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我以植物生理的角度去也是一下光和植物的關係.....


首先先看一下一堆單位的差異,
光通量,流明(lumen): 這是指一個發光體在單位時間內所發散出來光的總能量(不過常只討論可見光部份,波長400~700nm),當然數值越高代表越亮,但(人生最無奈的就是這個but了)這不考慮到實際接收表面的距離,你想想看一個2000流明的燈照到十公尺外有可能會比1000流明到10公分處還亮嗎?除此之外,這個因為是總能量,但是一個燈泡發出的光有可能折射散射等,真正到燈具外面的能量有80%就了不起了,所以看到這個值還要考慮很多因素。


光照度,勒克司(lx):每單位面積所接受到的光通量,所以這會和接收表面的距離平方成反比。這個值就比上面的有意義多了,但實際上,廠商不太會標出這個值。



PPFD (photosynthetic photon flux density; μmol m-2 s-1):光合作用光子流密度(我沒看過中文翻譯,我亂翻的XD......),他真的單位實際上是上面這個,還要考慮到接受表面的單位面積,而且由於光合作用利用的也只是可見光的部份,所以這個數值只考慮波長400~700nm的部份,而且由單位可知,他考慮的其實是光子的數目,因為雖然藍光帶的能量比較高(波長越短,能量越大),但多的能量往往很快就會被植物以熱的形式發散出去,所以實際上和紅光差不多。通常在植物生理方面的研究大多是討論這個數值。其實和PAR是一樣的觀念 (photosynthetic active radiation)。

 

先很簡單的說明一下光如何驅動光合作用,當光合作用色素(葉綠素a、b、類胡蘿蔔素)被光子打到後,就會取得能量,然後傳遞給反應中樞,再進行光合作用,但因為這些色素隊不同顏色的光吸收的量都不同,有些顏色對某些色素甚至完全不吸收,因此把他們對不同波長的吸收光的吸收率加起來,就可以得到光合作用的作用光譜了。

那有提到為甚麼是用紅光和藍光燈泡,因為這兩種光才是實際上光合色素真正的吸收高峰,而其他色的光背吸收的量都比較低,而最低的地方當然就是綠光,綠色的光大多被反射或是穿透了,這也是為甚麼植物葉片是綠色的原因(被反射的光才有機會進到我們的眼睛,我們才看得到阿),植物葉片的平均吸光係數約是84%(依植物有差異),紅藍光可以吸收90多%,但綠光被吸收的量大概為10%左右,所以假設一樣的PPFD,紅光可以抵五倍以上的綠光。


那可不可以以單色的LED呢?除非你用的是白光,不然最好不要使用單色的紅光或藍光,因為除了光合作用外,植物的形態形成(也就是植物新長的部份應該長怎樣)其實一部份也是由光來決定的,不過每種植物的需求不同,像蕨類和一般的被子植物就差異很大,所以都有是比較好的做法。有人提到以玻璃紙濾光的實驗,參考參考就好,因為玻璃紙有幾種顏色濾過的光其實並不單一,但我不是說那研究沒有用啦,還是可以看看。


有人提到因為PSI、PSII(光合作用系統,不是胞器歐,胞器是葉綠體)吸收的光是波長680nm和700nm的,所以只有紅光重要,其他不重要,這不對歐,因為葉綠素a(和胡蘿蔔素一樣也不是胞器,只是色素),他們也會把能量送到反應中樞,而經過葉黃素(和胡蘿蔔素都是類胡蘿蔔素的一員)是要把多餘的能量以熱的形勢發散,所以大概只有綠光和黃光比較不重要吧(吸收率太低),為了好看,光到一定程度後你可以多加一些綠光。


光強度和植物形態的關係,如果我們完全不考慮其他因素,通常越強的光,植物葉片面積會比較小、厚度較厚,因為其實植物吸收過多的光能,萬一他不能完全利用或是發散掉,對植物本身會造成傷害,而且不需要長太大面積就可以吸收到足夠的光能了,他當然可以省下來做些別的事阿。而在弱光下,植物葉片會變大,這樣可以增加葉片對光的截取面積,而且為了擺脫被其他植物遮陰以及更靠近光源,因此會徒長,長得很高,但因為能量有限,所以莖就會細細的。 那趴地匍匐生長是代表在強光下生長沒錯,但上面的前提是不考慮其他因素歐,因為CO2(光合作用碳的來源),氮(酵素和蛋白質必須物)都會影響到形態變化。


葉片為甚麼會變紅,通常是因為花青素的累積(當然和楓樹的原因不同)是為了植物要保護自己,通常發生的主要條件之一是高光低溫,剛剛提到光太強其實會傷害到植物本身,而在低溫時植物光合作用速率會降低,因此能量也不容易利用掉,所以他乾脆就形成花青素保護自己,把多餘的光反射走,這樣就安全多了,不過也有研究發現UV-B在某些植物會導致花青素的形成,所以加一根UV燈管可能也會讓某些植物變紅(但其實我個人覺得對生物很傷)。當然鐵不夠或是植物本身不會變色的,就不要虐待他們了吧。


我最近也想再設一個水草缸,一直在考慮燈具,看到市面上也有賣LED燈,像下面這種,
http://tw.page.bid.yahoo.com/tw/auction/1215270567?u=Y2006886957
但是雖然我有測PPFD的儀器,但店家不太可能開了讓我測,所以我也不知道光夠不夠強,
有人有用過嗎??效果怎樣阿??

 

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