Fotosynteettisesti aktiivista säteilyä

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 22. elokuuta 2022 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 3 muokkausta .

Fotosynteettisesti aktiivinen säteily , tai lyhyesti sanottuna PAR - osa auringon säteilystä, joka saavuttaa biokenoosit alueella 400-700 nm, jota kasvit käyttävät fotosynteesiin . Tämä spektrin osa vastaa enemmän tai vähemmän näkyvää säteilyaluetta . Lyhyemmän aallonpituuden fotonit kuljettavat liikaa energiaa ja voivat vahingoittaa soluja, mutta otsonikerros suodattaa ne enimmäkseen stratosfäärissä . Kvantit, joilla on pitkät aallonpituudet, kuljettavat riittämättömästi energiaa, joten useimmat organismit eivät käytä niitä fotosynteesiin.

Jotkut organismit, kuten sinilevät , violetit bakteerit ja heliobakteerit , voivat silti käyttää valon energiaa, jonka aallonpituus on yli 700 nm ( lähin infrapuna ). Nämä bakteerit elävät paikoissa, joissa on vähän valoa: pysähtyneiden lampien pohjalla, sedimentissä tai valtameren syvyyksissä. Pigmenttien ansiosta ne muodostavat monivärisiä , vihreän, punaisen ja violetin bakteerimattoja .

Lukuisin pigmentti - klorofylli - imee tehokkaimmin punaista ja sinistä valoa. Apupigmentit , kuten karotenoidit ja ksantofyllit , imevät osan vihreästä ja sinisestä väristä ja siirtävät sen fotosynteesin reaktiokeskukseen , mutta suurin osa vihreästä väristä heijastuu ja antaa lehdille niiden ominaisvärin.

PAR-mittauksia käytetään maataloudessa, metsätaloudessa ja merentutkimuksessa. Yksi tuottavalle tontille asetettu vaatimus on riittävä PAR-arvo, eli tällä parametrilla voidaan arvioida tontin potentiaalista tuottavuutta. Metsän latvojen alla eri tasoilla sijoitetut PAR-anturit mahdollistavat ekosysteemin hyödynnettävissä olevan PAR-arvon mittaamisen. Tämän parametrin mittauksia käytetään myös valtameren rehevöitymisen määrittämiseen. Arvioinnissa käytetään päivänvalon integraalia - fotosynteettisesti aktiivisen säteilyn määrää, jonka kasvi vastaanottaa päivän aikana.

Mittayksiköt

Yleensä PAR mitataan µmol fotoneina m −2 s −1 , jota kutsutaan fotosynteettisen fotonivuon tiheydeksi . fotosynteettinen fotonivuon tiheys, PPFD . Fotosynteettinen fotonivirta - sekunnissa emittoituneiden fotonien kokonaismäärä aallonpituusalueella 400-700 nm (µmol/s). Joskus tämä määrä ilmaistaan einsteineinä , eli µe m −2 s −1 , vaikka tämä yksikkö ei ole standardi ja sen käyttö on usein moniselitteistä. PAR voidaan ilmaista energiayksiköinä (säteilyn intensiteetti, Watt / m 2 ); tämä on merkityksellistä, kun tarkastellaan fotosynteettisten organismien energiatasapainoa , mutta koska fotosynteesi on kvanttiprosessi, kasvifysiologiassa PAR ilmaistaan useimmiten PPFD-yksiköinä. Laskentakaava:

${\displaystyle F_{\mathrm {photon} }={\int _{\lambda _{1}}^{\lambda _{2}}F_{\mathrm {e,\lambda } }(\lambda )\, {\frac {\lambda }{hcN_{A))}\,d\lambda ))$ ,

Muunnoskertoimet PAR:sta energiayksiköissä PAR:iksi fotonimooleina riippuvat valonlähteen emissiospektristä (katso fotosynteesin tehokkuus ). Alla oleva taulukko näyttää kertoimet muuttamiseksi watteista mustan kappaleen spektrin fotoneiksi typistettynä alueelle 400-700 nm. Se antaa myös kunkin valonlähteen valotehon mittayksiköt sekä sen mustan kappaleen spektrin osan, joka vastaa PAR:ää.

T (K)	η_v (lm/W*)	η_fotonit (µmol/J* tai µmol s −1 W* −1 )	η_fotonit (mol per päivä −1 W* −1 )	η_PAR (W*/W)
3000 (lämmin valkoinen)	269	4.98	0,43	0,0809
4000	277	4.78	0,413	0,208
5800 (päivittäin)	265	4.56	0,394	0,368
Huomautus: W* ja J* vastaavat watteja ja jouleita PAR:sta (400-700 nm).

Esimerkiksi 1000 lumenin valonlähde 5800 K :n lämpötilassa emittoi noin 1000/265 = 3,8 W PAR, mikä vastaa 3,8*4,56 = 17,3 µmol/s. Täysin mustalla valonlähteellä lämpötilassa 5800 K, joka on suunnilleen aurinko, 0,368 sen kokonaissäteilystä säteilee PAR-muodossa. Keinotekoisille valonlähteille, joilla ei yleensä ole mustan kappaleen spektriä, nämä muuntokertoimet ovat likimääräisiä.

Taulukon arvot on laskettu seuraavasti

\eta _{v}(T)={\frac {\int _{\lambda _{1))^{\lambda _{2))B(\lambda ,T)\,683\mathrm { ~[lm/W]} \,y(\lambda )\,d\lambda }{\int _{\lambda _{1}}^{\lambda _{2}}B(\lambda ,T)\, d\lambda}}

\eta _{\mathrm {photon} }(T)={\frac {\int _{\lambda _{1}}^{\lambda _{2}}B(\lambda ,T)\, {\frac {\lambda }{hcN_{A}}}\,d\lambda }{\int _{\lambda _{1}}^{\lambda _{2}}B(\lambda ,T)\, d\lambda}}

\eta _{\mathrm {PAR} }(T)={\frac {\int _{\lambda _{1}}^{\lambda _{2}}B(\lambda ,T)\, d\lambda }{\int _{0}^{\infty }B(\lambda ,T)\,d\lambda }}

missä on mustan kappaleen säteilyspektri Planckin kaavan mukaisesti , on monokromaattisen säteilyn standardi spektrinen valotehokkuus , tarkoittaa PAR-alueen aallonpituuksia (400 ja 700 nm), a on Avogadron luku . $B(\lambda ,T)$ $y$ ${\displaystyle \lambda _{1},\lambda _{2))$ $N_A$

Kasvin assimiloima fotonivirta

Kuten edellä mainittiin, PAR-arvo ei ota huomioon eri aallonpituuksien välistä eroa alueella 400-700 nm. Lisäksi käytetään likiarvoa, että tämän alueen ulkopuolella olevilla aalloilla ei ole fotosynteettistä aktiivisuutta. Jos tarkka emissiospektri tunnetaan, niin fotosynteettistä fotonivirtaa µmol/s voidaan muuttaa käyttämällä painotuskertoimia kullekin aallonpituudelle. Tämä parametri on PAR-painotettu fotosynteesin tehokkuuden mukaan kullakin aallonpituudella. Sitä kutsutaan "kasvien assimiloituneeksi fotonivuoksi" . tuottofotonivuo (YPF) [1] . Kuvaajan punainen käyrä osoittaa, että fotoneilla noin 610 nm (oranssi-punainen) on suurin fotosynteettinen aktiivisuus fotonia kohden, koska lyhyemmän aallonpituuden fotonit kuljettavat enemmän energiaa fotonia kohden. Mutta suurin fotosynteesi energiayksikköä kohti on pidemmällä aallonpituudella, noin 650 nm (tummanpunainen).

Valon laadun vaikutuksesta kasvien kasvuun on yleinen väärinkäsitys, sillä monet viljelijät väittävät, että kasvukykyä voidaan parantaa merkittävästi muuttamalla spektrijakaumaa tai toisin sanoen värisuhdetta tulevassa valossa [2] . Tämä väite perustuu laajalti hyväksyttyyn arvioon valon laadun vaikutuksesta fotosynteesiin, joka on saatu kasvin fotonivirtakäyrästä tai YPF-käyrästä, jonka mukaan oranssit ja punaiset fotonit, joiden aallonpituus on 600-630 nm, antavat 20-30 % enemmän. fotosynteesi kuin siniset ja syaanifotonit, joiden aallonpituus on 400-540 nm [3] . On syytä muistaa, että YPF-käyrä rakennettiin yhden lehden fotosynteesin lyhyistä mittauksista hämärässä. Jotkut pidemmän aikavälin tutkimukset, joissa käytettiin kokonaisia kasveja korkeassa valossa, osoittavat, että valon laadulla näyttää olevan paljon vähemmän vaikutusta kasvien kasvuun kuin valon määrällä [4] .

Ihmisen ja kasvin valoympäristön yhdistämisessä on parempi valo, joka tarjoaa paitsi kasvin tarpeita myös ihmisen visuaalisen mukavuuden eli korkean värintoiston valkoinen valo. Tehokkuudella mitattuna µmol/J LED-valkoinen valo ei ole huonompi kuin teollisuuskasvihuoneissa käytetyt HPS 600–1000 W lamput, ja se on hieman huonompi kuin kapeakaistaiset LED-lähteet [5] [6] [7] . On olemassa yksinkertaistettu tapa arvioida valkoisen LED-valon PAR-arvoa: 1000 lm:n valovirta vastaa fotosynteettistä fotonivirtaa PPF=15 µmol/s ja 1000 luksia vastaa fotosynteettisen fotonivirran tiheyttä PPFD= 15 µmol/s/m 2 [8] [9] .

Muistiinpanot

↑ Saantofotonivirtaa ja fotosynteettistä fotonivirtaa mittaavien kvanttianturien tarkkuus. - PubMed - NCBI . Haettu 3. lokakuuta 2017. Arkistoitu alkuperäisestä 27. toukokuuta 2017. (määrätön)
↑ Nelson, Jacob A.; Bugbee, Bruce. Kasvihuonevalaistuksen taloudellinen analyysi: valodiodit vs. High Intensity Discharge Fixtures (englanniksi) // PLOS One : Journal. - 2014. - 6. kesäkuuta ( nide 9 , nro 6 ). — P.e99010 . - doi : 10.1371/journal.pone.0099010 . — PMID 24905835 .
↑ McCree, KJ Kasvien fotosynteesin toimintaspektri, absorptio ja kvanttissato // Agricultural Meteorology : Journal. - 1971. - 1. tammikuuta ( nide 9 ). - s. 191-216 . - doi : 10.1016/0002-1571(71)90022-7 . Arkistoitu alkuperäisestä 18. huhtikuuta 2018.
↑ Cope, Kevin R.; Snowden, M. Chase; Bugbee, Bruce. Sinisen valon ja fotosynteettisen fotonivuon fotobiologiset vuorovaikutukset: Monokromaattisten ja laajaspektristen valonlähteiden vaikutukset // Fotokemia ja fotobiologia : päiväkirja. - 2014. - 1. toukokuuta ( nide 90 , nro 3 ). - s. 574-584 . — ISSN 1751-1097 . - doi : 10.1111/php.12233 . Arkistoitu alkuperäisestä 21. helmikuuta 2016.
↑ Anton Sharakshane. Kokonainen korkealaatuinen valoympäristö ihmisille ja kasveille // Life Sciences in Space Research. - T. 15 . - S. 18-22 . - doi : 10.1016/j.lssr.2017.07.001 . Arkistoitu alkuperäisestä 17. kesäkuuta 2018.
↑ Anton Sharakshane. Valkoinen LED-valaistus kasveille // bioRxiv . – 7.11.2017. — P. 215095 . - doi : 10.1101/215095 . Arkistoitu alkuperäisestä 2. kesäkuuta 2018.
↑ Kasvien valaistus valkoisilla LEDeillä (venäläinen) . Arkistoitu alkuperäisestä 29. tammikuuta 2018. Haettu 3. huhtikuuta 2018.
↑ Anton Sharakshane. Helppo arvio PFDD:stä valkoisilla LEDeillä valaistulle laitokselle: 1000 lx = 15 μmol/s/m2 // bioRxiv . – 30.3.2018. — P. 289280 . - doi : 10.1101/289280 . Arkistoitu alkuperäisestä 12. lokakuuta 2018.
↑ PPFD:n arvioiminen laitoksen valaistaessa valkoisilla LEDeillä on yksinkertaista: 1000 luksia = 15 µmol/s/m2 (venäjäksi) . Haettu 3. huhtikuuta 2018.

Kirjallisuus

Gates, David M. (1980). Biophysical Ecology , Springer-Verlag, New York, 611 s.
McCree, Keith J. (1972a). "Fotosynteesin toimintaspektri, absorptio ja kvanttisato viljelykasveissa". Agricultural and Forest Meteorology 9:191-216.
McCree, Keith J. (1972b). "Nykyisten fotosynteettisesti aktiivisen säteilyn määritelmien testi lehtien fotosynteesitietoja vastaan". Agricultural and Forest Meteorology 10:443-453.
McCree, Keith J. (1981). "Fosynteettisesti aktiivinen säteily". Julkaisussa: Encyclopedia of Plant Physiology, voi. 12A . Springer-Verlag, Berliini, s. 41–55.

Ulkoiset linkit

Sanakirjat ja tietosanakirjat	Hienoa norjalaista