光线光谱与植物光合作用的关系?

◆ 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)