什么样的光才能算植物的光合作用中的光

【专家解说】：◆ 光线光谱与植物光合作用的关系 近年来，光质对植物生长与形态的影响引起研究人员的重视。例如日本学界着重探讨LED单色光对组织培养苗的生长性状影响。以色列则以不同颜色的塑料布为披覆材料，探讨对于叶菜与观叶植物生长的影响。 光质与植物发育的关系，最著名的文献为“Photo morphogenesis in Plant”之论述资料，作者为R. E. Kendrick 与G. H. M. Kronenberg (1986年,Martinus Nijhoff Publishers) 。其资料如下： 光 谱 范 围 对 植 物 生 理 的 影 响 280 ~ 315nm 对形态与生理过程的影响极小 315 ~ 400nnm 叶绿素吸收少，影响光周期效应，阻止茎伸长 400 ~ 520nm（蓝） 叶绿素与类胡萝卜素吸收比例最大，对光合作用影响最大 520 ~ 610nm 色素的吸收率不高 610 ~ 720nm（红） 叶绿素吸收率低，对光合作用与光周期效应有显著影响 720 ~ 1000nm 吸收率低，刺激细胞延长，影响开花与种子发芽 ＞1000nm 转换成为热量 在2004年7（2）期的Flower Tech刊物，有篇文章讨论光的颜色对光合作用的影响。作者为Harry Stijger先生。文章的子标题表示通常大家认为光的颜色对于光合作用的影响有所不同，事实上在光合作用过程中，光颜色的影响性并无不同，因此使用全光谱最有利于植物的发育。 植物对光谱的敏感性与人眼不同。人眼最敏感的光谱为555nm，介于黄-绿光。对蓝光区与红光区敏感性较差。植物则不然，对于红光光谱最为敏感，对绿光较不敏感，但是敏感性的差异不似人眼如此悬殊。植物对光谱最大的敏感地区为400~700nm。此区段光谱通常称为光合作用有效能量区域。阳光的能量约有45％位于此段光谱。因此如果以人工光源以补充光量，光源的光谱分布也应该接近于此范围。 光源射出的光子能量因波长而不同。例如波长400nm（蓝光）的能量为700nm（红光）能量的1.75倍。但是对于光合作用而言，两者波长的作用结果则是相同。蓝色光谱中多余不能作为光合作用的能量则转变为热量。换言之，植物光合作用速率是由400~700nm中植物所能吸收的光子数目决定，而与各光谱所送出的光子数目并不相关。但是一般人的通识都认为光颜色影响了光合作用速率。植物对所有光谱而言，其敏感性有所不同。此原因来自叶片内色素（pigments）的特殊吸收性。其中以叶绿素最为人所知晓。但是叶绿素并非对光合作用唯一有用的色素。其它色素也参与光合作用，因此光合作用效率无法仅有考虑叶绿素的吸收光谱。 光合作用路径的相异也与颜色不相关。光能量由叶片中的叶绿素与胡萝卜素所吸收。能量藉由两种光合系统以固定水分与二氧化碳转变成为葡萄糖与氧气。此过程利用所有可见光的光谱，因此各种颜色的光源对于光合作用的影响几乎没有不同。 有些研究人员认为在橘红光部份有最大的光合作用能力。但是此并不表示植物应该栽培于此种单色光源。对植物的形态发展与叶片颜色而言，植物应该接收各种平衡的光源。 蓝色光源（400~500nm）对植物的分化与气孔的调节十分重要。如果蓝光不足，远红光的比例太多，茎部将过度成长，而容易造成叶片黄化。红光光谱（655~665nm）能量与远红光光谱（725~735nm）能量的比例在1.0与1.2之间，植物的发育将是正长。但是每种植物对于这些光谱比例的敏感性也不同。 在温室内部常常以高压钠灯做为人工光源。以Philips Master SON-TPIA灯源为例，在橘红色光谱区有最高能量。然而在远红外光的能量并不高，因此红光/远红光能量比例大于2.0。但是由于温室仍有自然阳光，因此并未造成植物变短。(如果在生长箱使用此光源，就可能产生影响。) 在自然阳光下，蓝光能量占有20％。对人工光源而言，并不需要如此高的比例。对正常发育的植物而言，多数植物只需要400~700nm范围内6％的蓝光能源。在自然阳光下，已有此足够蓝光能量。因此人工光源不需要额外补充更多的蓝光光谱。但是在自然光源不足时（如冬天），人工光源需要增加蓝光能量，否则蓝色光源将成为植物生长的限制影响因子。但是如果不用光源改善方法，仍是有其它方法可补救此光源不足问题。例如以温度调节或是施用生长荷尔蒙。 （附记）： 由BSE研究室对光源与植物组培养苗发育关系的研究结果，有两点结论与此篇文章相近： 一、光源的颜色并不影响光合作用速率，因此也不影响鲜重或干物重。影响光合作用速率的主要因子仍是光量与温度。 二、光质影响了组培苗的形态，例如组培苗节距长度（苗的高度），叶片叶绿素含量，地下物与地下物的比例等。 (中兴大学生物系统工程研究室 陈加忠) 光合作用的过程: 光反应阶段 光合作用第一个阶段中的化学反应，必须有光能才能进行，这个阶段叫做光反应阶段。光反应阶段的化学反应是在叶绿体内的类囊体上进行的。 暗反应阶段 光合作用第二个阶段中的化学反应，没有光能也可以进行，这个阶段叫做暗反应阶段。暗反应阶段中的化学反应是在叶绿体内的基质中进行的。光反应阶段和暗反应阶段是一个整体，在光合作用的过程中，二者是紧密联系、缺一不可的。 光合作用的重要意义 光合作用为包括人类在内的几乎所有生物的生存提供了物质来源和能量来源。因此，光合作用对于人类和整个生物界都具有非常重要的意义。光合作用的意义可以概括为以下几个方面； 第一，制造有机物。绿色植物通过光合作用制造有机物的数量是非常巨大的。据估计，地球上的绿色植物每年大约制造四五千亿吨有机物，这远远超过了地球上每年工业产品的总产量。所以，人们把地球上的绿色植物比作庞大的“绿色工厂”。绿色植物的生存离不开自身通过光合作用制造的有机物。人类和动物的食物也都直接或间接地来自光合作用制造的有机物。 第二，转化并储存太阳能。绿色植物通过光合作用将太阳能转化成化学能，并储存在光合作用制造的有机物中。地球上几乎所有的生物，都是直接或间接利用这些能量作为生命活动的能源的。煤炭、石油、天然气等燃料中所含有的能量，归根到底都是古代的绿色植物通过光合作用储存起来的。 第三，使大气中的氧和二氧化碳的含量相对稳定。据估计，全世界所有生物通过呼吸作用消耗的氧和燃烧各种燃料所消耗的氧，平均为10000 t／s(吨每秒)。以这样的消耗氧的速度计算，大气中的氧大约只需二千年就会用完。然而，这种情况并没有发生。这是因为绿色植物广泛地分布在地球上，不断地通过光合作用吸收二氧化碳和释放氧，从而使大气中的氧和二氧化碳的含量保持着相对的稳定。 第四，对生物的进化具有重要的作用。在绿色植物出现以前，地球的大气中并没有氧。只是在距今20亿至30亿年以前，绿色植物在地球上出现并逐渐占有优势以后，地球的大气中才逐渐含有氧，从而使地球上其他进行有氧呼吸的生物得以发生和发展。由于大气中的一部分氧转化成臭氧(O3)。臭氧在大气上层形成的臭氧层，能够有效地滤去太阳辐射中对生物具有强烈破坏作用的紫外线，从而使水生生物开始逐渐能够在陆地上生活。经过长期的生物进化过程，最后才出现广泛分布在自然界的各种动植物。