Radiación fotosintéticamente activa

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Radiación fotosintéticamente activa , o, en resumen, PAR - parte de la radiación solar que llega a las biocenosis en el rango de 400 a 700 nm, utilizada por las plantas para la fotosíntesis . Esta sección del espectro corresponde más o menos a la región de radiación visible . Los fotones de longitud de onda más corta transportan demasiada energía y pueden dañar las células, pero en su mayoría son filtrados por la capa de ozono en la estratosfera . Los cuantos con longitudes de onda largas transportan energía insuficiente y, por lo tanto, la mayoría de los organismos no los utilizan para la fotosíntesis.

Algunos organismos, como las cianobacterias , las bacterias moradas y las heliobacterias , todavía pueden utilizar la energía de la luz con una longitud de onda superior a 700 nm ( infrarrojo cercano ). Estas bacterias viven en lugares con poca luz: en el fondo de estanques estancados, en sedimentos o en las profundidades del océano. Gracias a sus pigmentos, forman alfombras bacterianas multicolores de color verde, rojo y morado.

El pigmento más numeroso, la clorofila , absorbe con mayor eficacia la luz roja y azul. Los pigmentos auxiliares como los carotenoides y las xantofilas absorben parte del color verde y azul y lo transfieren al centro de reacción de la fotosíntesis , sin embargo, la mayor parte del color verde se refleja y le da a las hojas su color característico.

Las mediciones PAR se utilizan en agricultura, silvicultura y oceanografía. Uno de los requisitos para un terreno productivo es un valor PAR adecuado, es decir, este parámetro se puede utilizar para evaluar la productividad potencial del terreno. Los sensores PAR ubicados en diferentes niveles bajo el dosel del bosque permiten medir el PAR disponible para su utilización por el ecosistema. Las mediciones de este parámetro también se utilizan para determinar la zona eutrófica del océano. Para la evaluación, se usa la integral de la luz del día : la cantidad de radiación fotosintéticamente activa que recibe la planta durante el día.

Unidades de medida

Por lo general, la PAR se mide en µmol de fotones m -2 s - 1 , lo que se conoce como la densidad del flujo de fotones fotosintéticos . densidad de flujo de fotones fotosintéticos, PPFD . Flujo de fotones fotosintéticos: el número total de fotones emitidos por segundo en el rango de longitud de onda de 400 a 700 nm (µmol/s). A veces esta cantidad se expresa en einsteins , es decir, µe m −2 s −1 , aunque esta unidad no es estándar y su uso suele ser ambiguo. PAR se puede expresar en unidades de energía (intensidad de radiación, Watt / m 2 ); esto es relevante cuando se considera el balance energético de los organismos fotosintéticos , pero dado que la fotosíntesis es un proceso cuántico, en fisiología vegetal, PAR se expresa con mayor frecuencia en unidades de PPFD. Fórmula para el cálculo:

${\displaystyle F_{\mathrm {fotón} }={\int_{\lambda_{1}}^{\lambda_{2}}F_{\mathrm {e,\lambda } }(\lambda )\, {\frac {\lambda}{hcN_{A))}\,d\lambda))$ ,

Los coeficientes de conversión de PAR en unidades de energía a PAR en moles de fotones dependen del espectro de emisión de la fuente de luz (ver eficiencia de la fotosíntesis ). La siguiente tabla muestra los coeficientes para convertir Watts a fotones del espectro de cuerpo negro, truncados al rango de 400-700 nm. También da las unidades de medida de salida de luz para cada una de las fuentes de luz, así como la parte del espectro de cuerpo negro que corresponde al PAR.

T (K)	η_v (lm/W*)	η_fotones (µmol/J* o µmol s −1 W* −1 )	η_fotones (mol por día −1 W* −1 )	η_PAR (W*/W)
3000 (blanco cálido)	269	4.98	0.43	0.0809
4000	277	4.78	0.413	0.208
5800 (diario)	265	4.56	0.394	0.368
Nota: W* y J* corresponden a vatios y julios de PAR (400-700 nm).

Por ejemplo, una fuente de luz de 1000 lúmenes a 5800 K emitirá aproximadamente 1000/265 = 3,8 W PAR, lo que equivale a 3,8*4,56 = 17,3 µmol/s. Para una fuente de luz completamente negra a 5800 K, que es aproximadamente el sol, 0,368 de su radiación total se emite como PAR. Para las fuentes de luz artificial, que normalmente no tienen un espectro de cuerpo negro, estos factores de conversión son aproximados.

Los valores de la tabla se calculan como

{\ Displaystyle \ eta _ {v} (T) = {\ frac {\ int _ {\ lambda _ {1}} ^ {\ lambda _ {2}} B (\ lambda, T) \, 683 \ mathrm { ~[lm/W]} \,y(\lambda )\,d\lambda }{\int_{\lambda_{1}}^{\lambda_{2}}B(\lambda ,T)\, d\lambda}}}

\eta_{\mathrm {fotón} }(T)={\frac {\int_{\lambda_{1}}^{\lambda_{2}}B(\lambda ,T)\, {\frac {\lambda }{hcN_{A}}}\,d\lambda }{\int_{\lambda_{1}}^{\lambda_{2}}B(\lambda ,T)\, d\lambda}}

\eta_{\mathrm {PAR} }(T)={\frac {\int_{\lambda_{1}}^{\lambda_{2}}B(\lambda ,T)\, d\lambda }{\int _{0}^{\infty }B(\lambda ,T)\,d\lambda }}

donde es el espectro de radiación de un cuerpo negro de acuerdo con la fórmula de Planck , es la eficiencia luminosa espectral estándar de la radiación monocromática , denota las longitudes de onda del rango PAR (400 y 700 nm), a es el número de Avogadro . ${\ estilo de visualización B (\ lambda, T)}$ $y$ ${\ estilo de visualización \ lambda _ {1}, \ lambda _ {2}}$ $N / A$

Flujo de fotones asimilado por una planta

Como se mencionó anteriormente, el valor PAR no tiene en cuenta la diferencia entre diferentes longitudes de onda en el rango de 400-700 nm. Además, se utiliza la aproximación de que las ondas fuera de este rango tienen actividad fotosintética nula. Si se conoce el espectro de emisión exacto, el flujo de fotones fotosintéticos en µmol/s puede modificarse utilizando factores de ponderación para cada longitud de onda. Este parámetro es el PAR ponderado según la eficiencia de la fotosíntesis en cada longitud de onda. Se llama "flujo de fotones asimilados por plantas" . rendimiento de flujo de fotones (YPF) [1] . La curva roja en el gráfico muestra que los fotones alrededor de 610 nm (naranja-rojo) tienen la actividad fotosintética más alta por fotón, porque los fotones de longitud de onda más corta transportan más energía por fotón. Pero la fotosíntesis máxima por unidad de energía es a una longitud de onda más larga, alrededor de 650 nm (rojo oscuro).

Existe una idea errónea común sobre el efecto de la calidad de la luz en el crecimiento de las plantas, ya que muchos cultivadores afirman que el rendimiento del crecimiento puede mejorarse significativamente cambiando la distribución espectral o, en otras palabras, la proporción de color en la luz incidente [2] . Esta afirmación se basa en la evaluación ampliamente aceptada del efecto de la calidad de la luz en la fotosíntesis, obtenida a partir de la curva de flujo de fotones de la planta o curva YPF, según la cual los fotones naranjas y rojos con una longitud de onda de 600-630 nm dan un 20-30% más fotosíntesis que los fotones azul y cian con una longitud de onda de 400-540 nm [3] . Cabe recordar que la curva YPF se construyó a partir de mediciones cortas de la fotosíntesis en una hoja con poca luz. Algunos estudios a más largo plazo que utilizan plantas enteras bajo mucha luz indican que la calidad de la luz parece tener un efecto mucho menor en el crecimiento de la planta que la cantidad de luz [4] .

En el caso de combinar el entorno de luz de una persona y una planta, es preferible la luz que proporciona no solo las necesidades de la planta, sino también el confort visual de una persona, es decir, luz blanca de alta reproducción cromática. En términos de eficiencia en µmol/J, la luz blanca LED no es inferior a las lámparas HPS de 600–1000 W utilizadas en invernaderos industriales, y es ligeramente inferior a las fuentes LED de banda estrecha [5] [6] [7] . Existe una forma simplificada de evaluar el PAR para luz LED blanca: un flujo luminoso de 1000 lm corresponde al flujo de fotones fotosintéticos PPF=15 µmol/s, y una iluminación de 1000 lux corresponde a la densidad del flujo de fotones fotosintéticos PPFD= 15 µmol/s/m2 [ 8 ] [9] .

Notas

↑ Precisión de los sensores cuánticos que miden el flujo de fotones de producción y el flujo de fotones fotosintéticos. - PubMed - NCBI . Consultado el 3 de octubre de 2017. Archivado desde el original el 27 de mayo de 2017. (indefinido)
↑ Nelson, Jacob A.; Bugbee, Bruce. Análisis económico de la iluminación de invernaderos: diodos emisores de luz vs. Dispositivos de descarga de alta intensidad (inglés) // PLOS One : diario. - 2014. - 6 junio ( vol. 9 , n. 6 ). — P.e99010 . - doi : 10.1371/journal.pone.0099010 . — PMID 24905835 .
↑ McCree, KJ El espectro de acción, la absorción y el rendimiento cuántico de la fotosíntesis en plantas de cultivo // Meteorología agrícola: revista. - 1971. - 1 de enero ( vol. 9 ). - pág. 191-216 . - doi : 10.1016/0002-1571(71)90022-7 . Archivado desde el original el 18 de abril de 2018.
↑ Cope, Kevin R.; Snowden, M. Chase; Bugbee, Bruce. Interacciones fotobiológicas de la luz azul y el flujo de fotones fotosintéticos: efectos de fuentes de luz monocromáticas y de amplio espectro // Fotoquímica y fotobiología : diario. - 2014. - 1 de mayo ( vol. 90 , núm. 3 ). - pág. 574-584 . — ISSN 1751-1097 . -doi : 10.1111/ php.12233 . Archivado desde el original el 21 de febrero de 2016.
↑ Antón Sharakshane. Entorno completo de luz de alta calidad para humanos y plantas // Ciencias de la vida en la investigación espacial. - T. 15 . - S. 18-22 . -doi : 10.1016/ j.lssr.2017.07.001 . Archivado desde el original el 17 de junio de 2018.
↑ Antón Sharakshane. Iluminación LED Blanca para Plantas // bioRxiv . — 2017-11-07. — Pág. 215095 . -doi : 10.1101/ 215095 . Archivado desde el original el 2 de junio de 2018.
↑ Iluminación de plantas con LED blancos (ruso) . Archivado desde el original el 29 de enero de 2018. Consultado el 3 de abril de 2018.
↑ Antón Sharakshane. Una estimación sencilla del PFDD para una planta iluminada con LED blancos: 1000 lx = 15 μmol/s/m2 // bioRxiv . — 2018-03-30. — Pág. 289280 . -doi : 10.1101/ 289280 . Archivado desde el original el 12 de octubre de 2018.
↑ Calcular la PPFD al iluminar una planta con LED blancos es simple: 1000 lux = 15 µmol/s/m2 (ruso) . Consultado el 3 de abril de 2018.

Literatura

Puertas, David M. (1980). Ecología biofísica , Springer-Verlag, Nueva York, 611 p.
McCree, Keith J. (1972a). "El espectro de acción, absorción y rendimiento cuántico de la fotosíntesis en plantas de cultivo". Meteorología Agrícola y Forestal 9:191-216.
McCree, Keith J. (1972b). "Prueba de las definiciones actuales de radiación fotosintéticamente activa contra datos de fotosíntesis de hojas". Meteorología Agrícola y Forestal 10:443-453.
McCree, Keith J. (1981). "Radiación fotosintéticamente activa". En: Enciclopedia de fisiología vegetal, vol. 12A . Springer-Verlag, Berlín, págs. 41–55.

Enlaces externos

diccionarios y enciclopedias	gran noruego