Освещение для растений: фотосинтез, отражение и поглащение света растением

Автор: Валерий Журавлев (переработано)   

В фотосинтезе участвует лишь часть спектра в пределах от 380 до 760 нм, которую называют областью физиологически активной радиации (ФАР).

Фотосинтез (как одно из начал жизни) - глобальное и сложное явление, не сводимое к банальностям типа "красный, синий пик поглощения" или кто сильнее "ДНАТ, светодиоды" и т.д.

 

Отражение света листом

Отражение света листом - переменная величина, зависящая от типа растения, строения листовой пластинки, времени суток (уровня освещения), угла "падения" светового потока, обеспеченности растения необходимым количеством воды, обеспеченности растения азотом, концентрацией хлорофилла, ориентацией кутикулярных "призматических" линз (широким основанием вверх - больше собирает и направляет во внутрь листовой пластины, узким основанием вверх - больше отражает), ориентацией хлоропластов по "оси" (много синего - поворот "торцом", много зеленого - поворот всей "плоскостью"), ориентацией (распределением) хлоропластов по пространству клетки (больше синего - распределены вдоль "стенок" прячась друг-за-другом. Больше зеленого - бОльший выход на "оперативный" простор, более равномерное распределение) ... и от множества прочих, не перечисленных параметров.

В ряде довольно серьезной литературы ранее утверждалось, что график эффективности фотосинтеза имеет "провал" в зелёном спектре солнечного света, так же считалось, что этот цвет листовая пластинка отражает. Теперь получено много фактов, свидетельствующих, что и в зелёных лучах фотосинтез может идти достаточно хорошо. Поэтому "классическая" кривая фотосинтеза ныне выглядит совсем иной: в ней нет глубокого провала в зелёной области, характерного для поглощения света растворами хлорофилла.

Дело в том, что общее число отраженных красных и синих фотонов меньше, чем поглощенных. В свою очередь зеленые фотоны отражаются в большей степени, а позже в большем количестве достаются тем листьям, которые обделили красными и синими. Постараемся это объяснить : мы часто считаем, что листовая пластинка - это плоский участок листа, на который под прямым углом падают лучи (фотоны) разного цвета (с точки зрения физики это все звучит чушью, но так понятнее). А в реальности растение имеет многоярусное расположение листьев, да еще и под разными углами, поэтому в производстве урожая (соответственно и эффективности фотосинтеза) участвуют все листья (в той или иной степени) и все (почти) фотоны, в том числе "зеленые". Т.е. "зеленые" фотоны, не поглощенные первым ярусом листьев растения, будут поглощены внутренными листьями растения и т.д. Соответсвенно практически весь спектр солнечного света будет использован "по назначению".

Эффективность (если речь именно об эффективности) фотосинтеза вообще практически не зависит от спектра (если, естественно, эти участки спектра в пределах ФАР). Максимальные отклонения едва-едва достигают 5-10% туда-сюда и быстро сглаживаются "подстройкой" растением своего фотосинтетического аппарата. Спектр может сказываться (и сказывается) на морфологии растения, выборе "стратегии развития", включении-выключении тех или иных метаболических реакций и "дальнейшем прочем". На эффективности поглощения фотона и передаче (снятии) электрона в реакционный центр спектр света не сказывается практически никак.

 

Средние уровни отражения (пропускания, поглощения-абсорбции) света растением

tra w

tra w1

"Энергия и Карбон" Фиттнера и Хея
А - абсорбция, поглощение
Т - передача, пропускание, трансмиссия
R - отражение, рефлекция

"Физиология" Тайза и Цайгера


  

Почему листья зелёные ?

В среднем, в зависимости от условий, количество прямо отраженного света находится в пределах 10-15%. При этом, опять же в "среднем" синий спектр отражается чуть меньше, зеленый чуть больше, красный "примерно посередине".

Абстракто представим, что если на листовую пластину перпендикулярно падает световой поток, состоящий из 100 "синих", 100 "зеленых", 100 "красных" фотонов, то мы получим "отраженную" картинку (очень грубо упрощая) из 5 синих, 15 зеленых и 10 красных фотонов (цифры, конечно, весьма условны). Т.е. бОльшая составляющего отраженного от листа света зеленого спектра.

Поэтому, учитывая, что "зеленая" область составляет подавляющую часть видимого глазами человека спектра (до 40-45%) нет ничего удивительного в том, что мы видим лист "зеленым".

Нелишне вспомнить, что и "человеческий глаз" реагирует на эти участки спектра несколько ... дифференциировано. Впрочем, в иных световых условиях мы вполне можем видеть лист и серо-буро-малиновым и просто серым ... а в легких сумерках и вообще - черным.

 

CIE Относительная чувствительность человеческого глаза к спектру света в дневное время
Длина волныЧувствительностьДлина волныЧувствительностьДлина волныЧувствительность
(um)  (um) (um)  
0.38 0.0000 0.51 0.5030 0.64 0.1750
0.39 0.0001 0.52 0.7100 0.65 0.1070
0.40 0.0004 0.53 0.8620 0.66 0.0610
0.41 0.0012 0.54 0.9540 0.67 0.0320
0.42 0.0040 0.55 0.9950 0.68 0.0170
0.43 0.0116 0.56 0.9950 0.69 0.0082
0.44 0.0230 0.57 0.9520 0.70 0.0041
0.45 0.0380 0.58 0.8700 0.71 0.0021
0.46 0.0600 0.59 0.7570 0.72 0.0010
0.47 0.0910 0.60 0.6310 0.73 0.0005
0.48 0.1390 0.61 0.5030 0.74 0.0003
0.49 0.2080 0.62 0.3810 0.75 0.0001
0.50 0.3230 0.63 0.2650 0.76 0.0001

 

Заключение

Ученые приходт к выводу, что максимально эффективный спектр искусственного освещения для растений - солнечный. На данный момент из всех искусственных источников света по спектру самые близкие к нему являются плазменные лампы (на 2015 г.) .


Уважаемые спамеры, никакие HTML теги и прочие не поддерживаются. Добропорядочных граждан это правило не касается.
Комментарии
Защитный код
Обновить