Main Points In Hindi (मुख्य बातें – हिंदी में)
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दूर-लाल फोटॉनों की भूमिका: प्रकाश संश्लेषण में दूर-लाल फोटॉनों (700-750 एनएम) की प्रभावशीलता को पहचानने की आवश्यकता है, जो पारंपरिक प्रकाश संश्लेषक रूप से सक्रिय विकिरण (PAR) की परिभाषा में शामिल होना चाहिए, जिससे प्रकाश संश्लेषण के प्रभाव की बेहतर भविष्यवाणी और मूल्यांकन संभव हो सकेगा।
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इमर्सन एन्हांसमेंट प्रभाव: हाल के अध्ययन बताते हैं कि जब दूर-लाल फोटॉनों को लाल और नीले प्रकाश के साथ मिलाया जाता है, तो प्रकाश संश्लेषण दर में वृद्धि होती है, जिसे इमर्सन एन्हांसमेंट प्रभाव कहा जाता है। यह फ़ोटोसिस्टम I और II के बीच के सहक्रियात्मक अंतःक्रियाओं को उजागर करता है।
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PAR की संशोधित परिभाषा की आवश्यकता: वर्तमान PAR परिभाषा (400-700 एनएम) को विस्तारित PAR (ePAR) (400-750 एनएम) तक बढ़ाने की आवश्यकता है, ताकि यह प्रकाश संश्लेषक गतिविधि को अधिक सटीक रूप से प्रतिबिंबित कर सके। यह बागवानी प्रकाश व्यवस्था के विकास में सुधार लाएगा।
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व्यावहारिक निहितार्थ: FAR से ePAR की ओर परिवर्तन से फोटोल्यूमिनसेंट सामग्रियों (जैसे क्वांटम डॉट्स) के उपयोग में वृद्धि हो सकती है, जो फसल उत्पादन में सुधार करने के लिए मददगार हो सकती हैं।
- बागवानी डिजाइन में नवाचार: ePAR परिभाषा को अपनाने से बागवानी प्रकाश व्यवस्था में अधिक कुशल फिक्स्चर के विकास को बढ़ावा मिलेगा, जो पारंपरिक प्रकाश डिजाइन की सीमाओं को पार कर सकेगा।
Main Points In English(मुख्य बातें – अंग्रेज़ी में)
Here are the main points from the provided text regarding the impact of far-red photons on photosynthesis and horticultural lighting:
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Reevaluation of PAR Definition: Traditional definitions of Photosynthetically Active Radiation (PAR) have been based on wavelengths between 400 to 700 nm. However, recent research shows that far-red photons (700 to 750 nm) should also be included in this definition, as they significantly enhance photosynthesis when combined with visible light photons.
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Historical Context: Historical studies have long recognized the wavelength dependence of photosynthesis, with earlier research noting a decrease in efficiency at wavelengths above 685 nm. The Emerson Enhancement Effect, identified in the mid-20th century, highlighted the cooperative interaction between Photosystem I and Photosystem II that involves far-red photons, though this was largely overlooked for decades.
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Emerging Evidence for Inclusion of Far-Red: Recent advancements in LED technology and studies demonstrate that incorporating far-red photons can enhance the quantum yield and photosynthetic rates in plants. Investigations found that far-red photons can be as effective as traditional PAR photons when they constitute a significant portion of the total photon flow.
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Practical Implications and Challenges of ePAR: While there’s compelling evidence for the inclusion of far-red photons in the expanded PAR definition (ePAR), challenges remain. The Design Lights Consortium has not adopted this change, citing concerns over the non-linear responses of photosynthesis to increased light intensity and the implications for lighting design.
- Future Directions in Horticultural Lighting: Incorporating far-red photons into the ePAR definition could lead to the development of more efficient horticultural lighting systems. Additionally, the use of photoluminescent materials to downshift light into the far-red spectrum could further enhance photosynthetic efficiency in crops, showing a potential path for innovation in plant growth technologies.
These points summarize the key arguments regarding the role of far-red photons in photosynthesis and the implications for horticultural lighting practices.
Complete News In Hindi(पूरी खबर – हिंदी में)
प्रकाश संश्लेषण को चलाने में दूर-लाल फोटॉनों की प्रभावशीलता का मतलब है कि इन फोटॉनों का उपयोग करने वाली प्रौद्योगिकियों, जैसे कि डाउनशिफ्टिंग ल्यूमिनसेंट सामग्री और फिक्स्चर जिसमें दूर-लाल शामिल हैं, को पौधे के विकास स्पेक्ट्रम प्रदाताओं के रूप में उनकी प्रभावशीलता के लिए पुनर्मूल्यांकन किया जाना चाहिए।
PAR को पुनः परिभाषित करना: प्रकाश संश्लेषण और बागवानी प्रकाश व्यवस्था पर सुदूर-लाल फोटॉन का प्रभाव
PAR को पुनः परिभाषित करना: प्रकाश संश्लेषण और बागवानी प्रकाश व्यवस्था पर सुदूर-लाल फोटॉन का प्रभाव
डॉ. डेमन हेबर्ट, कृषि अनुसंधान निदेशक | यूबीग्रो
परंपरागत रूप से, प्रकाश संश्लेषक रूप से सक्रिय विकिरण (पीएआर) को 400 से 700 एनएम तक प्रकाश तरंग दैर्ध्य की सीमा के रूप में परिभाषित किया गया है, जो अकेले लागू होने पर 700 एनएम से अधिक फोटॉन की न्यूनतम प्रकाश संश्लेषक गतिविधि पर आधारित है (एमर्सन और लुईस, 1943; मैक्री, 1971)। हालाँकि, उभरते शोध से पता चलता है कि दूर-लाल फोटॉन (700 से 750 एनएम) PAR रेंज (दृश्यमान प्रकाश) के भीतर फोटॉन के साथ संयुक्त होने पर प्रकाश संश्लेषण में महत्वपूर्ण रूप से तालमेल बिठाते हैं।
यह तालमेल इंगित करता है कि प्रकाश संश्लेषण की बेहतर भविष्यवाणी करने और प्रभावकारिता का मूल्यांकन करने के लिए दूर-लाल फोटॉन को प्रकाश संश्लेषक फोटॉन की परिभाषा में शामिल किया जाना चाहिए। बागवानी प्रकाश प्रौद्योगिकियाँ. प्रकाश संश्लेषण को चलाने में दूर-लाल फोटॉनों की प्रभावशीलता का मतलब है कि इन फोटॉनों का उपयोग करने वाली प्रौद्योगिकियों, जैसे कि डाउनशिफ्टिंग ल्यूमिनसेंट सामग्री और फिक्स्चर जिसमें दूर-लाल शामिल हैं, को पौधे के विकास स्पेक्ट्रम प्रदाताओं के रूप में उनकी प्रभावशीलता के लिए पुनर्मूल्यांकन किया जाना चाहिए।
ऐतिहासिक पृष्ठभूमि
प्रकाश संश्लेषण की तरंग दैर्ध्य निर्भरता लंबे समय से स्थापित है। प्रारंभिक अध्ययन (हूवर, 1937; इमर्सन और लुईस, 1943) ने 685 एनएम से ऊपर तरंग दैर्ध्य पर प्रकाश संश्लेषक दक्षता में तेजी से गिरावट देखी, एक घटना जिसे “लाल बूंद” (एमर्सन और लुईस, 1943) के रूप में जाना जाता है। बाद में, इमर्सन एट अल। (1957) ने पता लगाया कि जब दूर-लाल फोटॉन को लाल प्रकाश फोटॉन सहित छोटी तरंग दैर्ध्य के साथ जोड़ा गया, तो प्रकाश संश्लेषक दर में काफी वृद्धि हुई, जिससे एमर्सन एन्हांसमेंट प्रभाव की पहचान हुई।
इस प्रभाव ने फोटोसिस्टम I (PSI) और फोटोसिस्टम II (PSII) के बीच सहक्रियात्मक अंतःक्रिया को उजागर किया, लेकिन दशकों तक इसे काफी हद तक नजरअंदाज कर दिया गया।
मैक्री (1972बी) ने दूर-लाल फोटॉन के संभावित प्रकाश संश्लेषक योगदान पर विचार किए बिना, व्यापक-स्पेक्ट्रम बागवानी प्रकाश व्यवस्था का उपयोग करते हुए अध्ययनों के आधार पर PAR को 400-700 एनएम के रूप में परिभाषित किया। उन्होंने निष्कर्ष निकाला कि यह सीमा “प्रकाश संश्लेषक प्रवाह की एक स्वीकार्य परिभाषा” थी, फिर भी सुदूर लाल फोटॉनों को शामिल करने का परीक्षण नहीं किया।
हाल के अध्ययन PAR की परिभाषा को संशोधित करने की आवश्यकता का संकेत देते हैं
एलईडी बागवानी प्रकाश प्रौद्योगिकी में हालिया प्रगति ने शोधकर्ताओं को इमर्सन एन्हांसमेंट प्रभाव पर फिर से विचार करने की अनुमति दी है। जेन और वैन इर्सेल (2017) ने प्रदर्शित किया कि दूर-लाल फोटॉन (735 एनएम शिखर), जो लाल प्रकाश फोटॉन स्पेक्ट्रम के महत्वपूर्ण भाग हैं, को लाल + नीले या सफेद एलईडी में जोड़ने से पीएसआईआई की क्वांटम उपज और पत्ती प्रकाश संश्लेषण दर में वृद्धि हुई है।
इसी तरह, जेन एट अल। (2019) ने यह दिखाने के लिए लेजर डायोड का उपयोग किया कि 732 एनएम तक के दूर-लाल फोटॉन अधिमानतः रोमांचक पीएसआई द्वारा प्रकाश संश्लेषक दक्षता को बढ़ाते हैं, जो PAR की पारंपरिक परिभाषा का विस्तार करने की आवश्यकता पर प्रकाश डालते हैं।
जेन और बगबी (2020ए) द्वारा आगे के अध्ययन में पाया गया कि दूर-लाल फोटॉन प्रकाश संश्लेषण के लिए पारंपरिक PAR फोटॉन के समान प्रभावी थे, जब वे कुल फोटॉन प्रवाह का 30% तक शामिल थे। उन्होंने यह भी देखा कि अकेले दूर-लाल फोटॉन अप्रभावी थे, और उनका लाभ कुल प्रवाह के 30% से अधिक था। एक अनुवर्ती अध्ययन (जेन और बगबी, 2020बी) में, दूर-लाल फोटॉनों को विभिन्न एलईडी उपचारों के तहत समान चंदवा क्वांटम उपज (सीक्यूवाई) बनाए रखने के लिए दिखाया गया था, जो बागवानी प्रकाश व्यवस्था के दायरे में उनके प्रकाश संश्लेषक मूल्य की पुष्टि करता है।
एक्सटेंड PAR (ePAR) परिभाषा को अपनाने में चुनौतियाँ
सम्मोहक साक्ष्य के बावजूद, डिज़ाइन लाइट्स कंसोर्टियम (2021) ने PAR परिभाषा में दूर-लाल फोटॉनों को शामिल नहीं करने का निर्णय लिया। उन्होंने पृष्ठभूमि प्रकाश के स्पेक्ट्रम पर वृद्धि प्रभाव की निर्भरता के बारे में चिंताओं का हवाला दिया और उच्च प्रकाश तीव्रता (जेन और वैन इर्सेल, 2017) पर एक गैर-रेखीय प्रकाश संश्लेषक प्रतिक्रिया का सुझाव देने वाले डेटा की गलत व्याख्या की।
जेन और बगबी (2020ए) शोध, जिसमें दिखाया गया कि अकेले दूर-लाल फोटॉन में न्यूनतम प्रकाश संश्लेषक गतिविधि थी, लेकिन PAR फोटॉन के साथ संयुक्त होने पर प्रकाश संश्लेषण में काफी वृद्धि हुई थी, को केवल योगात्मक के रूप में गलत तरीके से प्रस्तुत किया गया था। इसके अतिरिक्त, दूर-लाल फोटॉन (जेन एट अल।, 2019) की वर्णक्रमीय प्रभावशीलता ने संकेत दिया कि 732 एनएम तक तरंग दैर्ध्य फायदेमंद थे, जबकि 752 एनएम से ऊपर वाले नहीं थे। इसके बावजूद, PAR रेंज के भीतर वर्णक्रमीय प्रतिक्रिया के सटीक ज्ञान ने लाल बत्ती फोटॉनों के साथ बातचीत से प्रभावित होकर, इसके व्यापक रूप से अपनाने में बाधा नहीं डाली है।
व्यावहारिक निहितार्थ और भविष्य की दिशाएँ
PAR परिभाषा में दूर-लाल फोटॉनों को शामिल करना, जिसे विस्तारित PAR (ePAR) कहा जाता है, फोटॉनों की प्रकाश संश्लेषक गतिविधि को अधिक सटीक रूप से प्रतिबिंबित करेगा। हालाँकि, पौधे की आकृति विज्ञान पर दूर-लाल फोटॉन का प्रभाव, जैसे कि तना और पत्ती का बढ़ाव, उनके उपयोग की व्यावहारिक सीमाओं का सुझाव देता है। दूर-लाल फोटॉन आम तौर पर महत्वपूर्ण बढ़ाव का कारण बनते हैं, जिससे अधिकांश फसलों के कुल फोटॉन प्रवाह के 20% से कम तक उनका अनुपात सीमित हो जाता है। इसलिए, एलईडी निर्माताओं को अपने फिक्स्चर में लाल बत्ती फोटॉन अंश सहित सुदूर-लाल फोटॉन के अंश को स्पष्ट रूप से निर्दिष्ट करना चाहिए।
बागवानी स्थिरता प्रभावकारिता की वर्तमान परिभाषा, जो दूर-लाल फोटॉनों को शामिल नहीं करती है, प्रकाश डिजाइन में नवाचार को हतोत्साहित करती है। PAR परिभाषा को ePAR (400-750 एनएम) तक विस्तारित करने से अधिक कुशल फिक्स्चर के विकास को बढ़ावा मिलेगा। जैसा कि अधिक शोध इस विस्तार का समर्थन करते हैं, यह उम्मीद की जाती है कि ePAR वर्तमान PAR परिभाषा को प्रतिस्थापित करेगा, जिससे बागवानी प्रकाश व्यवस्था में प्रगति को बढ़ावा मिलेगा।
फसल वृद्धि के लिए दूर-लाल और डाउनशिफ्टिंग ल्यूमिनसेंट सामग्री
क्वांटम डॉट्स, फॉस्फोरस और रंगों जैसी फोटोल्यूमिनसेंट सामग्री का उपयोग सूर्य के प्रकाश स्पेक्ट्रम के नीले और यूवी भागों को स्पेक्ट्रम के लाल भागों में निष्क्रिय रूप से कम करने के लिए किया जा सकता है। इस निष्क्रिय डाउनशिफ्ट को खाद्य फसलों में प्रकाश उपयोग दक्षता और पैदावार बढ़ाने के लिए दिखाया गया है (हेबर्ट एट अल., 2022) (पैरिश एट अल., 2021)। क्योंकि ल्यूमिनसेंट सामग्रियों का उपयोग करके निष्क्रिय डाउनशिफ्टिंग के परिणामस्वरूप अक्सर एक स्पेक्ट्रम होता है जो 600-650 एनएम रेंज में चरम पर होता है, लंबी तरंग दैर्ध्य किनारा 700 एनएम के दृश्य प्रकाश कटऑफ से कुछ घटना प्रकाश को सुदूर-लाल में धकेल सकता है (चित्र देखें) .
दूर-लाल अंडरस्कोर को शामिल करने के लिए PAR प्रकाश की पुनर्परिभाषा की दिशा में हाल के प्रयास, PAR किनारे से परे प्रकाश की निष्क्रिय डाउनशिफ्टिंग वास्तव में प्रकाश संश्लेषण के लिए उपयोगी हो सकती है, जब तक कि अधिकांश दूर-लाल प्रकाश एक सफेद प्रकाश पृष्ठभूमि के साथ प्रदान किया जाता है। , जो निश्चित रूप से इन बागवानी प्रकाश प्रौद्योगिकियों का मामला है।
निष्कर्ष
निष्कर्ष में, प्रकाश संश्लेषक रूप से सक्रिय विकिरण (पीएआर) की परिभाषा में दूर-लाल फोटॉनों को शामिल करना प्रकाश संश्लेषक दक्षता की अधिक सटीक भविष्यवाणी करने और बागवानी प्रकाश डिजाइन में सुधार करने के लिए एक आवश्यक प्रगति है। ऐतिहासिक और हाल के अध्ययन पारंपरिक PAR तरंग दैर्ध्य के साथ संयुक्त होने पर प्रकाश संश्लेषण को बढ़ाने में सुदूर लाल फोटॉन की महत्वपूर्ण भूमिका को रेखांकित करते हैं। जबकि पौधों की आकृति विज्ञान प्रभाव जैसी व्यावहारिक चुनौतियों पर विचार किया जाना चाहिए, एक विस्तारित PAR (ePAR) परिभाषा (400-750 एनएम) की ओर बदलाव से नवाचार को बढ़ावा मिलेगा और अधिक कुशल बागवानी फिक्स्चर को बढ़ावा मिलेगा।
यह समायोजन फोटोल्यूमिनसेंट सामग्रियों के बढ़ते उपयोग के साथ संरेखित होता है जो प्रकाश को दूर-लाल स्पेक्ट्रम में निष्क्रिय रूप से कम कर देता है, जिससे फसल वृद्धि को अनुकूलित करने की उनकी क्षमता का समर्थन होता है। चूंकि अनुसंधान दूर-लाल फोटॉनों को शामिल करने के लाभों को मान्य करना जारी रखता है, इसलिए यह उम्मीद की जाती है कि उद्योग ePAR परिभाषा को अपनाएगा, जो बागवानी प्रकाश व्यवस्था के क्षेत्र में एक महत्वपूर्ण कदम है।
संदर्भ
- डिज़ाइन लाइट्स कंसोर्टियम। (2021)। [Report on the Definition of PAR].
- इमर्सन, आर., और लुईस, सीएम (1943)। प्रकाश की तीव्रता से प्रकाश संश्लेषण की स्वतंत्रता पर अध्ययन.
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- हिल, आर., और बेंडल, डीएस (1960)। प्रकाश संश्लेषण में दो प्रकाश प्रणालियों का कार्य.
- हेबर्ट, डी., एट अल. (2022)। ल्यूमिनसेंट क्वांटम डॉट फिल्में ग्रीनहाउस बागवानी में प्रकाश उपयोग दक्षता और फसल की गुणवत्ता में सुधार करती हैं।
- हूवर, डब्ल्यूएच (1937)। प्रकाश संश्लेषण और प्रकाश की तीव्रता.
- लियू, एच., और वैन इर्सेल, मेगावाट (2021)। प्रकाश संश्लेषण में लाल और हरे फोटोन की दक्षता.
- मैक्री, केजे (1971)। फसल पौधों में प्रकाश संश्लेषण की क्रिया स्पेक्ट्रम, अवशोषण और क्वांटम उपज.
- मैक्री, केजे (1972बी)। पत्ती प्रकाश संश्लेषण डेटा के विरुद्ध प्रकाश संश्लेषक रूप से सक्रिय विकिरण की वर्तमान परिभाषाओं का परीक्षण.
- मायर्स, जे., और ग्राहम, जेआर (1963)। दूर-लाल प्रकाश की प्रकाश संश्लेषक दक्षता.
- पैरिश, सीएच (2021)। नियंत्रित वातावरण में फसल की पैदावार बढ़ाने के लिए क्वांटम डॉट्स के साथ वर्णक्रमीय गुणवत्ता का अनुकूलन.
- तेराशिमा, आई., एट अल। (2009)। हरी रोशनी तेज सफेद रोशनी में लाल रोशनी की तुलना में पत्ती प्रकाश संश्लेषण को अधिक कुशलता से संचालित करती है.
- जेन, एस., और बगबी, बी. (2020ए)। सुदूर-लाल फोटॉन में पारंपरिक प्रकाश संश्लेषक फोटॉन के बराबर दक्षता होती है.
- जेन, एस., और बगबी, बी. (2020बी)। लेट्यूस कैनोपी में प्रकाश संश्लेषण की क्वांटम उपज पर दूर-लाल रोशनी का प्रभाव.
- जेन, एस., एट अल. (2019)। प्रकाश संश्लेषक दक्षता पर दूर-लाल फोटॉनों का प्रभाव.
- जेन, एस., और वैन इर्सेल, एम. (2017)। प्रकाश संश्लेषण पर दूर-लाल फोटॉनों का सहक्रियात्मक प्रभाव.
इस लेख की सामग्री और राय लेखक की हैं और जरूरी नहीं कि वे एग्रीटेकटुमॉरो के विचारों का प्रतिनिधित्व करते हों
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Complete News In English(पूरी खबर – अंग्रेज़ी में)
The effectiveness of far-red photons in supporting photosynthesis means that technologies using these photons, like down-shifting luminescent materials and fixtures that include far-red light, should be re-evaluated for their effectiveness in promoting plant growth.
Redefining PAR: The Impact of Far-Red Photons on Photosynthesis and Horticultural Lighting
Redefining PAR: The Impact of Far-Red Photons on Photosynthesis and Horticultural Lighting
Dr. Damon Hebert, Director of Agricultural Research | UBigro
Traditionally, photosynthetically active radiation (PAR) has been defined as light wavelengths between 400 and 700 nm, based on the minimum photosynthetic activity of photons exceeding 700 nm (Emerson and Lewis, 1943; Macree, 1971). However, emerging research shows that far-red photons (700 to 750 nm) significantly boost photosynthesis when combined with photons within the PAR range (visible light).
This synergy suggests that far-red photons should be included in the definition of photosynthetic photons for better predictions and evaluations of photosynthesis effectiveness. Horticultural lighting technologies need reevaluation given the effectiveness of far-red photons in driving photosynthesis.
Historical Background
The wavelength dependence of photosynthesis has long been established. Early studies (Hoover, 1937; Emerson and Lewis, 1943) observed a rapid drop in photosynthetic efficiency above 685 nm, an effect known as the “red drop” (Emerson and Lewis, 1943). Later, Emerson et al. (1957) discovered that when far-red photons were added to red light photons, the rate of photosynthesis significantly increased, leading to the identification of the Emerson enhancement effect.
This effect highlighted the cooperative interaction between Photosystem I (PSI) and Photosystem II (PSII), although it was largely overlooked for decades.
Macree (1972b), without considering the potential contributions of far-red photons, defined PAR as 400-700 nm based on studies using broad-spectrum horticultural lighting. He concluded that this range was an acceptable definition of “photosynthetic photon flux,” yet did not test including far-red photons.
Recent Studies Indicate a Need to Revise the Definition of PAR
Advancements in LED horticultural lighting technology have allowed researchers to revisit the Emerson enhancement effect. Jan and Van Iersel (2017) demonstrated that adding far-red photons (peaking at 735 nm), a crucial part of the red light spectrum, to red + blue or white LEDs increased PSII quantum yield and leaf photosynthesis rate.
Similarly, Jan et al. (2019) used laser diodes to show that far-red photons up to 732 nm significantly boost photosynthetic efficiency when excited by PSI, emphasizing the need to extend the traditional PAR definition.
Further studies by Jan and Bugbee (2020a) found that far-red photons were similarly effective as traditional PAR photons when they made up 30% of the total photon flux. They also noted that far-red photons alone were ineffective, benefiting only when included below this threshold. A follow-up study (Jan and Bugbee, 2020b) showed that far-red photons maintained similar canopy quantum yield under various LED treatments, confirming their photosynthetic value in horticultural lighting.
Challenges in Adopting the Extended PAR (ePAR) Definition
Despite compelling evidence, the Design Lights Consortium (2021) decided not to include far-red photons in the PAR definition. They cited concerns about the dependency of enhancement effects on background light spectra and misinterpretation of data suggesting a non-linear photosynthetic response at high light intensities (Jan and Van Iersel, 2017).
Research by Jan and Bugbee (2020a), which showed that far-red photons had minimal photosynthetic activity by themselves but significantly enhanced it when combined with PAR photons, was incorrectly presented as additive only. Additionally, the spectral effectiveness of far-red photons (Jan et al., 2019) indicated benefits up to 732 nm but not above 752 nm. Nonetheless, knowing the spectral response within the PAR range, influenced by interactions with red light photons, hasn’t hindered its broader adoption.
Practical Implications and Future Directions
Inclusion of far-red photons in the PAR definition, termed extended PAR (ePAR), will reflect a more accurate measure of photons’ photosynthetic activity. However, the effects of far-red photons on plant morphology, such as stem and leaf elongation, suggest practical limits on their use. Typically, far-red photons induce significant elongation, limiting their ratio to less than 20% of total photon flux for most crops. Thus, LED manufacturers should clearly specify the proportion of far-red photons alongside red light photons in their fixtures.
The current definition of horticultural efficacy, which excludes far-red photons, discourages innovation in light design. Expanding the PAR definition to ePAR (400-750 nm) will encourage the development of more efficient fixtures. As more research supports this extension, it is expected that ePAR will replace the current PAR definition, promoting advancements in horticultural lighting.
Far-Red Light and Down-Shifting Luminescent Materials for Crop Growth
Photoluminescent materials like quantum dots, phosphors, and dyes can passively down-shift sunlight from the blue and UV parts of the spectrum into the red part. This passive down-shifting has been shown to enhance light use efficiency and yield in food crops (Hebert et al., 2022) (Parrish et al., 2021). Since down-shifting often results in a spectrum peaking in the 600-650 nm range, the long-wavelength edge can push some light into the far-red spectrum (see illustration).
Recent efforts to redefine PAR to include far-red light suggest that passive down-shifting of light beyond the PAR edge could be genuinely beneficial for photosynthesis, as long as most far-red light is provided alongside a white light background, which is consistently the case with these horticultural lighting technologies.
Conclusion
In conclusion, including far-red photons in the definition of photosynthetically active radiation (PAR) represents an important advancement for more accurate predictions of photosynthetic efficiency and improvements in horticultural lighting design. Historical and recent studies underscore the significant role of far-red photons in enhancing photosynthesis when combined with traditional PAR wavelengths. While practical challenges such as plant morphology should be considered, transitioning to an extended PAR (ePAR) definition (400-750 nm) will encourage innovation and promote more efficient horticultural fixtures.
This adjustment aligns with the growing use of photoluminescent materials that down-shift light into the far-red spectrum, supporting their potential to optimize crop growth. As research continues to validate the benefits of including far-red photons, it is expected that the industry will adopt the ePAR definition, marking a significant step in the field of horticultural lighting.
References
- Design Lights Consortium. (2021). [Report on the Definition of PAR].
- Emerson, R., and Lewis, C.M (1943). Studies on the independence of Photosynthesis on Light Intensity.
- Emerson, R., et al. (1957). Emerson Enhancement Effect.
- Hill, R., and Bendall, D.S. (1960). Function of Two Light Systems in Photosynthesis.
- Hebert, D., et al. (2022). Luminescent Quantum Dot Films Improve Light Use Efficiency and Crop Quality in Greenhouse Horticulture.
- Hoover, W.H. (1937). Photosynthesis and Light Intensity.
- Liu, H., and Van Iersel, M.W. (2021). Efficiency of Red and Green Photons in Photosynthesis.
- Macree, K.J. (1971). Photosynthetic Activity Spectrum, Absorption, and Quantum Yield in Crop Plants.
- Macree, K.J. (1972b). Testing Current Definitions of Photosynthetically Active Radiation Against Leaf Photosynthesis Data.
- Meyers, J., and Graham, J.R. (1963). Photosynthetic Efficiency of Far-Red Light.
- Parrish, C.H. (2021). Optimizing Spectral Quality with Quantum Dots for Higher Crop Yields in Controlled Environments.
- Terashima, I., et al. (2009). Green Light Drives Leaf Photosynthesis More Efficiently than Red Light in Bright White Light.
- Jan, S., and Bugbee, B. (2020a). Far-Red Photons Have Equivalent Efficiency to Traditional Photosynthetic Photons.
- Jan, S., and Bugbee, B. (2020b). Impact of Far-Red Light on Photosynthetic Quantum Yield in Lettuce Canopy.
- Jan, S., et al. (2019). Effect of Far-Red Photons on Photosynthetic Efficiency.
- Jan, S., and Van Iersel, M. (2017). Interactive Effects of Far-Red Photons on Photosynthesis.
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