[圖解]光合作用、農作物色香味與產量的關鍵    俗話說「工欲善其事,必先利其器」,農民辛勤地耕耘,希望農作物順利成長,歲末能來個大豐收,當然得先充實自己,因為知識就是力量。過去,老祖宗累積給我們的寶貴農耕經驗,讓農民能夠養活眾多的人口,但老祖宗不會想到未來的世界中會發生天候異常這種情況,自然沒有應付天候異常的經驗能傳承給我們。所以,靠天吃飯的我們已經無法單靠傳統的方式應付大自然帶來的變化與衝擊,利用老祖宗的智慧與現代科技,提升自己的水準,才是現代農民足以勝出的關鍵。所以今天這篇文章要用簡單的圖來向大家解說下列幾個題目:1。光合作用的機制與目的、2。現代農作物光合作用遭遇的問題成因、以及提出3。解決前述問題的幾個可嘗試的方法。

1。

光合作用的機制:

植物細胞的葉綠體是光合作用發生的地方,而光合作用又可分為兩部分。

a。光反應:需要光線做為能量來源,並將根部吸收的水份分解後,產生氧氣及生物可利用形式的化學能(稱為ATP)。

b。暗反應:不需要光線直接參與,但需要利用光反應產生的能量來固定大氣中的二氧化碳,並產生多種具有活性的有機酸,供其他生化合成路徑利用。

下圖(可另開分頁看放大圖)說明了植物如何將光線的能量存放於有機酸中,並進入其它生化合成路徑利用的示意圖。

光合作用

 

 

光合作用的目的:

簡單來說,光合作用的最終目的就是固定二氧化碳並合成多種活性有機酸物質,提供植物合成其它養分的基礎原料來源。

活性有機酸酵素

上圖(可另開分頁看放大圖)是簡單的卡通示意圖,可以看到光合作用產生的活性有機酸酵素,能夠和硝酸鹽再次合成胺基酸(蛋白質)、與鎂元素合成葉綠素、或組成其他醣類(甜)、酯類(香)、醇類或精油(忌避)等物質,提供植物本身生長所需的養分。而人類則可以用吃的方式,把這些營養與能量通通吃到肚子裡去,或者從植物中提煉出我們所需要物質,做為藥材或生物製劑使用。所以,光合作用所產生的多種活性有機酸,是很重要的關鍵物質。 

 

2。現代農作物光合作用遭遇的問題成因

「現在的水果已經吃不到小時候的水果風味了」,相信很多消費者一定有過這種感覺,總覺得市場上買回來的水果雖然外表光鮮亮麗,但嚐起來總是少了一份昔日的滋味,為什麼?這個問題牽涉到兩個面向,一個是化肥的使用,另一個是環境的光亮與溫度對農作物光合作用效率的影響。再來,請大家先牢記一個概念,無論是動物還是植物,生物體內的養分平衡一定會有調控機制。例如當某一種營養物質濃度過高,自然會有相對應的機制來抑制該營養物質的生合成與吸收,以便維持體內的恆定性。

在化學肥料尚未問世,或是買不起肥料的時代,農民耕作是依靠有機質含量高的堆肥或與豆科作物輪作的方式來培養土地肥力,所以農田土壤的有機質含量高,也因此土壤中的微生物相大多是以分解有機質維生的有益菌種為主。而土壤中的有機質被微生物分解後形成的有機酸,亦可做為農作物另一種有機酸酵素的來源。但因為土壤中的氮磷鉀肥及各種元素不足常導致農作物生長停滯,所以農作物為了達到體內營養鹽的恆定,只能將光合作用產生或根部吸收的多餘有機酸酵素轉化為糖份、色素或各種碳水化合物等細胞內容物儲存於枝條或根部,作為維持本身新陳代謝所需之養分,或者轉向生殖生長,將養份存放於果實中,藉由色、香、味俱全的果實吸引動物,種子藉著動物的排泄物排出,向外拓展族群。因此,此時期生產的蔬菜水果極具營養風味,但因受肥料不足限制,產量較少。

直到化學肥料投入生產後,農作物生長受到氮磷鉀不足的限制解除,而土壤中豐富的有機質(有機酸)和源源不絕的化學肥料相輔相成,將農作物的品質與產量推上另一個高峰,而嚐到甜頭的農民,認為這是肥料的功勞,就更拼命施用化肥來衝刺產量,來獲取最大的收益。但是時間久了,土壤的有機質總有一天會消耗殆盡,而且光合作用生產的有機酸產量趕不上肥料的吸收量,這時候農作物體內剩下的就是用不完的肥料(氮素會以硝態氮(硝酸根/亞硝酸根離子)存放於液胞中,等待重新進入葉綠體後,消耗能量並還原為銨態氮,方可進入胺基酸合成路徑)與土壤中無法移動的肥料(主要是磷酸鹽類及金屬離子,造成鹽基障礙或土壤板結)。農作物產生或吸收多餘的有機酸能夠轉換為醣類、澱粉等碳水化合物儲存,但吸收過多的氮肥則累積在細胞內,等待光合作用生產足夠的能量來消化。所以,農作物光合作用遭遇的其中一個問題是肥料的過度使用,造成農作物體內的碳氮失衡,影響到光合作用能量分配。

前面從養分的供應面來說明,接下來說明的是環境因素的影響,一個是環境光照量,另一個是環境溫度。

環境光照量會影響光合作用的「產能」。舉例來說,現在很常見的設施栽培,明明環境的養分及土壤有機質已經控制得很精準、很微量了,但農作物就是會徒長,或者被驗出硝酸鹽殘留過多。這個現象的主要原因是設施內光量不足,導致光合作用產生的能量不足,不但無法應付農作物體內的氮素代謝所需,農作物自然會表現出徒長及亞硝酸鹽殘留的現象。而光亮不足的情況下,連帶有機酸酵素的合成也受影響。同樣地,露天栽培的蔬果如果遇到連日陰雨,也一樣會出現類似的情況。

再來是環境溫度,溫度會影響農作物的光合作用「產物累積」效率,也就是農作物本身能量代謝平衡的結果。溫度越高,農作物本身的新陳代謝越快,對能量的消耗也越大,而能量消耗的來源就是經由光合作用產生的活性有機酸轉化而成的葡萄糖。最簡單易懂的例子就是台灣平地夏天蔬菜很難種得起來,只能等冬天來到或者種菜山上,關鍵原因就在於平地夜溫高,而白天光合作用固定下來的能量,到了晚上就被農作物旺盛的呼吸作用給消耗殆盡,能量無法累積,農作物自然就長不大或者死亡。而近年來天候異常,均溫不斷上升,勢必對農業的生產造成更大的衝擊。

所以,要解決現代農作物遇到的問題,關鍵在於如何調整農作物體內的碳氮平衡與提升光合作用的有機酸酵素(碳水化合物)累積

 

3。解決碳水化合物的幾種可行補充方式。

自然界中碳水化合物的補充最直接來源就是土壤有機質分解產生的有機酸,但生產的速度較緩慢,容易缺乏。

最便宜,但也最不推薦的就是施用有機酸水溶液,常見的有醋酸、竹醋、檸檬酸等。不推薦的原因是使用濃度及用量不易掌握,且容易對農作物的品質造成非預期的影響。舉例來說,施用過量醋酸容易使作物的纖維增多,使烹飪時間延長又煮不爛,口感也較不好。因此,這一類產品使用上的拿捏需要謹慎注意。

最後一種,就是使用高碳為原料的發酵酵素,或者發酵有機酸。目前很流行的環保酵素(或稱垃圾酵素)或者是我們農好事生產的「光合發」,就是這類的高碳酵素液肥。

 

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