Το φως είναι ο βασικός περιβαλλοντικός παράγοντας για την ανάπτυξη και την ανάπτυξη των φυτών. Δεν είναι μόνο η βασική πηγή ενέργειας για τη φωτοσύνθεση, αλλά και ένας σημαντικός ρυθμιστής της ανάπτυξης και ανάπτυξης των φυτών. Η ανάπτυξη και ανάπτυξη των φυτών δεν περιορίζεται μόνο από την ποσότητα του φωτός ή την ένταση φωτός (πυκνότητα ροής φωτονίων, πυκνότητα ροής φωτονίων, PFD), αλλά και από την ποιότητα του φωτός, δηλαδή τα διαφορετικά μήκη κύματος φωτός και ακτινοβολίας και οι διαφορετικοί λόγοι σύνθεσής τους.
Το ηλιακό φάσμα μπορεί να χωριστεί χονδρικά σε υπεριώδη ακτινοβολία (υπεριώδης, 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="">
Τα φυτά μπορούν να ανιχνεύσουν ανεπαίσθητες αλλαγές στην ποιότητα του φωτός, την ένταση του φωτός, το μήκος του φωτός και την κατεύθυνση στο περιβάλλον ανάπτυξης και να ξεκινήσουν τις φυσιολογικές και μορφολογικές αλλαγές που είναι απαραίτητες για να επιβιώσουν σε αυτό το περιβάλλον. Το μπλε φως, το κόκκινο φως και το μακρινό κόκκινο φως παίζουν βασικό ρόλο στον έλεγχο της φωτομορφογένεσης των φυτών. Οι φωτοϋποδοχείς (φυτόχρωμο, Phy), το κρυπτόχρωμο (Cry) και οι φωτοϋποδοχείς (φωτοτροπίνη, Φωτ) λαμβάνουν φωτεινά σήματα και προκαλούν ανάπτυξη και ανάπτυξη των φυτών μέσω της μεταγωγής σήματος.
Το μονοχρωματικό φως όπως χρησιμοποιείται εδώ αναφέρεται σε φως σε συγκεκριμένο εύρος μήκους κύματος. Το εύρος των μηκών κύματος του ίδιου μονοχρωματικού φωτός που χρησιμοποιείται σε διαφορετικά πειράματα δεν είναι απολύτως συνεπές, και άλλα μονοχρωματικά φώτα που είναι παρόμοια σε μήκος κύματος συχνά επικαλύπτονται σε διαφορετικό βαθμό, ειδικά πριν από την εμφάνιση μιας μονόχρωμης πηγής φωτός LED. Με αυτόν τον τρόπο, όπως είναι φυσικό, θα υπάρξουν διαφορετικά έως και αντιφατικά αποτελέσματα.
Το κόκκινο φως (R) αναστέλλει την επιμήκυνση του μεσογονάτου, προάγει την πλευρική διακλάδωση και το αδέρωμα, καθυστερεί τη διαφοροποίηση των ανθέων και αυξάνει τις ανθοκυανίνες, τη χλωροφύλλη και τα καροτενοειδή. Το κόκκινο φως μπορεί να προκαλέσει θετική κίνηση φωτός στις ρίζες Arabidopsis. Το κόκκινο φως έχει θετική επίδραση στην αντοχή των φυτών σε βιοτικές και αβιοτικές καταπονήσεις.
Το μακρινό κόκκινο φως (FR) μπορεί να εξουδετερώσει το φαινόμενο του κόκκινου φωτός σε πολλές περιπτώσεις. Μια χαμηλή αναλογία R/FR οδηγεί σε μείωση της φωτοσυνθετικής ικανότητας των φασολιών. Στον θάλαμο ανάπτυξης, ο λευκός λαμπτήρας φθορισμού χρησιμοποιείται ως η κύρια πηγή φωτός και η υπερκόκκινη ακτινοβολία (η κορυφή εκπομπής 734 nm) συμπληρώνεται με LED για τη μείωση της περιεκτικότητας σε ανθοκυανίνη, καροτενοειδή και χλωροφύλλη και το φρέσκο βάρος, γίνεται ξηρό βάρος, μήκος στελέχους, μήκος φύλλου και φύλλου. Το πλάτος αυξάνεται. Η επίδραση του συμπληρωματικού FR στην ανάπτυξη μπορεί να οφείλεται σε αύξηση της απορρόφησης φωτός λόγω της αυξημένης επιφάνειας των φύλλων. Το Arabidopsis thaliana που αναπτύχθηκε σε συνθήκες χαμηλού R/FR ήταν μεγαλύτερο και παχύτερο από αυτά που αναπτύχθηκαν σε υψηλό R/FR, με μεγάλη βιομάζα και ισχυρή προσαρμοστικότητα στο κρύο. Οι διαφορετικές αναλογίες R/FR μπορούν επίσης να αλλάξουν την ανοχή των φυτών στο αλάτι.
Γενικά, η αύξηση του κλάσματος του μπλε φωτός στο λευκό φως μπορεί να συντομεύσει τα μεσογονάτια, να μειώσει την επιφάνεια των φύλλων, να μειώσει τους σχετικούς ρυθμούς ανάπτυξης και να αυξήσει τις αναλογίες αζώτου/άνθρακα (N/C).
Η υψηλή σύνθεση φυτικής χλωροφύλλης και ο σχηματισμός χλωροπλάστη καθώς και οι χλωροπλάστες με υψηλή αναλογία χλωροφύλλης a/b και χαμηλά επίπεδα καροτενοειδών απαιτούν μπλε φως. Κάτω από το κόκκινο φως, ο φωτοσυνθετικός ρυθμός των κυττάρων των φυκών μειώθηκε σταδιακά και ο ρυθμός φωτοσύνθεσης ανέκαμψε γρήγορα μετά τη μετάβαση στο μπλε φως ή την προσθήκη λίγου μπλε φωτός κάτω από συνεχές κόκκινο φως. Όταν τα σκουρόχρωμα κύτταρα καπνού μεταφέρθηκαν σε συνεχές μπλε φως για 3 ημέρες, η συνολική ποσότητα και η περιεκτικότητα σε χλωροφύλλη της ρουμπουλόζης-1, 5-διφωσφορικής καρβοξυλάσης/οξυγενάσης (Rubisco) αυξήθηκαν απότομα. Σύμφωνα με αυτό, το ξηρό βάρος των κυττάρων στον όγκο του διαλύματος μονάδας καλλιέργειας αυξάνεται επίσης απότομα, ενώ αυξάνεται πολύ αργά υπό συνεχές κόκκινο φως.
Προφανώς, για τη φωτοσύνθεση και την ανάπτυξη των φυτών δεν αρκεί μόνο το κόκκινο φως. Το σιτάρι μπορεί να ολοκληρώσει τον κύκλο ζωής του κάτω από μία πηγή κόκκινων LED, αλλά για να αποκτηθούν ψηλά φυτά και μεγάλος αριθμός σπόρων, πρέπει να προστεθεί μια κατάλληλη ποσότητα μπλε φωτός (Πίνακας 1). Η απόδοση του μαρουλιού, του σπανακιού και του ραπανιού που καλλιεργήθηκαν κάτω από ένα μόνο κόκκινο φως ήταν χαμηλότερη από εκείνη των φυτών που καλλιεργήθηκαν με συνδυασμό κόκκινου και μπλε, ενώ η απόδοση των φυτών που καλλιεργήθηκαν με συνδυασμό κόκκινου και μπλε με κατάλληλο μπλε φως ήταν συγκρίσιμη με αυτή των φυτών που καλλιεργούνται κάτω από ψυχρούς λευκούς λαμπτήρες φθορισμού. Ομοίως, το Arabidopsis thaliana μπορεί να παράγει σπόρους κάτω από ένα μόνο κόκκινο φως, αλλά αναπτύσσεται με το συνδυασμό κόκκινου και μπλε φωτός καθώς η αναλογία του μπλε φωτός μειώνεται (10 τοις εκατό έως 1 τοις εκατό ) σε σύγκριση με τα φυτά που αναπτύσσονται κάτω από ψυχρούς λευκούς λαμπτήρες φθορισμού. Το κλείσιμο του φυτού, η ανθοφορία και τα αποτελέσματα καθυστέρησαν. Ωστόσο, η απόδοση σπόρων των φυτών που καλλιεργήθηκαν με συνδυασμό κόκκινου και μπλε φωτός που περιείχε 10 τοις εκατό μπλε φως ήταν μόνο η μισή από εκείνη των φυτών που καλλιεργήθηκαν κάτω από ψυχρούς λευκούς λαμπτήρες φθορισμού. Το υπερβολικό μπλε φως αναστέλλει την ανάπτυξη των φυτών, μικραίνει τα μεσογονάτια, μειωμένη διακλάδωση, μειωμένη επιφάνεια φύλλων και μειωμένο συνολικό ξηρό βάρος. Τα φυτά έχουν σημαντικές διαφορές ειδών στην ανάγκη για μπλε φως.
Θα πρέπει να σημειωθεί ότι αν και ορισμένες μελέτες που χρησιμοποιούν διαφορετικούς τύπους πηγών φωτός έχουν δείξει ότι οι διαφορές στη μορφολογία και την ανάπτυξη των φυτών σχετίζονται με διαφορές στην αναλογία μπλε φωτός στο φάσμα, τα συμπεράσματα εξακολουθούν να είναι προβληματικά επειδή η σύνθεση του μη μπλε Το φως που εκπέμπεται από τους διαφορετικούς τύπους λαμπτήρων που χρησιμοποιούνται είναι διαφορετικό. Για παράδειγμα, αν και το ξηρό βάρος των φυτών σόγιας και σόργου που καλλιεργούνται κάτω από τον ίδιο λαμπτήρα φθορισμού και ο καθαρός ρυθμός φωτοσύνθεσης ανά μονάδα επιφάνειας φύλλων είναι σημαντικά υψηλότεροι από εκείνους που καλλιεργούνται σε λαμπτήρες νατρίου χαμηλής πίεσης, αυτά τα αποτελέσματα δεν μπορούν να αποδοθούν πλήρως στο μπλε φως κάτω από λαμπτήρες νατρίου χαμηλής πίεσης. Η έλλειψη, φοβάμαι ότι σχετίζεται επίσης με το κίτρινο και πράσινο φως κάτω από τη λάμπα νατρίου χαμηλής πίεσης και το πορτοκαλί κόκκινο φως.
Το ξηρό βάρος δενδρυλλίων τομάτας που καλλιεργήθηκαν κάτω από λευκό φως (που περιέχει κόκκινο, μπλε και πράσινο φως) ήταν σημαντικά χαμηλότερο από αυτό των φυταρίων που καλλιεργήθηκαν κάτω από κόκκινο και μπλε φως. Η φασματική ανίχνευση της αναστολής ανάπτυξης σε καλλιέργεια ιστού έδειξε ότι η πιο επιβλαβής ποιότητα φωτός ήταν το πράσινο φως με κορυφή στα 550 nm. Το ύψος του φυτού, το φρέσκο και ξηρό βάρος του κατιφέ που καλλιεργήθηκε υπό το φως του πράσινου φωτός αυξήθηκε κατά 30 τοις εκατό έως 50 τοις εκατό σε σύγκριση με τα φυτά που καλλιεργήθηκαν υπό φως πλήρους φάσματος. Το πράσινο φως γεμάτο φως πλήρους φάσματος κάνει τα φυτά να είναι κοντά και ξηρά και το φρέσκο βάρος μειώνεται. Η αφαίρεση του πράσινου φωτός ενισχύει την ανθοφορία του κατιφέ, ενώ η συμπλήρωση του πράσινου φωτός αναστέλλει την ανθοφορία του Dianthus και του μαρουλιού.
Ωστόσο, υπάρχουν επίσης αναφορές για το πράσινο φως που προωθεί την ανάπτυξη. Οι Kim et al. κατέληξε στο συμπέρασμα ότι το κόκκινο-μπλε συνδυασμένο φως (LED) συμπληρωμένο με πράσινο φως οδηγεί στο συμπέρασμα ότι η ανάπτυξη των φυτών αναστέλλεται όταν το πράσινο φως υπερβαίνει το 50 τοις εκατό, ενώ η ανάπτυξη των φυτών ενισχύεται όταν η αναλογία πράσινου φωτός είναι μικρότερη από 24 τοις εκατό. Αν και το ξηρό βάρος του πάνω μέρους του μαρουλιού αυξάνεται από το πράσινο φως που προστίθεται από το πράσινο φως φθορισμού στο κόκκινο και μπλε φόντο συνδυασμένου φωτός που παρέχεται από το LED, το συμπέρασμα ότι η προσθήκη πράσινου φωτός ενισχύει την ανάπτυξη και παράγει περισσότερα Η βιομάζα από το ψυχρό λευκό φως είναι προβληματική: (1) Το ξηρό βάρος της βιομάζας που παρατηρούν είναι μόνο το ξηρό βάρος του υπέργειου τμήματος. Εάν συμπεριληφθεί το ξηρό βάρος του υπόγειου ριζικού συστήματος, το αποτέλεσμα μπορεί να είναι διαφορετικό. (2) το πάνω μέρος του μαρουλιού που καλλιεργείται κάτω από τα κόκκινα, μπλε και πράσινα φώτα Φυτά που αναπτύσσονται σημαντικά κάτω από ψυχρούς λευκούς λαμπτήρες φθορισμού είναι πιθανό να έχουν το πράσινο φως (24 τοις εκατό ) που περιέχεται στην τρίχρωμη λάμπα πολύ λιγότερο από το αποτέλεσμα του ψυχρού λευκού λαμπτήρα φθορισμού (51 τοις εκατό ), δηλαδή, το φαινόμενο καταστολής του πράσινου φωτός του ψυχρού λευκού λαμπτήρα φθορισμού είναι μεγαλύτερο από τα τρία χρώματα. Τα αποτελέσματα του λαμπτήρα? (3) Ο ρυθμός φωτοσύνθεσης των φυτών που αναπτύσσονται με συνδυασμό κόκκινου και μπλε φωτός είναι σημαντικά υψηλότερος από αυτόν των φυτών που καλλιεργούνται υπό πράσινο φως, υποστηρίζοντας την προηγούμενη εικασία.
Ωστόσο, η επεξεργασία των σπόρων με ένα πράσινο λέιζερ μπορεί να κάνει τα ραπανάκια και τα καρότα δύο φορές μεγαλύτερα από το μάρτυρα. Ένας αμυδρός πράσινος παλμός μπορεί να επιταχύνει την επιμήκυνση των φυταρίων που αναπτύσσονται στο σκοτάδι, δηλαδή να προάγει την επιμήκυνση του στελέχους. Η επεξεργασία των δενδρυλλίων Arabidopsis thaliana με έναν απλό παλμό πράσινου φωτός (525 nm ± 16 nm) (11,1 μmol·m-2·s-1, 9 s) από πηγή LED οδήγησε σε μείωση των μεταγραφών πλαστιδίων και αύξηση του ρυθμού ανάπτυξης στελέχους.
Με βάση τα δεδομένα της έρευνας φωτοβιολογίας φυτών των τελευταίων 50 ετών, συζητήθηκε ο ρόλος του πράσινου φωτός στην ανάπτυξη των φυτών, την ανθοφορία, το άνοιγμα του στομίου, την ανάπτυξη του στελέχους, την έκφραση γονιδίων χλωροπλάστη και τη ρύθμιση της ανάπτυξης των φυτών. Πιστεύεται ότι το σύστημα αντίληψης του πράσινου φωτός είναι σε αρμονία με τους κόκκινους και μπλε αισθητήρες. Ρυθμίζει την ανάπτυξη και την ανάπτυξη των φυτών. Σημειώστε ότι σε αυτήν την ανασκόπηση, το πράσινο φως (500~600nm) επεκτείνεται για να συμπεριλάβει το κίτρινο τμήμα του φάσματος (580~600nm).
Το κίτρινο φως (580~600nm) αναστέλλει την ανάπτυξη του μαρουλιού. Τα αποτελέσματα της περιεκτικότητας σε χλωροφύλλη και του ξηρού βάρους για διαφορετικές αναλογίες κόκκινου, πολύ κόκκινου, μπλε, υπεριώδους και κίτρινου φωτός αντίστοιχα δείχνουν ότι μόνο το κίτρινο φως (580~600nm) μπορεί να εξηγήσει τη διαφορά στα αποτελέσματα ανάπτυξης μεταξύ λαμπτήρα νατρίου υψηλής πίεσης και αλογονιδίου μετάλλου λάμπα. Δηλαδή, το κίτρινο φως αναστέλλει την ανάπτυξη. Επίσης, το κίτρινο φως (αιχμή στα 595 nm) ανέστειλε την ανάπτυξη του αγγουριού πιο έντονα από το πράσινο φως (αιχμή στα 520 nm).
Ορισμένα συμπεράσματα σχετικά με τις αντικρουόμενες επιπτώσεις του κίτρινου/πράσινου φωτός μπορεί να οφείλονται στο ασυνεπές εύρος μηκών κύματος φωτός που χρησιμοποιείται σε αυτές τις μελέτες. Επιπλέον, επειδή ορισμένοι ερευνητές ταξινομούν το φως από 500 έως 600 nm ως πράσινο φως, υπάρχει λίγη βιβλιογραφία σχετικά με τις επιπτώσεις του κίτρινου φωτός (580-600 nm) στην ανάπτυξη και ανάπτυξη των φυτών.
Η υπεριώδης ακτινοβολία μειώνει την επιφάνεια των φύλλων των φυτών, αναστέλλει την επιμήκυνση των υποκοτυλίων, μειώνει τη φωτοσύνθεση και την παραγωγικότητα και καθιστά τα φυτά επιρρεπή σε προσβολή παθογόνων, αλλά μπορεί να προκαλέσει σύνθεση φλαβονοειδών και αμυντικούς μηχανισμούς. Η UV-B μπορεί να μειώσει την περιεκτικότητα σε ασκορβικό οξύ και -καροτίνη, αλλά μπορεί να προωθήσει αποτελεσματικά τη σύνθεση ανθοκυανίνης. Η ακτινοβολία UV-B οδηγεί σε φαινότυπο φυτού νάνου, μικρά, παχιά φύλλα, κοντό μίσχο, αυξημένα μασχαλιαία κλαδιά και αλλαγές στην αναλογία ρίζας/στεφάνης.
Τα αποτελέσματα ερευνών σε 16 ποικιλίες ρυζιού από 7 διαφορετικές περιοχές της Κίνας, της Ινδίας, των Φιλιππίνων, του Νεπάλ, της Ταϊλάνδης, του Βιετνάμ και της Σρι Λάνκα στο θερμοκήπιο έδειξαν ότι η προσθήκη UV-B είχε ως αποτέλεσμα αύξηση της συνολικής βιομάζας. Οι ποικιλίες (μόνο μία από τις οποίες έφτασε σε σημαντικό επίπεδο, από τη Σρι Λάνκα), 12 ποικιλίες (εκ των οποίων οι 6 ήταν σημαντικές) και εκείνες με ευαισθησία στην υπεριώδη ακτινοβολία-Β μειώθηκαν σημαντικά στην επιφάνεια των φύλλων και στο μέγεθος του φυτού. Υπάρχουν 6 ποικιλίες με αυξημένη περιεκτικότητα σε χλωροφύλλη (2 από τις οποίες φτάνουν σε σημαντικά επίπεδα). 5 ποικιλίες με σημαντικά μειωμένο ρυθμό φωτοσύνθεσης των φύλλων και 1 ποικιλία με σημαντικά βελτιωμένη (η συνολική βιομάζα της είναι επίσης σημαντική) αύξηση).
Η αναλογία UV-B/PAR είναι ένας σημαντικός καθοριστικός παράγοντας της απόκρισης των φυτών στην UV-B. Για παράδειγμα, η UV-B και η PAR μαζί επηρεάζουν τη μορφολογία και την απόδοση ελαίου της μέντας, η οποία απαιτεί υψηλά επίπεδα αφιλτράριστο φυσικό φως.
Θα πρέπει να σημειωθεί ότι οι εργαστηριακές μελέτες των επιδράσεων της UV-B, αν και χρήσιμες για τον εντοπισμό μεταγραφικών παραγόντων και άλλων μοριακών και φυσιολογικών παραγόντων, οφείλονται στη χρήση υψηλότερων επιπέδων UV-B, χωρίς ταυτόχρονη UV-A και Συχνά χαμηλού υποβάθρου PAR. Τα αποτελέσματα συνήθως δεν επεκτείνονται μηχανικά στο φυσικό περιβάλλον. Οι επιτόπιες μελέτες χρησιμοποιούν συνήθως λαμπτήρες UV για την ανύψωση ή τη χρήση φίλτρων για τη μείωση των επιπέδων UV-B.
