สมบัติของแสงที่มีอิทธิพลต่อพืช

แสง  light 

แสง หมายถึงคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงความยาวที่ตามองเห็น ซึ่งอยู่ในช่วง 400-700 นาโนเมตร มีสมบัติทั้งการเป็นพลังงานและสสาร  พืชสามารถรับแสงมาเพื่อใช้ในการสังเคราะห์แสง และเป็นพลังงานมาใช้ในการเจริญเติบโต พืชทั่วไปต้องการค่าพลังงานแสงตั้ง 100 μmole/m²/s ต่อวัน ความยาวนานการรับแสง 10-16 ชั่วโมงต่อวัน และจะต้องมีแสงสีชนิดต่างๆ ให้ครบตามสัดส่วน ขึ้นอยู่กับชนิดพืช พืชกินใบ พืชกินดอก พืชกินผล พืชกินเมล็ด

สมบัติของแสงที่มีอิทธิพลต่อพืช Solar parameters มี 3 ปัจจัย ความยาวคลื่นแสง (Light spectrum) ความเข้มแสง (Light intensity) และความยาวนานของแสง (Photoperiods) ทำให้พืชมีการเจริญเติบโตมีผลด้านลักษณะ Morphology formation ด้านการสังเคราะห์แสง Photosynthesis ด้านกระบวนการพลังงาน Metabolisms และขึ้นกับยีน Gene

1.ความยาวคลื่นแสง Light spectrum ที่จะนำมาใช้ คือ UV-A, UV-B ช่วง 100-400 nm, Blue = 400-500 nm,Green = 490-560 nm, Red = 600-700 nm, Far-red = 725-735 nm

รงควัตถุดูดกลืนแสงในต้นพืช Light absorbing pigments ปริมาณ Chlorophyll a ดูดซับได้ดีช่วง 450, 680 nm Chlorophyll b ดูดซับได้ดีช่วง 480 nm  Carotenoids ดูดซับได้ดีช่วง 460, 500 nm

ประสิทธิภาพของความยาวคลื่นแสงต่อการสังเคราะห์แสงใช้ช่วง PAR 400-700 nm ทำให้มีประสิทธิภาพการสังเคราะห์แสงมาก

ผลของความยาวคลื่นแสงต่อการเจริญและการพัฒนาของพืชโดยทั่วไป

•Ultraviolet (280-400 nm) •UV-A, UV-B, UV-C	Growth inhibition
•Blue light (400-500 nm) •Green light (500-600 nm) •Red light •Red (600-700 nm)	Photosynthetically Active
•Far-red (725-735 nm) •Infrared (>735 nm)	Stem elongation

 

Crossing process	Factors	Effects
Germination	Spectrum	Short time irradiation of near infrared stop germination of seed that is photophilic during its germination  period
Hypocotyl	Spectrum Intensity	Hypocotyl elongation is reduced by red and blue light
Cotyledon	Spectrum Intensity	Cotyledon elongation is promoted by red light and/or long time irradiation of near infrared stop
Stem growth	Spectrum Intensity	Spindly growth in the dark is reduced by red and/or blue light
Petiole elongation	Spectrum Intensity	Spindly elongation under weak light intensity is reduced by red and or blue light
Leaf expansion	Spectrum Intensity	Leaf expansion require sufficient light intensity and is affected by red and blue
Chlorophyll formation	Spectrum Intensity	Chlorophyll formation require sufficient light intensity and is promoted by red light
Leaf tissue formation	Spectrum Intensity	Sun leaf and shade leaf is formed by light intensity and is affected by red and blue
Photosynthesis	Spectrum Intensity	Photosynthesis is strongly affected by light intensity and quality
Flower bud initiation	Spectrum Intensity	Red light breaks dark period in short day plants
Coloring of fruits	Spectrum Intensity	Coloring of fruits require sufficient light intensity. UV and blue light promote anthocyanin formation

Photoreceptor and physiological response

Chlorophyll : Photosynthesis (absorb blue and red light)

Crytochrome : Reduce hypocotyl elongation

Phototropin : Phototropism (Absorb blue light)

Phytochlome : Photoperiodism (Absorb red and far-red light)

อิทธิพลของสัดส่วนแสงสีน้ำเงินต่อการเจริญเติบโตของพืช

ผลของความยาวคลื่นแสงต่อการเจริญเติบโตของพืช

2.ความเข้มแสง
1.Illumination (ความสว่าง) มีหน่วยวัดเป็น Lux or Lumen/m²  อุปกรณ์ที่ใช้วัด Lux meter

2.ค่าพลังงาน Energy มีหน่วยวัดเป็น g cal cm^-2min^-1 หรือ w m^-2 หรือ μmole m^-2s^-1 อุปกรณ์ที่ใช้วัด Quantum meter

การวัด Photosynthetic Active Radiation (PAR)

•Photosynthetic Photon Flux (PPF) หมายถึงปริมาณแสงในช่วง PAR ที่แหล่งกำเนิดแสงผลิตได้ มีหน่วยเป็น μmole/s
•Photosynthetic Photon Flux Density (PPFD) หมายถึงปริมาณแสงในช่วง PAR ที่พืชสามารถใช้ในการสังเคราะห์ด้วยแสงได้ มีหน่วยเป็นไมโครโมลต่อตารางเมตรต่อวินาที มีค่าระหว่าง 0-2000  μmole m^-1s
•Photon efficiency หมายถึงปริมาณแสงในช่วง PAR ที่แหล่งกำเนิดแสงผลิตได้ต่อหนึ่งหน่วยพลังงานไฟฟ้า (Watt)ที่ใช้ไป มีหน่วยเป็น μmole/joule

การตอบสนองของพืชต่อความเข้มแสง จุดที่เหมาะสมการใช้คาร์บอนไดออกไซด์กับแสงที่มีประสิทธิภาพมากที่สุด

light compensation points คือจุดความเข้มของแสงต่ำสุดที่ใบพืชมีอัตราการหายใจเท่ากับอัตราการสังเคราะห์ด้วยแสง นั่นคือจุดที่ใบพืชมีอัตราการแลกเปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์ เท่ากับศูนย์

Respiration rate คืออัตราการแลกเปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์เมื่อแสงเท่ากับ ศูนย์

A max,  A sat (Maximum CO₂ assimilation, & Saturated  CO₂ assimilation rate)  คืออัตราการแลกเปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์ที่สูงสุด และที่อิ่มตัวของใบพืชในสภาพอากาศปกติ

Quantum yield คือ slope ของสมการเส้นตรงที่สร้างจากความสัมพันธ์ของ Q และ A ในสภาพที่ Q มีค่าน้อยกว่า 200 ไมโครโมล ต่อตารางเมตร ต่อวินาที ค่านี้หมายถึงจำนวนโมลของคาร์บอนได ออกไซด์ ที่ใบพืชสามารถตรึงได้ต่อหนึ่งโมลของแสงที่ตกกระทบใบพืช อันแสดงถึงประสิทธิภาพการใช้แสงของใบพืชนั้น ๆ

Temp = อุณหภูมิขณะทำการวัดการแลกเปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์ อาจจะหมายถึงอุณหภูมิอากาศ (Ta), อุณหภูมิใบพืช (Tl) มีหน่วยเป็นองศาเซลเซียส มีค่าระหว่าง 25-40 °C

[Ca] =  คือความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศรอบ ๆ ใบพืช (CO₂ air หรือในบรรยากาศปกติ) มีหน่วยเป็น μmole mol^-1 หรือ ppm. มีค่าโดยเฉลี่ยประมาณ 335-340  mmol mol^-1

[Ci] =  คือความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์ใต้ปากใบพืช (CO₂ intercellular space) หรือบางกรณีอนุโลมว่า คือความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์ที่คลอโรพลาสหรือมีโซฟิลด์เซลล์ มีค่าตั้งแต่ 0-340 m mol mol^-1

Cg = ประสิทธิภาพการให้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ผ่านปากใบของพืช (Stomatal conductance to CO₂) มีหน่วยเป็น mol m^-2 s^-1  ในบางกรณีใช้ค่าสัดส่วนกลับของ Cg และวัดการเคลื่อนที่ของก๊าซเป็นมวลหรือปริมาตร แล้วเรียกว่า Stomatal resistance (Rs) อันหมายถึงความต้านทานต่อการแพร่กระจายก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ของปากใบพืช ซึ่งในบางครั้งจะมีหน่วยเป็นอัตราความเร็วในการแพร่กระจายของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ : s m^-1

A =  อัตราการแลกเปลี่ยนก๊าซ (CO₂ Assimilation Rate) หน่วยเป็น m CO₂ mol.m^-2 s^-1CO₂

LA =  พื้นที่ใบ (Leaf area) ที่วัดค่าอัตราการแลกเปลี่ยนก๊าซ

E = อัตราการระเหยน้ำออกจากปากใบพืชในขณะทำการวัด A (H₂O transpiration rate) หน่วยเป็น m mol H₂O m^-2 s^-1

3.ความยาวช่วงแสง (Photoperiods) พืชสามารถตอบสนองต่อความยาวช่วงแสงเพื่อเป็นปัจจัยชักนำการออกดอก เราสามารถแบ่งพืชตามการตอบสนองต่อความยาวช่วงแสงเป็น 3กลุ่ม

1. พืชวันสั้น (short-day plant) พืชชนิดนี้จะออกดอกได้เมื่อได้รับความยาวของวันสั้นกว่าวันวิกฤต (Critical day length) เช่น การออกดอกเบญจมาศ ข้าว อ้อย ข้าวโพด
2. พืชวันยาว (Long-day plant) จะออกดอกเมื่อได้รับความยาวของวันซึ่งยาวกว่าวันวิกฤต  (Critical day length) เช่น การติดผลแก้วมังกร ผักสลัด
3. พืชไม่ตอบสนองต่อความยาวช่วงแสง (day-neutral plant) พืชบางชนิดจะไม่สามารถออกดอกได้เลย  ถ้าหากว่าได้รับความยาวของวันที่ไม่เหมาะสม  ซึ่งจัดเป็นพืชพวก Obligate Photoperiodic Plant ซึ่งมีทั้งพืชวันสั้น พืชบางชนิดจะออกดอกได้เร็วเมื่ออยู่ในสภาพวันสั้นหรือยาว   แต่ถ้าไม่ได้รับความยาวของวันตามต้องการก็จะสามารถออกดอกได้เช่นกัน แต่ต้องใช้เวลานานขึ้น พืชพวกนี้เป็น Quantitative Photoperiodic  Plant

case ต้นโอบะจะทำการให้แสงเพื่อยับยั้งการออกดอก ใช้หลอดฟลูออเรสเซนต์ ติดตั้งเหนือทรงพุ่ม ประมาณ 1.5 ม. ความเข้มแสงที่ระดับทรงพุ่มได้เท่ากับ 13 ไมโครโมล ต่อตร.ม.ต่อวินาที ไม่พบกระบวนการสังเคราะห์แสง

PPFD มากไปใบไหม้ แล้วประสิทธิภาพการสังเคราะห์แสงลดลงมาก ระยะห่างของหลอดก็สำคัญ

ในกัญชา PPFD เฉลี่ยที่ดีที่สุดคือ 700 ไมโครโมล / m 2 (PPFD) จำนวนที่เหมาะสมของโฟตอนเป็น700 ไมโครโมลใช้สอย PPF ต่อตารางเมตร

Category: Green house, IOT internet of thing, plant factory, งานวิจัย