Fotosyntetisk aktiv stråling

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 22. august 2022; checks kræver 3 redigeringer .

Fotosyntetisk aktiv stråling , eller kort sagt PAR - en del af solstråling, der når biocenoser i området fra 400 til 700 nm, brugt af planter til fotosyntese . Denne del af spektret svarer mere eller mindre til den synlige strålingsregion . De kortere bølgelængde fotoner bærer for meget energi og kan beskadige celler, men de filtreres for det meste fra ozonlaget i stratosfæren . Kvanter med lange bølgelængder bærer utilstrækkelig energi og bruges derfor ikke til fotosyntese af de fleste organismer.

Nogle organismer, såsom cyanobakterier , lilla bakterier og heliobakterier , kan stadig bruge energien fra lys med en bølgelængde større end 700 nm ( nær infrarød ). Disse bakterier lever på steder med svagt lys: i bunden af stillestående damme, i sedimenter eller havdybder. Takket være deres pigmenter danner de flerfarvede bakteriemåtter af grøn, rød og lilla.

Det mest talrige pigment - klorofyl - absorberer mest effektivt rødt og blåt lys. Hjælpepigmenter som carotenoider og xanthophyller absorberer noget af den grønne og blå farve og overfører den til fotosyntese- reaktionscentret , men det meste af den grønne farve reflekteres og giver bladene deres karakteristiske farve.

PAR-målinger bruges i landbrug, skovbrug og oceanografi. Et af kravene til en produktiv grund er en passende PAR-værdi, det vil sige, at denne parameter kan bruges til at vurdere grundens potentielle produktivitet. PAR-sensorer placeret på forskellige niveauer under skovkronen gør det muligt at måle den PAR, der er til rådighed for udnyttelse af økosystemet. Målinger af denne parameter bruges også til at bestemme havets eutrofe zone . Til evaluering bruges integralet af dagslys - mængden af fotosyntetisk aktiv stråling, som planten modtager i løbet af dagen.

Måleenheder

Normalt måles PAR i µmol fotoner m −2 s −1 , som omtales som tætheden af den fotosyntetiske fotonflux . fotosyntetisk fotonfluxdensitet, PPFD . Fotosyntetisk fotonflux - det samlede antal fotoner, der udsendes pr. sekund i bølgelængdeområdet fra 400 til 700 nm (µmol/s). Nogle gange er denne mængde udtrykt i einsteins , dvs. µe m −2 s −1 , selvom denne enhed ikke er standard, og dens brug ofte er tvetydig. PAR kan udtrykkes i energienheder (strålingsintensitet, Watt /m 2 ); dette er relevant, når man overvejer fotosyntetiske organismers energibalance , men da fotosyntese er en kvanteproces, er PAR i plantefysiologi oftest udtrykt i enheder af PPFD. Formel til beregning:

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

Omdannelseskoefficienterne fra PAR i energienheder til PAR i mol fotoner afhænger af lyskildens emissionsspektrum (se fotosynteseeffektivitet ). Tabellen nedenfor viser koefficienterne for konvertering fra watt til fotoner af sortlegemespektret, trunkeret til området 400-700 nm. Det giver også måleenhederne for lysoutput for hver af lyskilderne, såvel som den del af sortlegemespektret, der svarer til PAR.

T (K)	η_v (lm/W*)	η_fotoner (µmol/J* eller µmol s −1 W* −1 )	η_fotoner (mol pr. dag −1 W* −1 )	η_PAR (W*/W)
3000 (varm hvid)	269	4,98	0,43	0,0809
4000	277	4,78	0,413	0,208
5800 (dagligt)	265	4,56	0,394	0,368
Bemærk: W* og J* svarer til watt og joule af PAR (400-700 nm).

For eksempel vil en 1000 lumen lyskilde ved 5800 K udsende cirka 1000/265 = 3,8 W PAR, hvilket svarer til 3,8*4,56 = 17,3 µmol/s. For en helt sort lyskilde ved 5800 K, hvilket er cirka solen, udsendes 0,368 af dens samlede stråling som PAR. For kunstige lyskilder, som normalt ikke har et sort kropsspektrum, er disse konverteringsfaktorer omtrentlige.

Værdierne i tabellen er beregnet 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 }}

hvor er strålingsspektret for et sort legeme i overensstemmelse med Plancks formel , er standard spektral lyseffektivitet for monokromatisk stråling , angiver bølgelængderne af PAR-området (400 og 700 nm), a er Avogadro-tallet . $B(\lambda ,T)$ $y$ ${\displaystyle \lambda _{1},\lambda _{2))$ $N_A$

Fotonflux assimileret af en plante

Som nævnt ovenfor tager PAR-værdien ikke højde for forskellen mellem forskellige bølgelængder i området 400-700 nm. Derudover anvendes den tilnærmelse, at bølger uden for dette område har nul fotosyntetisk aktivitet. Hvis det nøjagtige emissionsspektrum er kendt, kan den fotosyntetiske fotonflux i µmol/s modificeres ved hjælp af vægtningsfaktorer for hver bølgelængde. Denne parameter er PAR vægtet i henhold til effektiviteten af fotosyntese ved hver bølgelængde. Det kaldes "plante-assimileret fotonflux" . udbytte foton flux (YPF) [1] . Den røde kurve i grafen viser, at fotoner omkring 610 nm (orange-rød) har den højeste fotosyntetiske aktivitet pr. foton, fordi fotoner med kortere bølgelængde bærer mere energi pr. foton. Men den maksimale fotosyntese pr. energienhed er ved en længere bølgelængde, omkring 650 nm (mørkerød).

Der er en almindelig misforståelse om lyskvalitetens effekt på plantevækst, da mange avlere hævder, at vækstydelsen kan forbedres væsentligt ved at ændre spektralfordelingen eller med andre ord farveforholdet i det indfaldende lys [2] . Dette udsagn er baseret på den bredt accepterede vurdering af lyskvalitetens effekt på fotosyntesen, opnået fra plantens fotonfluxkurve eller YPF-kurven, ifølge hvilken orange og røde fotoner med en bølgelængde på 600-630 nm giver 20-30 % mere fotosyntese end blå og cyan fotoner med en bølgelængde på 400-540 nm [3] . Det skal huskes, at YPF-kurven blev bygget ud fra korte målinger af fotosyntese i et blad under svagt lys. Nogle længerevarende undersøgelser med brug af hele planter under stærkt lys indikerer, at lysets kvalitet ser ud til at have en meget mindre effekt på plantevæksten end mængden af lys [4] .

I tilfælde af at kombinere lysmiljøet af en person og en plante, er lyset, der ikke kun giver plantens behov, men også den visuelle komfort for en person, det vil sige hvidt lys med høj farvegengivelse, at foretrække. Med hensyn til effektivitet i µmol/J er hvidt LED-lys ikke ringere end HPS 600-1000 W-lamper, der bruges i industrielle drivhuse, og er lidt ringere end smalbåndede LED-kilder [5] [6] [7] . Der er en forenklet måde at evaluere PAR for hvidt LED-lys: en lysstrøm på 1000 lm svarer til den fotosyntetiske fotonflux PPF=15 µmol/s, og en belysning på 1000 lux svarer til tætheden af den fotosyntetiske fotonflux PPFD= 15 µmol/s/m 2 [8] [9] .

Noter

↑ Nøjagtighed af kvantesensorer, der måler udbyttefotonflux og fotosyntetisk fotonflux. - PubMed - NCBI . Hentet 3. oktober 2017. Arkiveret fra originalen 27. maj 2017. (ubestemt)
↑ Nelson, Jacob A.; Bugbee, Bruce. Økonomisk analyse af drivhusbelysning: lysemitterende dioder vs. High Intensity Discharge Fixtures (engelsk) // PLOS One : journal. - 2014. - 6. juni ( bind 9 , nr. 6 ). — P.e99010 . - doi : 10.1371/journal.pone.0099010 . — PMID 24905835 .
↑ McCree, KJ Handlingsspektret, absorption og kvanteudbytte af fotosyntese i afgrødeplanter // Agricultural Meteorology: journal. - 1971. - 1. januar ( bind 9 ). - S. 191-216 . - doi : 10.1016/0002-1571(71)90022-7 . Arkiveret fra originalen den 18. april 2018.
↑ Cope, Kevin R.; Snowden, M. Chase; Bugbee, Bruce. Fotobiologiske interaktioner af blåt lys og fotosyntetisk fotonflux: effekter af monokromatiske og bredspektrede lyskilder // Fotokemi og fotobiologi : journal. - 2014. - 1. maj ( bd. 90 , nr. 3 ). - S. 574-584 . — ISSN 1751-1097 . - doi : 10.1111/php.12233 . Arkiveret fra originalen den 21. februar 2016.
↑ Anton Sharakshane. Hele højkvalitets lysmiljø for mennesker og planter // Life Sciences in Space Research. - T. 15 . - S. 18-22 . - doi : 10.1016/j.lssr.2017.07.001 . Arkiveret fra originalen den 17. juni 2018.
↑ Anton Sharakshane. Hvid LED-belysning til planter // bioRxiv . — 2017-11-07. — S. 215095 . - doi : 10.1101/215095 . Arkiveret fra originalen den 2. juni 2018.
↑ Belysning af planter med hvide lysdioder (russisk) . Arkiveret fra originalen den 29. januar 2018. Hentet 3. april 2018.
↑ Anton Sharakshane. Et let estimat af PFDD for et anlæg belyst med hvide lysdioder: 1000 lx = 15 μmol/s/m2 // bioRxiv . — 30-03-2018. — S. 289280 . - doi : 10.1101/289280 . Arkiveret fra originalen den 12. oktober 2018.
↑ Estimering af PPFD ved belysning af et anlæg med hvide lysdioder er simpelt: 1000 lux = 15 µmol/s/m2 (russisk) . Hentet 3. april 2018.

Litteratur

Gates, David M. (1980). Biophysical Ecology , Springer-Verlag, New York, 611 s.
McCree, Keith J. (1972a). "Handlingsspektret, absorption og kvanteudbytte af fotosyntese i afgrødeplanter". Landbrugs- og skovmeteorologi 9:191-216.
McCree, Keith J. (1972b). "Test af nuværende definitioner af fotosyntetisk aktiv stråling mod bladfotosyntesedata". Landbrugs- og skovmeteorologi 10:443-453.
McCree, Keith J. (1981). "Fotosyntetisk aktiv stråling". I: Encyclopedia of Plant Physiology, vol. 12A . Springer-Verlag, Berlin, pp. 41-55.

Eksterne links

Ordbøger og encyklopædier	Fantastisk norsk