Pri výbere najdôležitejšej chemickej reakcie na Zemi je na prvom mieste nepochybne fotosyntéza, ktorá slúži ako základ pre veľkú väčšinu známych foriem života.
Kľúčové prelomy vo výskume fotosyntézy sa objavili v druhej polovici 19. storočia. Napriek tomu ani dnes vedci úplne nerozlúštili jeho podstatu.
1. Pochopenie podstaty fotosyntézy
Jadro fotosyntézy: Autotrofné rastliny syntetizujú cukry z uhlíka, vodíka a kyslíka procesmi poháňanými svetlom-.
Fotosyntéza je klasická redoxná reakcia: molekuly vody sa oxidujú pri reakciách svetla, zatiaľ čo oxid uhličitý sa redukuje pri reakciách v tme. Oxidácia vody poskytuje elektróny a energiu na redukciu CO₂ a CO₂ slúži ako jediný zdroj uhlíka pre syntézu organického uhlíka. Fotosyntéza teda predstavuje fotochemický proces premeny anorganického uhlíka na organický uhlík.
Moderné poľnohospodárstvo sa zameriava na pestovanie s vysokým-výnosom a{1}}vysokou kvalitou, čo je v podstate pestovanie rastlín-bohatých na cukor. Preto je doplnková osvetľovacia technika vo svojej podstate riadená logikou modernizácie poľnohospodárstva. V prípade poľnohospodárskych-produktov vysokej hodnoty je jediným možným prístupom umelé doplnkové osvetlenie.
Faktory prostredia ovplyvňujúce rýchlosť fotosyntézy: kvalita svetla, množstvo svetla, teplota a oxid uhličitý. Účinnosť svetiel rastlín do značnej miery závisí od faktorov prostredia, nie od svetiel samotných.
V prípade rastlín sa výskum technológie svetelného spektra rastlín zameriava na to, či je účinnosť fotosyntézy maximalizovaná.
Fotosyntéza prebieha výlučne prostredníctvom interakcie fotónov, uhlíka, vodíka a kyslíka. Tento základný princíp je rozhodujúci pre správne používanie svetiel rastlín; v opačnom prípade ich aplikáciu nemožno pochopiť.
Fotosyntéza je proces výroby organickej hmoty a ukladanie energie, zatiaľ čo dýchanie je proces rozkladu organickej hmoty a uvoľňovanie energie. Svetelné aplikácie rastlín musia brať do úvahy dýchanie rastlín.
Sme presvedčení, že spojenie umelého osvetlenia s hospodárením s vodou a hnojivami je účinnou stratégiou na zníženie spotreby svetelnej energie rastlín.
V podmienkach umelého osvetlenia je účinnosť fotosyntézy rastlín ďaleko presahujúca účinnosť pri slnečnom svetle. Tento záver vyplýva z laboratórnych testov kvality svetla. Inými slovami, doplnenie osvetlenia skleníka umelým svetlom predstavuje optimálnu pestovateľskú techniku.
2. Pochopenie Svetla fotosyntézy
Počas dlhej evolučnej histórie rastlín svetlo pre fotosyntézu nepochádzalo zo Zeme. Osvetlenie dopadajúce na zemský povrch je pasívne, pričom ročné obdobia a počasie sú primárne faktory ovplyvňujúce svetelné podmienky na povrchu. Nedostatočné slnečné svetlo v dôsledku poveternostných podmienok môže priamo ovplyvniť prežitie rastlín.
Jediným riešením na pestovanie rastlín pri zhoršujúcej sa klíme je umelé doplnkové osvetlenie. Technológia osvetlenia rastlín predstavuje najvýznamnejšiu aplikáciu umelých svetelných zdrojov a svojím príspevkom k ľudstvu konkuruje kolonizácii Marsu.
Je veľmi dôležité pochopiť túto základnú pravdu: slnečné svetlo nie je povinné udržiavať rast rastlín. Toto je najzákladnejší princíp, ktorý treba rozpoznať počas klimatických zmien. Rastliny vyžadujú slnečné svetlo, ale slnečné svetlo nevyžaduje rastliny. Slnečné svetlo existovalo dávno predtým, ako sa objavili prvé rastliny na Zemi-toto je základná logika na pochopenie fotosyntetického svetla.
Rastliny vyvinuli svoje stratégie využitia svetla pod slnečným stresom. Ich absorpčná účinnosť zostáva nízka, čo znamená, že dostatok slnečného žiarenia nezaručuje akumuláciu cukru-to predstavuje najzákladnejšiu kognitívnu logiku týkajúcu sa slnečného žiarenia.
Ľudia doteraz identifikovali niekoľko primárnych chlorofylov nevyhnutných pre fotosyntézu rastlín: chlorofyl a, chlorofyl b, chlorofyl c, chlorofyl d, chlorofyl f a bakteriálny chlorofyl. Aj keď možno objaviť nové chlorofyly, známe fotosyntetické pigmenty fungujú v spektre 400-700 nm, ktoré sa nazýva rozsah PAR.
Svetlo mimo rozsahu PAR je irelevantné pre fotosyntézu rastlín-základný princíp technológie osvetlenia rastlín.
Rozhodujúce je, že všetky objavené absorpčné spektrá chlorofylu vykazujú absorpčné vrcholy buď na vysoko{0}}energetických alebo nízko{1}}energetických koncoch spektra, ale žiadne nevykazujú absorpčné vrcholy v centrálnom pásme PAR.
Zatiaľ čo pigmentové absorpčné spektrá slúžia ako referencia pre dizajn svetla rastlín, nie sú jediným základom pre spektrálnu konfiguráciu.
Požiadavka rastliny na slnečné svetlo je určená jej vnútornými požiadavkami a podmienkami prostredia. To znamená, že potreba kvality a množstva svetla u rastliny je silne spojená s jej rastovým prostredím a je premenlivá.
Adaptačná reakcia rastliny na svetelnú účinnosť začína vo fáze sadeníc. Zatiaľ čo fototuning sadeníc má technický význam, súčasná technológia sa snaží dosiahnuť požadované výsledky.
V prípade svetiel rastlín sa výskum spektrálnej technológie zameriava na to, či rastliny efektívne absorbujú spektrum produkované umelými svetelnými zdrojmi.
Zhrnutie
Fotosyntéza je továreň na výrobu cukru a úlohou svetiel rastlín je poskytnúť tejto továrni najvhodnejší svetelný zdroj, ktorý jej umožní efektívne fungovať.
