Fotosynteticky aktivní záření

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 22. srpna 2022; kontroly vyžadují 3 úpravy .

Fotosynteticky aktivní záření , zkráceně PAR - část slunečního záření zasahující do biocenóz v rozsahu od 400 do 700 nm, využívaná rostlinami k fotosyntéze . Tato část spektra víceméně odpovídá oblasti viditelného záření . Fotony s kratší vlnovou délkou nesou příliš mnoho energie a mohou poškodit buňky, ale většinou je odfiltruje ozónová vrstva ve stratosféře . Kvanta s dlouhými vlnovými délkami nesou nedostatečnou energii, a proto je většina organismů nevyužívá k fotosyntéze.

Některé organismy, jako jsou sinice , fialové bakterie a heliobakterie , mohou stále využívat energii světla o vlnové délce větší než 700 nm ( blízko infračervené ). Tyto bakterie žijí v místech se slabým osvětlením: na dně stojatých rybníků, v sedimentech nebo hlubinách oceánů. Díky svým pigmentům tvoří pestrobarevné bakteriální rohože zelené, červené a fialové.

Nejpočetnější pigment – chlorofyl – nejúčinněji pohlcuje červené a modré světlo. Pomocné pigmenty jako karotenoidy a xantofyly absorbují část zelené a modré barvy a přenášejí ji do reakčního centra fotosyntézy , většina zelené barvy se však odráží a dává listům jejich charakteristickou barvu.

Měření PAR se používají v zemědělství, lesnictví a oceánografii. Jedním z požadavků na produkční pozemek je adekvátní hodnota PAR, to znamená, že tento parametr lze použít k posouzení potenciální produktivity pozemku. Senzory PAR umístěné na různých úrovních pod korunou lesa umožňují měřit PAR dostupnou pro využití ekosystémem. Měření tohoto parametru se také používá k určení eutrofické zóny oceánu. Pro hodnocení se používá integrál denního světla - množství fotosynteticky aktivního záření, které rostlina během dne přijme.

Jednotky měření

Obvykle se PAR měří v µmol fotonech m −2 s −1 , což se označuje jako hustota fotosyntetického toku fotonů . fotosyntetická hustota toku fotonů, PPFD . Fotosyntetický tok fotonů - celkový počet fotonů emitovaných za sekundu v rozsahu vlnových délek od 400 do 700 nm (µmol/s). Někdy je tato veličina vyjádřena v einsteinech , tj. µe m −2 s −1 , ačkoli tato jednotka není standardní a její použití je často nejednoznačné. PAR lze vyjádřit v jednotkách energie (intenzita záření, Watt / m 2 ); to je relevantní při zvažování energetické bilance fotosyntetických organismů , ale protože fotosyntéza je kvantový proces, ve fyziologii rostlin se PAR nejčastěji vyjadřuje v jednotkách PPFD. Vzorec pro výpočet:

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

Převodní koeficienty z PAR v energetických jednotkách na PAR v molech fotonů závisí na emisním spektru světelného zdroje (viz účinnost fotosyntézy ). Níže uvedená tabulka ukazuje koeficienty pro převod z Wattů na fotony spektra černého tělesa, zkrácené na rozsah 400-700 nm. Poskytuje také jednotky měření světelného výkonu pro každý ze světelných zdrojů a také tu část spektra černého tělesa, která odpovídá PAR.

T (K)	η_v (lm/W*)	η_fotony (µmol/J* nebo µmol s −1 W* −1 )	η_fotonů (mol za den −1 W* −1 )	η_PAR (W*/W)
3000 (teplá bílá)	269	4,98	0,43	0,0809
4000	277	4,78	0,413	0,208
5800 (denně)	265	4.56	0,394	0,368
Poznámka: W* a J* odpovídají wattům a joulům PAR (400-700 nm).

Například světelný zdroj 1000 lumenů při 5800 K bude vyzařovat přibližně 1000/265 = 3,8 W PAR, což odpovídá 3,8*4,56 = 17,3 µmol/s. U zdroje zcela černého světla o teplotě 5800 K, což je přibližně Slunce, je 0,368 z jeho celkového záření vyzařováno jako PAR. U umělých zdrojů světla, které obvykle nemají spektrum černého tělesa, jsou tyto převodní faktory přibližné.

Hodnoty v tabulce jsou vypočteny jako

\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 }}

kde je spektrum záření černého tělesa v souladu s Planckovým vzorcem , je standardní spektrální světelná účinnost monochromatického záření , označuje vlnové délky rozsahu PAR (400 a 700 nm), a je Avogadro číslo . $B(\lambda ,T)$ $y$ ${\displaystyle \lambda _{1},\lambda _{2))$ $N_A$

Fotonový tok asimilovaný rostlinou

Jak bylo uvedeno výše, hodnota PAR nezohledňuje rozdíl mezi různými vlnovými délkami v rozsahu 400-700 nm. Navíc se používá aproximace, že vlny mimo tento rozsah mají nulovou fotosyntetickou aktivitu. Pokud je známo přesné emisní spektrum, pak lze fotosyntetický tok fotonů v µmol/s upravit pomocí váhových faktorů pro každou vlnovou délku. Tento parametr je PAR vážený podle účinnosti fotosyntézy na každé vlnové délce. Říká se tomu „tok fotonů asimilovaný rostlinou“ . výtěžný tok fotonů (YPF) [1] . Červená křivka v grafu ukazuje, že fotony kolem 610 nm (oranžově-červené) mají nejvyšší fotosyntetickou aktivitu na foton, protože fotony s kratší vlnovou délkou nesou více energie na foton. Ale maximum fotosyntézy na jednotku energie je na delší vlnové délce, asi 650 nm (tmavě červená).

O vlivu kvality světla na růst rostlin existuje běžná mylná představa, protože mnoho pěstitelů tvrdí, že růstovou výkonnost lze výrazně zlepšit změnou spektrálního rozložení nebo jinými slovy barevného poměru v dopadajícím světle [2] . Toto tvrzení je založeno na široce přijímaném hodnocení vlivu kvality světla na fotosyntézu, získaného z křivky toku fotonů rostlin nebo křivky YPF, podle níž oranžové a červené fotony s vlnovou délkou 600-630 nm dávají o 20-30 % více fotosyntézou než modré a azurové fotony o vlnové délce 400-540 nm [3] . Je třeba připomenout, že křivka YPF byla vytvořena z krátkých měření fotosyntézy v jednom listu při slabém osvětlení. Některé dlouhodobější studie využívající celé rostliny při vysokém osvětlení naznačují, že kvalita světla má zřejmě mnohem menší vliv na růst rostlin než množství světla [4] .

V případě kombinace světelného prostředí člověka a rostliny je preferováno světlo, které zajišťuje nejen potřeby rostliny, ale i zrakovou pohodu člověka, tedy bílé světlo vysokého barevného podání. Z hlediska účinnosti v µmol/J není bílé světlo LED horší než výbojky HPS 600–1000 W používané v průmyslových sklenících a je mírně horší než úzkopásmové zdroje LED [5] [6] [7] . Existuje zjednodušený způsob, jak vyhodnotit PAR pro bílé světlo LED: světelný tok 1000 lm odpovídá fotosyntetickému toku fotonů PPF=15 µmol/s a osvětlení 1000 luxů odpovídá hustotě fotosyntetického toku fotonů PPFD= 15 umol/s/m2 [ 8 ] [9] .

Poznámky

↑ Přesnost kvantových senzorů měřících tok fotonů a fotosyntetický tok fotonů. - PubMed - NCBI . Získáno 3. října 2017. Archivováno z originálu 27. května 2017. (neurčitý)
↑ Nelson, Jacob A.; Bugbee, Bruce. Ekonomická analýza osvětlení skleníků: světelné diody vs. High Intensity Discharge Fixtures (anglicky) // PLOS One : journal. - 2014. - 6. června ( ročník 9 , č. 6 ). — P.e99010 . - doi : 10.1371/journal.pone.0099010 . — PMID 24905835 .
↑ McCree, KJ Akční spektrum, absorpce a kvantový výtěžek fotosyntézy v plodinách // Zemědělská meteorologie : časopis. - 1971. - 1. ledna ( 9. díl ). - S. 191-216 . - doi : 10.1016/0002-1571(71)90022-7 . Archivováno z originálu 18. dubna 2018.
↑ Cope, Kevin R.; Snowden, M. Chase; Bugbee, Bruce. Fotobiologické interakce modrého světla a fotosyntetického toku fotonů: Účinky monochromatických a širokospektrálních světelných zdrojů // Fotochemie a fotobiologie : deník. - 2014. - 1. května ( roč. 90 , č. 3 ). - str. 574-584 . — ISSN 1751-1097 . - doi : 10.1111/php.12233 . Archivováno z originálu 21. února 2016.
↑ Anton Sharakshane. Celé vysoce kvalitní světelné prostředí pro lidi a rostliny // Life Sciences in Space Research. - T. 15 . - S. 18-22 . - doi : 10.1016/j.lssr.2017.07.001 . Archivováno z originálu 17. června 2018.
↑ Anton Sharakshane. Bílé LED osvětlení pro rostliny // bioRxiv . — 2017-11-07. — S. 215095 . - doi : 10.1101/215095 . Archivováno z originálu 2. června 2018.
↑ Osvětlení rostlin bílými LED diodami (ruština) . Archivováno z originálu 29. ledna 2018. Staženo 3. dubna 2018.
↑ Anton Sharakshane. Snadný odhad PFDD pro rostlinu osvětlenou bílými LED: 1000 lx = 15 μmol/s/m2 // bioRxiv . — 2018-03-30. — S. 289280 . - doi : 10.1101/289280 . Archivováno z originálu 12. října 2018.
↑ Odhad PPFD při osvětlení rostliny bílými LED je jednoduchý: 1000 lux = 15 µmol/s/m2 (ruština) . Staženo 3. dubna 2018.

Literatura

Gates, David M. (1980). Biofyzikální ekologie , Springer-Verlag, New York, 611 s.
McCree, Keith J. (1972a). „Akční spektrum, absorpce a kvantový výtěžek fotosyntézy v plodinách“. Zemědělská a lesnická meteorologie 9:191-216.
McCree, Keith J. (1972b). „Test současných definic fotosynteticky aktivního záření proti datům fotosyntézy listů“. Zemědělská a lesnická meteorologie 10:443-453.
McCree, Keith J. (1981). „Fotosynteticky aktivní záření“ . In: Encyklopedie fyziologie rostlin, sv. 12A . Springer-Verlag, Berlín, str. 41–55.

Externí odkazy

Slovníky a encyklopedie	Skvělý norský