科学是什么？科学是“大自然与心智的对话”。通过短期的学习，人们可以掌握知识，但领会科学的意蕴不仅需要时间的积淀，更需要智能的开启。

对科学充满无穷好奇心的星儿是个勤学好问的男生，对很多自然现象都会追根问底。他这天跟着爸爸妈妈到爷爷家串门，一进门就见爷爷在浇花，星儿走过去东看看，西看看，都不知道那些盆栽叫什么名字。爷爷见他过来，便笑笑说：“秋赏菊，冬扶梅，春种海棠，夏养牵牛，不过最有趣的莫过于每天醒来看到那嫩绿的芽，那种勃勃的生机，让我感觉自己都年轻了好多。”星儿听了爷爷的话，摸摸头，问道：“爷爷，种子埋在土里会发芽，什么时候会发芽你是怎么知道的？”

爷爷一下子被问住了，不知道该怎么回答。这时，帮助星儿探索科学奥秘的光子精灵出现了，他看看星儿说：“这个问题，我来告诉你。其实植物的芽在秋天就形成了，随着季节的推移，环境温度越来越低，不适宜芽种生长，所以芽到秋冬季节就休眠了。来年春回大地，休眠芽中的叶原基开始生长，打破休眠活动、促进萌发生长必需的酶开始合成，进而促进生长所需的蛋白质的合成，芽种就开始生长了。”

“影响植物发芽的另一重要因素就是日照时长。春天来了，日照时间变长，植物有更长久的时间进行光合作用。春天的温度和光照能够满足大多数植物的开花要求，以及后续果实的成熟时间。”

“事实上，每种植物的生长开花都有自己特定的温度和光照要求，而果实的品质与光照有直接关系。光的光强、光质、光照时长对生物有着深刻的作用。”

“在光子的世界中，光子的身份是由频率决定的，所以光子的种类很多，地球上的生物与各种光子有自己独特的相处方式。尽管生物生活在相同的日光下，但不同光质对生物的意义是不同的，生物对光质也产生了选择性适应。”

星儿：“那么不同的光子怎么影响生物的生命活动呢？”

光子精灵说：“以我们常见的红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色光举例来说，红、橙光是被叶绿素吸收最多的成分，其次是蓝、紫光，而绿光几乎不被吸收，因此绿光又被称为生理无效光。”

星儿：“哦，也就是说只有一部分光子可以参与光合作用，而绿色的光子常常被拒之门外？”

“不错，是这样的。这是植物对不同光子的适应作用，例如，长波光可以促进植物的延长生长：红光可通过抑制光合产物从叶中输出来增加叶片的淀粉积累，促进菜豆叶片伸展；短波光则会抑制茎节的伸长；蓝光调控叶绿素的形成、气孔开启，以及光合节律等生理过程，而且蓝紫光、紫外线有利于花青素的形成；对碳的利用而言，蓝光促进新合成的有机物中蛋白质的积累，而红光促进碳水化合物的增加。”

“ 森林中树木重峦叠嶂，阳光不容易穿透，大部分能量被树冠层截留，为了争取到面积最大的阳光，树冠长成像伞一样的形状，这样植物自身光合作用就越大，制造的养料也越多。而且，由于紫外线抑制了植物茎的生长，所以很多高山植物都有像莲座状的叶丛。由于日光被树冠截留，到达最下部树木层的日光不仅强度大大减弱，能被植物利用的红光和蓝光也所剩不多，所以生活在那里的植物一般都很矮小和稀少。”星儿：“原来是为森林底部植物服务的光子数目大大减少了，怪不得大森林中树木都那么高，树木底部却没有小树苗，只有一些杂草和苔藓植物。那为什么在热带雨林中有很多藤蔓植物呢？”

光子精灵：“热带雨林中植被丰富，生长于此的乔木一般高达30 米，而盘旋于其中的木质藤本植物，有的茎长可达300 米，茎粗在20 厘米以上。这些树藤穿行于高层树木之间，利用树缝间隙吸收阳光，进行光合作用，所以藤蔓植物在热带雨林中生长得十分发达。这种情况下，光子仍旧鲜少到达底部。仔细观察的话，热带雨林的下部真正灌木较少，只有大量附生的蕨类，多是耐阴湿生类型的腐生或寄生植物。”

星儿：“我经常听天气预报，里面有一项是紫外线指数，说明当日紫外线的强弱，那么紫外线光子对生物有什么特殊的影响吗？”

光子精灵：“紫外线的波长、强度和照射时间都会对细胞生命产生十分复杂的影响。用适量的紫外线照射，对植物生长发育有良好的作用，用紫外线照射种子，可以提高玉米、春小麦、羽扇豆等种子的发芽势和植株产量，还能促进小麦、亚麻、烟草等作物的营养生长，使其分枝增加、叶面积增大、籽粒干重增加，提高整体产量。适量的紫外线还能使黄瓜提早成熟，防止樱桃、番茄腐烂等。此外，紫外线还能引起植物的向光性运动，促进叶绿素、维生素、胡萝卜素、花青素的合成等。”

“然而高强度的紫外线照射可使细胞核变形膨大，而线粒体和质体会先膨大而后液泡化，体积缩小，原生质流动减慢甚至停止、凝固，这样光合作用的进行被抑制，核酸和蛋白质合成也受阻碍，致使植物生长发育受到破坏。”

星儿：“原来紫外线光子也是必不可少的呀，只是不能要的太多，过量就有危害了。就像美味的奶油蛋糕，吃多了会对身体有害。”

光子精灵说：“对呀，凡事过犹不及，恰当就最好了。”

光子小札

光质即指光谱成分。所谓光质不同，就是指光线所含的光谱成分不同。光质变化的一般规律是：短波光随纬度的增加而减少，随海拔的升高而增加；冬季长波光增多，夏季短波光增多；一天之内中午短波光较多，早晚长波光较多。

本文由王芳摘编自陈长水著《光子精灵漫游记》。

本书作者从自然界的光学现象入手，选取了一些在日常生活中常见的与植物和动物相关的现象来进行科学的解释叙述，接着进行物理光学的基本原理介绍，最后重点介绍激光光学及其多种应用。全书力图用生动活泼的语言和循循善诱的表达来引导读者的兴趣，遵循格物致知的原则，还设计了一些有问有答的会话场景，来让读者思考与探究。作者想告诉读者的，不仅是科学的神奇，更希望他们能体验到这神奇，从而领会科学的奥秘。

本书通过塑造光子精灵这个形象，在各种活泼的生活场景中与伙伴们的交流，带领他们发现身边的光学现象并解释和探索其中蕴含的物理本质，避免了以往科普书中介绍光学知识的生硬难懂的语言形式，适合所有对科学有兴趣的读者阅读，同时也是刚接触光学知识的学生的重要参考读物，有助于培养其对现代科学的兴趣和好奇心。

陈长水：华南师范大学教授、博导，光子纳米生物技术研究中心主任。本科毕业于天津大学，并获得中国科学院硕士、博士学位，中南大学博士后。瑞士苏黎世联邦理工大学访问教授，中国光学学会环境光学分会常委与激光加工专委会委员，中国宇航学会光电技术专委会常委，中国仪器仪表协会环境与安全检测仪器分会理事，广东省神经科学学会生物物理分会副主任。主持和完成科研项目多项，发表学术论文近百篇，申请发明专利多项。主要研究方向：纳米光电子技术、激光光学、激光生物学等。

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