Светлината е основният екологичен фактор за растежа и развитието на растенията. Той е не само основният източник на енергия за фотосинтезата, но и важен регулатор на растежа и развитието на растенията. Растежът и развитието на растенията не са ограничени само от количеството или интензитета на светлината (плътност на фотонния поток, плътност на фотонния поток, PFD), но и от качеството на светлината, т.е. различните дължини на вълните на светлината и радиацията и техните различни съотношения на състава.
Слънчевият спектър може грубо да се раздели на ултравиолетово лъчение (ултравиолетово, UV<400nm, including="" uv-a320~400nm;="" uv-b280~320nm;=""><280nm, 100~280nm),="" visible="" light="" or="" photosynthetically="" active="" radiation="" (par,="" 400~700nm,="" including="" blue="" light="" 400~500nm;="" green="" light="" 500~600nm;="" red="" light="" 600~700nm)="" and="" infrared="" radiation="" (700~800nm).="" due="" to="" the="" absorption="" of="" ozone="" in="" the="" stratosphere="" (the="" stratosphere),="" uv-c="" and="" most="" of="" the="" uv-b="" do="" not="" reach="" the="" earth's="" surface.="" the="" intensity="" of="" uv-b="" radiation="" reaching="" the="" ground="" changes="" due="" to="" geographic="" (altitude="" and="" latitude),="" time="" (day="" time,="" seasonal="" variation),="" meteorological="" (cloud="" presence,="" thickness,="" etc.)="" and="" other="" environmental="" factors="" such="" as="" air="">
Растенията могат да открият фини промени в качеството на светлината, интензитета на светлината, дължината на светлината и посоката в средата на растеж и да инициират физиологичните и морфологични промени, необходими за оцеляване в тази среда. Синята светлина, червената светлина и далечната червена светлина играят ключова роля в контролирането на фотоморфогенезата на растенията. Фоторецепторите (фитохром, Phy), криптохром (Cry) и фоторецепторите (фототропин, Phot) приемат светлинни сигнали и предизвикват растеж и развитие на растенията чрез сигнална трансдукция.
Монохроматичната светлина, както се използва тук, се отнася до светлина в определен диапазон на дължина на вълната. Диапазонът от дължини на вълните на една и съща монохроматична светлина, използван в различни експерименти, не е напълно последователен и други монохроматични светлини, които са подобни по дължина на вълната, често се припокриват в различна степен, особено преди появата на монохроматичен LED източник на светлина. По този начин естествено ще има различни и дори противоречиви резултати.
Червената светлина (R) инхибира удължаването на междувъзлията, насърчава страничното разклоняване и братенето, забавя диференциацията на цветята и увеличава антоцианините, хлорофила и каротеноидите. Червената светлина може да предизвика положително светлинно движение в корените на Arabidopsis. Червената светлина има положителен ефект върху устойчивостта на растенията към биотични и абиотични стресове.
Далечната червена светлина (FR) може да противодейства на ефекта на червената светлина в много случаи. Ниското съотношение R/FR води до намаляване на фотосинтетичния капацитет на фасула. В камерата за растеж бялата флуоресцентна лампа се използва като основен източник на светлина, а далечното червено лъчение (емисионен пик от 734 nm) се допълва със светодиоди, за да се намали съдържанието на антоцианин, каротеноид и хлорофил, както и прясното тегло, сухо тегло, дължина на стъблото, дължина на листа и лист се правят. Ширината е увеличена. Ефектът от допълнителния FR върху растежа може да се дължи на увеличаване на абсорбцията на светлина поради увеличената площ на листата. Arabidopsis thaliana, отглеждани при ниски R/FR условия, са по-големи и по-дебели от тези, отглеждани при високи R/FR, с голяма биомаса и силна студена адаптивност. Различните съотношения на R/FR също могат да променят толерантността на растенията към сол.
Като цяло, увеличаването на фракцията на синята светлина в бялата светлина може да скъси междувъзлията, да намали площта на листата, да намали относителните скорости на растеж и да увеличи съотношенията азот/въглерод (N/C).
Високият синтез на хлорофил в растенията и образуването на хлоропласти, както и хлоропластите с високо съотношение на хлорофил a/b и ниски нива на каротеноиди изискват синя светлина. При червената светлина скоростта на фотосинтезата на клетките на водораслите постепенно намалява и скоростта на фотосинтеза бързо се възстановява след преминаване към синя светлина или добавяне на малко синя светлина при непрекъсната червена светлина. Когато растящите на тъмно тютюневи клетки бяха прехвърлени на непрекъсната синя светлина в продължение на 3 дни, общото количество и съдържанието на хлорофил на рубулоза-1, 5-бифосфат карбоксилаза/оксигеназа (Rubisco) се увеличи рязко. В съответствие с това сухото тегло на клетките в обема на единичния културен разтвор също се увеличава рязко, докато се увеличава много бавно при непрекъсната червена светлина.
Очевидно за фотосинтезата и растежа на растенията само червената светлина не е достатъчна. Пшеницата може да завърши жизнения си цикъл при един източник на червени светодиоди, но за да се получат високи растения и голям брой семена, трябва да се добави подходящо количество синя светлина (Таблица 1). Добивът на маруля, спанак и репички, отглеждани при една червена светлина, е по-нисък от този на растенията, отглеждани при комбинация от червено и синьо, докато добивът от растения, отглеждани при комбинация от червено и синьо с подходяща синя светлина, е сравним с тази на растенията, отглеждани под студени бели флуоресцентни лампи. По същия начин Arabidopsis thaliana може да произведе семена при една червена светлина, но расте при комбинация от червена и синя светлина, тъй като делът на синята светлина намалява (10 процента до 1 процент) в сравнение с растенията, отглеждани под студени бели флуоресцентни лампи. Закрепването на растенията, цъфтежът и резултатите бяха забавени. Въпреки това, добивът на семена от растения, отглеждани при комбинация от червена и синя светлина, съдържаща 10 процента синя светлина, е само половината от този на растенията, отглеждани под студени бели флуоресцентни лампи. Прекомерната синя светлина потиска растежа на растенията, скъсява междувъзлията, намалява разклоненията, намалява площта на листата и намалява общото сухо тегло. Растенията имат значителни видови разлики в нуждата от синя светлина.
Трябва да се отбележи, че въпреки че някои проучвания, използващи различни видове източници на светлина, показват, че разликите в морфологията и растежа на растенията са свързани с разликите в съотношението на синята светлина в спектъра, заключенията все още са проблематични, тъй като съставът на несинята светлина светлината, излъчвана от различните видове използвани лампи, е различна. Например, въпреки че сухото тегло на растенията соя и сорго, отглеждани при една и съща светлина флуоресцентна лампа, и нетната фотосинтетична скорост на единица листна площ са значително по-високи от тези, отглеждани при натриеви лампи с ниско налягане, тези резултати не могат да бъдат напълно приписани на синята светлина под натриеви лампи с ниско налягане. Липсата, опасявам се, че е свързана и с жълтата и зелената светлина под натриевата лампа с ниско налягане и оранжевата червена светлина.
Сухото тегло на разсад от домати, отгледан на бяла светлина (съдържащ червена, синя и зелена светлина), е значително по-нисък от този на разсад, отгледан на червена и синя светлина. Спектралното откриване на инхибиране на растежа в тъканна култура показва, че най-вредното качество на светлината е зелената светлина с пик при 550 nm. Височината на растението, прясното и сухо тегло на невена, отглеждан под светлината на зелена светлина, се увеличава с 30 процента до 50 процента в сравнение с растенията, отглеждани при светлина от пълен спектър. Пълноспектърната зелена светлина, изпълнена със светлина, кара растенията да са ниски и сухи, а свежото тегло намалява. Премахването на зелена светлина засилва цъфтежа на невен, докато добавянето на зелена светлина потиска цъфтежа на Dianthus и марулята.
Има обаче и съобщения за зелена светлина, насърчаваща растежа. Ким и др. заключава, че комбинираната червено-синя светлина (LED) допълнена със зелена светлина води до заключението, че растежът на растенията се инхибира, когато зелената светлина надвишава 50 процента, докато растежът на растенията се засилва, когато съотношението на зелената светлина е по-малко от 24 процента. Въпреки че сухото тегло на горната част на марулята се увеличава от зелената светлина, добавена от зелената флуоресцентна светлина върху червения и синия комбиниран светлинен фон, осигурен от светодиода, заключението, че добавянето на зелена светлина засилва растежа и произвежда повече биомаса от студената бяла светлина е проблематично: (1) Сухото тегло на биомасата, което те наблюдават, е само сухото тегло на надземната част. Ако се включи сухото тегло на подземната коренова система, резултатът може да е различен; (2) горната част на марулята, отглеждана под червени, сини и зелени светлини. Растенията, които растат значително под студени бели флуоресцентни лампи, вероятно ще имат зелена светлина (24 процента), съдържаща се в трицветната лампа, много по-малко от резултата на студената бяла флуоресцентна лампа (51 процента), т.е. ефектът на потискане на зелената светлина на студената бяла флуоресцентна лампа е по-голям от трите цвята. Резултатите от лампата; (3) Степента на фотосинтеза на растенията, отглеждани при комбинация от червена и синя светлина, е значително по-висока от тази на растенията, отглеждани при зелена светлина, което подкрепя предишните спекулации.
Въпреки това, третирането на семената със зелен лазер може да направи репичките и морковите два пъти по-големи от контролата. Слабият зелен импулс може да ускори удължаването на разсада, растящ на тъмно, тоест да насърчи удължаването на стъблото. Третирането на разсад от Arabidopsis thaliana с единичен импулс на зелена светлина (525 nm ± 16 nm) (11,1 μmol·m-2·s-1, 9 s) от LED източник доведе до намаляване на пластидните транскрипти и увеличаване на скоростта на растеж на стъблото.
Въз основа на данните от фотобиологията на растенията през последните 50 години беше обсъдена ролята на зелената светлина в развитието на растенията, цъфтежа, отварянето на устицата, растежа на стъблото, експресията на хлоропластен ген и регулирането на растежа на растенията. Смята се, че системата за възприемане на зелена светлина е в хармония с червените и сините сензори. Регулират растежа и развитието на растенията. Обърнете внимание, че в този преглед зелената светлина (500~600nm) е разширена, за да включи жълтата част от спектъра (580~600nm).
Жълтата светлина (580~600n) инхибира растежа на марулята. Резултатите от съдържанието на хлорофил и сухото тегло съответно за различни съотношения на червена, далечна червена, синя, ултравиолетова и жълта светлина показват, че само жълта светлина (580~600n) може да обясни разликата в ефектите на растеж между натриева лампа с високо налягане и метален халоген. лампа. Тоест жълтата светлина потиска растежа. Освен това жълтата светлина (пик при 595 nm) инхибира растежа на краставицата по-силно от зелената светлина (пик при 520 nm).
Някои заключения за противоречивите ефекти на жълтата/зелената светлина може да се дължат на непоследователния диапазон от дължини на вълните на светлината, използвани в тези изследвания. Освен това, тъй като някои изследователи класифицират светлината от 500 до 600 nm като зелена светлина, има малко литература за ефектите на жълтата светлина (580-600 nm) върху растежа и развитието на растенията.
Ултравиолетовото лъчение намалява площта на листата на растенията, инхибира удължаването на хипокотила, намалява фотосинтезата и продуктивността и прави растенията податливи на атака на патогени, но може да индуцира синтеза на флавоноиди и защитни механизми. UV-B може да намали съдържанието на аскорбинова киселина и -каротин, но може ефективно да стимулира синтеза на антоцианин. UV-B радиацията води до фенотип на растението джудже, малки, дебели листа, къса дръжка, увеличени аксиларни клони и промени в съотношението корен/корона.
Резултатите от изследванията на 16 сорта ориз от 7 различни региона на Китай, Индия, Филипините, Непал, Тайланд, Виетнам и Шри Ланка в оранжерията показаха, че добавянето на UV-B води до увеличаване на общата биомаса. Сортове (само един от които достигна значително ниво, от Шри Ланка), 12 сорта (от които 6 бяха значими) и тези с UV-B чувствителност бяха значително намалени в площта на листата и размера на култиватора. Има 6 сорта с повишено съдържание на хлорофил (2 от които достигат значителни нива); 5 сорта със значително намалена скорост на фотосинтеза на листата и 1 сорт със значително подобрено (общата му биомаса също е значителна) увеличение).
Съотношението UV-B/PAR е важен определящ фактор за реакцията на растенията към UV-B. Например UV-B и PAR заедно влияят върху морфологията и добива на масло от мента, което изисква високи нива на нефилтрирана естествена светлина.
Трябва да се отбележи, че лабораторните изследвания на ефектите на UV-B, въпреки че са полезни за идентифициране на транскрипционни фактори и други молекулярни и физиологични фактори, се дължат на използването на по-високи нива на UV-B, липса на съпътстващи UV-A и често нисък фонов PAR, резултатите обикновено не се екстраполират механично в естествената среда. Полевите проучвания обикновено използват UV лампи за повишаване или използване на филтри за намаляване на нивата на UV-B.
