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植物燈該選紅藍混光? 還是擬全光譜?

在過去的一個世紀裡，園藝照明技術有了顯著的進步，但對光譜的操縱是一個相當新的概念。由於植物往往最強烈地吸收紅光和藍光，因此其他波長被認為對植物的生長和發育來說是不必要的。隨著 LED 技術的進步，提供單獨光譜的能力也得到了提升，粉色/紫色植物燈受到園藝照明市場的高度青睞。儘管產品大量湧入，對植物照明的研究仍在繼續探索植物與光之間的許多相互作用，並最終開始反對植物只需要兩個單獨的光譜即可實現最佳生長的想法。雖然在 550 nm 到 600 nm 範圍內以及遠紅FR和紫外波段的光的主要功能方面仍然存在很大差異，研究顯示了合併這些光譜的許多功能甚至好處。為了幫助您了解植物如何感知光，本文深入研究了植物用來感知和響應環境的許多已知受體和色素。

人類和植物的光感使用許多相同的分子，然而，我們的眼睛更容易被愚弄。窄帶紅光、藍光和綠光按正確比例混合時，人眼會感知為白光。然而，植物非常清楚它正在接收三個單獨的光譜，它的生長習性將證明這種感知。根據光源的不同，廣譜白光可以有多種形式。對於人眼，我們大多將這些不同的光譜感知為冷色（藍色）或暖色（橙色/紅色），這取決於它是金屬鹵化物燈還是高壓鈉燈，或者在 LED 和熒光燈泡的情況下，是什麼類型的使用熒光粉塗層。然而，對於植物來說，每個單獨的波長可能會促進不同的生長習性和光形態響應。

傳入的光子被色素吸收，色素吸收光作為能量，而光感受器則將光視為信號。當被最著名的色素葉綠素吸收時，光子可用於驅動光合作用和生長。然而，單獨具有廣泛吸收光譜的葉綠素不足以有效地收集光。“天線複合物”是一個概念，描述了類胡蘿蔔素等輔助色素如何幫助捕獲葉綠素不吸收的光，或當光合作用反應中心接收到的能量過載時，將多餘的光以熱量形式消散（非光化學猝滅）。

輔助顏料 主要是類胡蘿蔔素，例如β-胡蘿蔔素、葉黃素、玉米黃質、花黃素和紫黃質。這些顏料呈黃色至橙色，在 440 nm 至 510 nm 範圍內吸收最強。其中一些顏料通過稱為環氧化和去環氧化的過程根據光照條件改變形式。如果通量太高，光合作用裝置可能會受到損害，因此植物能夠處理這種傳入的能量非常重要。在全天通量可能會波動的純陽光下，天線複合體會調整以接受或消散光。當通量低時，紫黃質會捕獲光子並將此能量轉移到葉綠素，從而提高光吸收效率。流量大時，紫黃質被去環氧化（轉化）為玉米黃質，然後以熱量的形式耗散掉多餘的光子。β-胡蘿蔔素的功能類似於紫黃質，而葉黃素的功能類似於玉米黃質，但沒有這種稱為“葉黃素循環”的相互轉化過程。當顏料被光子“激發”時，顏料之間的這種能量流動會自發發生。有趣的是，保護植物免受光照並提高其捕捉光線能力的類胡蘿蔔素在許多動物物種的眼睛中也可以發揮類似的功能。還有其他幾種植物色素與光合光捕獲複合物無關，包括花青素和番茄紅素。雖然這些化合物確實吸收光，但它們的主要功能是保護細胞和 DNA 免受紫外線輻射的破壞，以及清除“自由基”，如過氧化氫、

在大多數情況下，光感受器是與“髮色團”配對的蛋白質，該髮色團吸收某些波長的光，然後向植物發送影響光形態發生的信號。有幾種不同類型的光感受器，它們的光吸收範圍重疊。 隱花色素 使用 300 nm 至 500 nm 範圍內的光，儘管它在 365~390 nm (UV-A) 和 440 ~455nm (深藍光) 處的吸收最強。這種受體在被光激發時會阻止下胚軸（幼苗的主莖）的伸長，甚至在某些物種中調節開花和光週期。 光敏素 也是藍色/UV-A 吸收光感受器，但在 440 ~455nm 處具有更強的吸收峰，被認為調節向光性（植物響應光而移動的過程）、氣孔孔徑（打開和關閉）、葉綠體的運動（光合作用）細胞器）在葉細胞內，並抑制葉膨脹。 光敏色素 是一些比較著名的光感受器，因為它們可以強烈影響開花。一個鮮為人知的事實是，光敏色素實際上會吸收 300 nm 至 800 nm 範圍內的光。然而，大多數已知函數是 P r 形式中 650~670 nm 處和 P fr 形式中720~740 nm 處吸收峰的結果形式。光敏色素不斷地改變形式並達到“光平衡”（更多信息可在“光形態發生指南”中獲得），該平衡受光譜比和生長環境中存在的 PPFD 調節。根據光敏色素的光平衡，不同的信號被發送到植物內的代謝途徑，這些途徑調節許多過程，包括發芽、幼苗建立、莖伸長、葉片擴張，當然還有開花和光週期。植物接收到的 R:FR 光的不同比率將決定植物如何在緊密度、花大小、花數等方面發育。還有其他幾種新發現和研究不足的光感受器（與花青素積累相關的 UV-B 受體） ) 但本文不會討論這些。

由於這些光感受器的吸收光譜有很多重疊，因此大多數光形態發生反應是共同調節的。某些反應可能會被一個受體打開和關閉，但該反應的表達可以被另一種受體放大。調節植物內如此多功能的神秘“生物鐘”是多個光感受器活動的頂點，這些光感受器根據光週期、光譜和 PPFD 控制生長模式的節奏。植物內的這種生長模式的節奏強烈影響光形態發生的結果，然而，就像光合作用一樣，所有光形態發生反應都有一個作用光譜，由來自這些光感受器的信號混合決定，不一定反映吸收光譜。

在考慮使用窄帶照明時，需要考慮的最重要的事情是您的植物是否已經暴露在廣譜光下（用於溫室的太陽能，或用於單一光源應用的廣譜燈具）以及您正在種植哪些作物. 當植物已經暴露於來自單一光源的廣譜照明時，僅當您的作物在不暴露於特定波段的情況下無法實現所需的光形態生成效果時，才需要補充窄帶照明。但是，如果您在太陽輻射和高 DLI 下生長，您的作物可能對光譜的變化沒有那麼敏感，因為太陽輻射已經非常廣泛，可能會淹沒窄帶照明的光形態優勢。在太陽輻射下生長時要考慮的另一個方面是您是否需要增加 DLI。如果您補充窄帶固定裝置作為增加 DLI 的方法，您可能會發現產品質量不一致，因為太陽輻射全年增加和減少，使您的作物暴露在不同數量的陽光和窄帶光下。如果您的 DLI 是恆定的，並且您只想誘導諸如著色、緊實或生根之類的光形態響應，那麼您可以補充更多的藍光。但是，與頻譜相比，DLI 通常對所需特徵的影響更大。如果您正在種植開花/結果作物並且只希望促進更多的花/果實生長（具有足夠的 DLI 和光週期），那麼補充更多的紅光可能是有益的，