Işık ve Bitkiler (Makale)

Bir ampulün bitkilerin büyümesinde etkili olması için, mümkün olan en fazla elektrik enerjisinin PAR'a dönüştürülmesi gerekir.

Ortalama etkinlik tayfı, farklı bitki türlerinin büyük bir kısmına bağlıdır.

Fotosentez, ışık enerjisinin yapraklardaki klorofil ve karotenoid tarafından emildiği fotokimyasal bir işlemdir. Bu enerji yaprağın saldığı karbon dioksit gazından (CO₂) şeker üretmek için kullanılır. Bu işlem aşağıdaki şekilde gösterilebilir:

6 CO₂ + 6 H₂O + ışık enerjisi -> C₆H₁₂O₆ + 6 O₂
karbon dioksit + su+ ışık enerjisi şeker ortaya çıkarır + oksijen

Işık kaynağı, enerji parçacıklarını yayan bir kaynak olarak düşünülebilir. Bu parçacıklara ışık kuantumu veya foton denir. Fotonun enerji içeriği dalga boyuyla ilgilidir. 400 ile 700 nanometre(nm) arasında her dakikada gönderilen fotonların toplam sayısına µmol s^-1 ile ölçülen bir nicelik olan PPF (Fotosentetik Foton Akımı) denir. PPF lümene benzetilebilir, ancak bitkilerin duyarlılık tepkisine bağlıdır. 400 nm fotonun (mavi) enerji içeriği, 700 nm fotonunkinden (kırmızı) 1,75 sefer daha yüksektir; ancak her iki fotonun da fotosentetik işleme etkisi eşittir. Mavi fotonun enerji fazlalığı büyük ölçüde ısıya dönüşür.

Fotosentezin oranı, bu fotonların toplam enerji içeriği tarafından değil de bitki tarafından emilen 400 ila 700 nm arasındaki fotonların sayısı ile belirlenir. Bu nedenle, PPFD (Fotosentetik Foton Akımı Yoğunluğu) olarak tanımlanan belirli bir yüzeye düşen 400 ile 700 nm arasında her dakikada fotonların sayısı sadece yaklaşık bir niceliktir. Bu nicelik fotosentetik işlem için kullanılması gereken ışık miktarıdır. PPFD lükse (lümen m^-2) benzetilebilir, ancak bitkilerin duyarlılık tepkisine bağlıdır.
PPFD kuantum sensoru kullanılarak ölçülür ve m²'de dakikada (µmol m^-2 s^-1) fotonların µmol ile ifade edilir. PAR (Fotosentetik Aktif Radyasyon) söz konusu olduğunda, 400 ve 700 nm arasındaki (W m^-2de) ışığın içeriğinden bahsedilir.

birimi PPF = 400 ila 700 nm arasında her dakikada gönderilen fotonların toplam sayısı; µmol s^-1
birimi PPFD = bir birim alanındaki 400 ila 700 nm arasında bir dakikadaki fotonların sayısı; µmol m^-2 s^-1
birimi PAR = her birim alanındaki 400 ila 700 nm arasında her dakikadaki enerji içeriği; W m^-2

Bitkinin ışık tayfı duyarlılığı

PAR aralığında bile, her bitki dalga boylarına karşı aynı duyarlılığa sahip değildir. Diğer şeylerin yanı sıra, buna klorofilin en çok bulunduğu yer olan yapraklardaki tüm pigmentlerin özel emilimleri neden olur. Nispeten güçlü bir yansıma ve iletim sonucunda, yaprak tarafından en az yeşil ışık etkili olarak kullanılır. Yaprağın insan gözü tarafından yeşil olarak algılanmasının nedeni budur.

Bitkinin büyümesinde çeşitli dalga boylarının radyasyon etkisi bitki duyarlılık eğrisi ile gösterilebilir. Fotosentez büyüme için en önemli süreç olduğu için çeşitli dalga boylarında fotosentez oranının nasıl belirleneceğini tanımlamak için bir etkinlik tayfı kullanabiliriz. Bu fotosentetik etkinlik tayfı her dalga boyu tarafından emilen fotonların sayısına (ışık kuantumu) bağlıdır. Böyle bir etkinlik tayfına ayrıca 'ışık tayfı kuantum etkisi' de denir.

Araştırmalara göre (McCree 1972) farklı bitki türlerinin ortalama sapması %5'ten fazla değildir. Ayrıca bu araştırma, kuantum etkisinin en fazla turuncu-kırmızı bölgesinde olduğunu gösterir; örneğin turuncu-kırmızı ışık en etkili fotosentezi sağlar. Bu, bitkilerin bu renkte ışık kullanıldığı takdirde büyümediği anlamına gelmez. Düzgün bir şekilde gelişmeleri için bitkilerin dengeli bir ışık tayfı alması oldukça önemlidir. Bitkilerin sağlıklı gelişmesi için mavi ışığın oranı özellikle önemlidir. Az miktarda mavi ışık alması uzamaya (aşırı kök büyümesi) ve bazen sarılaşan yapraklara neden olur. Ayrıca bitkinin gelişmesi için kırmızı/açık kırmızı oranı da önemlidir. Açık kırmızı oranının düşük olması kökün büyümesini engeller. Bu duyarlılık tepkileri bitki türlerine göre değişir.

Kaynak: Philips Electronics N.V. Uygulamalar Bölümü

İlyas Bey,

Tablonun ordinatında sırasıyla

1

,8

,6

,4

,2

0

Şeklindedir. Yine dikey biçimde Relative Quantum Efficiency yazmaktadır. Yani relatif quantum etkisi 0-1 arasındadır. Bu göreceli etki türler arasında genetik faktörlerin farklı (klorofil yapısı, yaprak kalınlığı vs) olmasından kaynaklıdır.

Mavi ışık hususunda sanıyorum bir kavram kargaşası var.

Fotosentez için en uygun ışık olarak 550-700 nanometre dalga boyları arasındaki turuncu-kırmızı ışık en idealidir. Zaten bu noktadan sonra KIRMIZI DÜŞME adı verilen ve fotosentez hızının aniden düştüğü olay gerçekleşir. Bu tüm klorofilli canlılarda (fotosentez yapan alglerde de dahil) aynıdır.

Mor-mavi ışık ise, kloroplastlarca en iyi şekilde emilen dalga boyunda ışıktır. İyi emilse de yine de en iyi fotosentez hızına turuncu-kırmızı dalga boyunda ulaşılır. Bu dalga boyları turuncu-kırmızı dalga boylarından sonra en fazla fotosentezin gerçekleştiği dalga boylarıdır.

Şimdi, Philips’in pazarlama stratejisine gelmeden evvel:

Bildiğiniz gibi ışık farklı dalga boylarındadır ve farklı hızlarda hareket eder. Dalga boyu düşük olan mor ve mavi ışığın hızı yüksektir ve enerjisi de azdır. Bu nedenle su içerisinde de çok derinlere kadar inebilir. Kırmızı ışığın dalga boyu yüksek, enerjisi fazla ve hızı da yavaştır. Bakınız UFO markası ile bilinen ışıkla ısıtma teknoloji de bu esasla çalışır, yalnızca turuncu-kırmızı ışık üretir. Kırmızı ışık, bu nedenlerle soğurularak su içerisinde fazla ilerleyemez.

Kırmızı ışık su içerisinde 7-7,5 metre sonunda tamamen soğurulmuş olur. Peki 7,5 metreden sonra canlı yaşamıyor mu evet yaşıyor. 25-30 metreden sonra mavi ışıktan başka tüm renkler emilmiş geriye mavi renk kalmış olur. Denizlerin mavi renklerinden biri de budur.

İşte bu nedenle bitkilerin neden ışık tayfındaki başlangıç rengi olan mavi ışığa ilgisi olduğunu biraz daha netleştiriyor. Canlılar en az enerji ile yaşamaya programlanmıştır. -8 metrede yaşayan bir bitki -7 mereye kadar boy uzatmak yerine 375-400 nanometre dalga boyundaki mavi ışığı en iyi şekilde absorbe ederek yaşamını devam ettirebilecek şekilde gelişmiştir. Turuncu-kırmızı ışık yokluğunda en iyi (2. kalite) fotosentezi gerçeleştirir. Mavi ışığın ulaşabildiği yerde de yaşayabilmek için...

Bitkileri eğer mavi ışıktan mahrum bırakırsanız bitki, “mavi ışığın bile ulaşamayağı kadar çok dipte olduğunu ve boy vermesi gerektiği” konusunda uyarılır. Ortamda diğer turuncu-kırmızı ışık olsa dahi mavi ışık yokluğunda eğer biraz daha boy atarsam daha kaliteli ışığa kavuşurum umudu olacaktır. Fotosentez metabolizması ile kök-gövde büyüme metabolizması bağımsız olduğu için boy verme olabilecektir.

Eğer akvaryumuzun boyu 7,5 metreden fazla değilse Philp’in saquarelle tipi ışık kaynağı kullanmanız yalnızca gereksiz yere 40-45$ vermenize neden olur. Hatta akvaryum için evinizde bulunan infrared ısıtıcıları hem bitkileriniz için ışık kaynağı hem de akvaryumuz için ısıtıcı olarak kullanabilirsiniz. Konuyla ilgili bir yazı yazmayı düşünüyorum ilerde ama eğer kullanacaksanız akvaryuma çok fazla yaklaştırmayın, suyun sıcaklığına göre mesafeyi kotrollü biçimde ayarlayın, balıkları sıcaktan bunaltıp, buğulama yapmayın :)

Sudaki dalgalanamalara gelince:

• Işık çıkışı, başarılı fotosentez ve klorofil sentezi için gerekli olan doğal ışık dalga boyuna son derece yakındır
• Özellikle mavi bölgedeki yüksek enerji, oksiyen üretimini harekete geçiren, su bitkileri ve balıklar için zenginleşerek büyüyen bir ortam hazırlayan ve iyi renk veren dengeli bir spektrum sağlar
• Aquarelle dış ışığının biyolojik özelliklerini azaltmadan farklı görsel etkiler yaratmak için Philips TL-D/80 New Generation ya da TL-D/90 de Luxe renkleri birleştirilebilir

İlyas Bey,

Bu mavi-kırmızı ışık renk tartışmasında şöyle bir soru sorsam acaba konuya uygun olur mu?:

Bu mavi-kırmızı ışık renk tartışmasında şöyle bir soru sorsam acaba konuya uygun olur mu?:

Aslında hepimizin en başta aklına gelen bir fikir bu, ben ilk başlarda uv ışık koyarak mavi ışığın bitkleri büyütmesini istemiş bu sırada balıklarımı ve kendimi kanser tehlikesine sokmuştum.