光谱对植物生长的全方位影响解析 - 广州光亚展地址

大家是否曾留意过植物生长灯的效果？若曾体验，或许你会对光照对植物生长的影响感到惊异。本文将深入探讨这一影响，揭示植物发育与生长的差异，并阐述光的原理及其与植物的相互作用。通过了解光的原理和光谱，你将更明白如何通过选择合适的光照来提升作物的品质和产量。

众所周知，植物依赖光进行光合作用，从而获取能量并产生糖分。然而，光在植物生长过程中扮演的角色远不止于此。它还参与了光形态建成和光周期现象等关键过程，这些过程都受到光谱的深刻影响。光谱，即光在电磁波谱中的分布，是理解植物对光反应差异的关键。

接下来，我们将深入探讨光的原理及其在电磁波谱中的分布。光，作为一种电磁辐射，以电磁波的形式在空气中或真空中传播。它可以通过三个物理属性来描述：强度、频率和振动方向。整个电磁辐射谱被称为光谱，其中包含了各种波长的光。值得注意的是，人类所能感知的光波长范围仅占整个光谱的一小部分，即400至700纳米之间的可见光。

图1展示了以电磁波形式存在的光在电磁波谱中的位置。对于植物而言，光的波长或能量含量是其最重要的特性，因为波长越短，光的能量含量越高。需要注意的是，这个范围非常小，实际上只占整个光谱的不到1%。

光合有效辐射（PAR）或光通量密度（PPFD）是植物可用于光合作用的光的范围。然而，由于光通量密度是400-700nm范围内所有光子的总和，因此，两种截然不同的光谱分布可能具有相同的光通量密度。这意味着，在比较光源时，我们不仅需要考虑光谱分布数据，还要参考光通量密度。

光通量密度是以μmol/m2/s为单位进行衡量的，它表示在特定时间长度（如一秒）内到达预定表面积（如一平方米）的光子数量。例如，大多数植物至少需要30–50μmol/m2/s的光通量密度才能存活。

此外，光不仅为光合作用提供能量，还是植物的重要信息源。植物通过光感受器这种特殊色素从照射的光中获取信息。这些光感受器对不同波长的光谱非常敏感，从而使得植物能够根据周围环境的光谱变化作出相应的反应。

图2展示了植物如何通过三种特殊的光感受器——向光素、隐花色素和光敏色素——从光中获取信息。这些光感受器对不同波长的光谱具有敏感性，从而使得植物能够根据周围环境的光谱变化作出相应的反应。

首先，向光素和隐花色素在较短波长（如紫外光和蓝光）内具有活性。向光素是植物具有向光性或移动的关键因素，它参与了叶绿体在光通量影响下的移动过程。同时，隐花色素则感知光的方向，并影响茎干的伸长、气孔功能以及色素合成等方面。

另一方面，光敏色素对红光和红外光敏感，它有两种形式：Pfr型和Pr型。这种感光器对光形态的影响显著，涉及茎干伸长、避荫反应、叶绿素合成以及开花反应等多个方面。

在了解了这些关于光谱和感光器的知识后，我们进一步探讨如何将这些知识应用于实际种植中。为了促进植物生长，我们需要考虑植物对不同光谱的反应。由于这些光谱大多位于可见光范围内，因此我们可以探讨“颜色”这一因素。特别是对于蓝光和红光/红外光之间的平衡，它们对植物生长有着至关重要的影响。接下来，我们将深入探讨这些颜色对植物发育的具体影响和应用。
由于红光和红外光的波长较长，相较于蓝光，它们的能量较低。然而，红光对植物形态建成的影响深远，这得益于红光诱导的光敏色素Pfr型和Pr型。这两种型号的光敏色素在植物发育过程中发挥着至关重要的作用。在自然环境中，阳光同时包含红光和红外光，因此植物体内往往同时存在Pfr型和Pr型光敏色素。这两种型号之间的比例，即光敏色素的光稳态（PSS），成为植物感知环境的重要依据。

当Pr型光敏色素在670nm波长处吸收红光时，它会转化为Pfr型；而Pfr型在730nm波长处吸收红外光时，则会转变为Pr型。但值得注意的是，由于Pfr型分子同样能吸收红光，部分Pfr型会再次转换回Pr型。这种复杂的转换关系导致PSS与红光与红外光的比值之间并非线性关系。例如，当红光与红外光的比值超过2时，PSS几乎无响应，从而不影响植物的正常发育。因此，在探讨植物对光谱的反应时，更应关注PSS而非红光与红外光的简单比值。

Pr型和Pfr型光敏色素的相对含量向植物传递了关于所接收光线类型的信息。当Pr型较多时，意味着植物接收到的红外光量超过了红光；反之，若红光较少，那么从Pr型到Pfr型的转换过程将受到阻碍，导致Pr型相对增多。这种精细的光感受和转换机制，使得植物能够根据周围环境的光谱变化作出精准的反应。

当植物紧密相邻时，由于红外光主要被叶子表面反射，植物会相对接收到更多的红光。为了追求更多阳光，植物会生长出更长的茎。在这种情况下，太阳光线中的红光（400至700纳米波长范围内）会被全部用于光合作用，而大部分红外光（波长大于700纳米）则会被植物反射。因此，处于阴凉处的植物，尤其是拥挤环境中的植物，往往会接收到比红光更多的红外光，导致Pr型光敏色素的增加。这种增加会触发植物的避荫反应，促使茎的伸长，以捕捉更多阳光。结果就是，植物越高，节间距离越大，茎干越细。
此外，植物吸收的红光越多，Pfr型光敏色素的数量也会相应增加。这进一步影响了植物的生长模式，使分枝距离更宽，节间距离更短，垂直生长减少，从而最大限度地吸收光线进行光合作用。

光谱对开花的影响同样显著。Pfr型光敏色素的数量决定了植物的光周期感知，进而影响开花时间。在夜晚，红外光的数量超过红光，导致Pfr型向Pr型的转化。夜晚越长，转化过程就有更多时间进行。因此，当夜晚结束时，Pfr型的浓度较低，这会触发短日照植物的开花。

综上所述，红光与红外光的比率对植物的生长和开花具有重要影响。低比率意味着夜间开始时红光数量有限，这对短日照植物的开花至关重要。研究显示，对菊花、大丽花和非洲万寿菊等短日照植物而言，夜间闪过红光会提高红光与红外光的比例，从而显著减少开花。同时，只有红外光而缺乏红光的环境并不能有效调节这些植物的开花反应。

绿光（500–600 nm）对植物发育的影响
通常，人们认为蓝光和红光是植物生长和发育的关键，但这种观点并不全面。尽管大多数绿光会被植物表面反射，但这并不意味着绿光对植物没有益处。事实上，不同光色的组合可以带来更高的光合作用效率。例如，在生菜的研究中发现，将24%的绿光添加到红蓝光LED照明中，不仅促进了植物的生长和生物量增加，还保持了适当的PAR水平。这表明绿光对植物生长具有积极的影响。

紫外线（300–400 nm）对植物的影响
紫外线（UV）对植物的生长也有一定的影响。适量的紫外线可以缩短生长时间，使节间更短，叶片更小更厚实。然而，过量的紫外线对植物是有害的，因为它可能损害植物的DNA和细胞膜，进而阻碍光合作用。研究显示，当紫外线值超过4千焦/平方米/天时，光合作用会受到显著抑制。

综上所述，关于“什么样的光谱最有利于植物生长？”的问题，很难给出一个确定的答案，因为这取决于特定植物的种类和生长需求。然而，对于大多数“一般”植物的发育，可以遵循以下建议：提供至少30至50μmol/m2/s的光照强度以满足光合作用的基本需求；确保蓝光的最小需求量为5至30μmol/m2/s；同时，植物需要更多的红光和红外光，并保持二者之间的平衡；此外，还应控制适量的紫外线照射，避免过量损害植物。此外，值得注意的是：蓝光越多，植物的茎干可能越短而叶片越厚实；红外光的过量或红光与红外光的失衡可能导致植物的过度伸长；红光与红外光的比率在夜间开始时对短日照植物的开花具有重要影响；而仅有的红外光照射并不能有效调节这些植物的开花反应。同时，绿光虽然对光合作用有益，但并不直接影响植物的开花或发育过程。