Fotosyntetiskt aktiv strålning

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 22 augusti 2022; kontroller kräver 3 redigeringar .

Fotosyntetiskt aktiv strålning , eller kort sagt PAR - en del av solstrålningen som når biocenoser i intervallet från 400 till 700 nm, som används av växter för fotosyntes . Denna del av spektrumet motsvarar mer eller mindre den synliga strålningsregionen . De kortare våglängdsfotonerna bär för mycket energi och kan skada celler, men de filtreras mestadels bort av ozonskiktet i stratosfären . Kvanter med långa våglängder bär otillräcklig energi och används därför inte för fotosyntes av de flesta organismer.

Vissa organismer, såsom cyanobakterier , lila bakterier och heliobakterier , kan fortfarande använda energin från ljus med en våglängd som är större än 700 nm ( nära infraröd ). Dessa bakterier lever på platser med svagt ljus: på botten av stillastående dammar, i sediment eller havsdjup. Tack vare sina pigment bildar de flerfärgade bakteriemattor av grönt, rött och lila.

Det mest talrika pigmentet - klorofyll - absorberar mest effektivt rött och blått ljus. Hjälppigment som karotenoider och xantofyller absorberar en del av den gröna och blå färgen och överför den till fotosyntesens reaktionscentrum , men det mesta av den gröna färgen reflekteras och ger bladen sin karakteristiska färg. B

PAR-mätningar används inom jordbruk, skogsbruk och oceanografi. Ett av kraven för en produktiv tomt är ett adekvat PAR-värde, det vill säga denna parameter kan användas för att bedöma tomtens potentiella produktivitet. PAR-sensorer placerade på olika nivåer under trädkronorna gör det möjligt att mäta den PAR som finns tillgänglig för utnyttjande av ekosystemet. Mätningar av denna parameter används också för att bestämma havets eutrofiska zon . För utvärdering används integralen av dagsljus - mängden fotosyntetiskt aktiv strålning som växten får under dagen.

Måttenheter

Vanligtvis mäts PAR i µmol fotoner m −2 s −1 , vilket kallas tätheten av det fotosyntetiska fotonflödet . fotosyntetisk fotonflödestäthet, PPFD . Fotosyntetiskt fotonflöde - det totala antalet fotoner som emitteras per sekund i våglängdsområdet från 400 till 700 nm (µmol/s). Ibland uttrycks denna kvantitet i einsteins , dvs. µe m −2 s −1 , även om denna enhet inte är standard och dess användning ofta är tvetydig. PAR kan uttryckas i energienheter (strålningsintensitet, Watt /m 2 ); detta är relevant när man överväger energibalansen för fotosyntetiska organismer , men eftersom fotosyntes är en kvantprocess uttrycks PAR i växtfysiologi oftast i enheter av PPFD. Formel för beräkning:

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

Omvandlingskoefficienterna från PAR i energienheter till PAR i mol fotoner beror på ljuskällans emissionsspektrum (se fotosynteseffektivitet ). Tabellen nedan visar koefficienterna för omvandling från watt till fotoner i svartkroppsspektrumet, trunkerade till intervallet 400-700 nm. Den ger också måttenheterna för ljuseffekt för var och en av ljuskällorna, såväl som den del av svartkroppsspektrumet som motsvarar PAR.

T (K)	η_v (lm/W*)	η_fotoner (µmol/J* eller µmol s −1 W* −1 )	η_fotoner (mol per dag −1 W* −1 )	η_PAR (W*/W)
3000 (varm vit)	269	4,98	0,43	0,0809
4000	277	4,78	0,413	0,208
5800 (dagligen)	265	4,56	0,394	0,368
Obs: W* och J* motsvarar watt och joule av PAR (400-700 nm).

Till exempel kommer en 1000 lumen ljuskälla vid 5800 K att avge ungefär 1000/265 = 3,8 W PAR, vilket motsvarar 3,8*4,56 = 17,3 µmol/s. För en helt svart ljuskälla vid 5800 K, vilket är ungefär solen, emitteras 0,368 av dess totala strålning som PAR. För artificiella ljuskällor, som vanligtvis inte har ett svart kroppsspektrum, är dessa omvandlingsfaktorer ungefärliga.

Värdena i tabellen är beräknade som

\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 }}

där är strålningsspektrumet för en svart kropp i enlighet med Plancks formel , är standardspektralljuseffektiviteten för monokromatisk strålning , anger våglängderna för PAR-området (400 och 700 nm), a är Avogadro-talet . $B(\lambda ,T)$ $y$ ${\displaystyle \lambda _{1},\lambda _{2))$ $N_A$

Fotonflöde assimilerat av en växt

Som nämnts ovan tar PAR-värdet inte hänsyn till skillnaden mellan olika våglängder i intervallet 400-700 nm. Dessutom används approximationen att vågor utanför detta område har noll fotosyntetisk aktivitet. Om det exakta emissionsspektrumet är känt kan det fotosyntetiska fotonflödet i µmol/s modifieras med hjälp av viktningsfaktorer för varje våglängd. Denna parameter är PAR viktad enligt effektiviteten av fotosyntesen vid varje våglängd. Det kallas "växtassimilerat fotonflöde" . utbyte fotonflöde (YPF) [1] . Den röda kurvan i grafen visar att fotoner runt 610 nm (orange-röd) har den högsta fotosyntetiska aktiviteten per foton, eftersom fotoner med kortare våglängd bär mer energi per foton. Men den maximala fotosyntesen per energienhet är vid en längre våglängd, cirka 650 nm (mörkröd).

Det finns en vanlig missuppfattning om ljuskvalitetens effekt på växternas tillväxt, eftersom många odlare hävdar att tillväxtprestandan kan förbättras avsevärt genom att ändra spektralfördelningen eller, med andra ord, färgförhållandet i det infallande ljuset [2] . Detta uttalande är baserat på den allmänt accepterade bedömningen av ljuskvalitetens effekt på fotosyntesen, erhållen från växtfotonflödeskurvan eller YPF-kurvan, enligt vilken orange och röda fotoner med en våglängd på 600-630 nm ger 20-30% mer fotosyntes än blå och cyan fotoner med en våglängd på 400-540 nm [3] . Man bör komma ihåg att YPF-kurvan byggdes från korta mätningar av fotosyntes i ett blad under svagt ljus. Vissa långsiktiga studier med hela växter under starkt ljus indikerar att ljusets kvalitet verkar ha en mycket mindre effekt på växternas tillväxt än mängden ljus [4] .

När det gäller att kombinera ljusmiljön för en person och en växt, är ljuset som ger inte bara växtens behov, utan också den visuella komforten för en person, det vill säga vitt ljus med hög färgåtergivning, att föredra. När det gäller effektivitet i µmol/J är LED vitt ljus inte sämre än HPS 600–1000 W-lampor som används i industriella växthus, och är något sämre än smalbandiga LED-källor [5] [6] [7] . Det finns ett förenklat sätt att utvärdera PAR för vitt LED-ljus: ett ljusflöde på 1000 lm motsvarar det fotosyntetiska fotonflödet PPF=15 µmol/s, och en belysning på 1000 lux motsvarar densiteten hos det fotosyntetiska fotonflödet PPFD= 15 µmol/s/m 2 [8] [9] .

Anteckningar

↑ Noggrannhet hos kvantsensorer som mäter utbyte av fotonflöde och fotosyntetiskt fotonflöde. - PubMed - NCBI . Hämtad 3 oktober 2017. Arkiverad från originalet 27 maj 2017. (obestämd)
↑ Nelson, Jacob A.; Bugbee, Bruce. Ekonomisk analys av växthusbelysning: ljusemitterande dioder vs. High Intensity Discharge Fixtures (engelska) // PLOS One : journal. - 2014. - 6 juni ( vol. 9 , nr 6 ). — P.e99010 . - doi : 10.1371/journal.pone.0099010 . — PMID 24905835 .
↑ McCree, KJ Handlingsspektrum, absorption och kvantutbyte av fotosyntes i växter // Agricultural Meteorology: journal. - 1971. - 1 januari ( vol. 9 ). - S. 191-216 . - doi : 10.1016/0002-1571(71)90022-7 . Arkiverad från originalet den 18 april 2018.
↑ Cope, Kevin R.; Snowden, M. Chase; Bugbee, Bruce. Fotobiologiska interaktioner av blått ljus och fotosyntetiskt fotonflöde: effekter av monokromatiska och bredspektrumljuskällor // Fotokemi och fotobiologi : journal. - 2014. - 1 maj ( vol. 90 , nr 3 ). - s. 574-584 . — ISSN 1751-1097 . - doi : 10.1111/php.12233 . Arkiverad från originalet den 21 februari 2016.
↑ Anton Sharakshane. Hel högkvalitativ ljusmiljö för människor och växter // Life Sciences in Space Research. - T. 15 . - S. 18-22 . - doi : 10.1016/j.lssr.2017.07.001 . Arkiverad från originalet den 17 juni 2018.
↑ Anton Sharakshane. Vit LED-belysning för växter // bioRxiv . — 2017-11-07. — S. 215095 . - doi : 10.1101/215095 . Arkiverad från originalet den 2 juni 2018.
↑ Belysning av växter med vita lysdioder (ryska) . Arkiverad från originalet den 29 januari 2018. Hämtad 3 april 2018.
↑ Anton Sharakshane. En enkel uppskattning av PFDD för en anläggning som är upplyst med vita lysdioder: 1000 lx = 15 μmol/s/m2 // bioRxiv . — 2018-03-30. — S. 289280 . - doi : 10.1101/289280 . Arkiverad från originalet den 12 oktober 2018.
↑ Att uppskatta PPFD när man belyser en anläggning med vita lysdioder är enkelt: 1000 lux = 15 µmol/s/m2 (ryska) . Hämtad 3 april 2018.

Litteratur

Gates, David M. (1980). Biophysical Ecology , Springer-Verlag, New York, 611 sid.
McCree, Keith J. (1972a). "Handlingsspektrum, absorption och kvantutbyte av fotosyntes i växter". Jordbruks- och skogsmeteorologi 9:191-216.
McCree, Keith J. (1972b). "Test av nuvarande definitioner av fotosyntetiskt aktiv strålning mot bladfotosyntesdata". Jordbruks- och skogsmeteorologi 10:443-453.
McCree, Keith J. (1981). "Fotosyntetiskt aktiv strålning". I: Encyclopedia of Plant Physiology, vol. 12A . Springer-Verlag, Berlin, s. 41–55.

Externa länkar

Ordböcker och uppslagsverk	Stor norsk