Свет и фотосинтез растений, PAR ламп

Для информации http://amania.110mb....

Несколько комментариев к началу статьи, всю ниасилил, времени жалко читать.

Обычно считают что фотосинтезу наземных растений способствует красный свет. Но на самом деле для фотосинтеза используется и голубой свет.

Открыли Америку!

Да, но в реальности красного света под водой намного меньше чем голубого, поэтому растения на самом деле больше используют именно синий!

Вспомнилась фраза: «Съесть то он съест, да кто ж ему даст». Мы же боги в своей банке и можем организовать под водой больше красного, чем синего. Что тогда выберут растения?

Квантовый выход (Quantum yield) - это количество производимого фотосинтеза на единицу поглощенного растением света в зависимости от длины волны.

Что-то в этом определении настораживает... Вообще то, количество производимого фотосинтеза зависит от количества единиц поглощенного растением света, т. е. фотонов (квантов). Всё равно какой длины волны! Если авторы под единицей света подразумевают энергию, то красный победит однозначно! У него на один фотон приходится меньше энергии. Следовательно - больше фотонов на единицу энергии - и активнеё фотосинтез. Короче, про "Квантовый выход" я не очень понял.

Он показывает насколько эффективно растение использует свет той или иной длины волны. Измеряется путем оценки полученного количества O2 - основного продукта фотосинтеза показывающего его интенсивность.

Ха-ха! Основным продуктом фотосинтеза является прирост биомассы растения, его и надо оценивать.

Красный свет для наземных растений эффективнее только при очень низкой освещенности

Эту цитату привожу только для связи со следующей.

При высокой интенсивности освещения, то есть когда имеет место полное насыщение фотосинтеза (200W·m−2) значительно эффективнее используется голубой и зеленый свет

Вот он, сакраментальный смысл и открылся! «Полное насыщение фотосинтеза» и растения схавают что угодно. Это примерно выглядит - как полупроводниковый прибор типа транзистор ввести в режим насыщения и попытаться им что-нибудь измерить. Photosynthetically available radiation, к примеру. «Довольно плоская кривая спектра поглощения фотосинтеза практически во всем видимом спектре» обеспечена. Ну, не квантуется зелёный в хлорофилле, хоть тресни (не аквариум ттт). Красный квантуется, синий тоже, но не зелёный. Лишняя энергия остаётся. Потому он и отражается, потому и растения зелёные.

буквально каждый фотон подходящей длины волны достигающий поверхности листа используется в реакциях фотосинтеза.

Так уж и каждый? Хлорофилл излучает. Энергия фотона расходуется на возбуждение электрона. Такое возбуждённое состояние хлорофилла неустойчиво. Если не произойдёт восстановительной реакции и этот электрон не будет передан хим. соединению, то электрон переходит обратно на низкий энергетический уровень, излучая квант (фотон) энергии. Излучается то, что было поглощено. По длине волны излучения хлорофилла можно судить о наиболее выгодном спектре ламп, учитывая, что интенсивность фотосинтеза пропорциональна количеству квантов, а не энергии света. Такими , если я не ошибаюсь, являются общепринятые взгляды на фотосинтез. Хлорофилл излучает всегда только красный! На этом форуме лет десять назад было обсуждение этого вопроса на очень высоком уровне, с расчётами. Поищите, я ссылку потерял.

Установка ламп с усиленной красной и синей частями спектра для повышения PAR вместо достаточной интенсивности "дневных" ламп 5000-6700K не имеет никакого смысла.

Как это нет смысла? Экономия, ламп и эл. энергии! Создаётся впечатление, что нам навязывают свой продукт и коммерческая сторона дела победила науку.

Изменено 9.1.12 автор e99

сообщение e99
На этом форуме лет десять назад было обсуждение этого вопроса...

Делал сгодня "уборку" в компе и случайно обнаружил цитату из того обсуждения, автор неизвестен.

Вся энергия кванта поглощается одним электроном, который поднимается на более высокий энергетический уровень.
Максимальная интенсивность наблюдается при освещении растения теми лучами, которые максимально поглощаются хлорофиллами и каротиноидами.
Интенсивность фотосинтеза наиболее высока в красных лучах, так как она пропорциональна не кол-ву энергии, а числу квантов!
Док-во
Суммарное уравнение фотосинтеза:
6 СO2 + 6 H2O ---- C6H12O6 + 6 O2
Для образования 1 моля глюкозы нужно 686 ккал, следовательно, для ассимиляции 1 моля СО2 нужно 686:6=114 ккал. Запас энергии 1 кванта красного цвета (700 нм) равен 41 ккал/энштейн, а синего (400 нм) – 65 ккал/энштейн. Минимальный кантовый расход (отношение числа поглощенных квантов к числу ассимилированных молекул СО2) при освещении красным светом равен 114/41=3, а реально расходуется 8-10 квантов. Следовательно, эффективность использования красного цвета равна 114/41*8=34%, а синего 114/65*8=22%.
Именно так. Пропорционально не количеству энергии, а количеству поглощенных квантов. Поскольку красные кванты имеют меньшую энергию, чем синие кванты, тот же суммарный поток энергии от красного источника содержит большее количество квантов, чем от синего. Именно поэтому в красной части спектра фотосинтез наиболее эффективен. Не знаю насчет инфракрасной... Должна быть некоторая минимальная энергия кванта, достаточная для перехода электрона на более высокий уровень и соответсвующей химической реакции

Как видим, красный в полтора раза эффективней и Вт/л потребутся меньше. Рискну ещё от себя добавить. "Минимальная энергия кванта" будет соответствовать волне красного цвета. Это видно в серии Бальмера спектра водорода. Там одна линия в красной области и три в синей, остальные за пределом видимой области - в ультрафиолете. Каждая линия соответствует определённому энергетическому уровню электрона, равному произведению частоты волны на постоянную Планка. Промежуточных состояний быть не может. Фотоны инфракрасного спектра, обладая малой энергией не могут возбудить электрон в хлорофилле и будут просто его нагревать - энергия света преобразуется в тепловую. С зелёным спектром тоже самое - избыточный остаток энергии вызывал бы разогрев.

сообщение e99
Излучается то, что было поглощено.

Необходимо уточнить: поглощено электроном. Избыточная энергия возбуждения преобразуется в свет с большей длиной волны (и меньшей энергией), при этом остаток энергии теряется в виде тепла.
p.s. К сожалению, популярной информации в виде статей или книжек, доступных "нефизику" по этому вопросу нет. Есть только выводы, а когда они противоречивые и у сторон есть некоторый коммерческий интерес, то приходится делать свои. Я свои сделал. Может и неправильные в чём-то, но переубедить будет сложно...