈）下生長的植物氣孔導度和總莖生長。重量高於在紅光（LED）， 紅光 （LED）+藍光（螢光燈，10％藍光）下生長的植物的重量。似乎用藍光補充 紅光 不足以實現最大的生長。似乎 紅光 ， 藍光 和全光譜白光的正確組合更有利於植物的光合作用和生長發育。另外，與 藍光 相比，哪種更有利於植物的光合作用和生長也值得進一步探討。似乎用 藍光 補充 紅光 不足以實現最大的生長。似乎 紅光 ， 藍光 和全光譜白光的正確組合更有利於植物的光合作用和生長發育。另外，與 藍光 相比，哪種更有利於植物的光合作用和生長也值得進一步探討。似乎用 藍光 補充 紅光 不足以實現最大的生長。似乎 紅光 ， 藍光 和全光譜白光的正確組合更有利於植物的光合作用和生長發育。另外，與 藍光 相比，哪種更有利於植物的光合作用和生長也值得進一步探討。

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