光照与植物生长发育的关系

发布时间：2021年6月04日-北京谦益得科技有限公司

      万物生长靠太阳，光不仅是植物进行光合作用等基本生理活动的能量源，而且也是花芽分化、开花结果等形态建成的动力源，光照条件的好坏还直接影响植物的产量和品质。

植物光合作用及其对光的需求
     无论是采用太阳光还是人工光源进行植物生产，最终都是通过光合作用来完成产物的积累。光合作用是通过植物叶绿素等光合器官，在光能作用下将CO2和水合成为糖和淀粉等碳水化合物并释放出氧气的生理过程；与光合作用相对应的是呼吸作用，呼吸作用是通过植物线粒体等呼吸器官，吸收氧气和分解有机物而释放CO2与能量的生理过程，是植物把光合作用形成的碳水化合物作为能源用来形成根、茎、叶等形态建成的重要生理活动。呼吸作用包括与光合作用毫无关系的暗呼吸以及与光合作用同时进行的光呼吸两个部分。作物的光合作用与呼吸作用之间有一个相互平衡的过程，随着生长阶段的不同，其平衡点也不同。实际生产中经常利用控制作用的光合速度和呼吸速度来调节营养生长和生殖生长的相对平衡，达到提高目标产量或改善产品品质的目的。植物的光合作用与CO2的吸收与释放关系密切，光合时吸收CO2，呼吸时排放CO2，这两种生理活动是同时进行的，所以光合器官的叶片内外的CO2交换速度也就等于光合速度减去呼吸速度，通常把该CO2交换速度也叫净光合速度，其中的呼吸速度则是暗呼吸与光呼吸的总和，一般而言，C3植物光呼吸速度高，C4植物光呼吸速度低。因此，净光合速度为0时，光合速度等于光呼吸速度，光合速度的单位为mol/(m2.s)，表示单位叶面积单位时间内CO2的吸收、排放、或交换量。

1）光强对作物光合的影响
      光合产物的形成与光照机器积累的时间密切相关。光照的强弱一方面影响着光和强度，同时还能改变作用形态、如开花、节间长短、茎的粗细及叶片的大小与厚薄等。在某一CO2浓度和一定的光照强度范围内，光合强度随光照强度的增加而增加，当光照强度超过光饱和点时，净光合速度不但不增加，反而还会形成抑制作用，使叶绿素分解而导致作物的生理障碍。不同类型植物的光饱和点的差异较大，光饱和点一般随环境中CO2浓度的增加而提高。因此，植物生产中给予光饱和点以上的光照强度毫无意义；而另一方面，当光照强度长时间处于光补偿点之下，植物的呼吸作用超过了光合作用，有机物消耗多于积累，作物生长缓慢，严重时还会导致植物枯死，因此对植物生长也极为不利。通常情况下，耐阴植物的光补偿点为200-1000lx，喜阳植物的光补偿点为1000-2000lx。植物对光照强度的要求可分为喜光型、喜中光型、耐弱光型植物。在温室中作物对光照强度的相关要求是选择人工光源的最重要依据，了解不同植物的光照需求对设计人工光源、提高系统的生产性能都是极为必要的。

2）光质对作物光合的影响
       光质或光谱分布对植物光合作用和形态建成同样具有重要影响，地球上的植物都是经过亿万年的自然选择来不断适应太阳辐射，并依据种类不同而具有光选择性吸收特征的。到达地面的太阳辐射的波长范围为300-2000nm，而以500nm处能量最高。太阳辐射中，波长380nm以下的称为紫外线，380-760nm的叫可见光，760nm以上的是红外线也成为长波辐射或热辐射。太阳辐射总能量中，可见光或光和有效辐射占45-50%，紫外线占1-2%，其余为红外线波长400-700nm的部分是植物光合作用主要吸收利用的能量的区间，称为光和有效辐射；波长700-760nm的部分成为远红光，它对植物的光形态建成起一定的作用。在植物光合作用过程中，植物吸收最多的是红、橙光（600-680nm），其次是蓝紫光和紫外线，绿光（500-600nm）吸收很少。紫外线波长较短的部分，能抑制作物的生长，杀死病菌孢子；波长较长的部分，可促进种子发芽，果实成熟提高蛋白质、维生素和糖的含量；红外线还对植物的萌芽和生长有刺激作用，并产生热效应。不同的光谱成分对植物的影响效果也不尽相同，强光条件下蓝色光促进叶绿素的合成，而红色光则阻碍其合成，虽然红色光是植物光合作用重要的能量源，但如果没有蓝色光配合则会造成植物形态的异常。大量的光谱实验表明，适当的红色光（600-700nm）/蓝色光（400-500nm）比（R/B比）才能保证培育出形态健全的植物，红色光过多会引起植物徒长，蓝色光过多会抑制植物生长。适当的红色光（600-700nm）/远红色光（700-800nm）比（R/FR比）能够调节植物的心态形成，大的R/FR比能够缩短茎节间距而引起矮化植物的效果。相反小的R/FR比可促进植物的生长。所有的这些特征都是温室选择人工光源时必须考虑的重要因素，尤其对近年来发展起来的新型节能光源，如LED、LD以及冷阴极管等来说显得更为重要，因为这些光源需要通过不同光谱的单色光组合构成作物最适宜的光质配比，以保障高效生产和节能的需求。

3）光周期对植物的影响

    植物的光合作用和光形态建成与日长之间的相互关系称其为植物的光周期。光周期与光照时数密切相关，光照时数是指作物被光照射的时间。不同的作物，完成光周期需要一定的光照时数才能开花结果。