非洲鳳仙花果實
第六章 光的兩個角色：能量與訊息
The Dual Role of Sunlight: Energy and Information
講課大綱 （Lecture Outline）
一、 光的物理性質
光是一種電磁能具有連續波及釋放粒子的特性。
波長 (λ)：兩個波峯的距離。
頻率 (ν)：一秒鐘通過空間中一個定點的波峯數。
頻率與波長呈反比。
光具有粒子的特性稱為光子 (photons) ，一個光子所帶的能量稱為光量子或量子 (quantum) 。
光能 (Eq)=hc/λ=hν
Gothaus-Draper principle：光要被吸收後才能進行光化學反應
(photochemical process) 。
Einstein-Stark Law：一個光子只能激發一個電子。
色素是光接受器，色素分子吸收光能非常快速約10-15 s 。在這短暫期間內，光子可將其吸收的能量，轉移到色素分子的一個電子上。此電子接受能量會由基態轉變成激態電子處於激態下是不穩定，且短暫存在
(10-9 s)。激態電子會以不同形式(1.熱發散、2.以螢光、3.以感應共振或非輻射傳遞、4.以磷光或非輻射衰變)釋放能量，再回到基態。
描述光的參數：光量、光質、時間。
光合作用有效輻射 (PAR: photosynthetically
active radiation) (mol/m2/s）:波長介於 400 nm 到 700 nm 的光。
二、 自然輻射環境
來自太陽的輻射只有極少數能到達地球。
(一) 溫室效應 (greenhouse effect)
紅外線被大氣層中的水蒸氣、二氧化碳、甲烷、氟氯碳化合物 (CFCs)
、氧化亞氮及臭氧所吸收後，形成一似熱毛毯效應稱為溫室效應。
(二) 紫外線 (UV; ultraviolet)
UV-C：100-280 nm
UV-B：280-320 nm
UV-A：320-400 nm
產生低空臭氧的主要污染為汽車引擎排放的NO。臭氧會氧化生物體內的多元不飽和脂質和一些含硫基胺基酸，使生物體組織受損而死亡。
(三) 可見光 (visible light)
晴天正午的通量約為2000 μmol/m2/s 日出前與黃昏通量約為10 μmol/m2/s或更低。
正常的日光 (daylight) 含有直射的太陽光 (sunlight)
及擴散的天光 (skylight)。
三、 光接受器
光接受器 (者)
：為一種色素分子，能將光所含的能量及訊息轉變成植物能利用的形式。
(一) 葉綠素 (chlorophylls)
葉綠素為光合作用中主要光接受器，分子結構主要有兩部分包括頭部的紫質
(porphyrin) 尾部的葉綠醇(phytol)。
紫質是由四個含氮的吡咯 (pyrrole)
環所構成的環狀構造。在四個吡咯環中心為鎂離子。
葉綠醇是由一條以異戊二烯 (isoprene) 為單位的碳氫鏈。
葉綠素有四種分別稱為葉綠素 a、葉綠素 b、葉綠素 c、葉綠素 d。
黑暗中生長的幼苗會累積大量的原葉綠素a
(protochlorophyll a) ，原葉綠素a 經光照後會轉變成葉綠素。
(二) 藻色 (膽) 素 (phycobilins)
植物含有四種藻膽素 (色素蛋白) 分別為藻紅素、藻藍素、異藻藍素、光敏素。
藻膽素為一種色素蛋白 (chromoprotein)
，分子結構包括兩部分發色團及脫輔基蛋白。
(三) 類胡蘿蔔素 (carotenoids)
類胡蘿蔔素是由一群橙色與黃色色素所組成，由異戊二烯
(isoprene) 路徑所合成含有40個碳的類萜(terpenoids) 。包括胡蘿蔔素及葉黃素兩類。
類胡蘿蔔素功能：
1.協助葉綠素吸收藍光，並將光能傳給葉綠素。
2.保護葉綠素。
(四) 隱色素 (cryptochrome)
隱色素一種吸收藍光與UV-A的光接受器，目前尚未確認其分子結構。可能為胡蘿蔔素及黃素
(flavin) 其中之一或兩者均是。
(五) 紫外線B接受器 (UV-B receptors)
植物體具有一個或多個UV-B (280-320 nm)的接受器調控發育。
(六) 類黃酮 (flavonoids)
類黃酮為苯丙烷
(phenylpropane)的衍生物，其骨架為C6-C3-C6 。類黃酮為普遍存在植物體中的一種多酚類物質。
花青素 (anthocyanidin)
再與其他醣類鍵結稱花青素苷(anthocyanin) ，花青素苷主要吸收高峯位於UV及綠光區。
花青素苷為水溶性，大部分存在於液胞中。
花青素苷的顏色受pH的影響。
可見光、紫外線、養分逆境 (缺磷) 及低溫均會刺激花青素苷的合成。
類黃酮的功能：
1. 類黃酮均吸收紫外線B ，葉片中的類黃酮具有保護 葉肉組織的功能。
2. 花器官中的類黃酮具吸引或指引昆蟲的功能。
3. 山茶酚 (山奈酚; kaempferol) 和槲皮素 (quercetin) ，兩種類黃酮 參與豌豆幼苗莖的生長。
4. 類異黃酮 （isoflavonoid）屬於植物抗菌素 (植物防衛素) ，可抑制致病性的細菌和真菌在植物體內傳播。
(七) 甜菜色素苷 (betacyanins)
甜菜色素苷又稱為β-色素苷，通常不與花青素類共同存在，主要有紅紫色的甜菜鹼 (betalains ;紫甜菜素betacyanins) 及黃色的黃甜菜素 (betaxanthins) 。
授課教師:蔡智賢教授
國立嘉義大學園藝學系