為什麼很多植物吸收能量較高和較低的藍紫光與紅色光,卻將綠色光反射?

問題描述:为什么很多植物吸收能量较高和较低的蓝紫光与红色光,却将绿色光反射?
,
張志棟:

先說一句,綠光對植物有作用!!!而且有獨特的作用。

接下來您將看到:
1. 綠光能被吸收利用
2.綠光是一把雙刃劍
3.光對植物的復雜性
4.光促進植物生長的另一條原因
5.

1. 綠光能被吸收利用
看了前面筒子們的回答之後,我想問一下前面的筒子們,下面這兩種給光方式
RB:紅藍光 RGB:紅綠藍光
你們覺得會是什麼結果?
嗯,不是紅藍光才使光合色素激發嗎,那要是綠光替代了一部分紅光,肯定是RB長得較RGB好啊。
可惜不是這樣,實驗結果是RGB長得更好,原因是植物葉片的光合作用光譜與葉綠素的吸收光譜並不相同

高等植物葉片中的光合色素主要是葉綠素和類胡蘿卜素,二者含量比值約為 3:1。
其中,葉綠素的吸收光譜最強區在 640~660nm 紅光區和 430~450nm 藍紫光區,在橙、黃、綠光區吸收不明顯,見圖 1 所示。類胡蘿卜素的最大吸收區在 400~500
nm 的藍紫光區,但它還作為輔助色素,能夠吸收400~700 nm 的光能並將其傳遞給葉綠素而用於光合作用,也能夠把多餘光能轉變成熱能而保護葉片的光合作用通路

在光源發射出的光量子通量相同的情況下,光合速率為紅光的最高、藍光其次、綠光最低。但是,在 400~700nm 範圍內各波長光的相對光合速率之間並沒有非常大的差異。可以看出,在綠光(500 nm附近)處的光合速率只是略微低於其他色光,這是因為葉片對於綠光的透射及反射率較高造成的。也就是說,只要是被葉片吸收了的綠光,它會與藍光、紅光同等程度地參與光合作用。並且,當 PARD>100 W·m-2時,光合作用過程由 CO2量決定,此時不同波長的光能利用效率幾乎無差別。

2.綠光是一把雙刃劍

怎麼樣,我再告訴你一個更讓你疑惑的事吧,如果把綠光的比率提高到50%以上,則抑制 ,抑制植物生長(降低植物葉的表面積和植物乾重),這應該部分解釋了為什麼要反射大部分綠光。

那這是不是驗證了 @Lewind 的避免綠光光能傷害說,不,其實不是這樣的,Lewind的說法是綠光的光能太強,很有可能傷害植物細胞(如果假設是紅光更強,那就是避免紅光光能傷害說),關鍵點在於能量,而這個實驗中的綠光雖然佔得比率增加,但補光燈輻射的光子總量不變(總光強不變),依舊對植物有不同的效果(積極或消極)。
我不是在否定Lewind的觀點,而是說這個實驗不能支持他的說法。(私以為Lewind說的是有一定道理的。)
這個實驗說明的是光的配比對植物的影響,光除了是一種能量還是一種資訊(光的能信二相性?),這是十分復雜的,不能僅憑單因素決定,而且哪怕是同樣的光強同一種配比對不同的植物有不同的影響,對同一種植物的不同生長時期也有不同影響。

3.光對植物的復雜性

下面這篇文章介紹的是茄子和向日葵在藍光下積極生長,而萵苣在藍光下長得很憋屈。

4.光促進植物生長的另一條原因
那麼為什麼光能促進植物生長,已經有人說過光合作用了,我就不贅述了,還有一種說法是光能促進植物酶的活性和類黃酮,總酚含量。
這個實驗是研究的同一種光(650nm 紅光)的不同光強對植物抗氧化指標的影響(也能看出不同植物的光飽和點不同)

光對植物的影響十分復雜(也就是我說不清楚),絕對不是單因素所能決定的,僅僅憑借所謂的「進化論」解釋是不可取的。

5.
我不是植物學專業的人,但對植物光學一直比較感興趣,寫(攢)了這么一篇文章,還望大牛吊打賜教……

參考文獻:
1.Green-light supplementation for enhanced lettuce growth under red- and blue-light-emitting diodes. Kim HH
2.EFFECTS OF MONOCHROMATIC LIGHT IRRADIATION BY LED ON THE GROWTH AND ANTHOCYANIN CONTENTS IN LEAVES OF CABBAGE SEEDLINGS T. Mizuno, W. Amaki, H. Watanabe
3.解讀植物培育人工照明光譜與植物需求效率 孫 爽
4.LED光質補光對黃瓜幼苗生長和光合特性的影響 蘇娜娜 鄔 奇 崔 瑾

格式不規范 我知道……


匿名用戶:

我同學搞過這個,還拿了一個人稱小諾貝爾獎的東西,獲得了一顆以她名字命名的小行星。。(跟她一級,她動不動就拿年級第一,智商碾壓妥妥的我會說)

萬若萌:研究怪問題的科學「萌」妹子 — 科普新聞 — 中國科普網

「評委會的研究報告顯示,萬若萌在研究中發現,從海洋藻類向陸地進化的角度分析,許多藻類含吸收綠光的光合色素,而只有不含該色素的綠藻成功登陸。陸上光環境中綠光輻照度最大,植物大量吸收綠光可能受到嚴重抑制,光合速率反而降低。這或許是陸生植物對綠光吸收率低的原因之一。為此,她在實驗中用單色光混合模擬陸上光環境,其他條件不變,改變綠光光強,發現當紅藻對陸上綠光的等效吸收率超出綠藻對入射綠光的吸收率時,其光合速率明顯降低,從而證明陸生植物不含高效吸收綠光的光合色素的確與高強度綠光造成的抑制有關。「

我對這方面了解不多。。但聽說能完全解釋這一現象的假說還沒有。。就靠各種大神了


土方十四:

因為葉綠素裡面的類卟啉環,電子躍遷可以吸收藍紫光,分子振動吸收了紅橙光,所以綠色的沒法吸收!


天水:

@Lewind 的答案中關於可見光中綠色光能量最高的意思,應該是太陽輻射的可見光按照顏色分成七份,而輻射到地球上的綠色那一份的總能量是最高的,而不是單一光波的能量。他的回答是從光輻射角度說的,並不全面,那我從植物本身的原因來說:

我們都知道植物主要靠光合色素吸收可見光,光合色素又可以分成葉綠素、類胡蘿卜素、藻膽素等。而這些色素都位於葉綠體的類囊體膜上,如下圖:

光合作用分成光反應和暗反應,光反應發生在具有光合色素的類囊體上。這些色素按照功能分類:1.反應中心色素(少數特殊狀態下的葉綠素a分子,技能捕獲光能,又能將光能轉換成電能),2.聚光色素(主要作用是吸收光能,並把光能傳遞到反應中心色素,包括絕大部分的葉綠素a和全部的葉綠素b和類胡蘿卜素等)
可見光的吸收發生在光反應階段,當波長400–700nm的可見光照射到綠色植物時,聚光色素分子吸收光子而被激發,以’激子傳遞』(所謂激子是指由高能電子激發的量子,可以傳遞能量但不能轉移電荷)和』共振傳遞『(依賴高能電子振動在分子間傳遞能量)兩種方式進行能量傳遞,反應中心色素的能級較低,能量能夠傳遞到此,從而進行光反應,其實質:
聚光色素分子將光能吸收和傳遞到反應中心色素,使反應中心色素分子激發而形成激發態,失去電子,將電子傳遞給信號通路上的電子受體,從而完成光能像電能的轉變。
而光合色素分子度光能的吸收及能量的轉變如下圖:
如果要使色素分子激發,那麼光子的能量應該滿足一定的條件,如圖上面的公式,請原諒這個圖我不太懂,學過而已,光子的能量倒推波長,在藍紫和紅光區域吸收較多。也就是說波長滿足430(藍紫)和670.680(紅光)的時候能夠使色素激發,而綠光光子的能量不能使光合色素激發,不能由光能轉換成電能,所以對綠光的吸收最少,從而葉子呈綠色
@Lewind的答案,結合我的理解,我相信這是由於漫長的進化而形成的

謝謝


獨魚僅一:

在有陽光直射的情況下,能量最高的波段自然是藍紫波段。
而在陰天等非直射情況下,紅黃波段的能量最高。
所以植物有選擇地排除綠色是合理的。

同時,葉綠素在地球上,只從藍藻中獨立進化出一次,這唯一一次進化就註定了未來的植物走向,缺乏自然選擇和淘汰的餘地。


濤濤shine:

這里的很多植物都是陸生植物吧!難道不知道有海帶紫菜紅藻藍藻褐藻么?貌似陸生植物都是綠藻進化而來!綠藻能避開陸地上最強的綠光,肯定比其他藻類更容易登陸,登陸之後佔據優勢,自然都是綠的了,想要再進化直接利用綠色的細胞器太難了!而且一些叢林陰暗的植物,背面是紫色或者紅色的!能間接吸收部分綠色!但是光合作用的細胞器還是綠色的!


氟鉑酸氧:

第一代光合生物是用視紫紅質的色素的光合細菌,它們把綠光佔了,綠色植物的祖先只能用它們剩下的紅紫光了。


MindaYao:

@ Lewind @ 天水 結合兩位的回答,我們還可以從植物本身作為一種生物的角度來看待。

植物作為生物,活下去是第一要務,所以需要穩定的大量的能量來源,但是作為備份和補充,也需要數量不多但能量高的能量來源,(這就好比,明明你可以吃米飯活下去,但你還得配點菜,單是素菜還不行,還得加個蛋,加個雞腿,最好還能來碗湯。不同食材所含有的能量不同,對你而言所需要的量也不同)同時,為了保證植物的「恆溫」,綠色光這種在底面接收到的能量最大的就被排除掉了( @ Lewind 關於地表光能量的資料)。而紅色光波段是太陽光在大氣層內經過折射。散射,留存下來最集中,其他都不那麼集中,相對來講紅光佔穩定大量這一條件,紫光波段,其本身的能量值極高,但由於其在折射散射作用下在底面的單位面積的能量小於綠色,不會造成大量能量的集聚,對植物維持自身溫度的恆定不會產生大的影響,故,植物也想給自己加個蛋?(逃。。。 這部分也可以吧 @ 姚三三 的回答補充近來。

總之,能活下來的物種都是能穩定獲得生存所需要的物資的物種,不僅是植物,還有動物,當然還有我們這些 兩腳獸 。舉個例子,人類種植農作物,光種植還不行,還雜交,轉基因,以希望通過這些手段使得最基本的糧食獲得保障。另外,我還聽過 部隊里有因為養豬養的好獲得三等功的(捂臉,不是我,我是大四狗,要養也是養狗。。 只是聽說的,真實性不可考證。 )。。。所有目的都是為了人類能夠獲得更多的穩定的能量來源。跑偏了,不改了,懶

所以,下面請轉到 @ 天水 的回答理解植物怎麼進行光合作用,這部分知識我模糊記得高中好像講過,但作為一條大四狗,我有理由拒絕回答為什麼我高中的知識不知道


Aorqu用戶:
結合排名第一和第二的回答 我推測之所以植物登上陸地後就不傾向於吸收綠光 是因為海洋環境中 海水本身就是一個冷卻劑 可以穩定溫度

所以海洋藻類吸收綠光並不會造成植物體過熱 (所以它們的光合作用效率比樹木高 並且地球上大多數氧氣都是藻類而不是樹木提供的)

陸地植物沒有這個冷卻環境 為了避免過熱 只好選擇把能量最多的綠光反射掉以保證在夏季植株存活


jayson:

不透明的物體吸收不同顏色的光,而反射相同顏色的光線。植物的葉子是綠色的,這說明它反射綠色的光線,那是因為綠色的光線正是對植物生長沒有用處的光線。大棚種植蔬菜的時候,都是使用藍色或紅色的塑料薄膜,因為藍色或紅色的塑料薄膜只能通過藍色或紅色的光線,蘭紫光能量最高更好的促進植物生長。。。

~~————————————————————————————————————————————
那再更微觀一些吧。植物光合作用中的葉綠素,是分為葉綠素a葉綠素b的。葉綠素a主要吸收藍紫光,葉綠素b主要吸收紅光,綠光它們
也吸收一點,但很少。。。


匿名用戶我聽到過的一個有關的解釋是,這件事可能和視覺的進化有關。可以這樣問,為什麼黃色和藍色不被稱為綠色(青色)?可以理解為這些顏色的植物不適宜被動物作為食物,所以進化使眼睛能夠把它們從綠色的植物中明顯地區分出來。

當然,為什麼植物的顏色密集在這個波段可能從葉綠素和光合作用解釋比較合適,但進化論解釋了為什麼它們雖然千差萬別卻都叫綠色。

期待這個角度的更專業的論述。


littleseashrimp:

推薦一個國外的回答,從量子論方面考慮,從光合作用的分子機制出發。https://www.quora.com/Why-did-chlorophyll-evolve-to-be-green-as-opposed-to-black-which-would-absorb-more-energy/answer/Adam-Wu-3?share=b8e24220&srid=ijin7


姚三三:

因為長波波段的光(紅橙)波長長,穿透能力好(用紅燈不用紫燈就是這個道理),所以雖然紅光單個photon的能量低但是數量多,所以吸收這些光獲得的能量其實很多,算是以量取勝。而藍紫光則相反,能量高,但是穿透力不好,所以藍紫光到達地球的總數少。所以植物吸收藍紫光是以質量取勝。所以選擇紅橙或者藍紫光就可以天氣陰的時候光線不容易透過時以量取勝,天氣好,光線容易透過時就以質量取勝。


蔡寧:

由植物中的色素決定吧

發表迴響