光照植物的作用

  光对植物的生长发育具有特殊重要的地位，它影响着植物几乎所有的生长阶段。光对植物的作用主要表现在两个方面：

  一是为植物光合作用提供辐射能;

  二是作为信号调节植物整个生命周期的许多生理过程。

  光照对于植物生长的影响——光合作用和光敏色素

  通常植物的生长发育会依赖太阳光，但蔬菜、花卉等其他经济作物的工厂化生产、组织培养及试管苗的繁殖等还需人造光源进行补充光照，以促进光合作用的进行。

  光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧的过程。这个过程的关键参与者是植物细胞内部的叶绿体。叶绿体在阳光的作用下，把经由气孔进入叶子内部的二氧化碳和由根部吸收的水转变成为葡萄糖，同时释放氧气。

  发生光反应的光系统由多种色素组成，如叶绿素a(Chlorophyll a)、叶绿素b(Chlorophyll b)、类胡萝卜素(Catotenoids)等。叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素的主要吸收光谱集中在450nm和660nm，因而为了促进光合作用，主要采用450nm的深蓝光LED和660 nm的超红光LED，再加部分白光LED的组合来实现快速的LED植物补光照明。

  为了能够感知周围环境的光强、光质、光向和光周期并对其变化做出响应，植物进化出了光感受系统(光受体)。

  光受体是植物感受外界环境变化的关键，在植物光反应中，主要的光受体就是吸收红光/远红光的光敏色素(phytochrome)。

  光敏色素是一类对红光和远红光吸收有逆转效应、参与光形态建成、调节植物发育的色素蛋白，它对红光(red light，R)和远红光(far red light，FR)非常敏感，在植物从萌发到成熟的整个生长发育过程中都起到重要的调节作用。

  植物体内的光敏色素以两种较稳定的状态存在：红光吸收型(Pr，lmax=660nm)和远红光吸收型(Pfr，lmax=730nm)。两种光吸收型在红光和远红光照射下可以相互逆转。光敏色素(Pr，Pfr)对植物形态的作用包括种子萌发、去黄化作用、茎的伸长、叶的扩展、避荫作用以及开花诱导等。

  因而完整的LED植物照明方案，不仅需要450nm的蓝光和660 nm的红光，也需要730 nm的远红光。深蓝光(450nm)和超红光(660nm)可提供光合作用所需的光谱，远红光(730nm)可控制植物从发芽到营养生长再到开花的整个过程。

  730nm远红光LED对于植物的两大影响

  避荫作用

  如果植物仅仅被660nm的深红光所照射，植物会感觉是在太阳光的直接照射下，从而正常地生长。而如果植物主要被730nm的远红光所照射，植物会感觉像是被另外一颗更高的植物遮挡住了太阳的直射光，因而该植物就会更加努力的生长以突破遮挡，也就是有助于植物长得更高，但并不意味着一定会有更多的生物量(bio mass)。

  开花诱导作用

  730nm远红光在园艺照明应用中的另一个重要作用是可以通过660nm和730nm的照明来控制开花的周期，而不需要仅依赖于季节的影响，这对于观赏性花卉有着重要价值。光敏色素Pr向Pfr的转换主要由660nm的深红光(代表白天的太阳光)来诱发，而Pfr向Pr的转换通常在晚上时间自然发生，也可以由730nm远红光照射来激发.

  光敏色素控制植物的开花主要取决于Pfr/Pr的比值，因此我们可以通过730 nm的远红光照射来控制Pfr/Pr值，从而较准确地控制开花的周期。

  LED植物照明的定制化光配方

  LED用于园艺照明，可促进植物生长速度提升40%或灵活控制花期。由于单颗 LED相互独立，可在温室中轻松操控照明性能。

  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，超红(660nm)LED的典型PPF光效在3.1mol/J左右，再加上LED的波长与叶绿素a/b、类胡萝卜素及光敏色素Pr/Pfr吸收光谱非常匹配，可以实现高效照明并明显降低能耗。

  LED不会在照明方向散发热量，不会使植物受损，适合于顶部照明、内部照明和多层培植。R/FR比值是红光(660 nm)与远红光(730 nm)光强的比值。R/B比值是红光(660 nm)与蓝光(450nm)光强的比值。通过对R/FR比值和R/B比值的控制，可实现针对各种植物的很佳定制化光配方。

  光照对植物光合作用的影响

  植物光合作用的强弱与光照强弱密切相关，但不同植物对光照强度要求不同。光照强度的单位是勒克司，可用光补偿点、光饱和点和光和强度(即同化率)三个数值表示。

  根据植物学理论，不同波长的光照对植物生长有不同影响。短波的蓝紫光有抑制植物生长作用，其中紫外光的抑制作用更显著，它可以使植物矮化。在育苗时常采用浅蓝色塑料薄膜覆盖，它能透过紫外光，抑制植物徒长，与无色薄膜相比，幼苗生长得更健壮。在自然光照基础上，添加蓝色波段和红色波段的补充照明，对整条街植物生长有显著效果。

  光照时间的长短与植物的光周期现象密切相关。植物通过感受昼夜长短变化控制开花现象称为光照周期现象，即植物通过感受昼夜长短控制生理反应的现象。昼夜光照与黑暗交替及其对植物发育，特别是开花有显著影响，光照除了能诱导植物开花外，还影响植物花茎伸长、块根和块茎的形成，芽的休眠和叶片脱落等。

  光照在组织培养中主要作用

  光照强度(lightintensity)

  光照强度对培养细胞的增殖和器官的分化有重要影响，从目前的研究情况看，光照强度对外植物体、细胞分裂有明显的影响。一般来说，光照强度较强，幼苗生长的粗壮，而光照强度较弱幼苗容易徒长。在黑暗条件下，植物表现为：茎细、节长、脆弱(机械组织不发达)、叶片小而卷曲、根系发育不良，全株发黄，这种现象称为黄化现象。

  光质(lightwave)

  光质对愈伤组织诱导，培养组织的增殖以及器官的分化都有明显的影响。如百合珠芽在红光下培养，8周后，分化出愈伤组织。但在蓝光下培养，几周后才出现愈伤组织。而唐菖蒲子球块接种15天后，在蓝光下培养首先出现芽，形成的幼苗生长旺盛，而白光下幼苗纤细。以香石竹为例，白光条件下生长量高，其次是红、黄、绿、蓝光对生长有抑制作用，单色光对叶绿素合成有抑制作用，叶绿素的合成需要在复合光条件下完成。

  光周期(lightperiod)

  试管苗培养时要选用一定的光暗周期来进行组织培养，常用的周期是16h的光照，8h的黑暗。研究表明，对短日照敏感的品种的器官组织，在短日照下易分化，而在长日照下产生愈伤组织，有时需要暗培养，尤其是一些植物的愈伤组织在暗培养下比在光下更好。如红花、乌饭树的愈伤组织。

  除某些材料诱导愈伤组织需要黑暗条件外，一般培养都需一定的光照。

  光照的计量单位及其关系

  光通量

  指人眼所能感觉到的辐射功率，它等于单位时间内某一波段的辐射能量和该波段的相对视见率的乘积。由于人眼对不同波长光的相对视见率不同，所以不同波长光的辐射功率相等时，其光通量并不相等。

  光照强度

  指单位面积上所接受可见光的光通量。用于指示光照的强弱和物体表面积被照明程度的量。

  流明

  是描述光通量的物理单位，在一个立体角(半径为1米的单位圆球上，1平米的球冠所对应的球锥所代表的角度，其对应中截面的圆心角约65°)上产生的总发射光通量。

  流明是光通量的计量单位，光照强度是单位面积光通量的多少。