Cinc llums monocromàtiques que afecten el creixement de les plantes

La llum és el factor ambiental bàsic per al creixement i desenvolupament de les plantes. No només és la font d'energia bàsica per a la fotosíntesi, sinó també un important regulador del creixement i desenvolupament de les plantes. El creixement i el desenvolupament de les plantes no només estan restringits per la quantitat de llum o la intensitat de la llum (densitat de flux de fotons, densitat de flux de fotons, PFD), sinó també per la qualitat de la llum, és a dir, les diferents longituds d'ona de llum i radiació i les seves diferents proporcions de composició.

L'espectre solar es pot dividir aproximadament en radiació ultraviolada (ultraviolada, UV

Les plantes poden detectar canvis subtils en la qualitat de la llum, la intensitat de la llum, la longitud de la llum i la direcció en l'entorn de creixement, i iniciar els canvis fisiològics i morfològics necessaris per sobreviure en aquest entorn. La llum blava, la llum vermella i la llum vermella llunyana tenen un paper clau en el control de la fotomorfogènesi de les plantes. Els fotoreceptors (fitocrom, Phy), criptocrom (Cry) i fotoreceptors (fototropina, Phot) reben senyals de llum i indueixen el creixement i desenvolupament de les plantes mitjançant la transducció de senyals.

La llum monocromàtica tal com s'utilitza aquí es refereix a la llum en un rang de longitud d'ona específic. El rang de longituds d'ona de la mateixa llum monocromàtica que s'utilitza en diferents experiments no és completament coherent, i altres llums monocromàtiques que són similars en longitud d'ona sovint es superposen en diferents graus, especialment abans de l'aparició d'una font de llum LED monocromàtica. D'aquesta manera, naturalment, hi haurà resultats diferents i fins i tot contradictoris.

La llum vermella (R) inhibeix l'allargament de l'entrenus, afavoreix la ramificació lateral i el tall, retarda la diferenciació de les flors i augmenta les antocianines, la clorofil·la i els carotenoides. La llum vermella pot provocar un moviment de llum positiu a les arrels d'Arabidopsis. La llum vermella té un efecte positiu sobre la resistència de les plantes a l'estrès biòtic i abiòtic.

La llum vermella llunyana (FR) pot contrarestar l'efecte de la llum vermella en molts casos. Una relació R/FR baixa provoca una disminució de la capacitat fotosintètica dels fesols. A la cambra de creixement, la làmpada fluorescent blanca s'utilitza com a font de llum principal, i la radiació vermella llunyana (el pic d'emissió de 734 nm) es complementa amb LED per reduir el contingut d'antocianes, carotenoides i clorofil·la, i el pes fresc, es fa el pes sec, la longitud de la tija, la longitud de la fulla i la fulla. S'augmenta l'amplada. L'efecte de la FR suplementària sobre el creixement pot ser degut a un augment de l'absorció de llum a causa de l'augment de l'àrea foliar. Arabidopsis thaliana cultivada en condicions de R/FR baixes eren més grans i gruixudes que les cultivades amb R/FR alt, amb una gran biomassa i una forta adaptabilitat al fred. Les diferents proporcions de R/FR també poden alterar la tolerància a la sal de les plantes.

En general, augmentar la fracció de llum blava en llum blanca pot escurçar els entrenusos, reduir l'àrea de les fulles, reduir les taxes de creixement relatives i augmentar les relacions nitrogen/carboni (N/C).

La síntesi de clorofil·la vegetal elevada i la formació de cloroplasts, així com els cloroplasts amb una proporció elevada de clorofil·la a/b i nivells baixos de carotenoides requereixen llum blava. Sota la llum vermella, la taxa fotosintètica de les cèl·lules d'algues va disminuir gradualment i la taxa fotosintètica es va recuperar ràpidament després d'anar a la llum blava o afegir una mica de llum blava sota una llum vermella contínua. Quan les cèl·lules de tabac de creixement fosc es van transferir a la llum blava contínua durant 3 dies, la quantitat total i el contingut de clorofil·la de rubulosa-1, 5-bisfosfat carboxilasa/oxigenasa (Rubisco) van augmentar bruscament. D'acord amb això, el pes sec de les cèl·lules en el volum de la solució de cultiu unitari també augmenta bruscament, mentre que augmenta molt lentament sota llum vermella contínua.

Òbviament, per a la fotosíntesi i el creixement de les plantes, només la llum vermella no és suficient. El blat pot completar el seu cicle de vida amb una única font de LED vermells, però per obtenir plantes altes i un gran nombre de llavors, cal afegir una quantitat adequada de llum blava (taula 1). El rendiment d'enciam, espinacs i rave cultivats sota una única llum vermella va ser inferior al de les plantes cultivades amb la combinació de vermell i blau, mentre que el rendiment de les plantes cultivades amb la combinació de vermell i blau amb la llum blava adequada era comparable a la de les plantes cultivades sota làmpades fluorescents blanques fredes. De la mateixa manera, Arabidopsis thaliana pot produir llavors sota una única llum vermella, però creix sota la combinació de llum vermella i blava a mesura que la proporció de llum blava disminueix (10% a 1%) en comparació amb les plantes que creixen sota làmpades fluorescents blanques fredes. La plantació, la floració i els resultats es van retardar. Tanmateix, el rendiment de llavors de les plantes cultivades sota una combinació de llum vermella i blava que contenia un 10% de llum blava era només la meitat del de les plantes cultivades sota làmpades fluorescents blanques fredes. L'excés de llum blava inhibeix el creixement de les plantes, redueix els entrenusos, redueix la ramificació, redueix l'àrea foliar i redueix el pes sec total. Les plantes tenen diferències d'espècies importants en la necessitat de llum blava.

Cal tenir en compte que, tot i que alguns estudis que utilitzen diferents tipus de fonts de llum han demostrat que les diferències en la morfologia i el creixement de les plantes estan relacionades amb diferències en la proporció de llum blava en l'espectre, les conclusions segueixen sent problemàtiques perquè la composició del no blau. la llum emesa pels diferents tipus de làmpades utilitzades és diferent. Per exemple, tot i que el pes sec de les plantes de soja i sorgo cultivades amb la mateixa làmpada fluorescent i la taxa de fotosintètica neta per unitat de superfície foliar són significativament més altes que les cultivades amb làmpades de sodi de baixa pressió, aquests resultats no es poden atribuir completament a la llum blava sota làmpades de sodi de baixa pressió. Manca, em temo que també està relacionada amb la llum groga i verda sota la làmpada de sodi de baixa pressió i la llum vermella taronja.

El pes sec de les plàntules de tomàquet cultivades sota llum blanca (que contenien llum vermella, blava i verda) va ser significativament inferior al de les plàntules cultivades sota llum vermella i blava. La detecció espectral de la inhibició del creixement en el cultiu de teixits va indicar que la qualitat de la llum més perjudicial era la llum verda amb un pic a 550 nm. L'alçada de la planta, el pes fresc i sec de la calèndula cultivada sota la llum de la llum verda va augmentar entre un 30% i un 50% en comparació amb les plantes cultivades amb llum d'espectre complet. La llum verda plena de llum d'espectre complet fa que les plantes siguin curtes i seques i es redueixi el pes fresc. L'eliminació de la llum verda reforça la floració de la calèndula, mentre que la suplementació de llum verda inhibeix la floració de Dianthus i enciam.

Tanmateix, també hi ha informes de llum verda que promou el creixement. Kim et al. va concloure que la llum verda complementada amb llum vermella i blava (LED) dóna com a resultat que el creixement de les plantes s'inhibeix quan la llum verda supera el 50%, mentre que el creixement de les plantes es millora quan la proporció de llum verda és inferior al 24%. Tot i que el pes sec de la part superior de l'enciam augmenta amb la llum verda afegida per la llum fluorescent verda sobre el fons de llum combinat vermell i blau proporcionat pel LED, la conclusió que l'addició de llum verda millora el creixement i produeix més La biomassa que la llum blanca freda és problemàtica: (1) El pes sec de la biomassa que observen és només el pes sec de la part aèria. Si s'inclou el pes sec del sistema radicular subterrani, el resultat pot ser diferent; (2) la part superior de l'enciam cultivat sota les llums vermelles, blaves i verdes Les plantes que creixen significativament sota làmpades fluorescents blanques fredes probablement tinguin la llum verda (24%) continguda a la làmpada de tres colors molt menys que el resultat de la làmpada fluorescent blanca freda (51%), és a dir, l'efecte de supressió de la llum verda de la làmpada fluorescent blanca freda és més gran que els tres colors. Els resultats de la làmpada; (3) La taxa de fotosíntesi de les plantes cultivades sota la combinació de llum vermella i blava és significativament més alta que la de les plantes cultivades amb llum verda, donant suport a l'especulació anterior.

Tanmateix, tractar les llavors amb un làser verd pot fer que els raves i les pastanagues siguin el doble de grans que el control. Un pols verd tènue pot accelerar l'allargament de les plàntules que creixen a la foscor, és a dir, promoure l'allargament de la tija. El tractament de les plàntules d'Arabidopsis thaliana amb un sol pols de llum verda (525 nm ± 16 nm) (11,1 μmol·m-2·s-1, 9 s) a partir d'una font LED va donar lloc a una disminució de les transcripcions plastids i un augment del creixement de la tija taxa.

A partir dels últims 50 anys de dades d'investigació de fotobiologia vegetal, es va discutir el paper de la llum verda en el desenvolupament de les plantes, la floració, l'obertura estomàtica, el creixement de la tija, l'expressió gènica del cloroplast i la regulació del creixement de les plantes. Es creu que el sistema de percepció de la llum verda està en harmonia amb els sensors vermell i blau. Regular el creixement i desenvolupament de les plantes. Tingueu en compte que en aquesta revisió, la llum verda (500 ~ 600 nm) s'estén per incloure la part groga de l'espectre (580 ~ 600nm).

La llum groga (580 ~ 600 nm) inhibeix el creixement de l'enciam. Els resultats del contingut de clorofil·la i el pes sec per a diferents proporcions de llum vermella, vermella llunyana, blava, ultraviolada i groga respectivament indiquen que només la llum groga (580 ~ 600 nm) pot explicar la diferència en els efectes de creixement entre la làmpada de sodi d'alta pressió i l'halogenur metàl·lic. llum. És a dir, la llum groga inhibeix el creixement. A més, la llum groga (pic a 595 nm) va inhibir el creixement del cogombre amb més força que la llum verda (pic a 520 nm).

Algunes conclusions sobre els efectes conflictius de la llum groga/verda poden ser degudes al rang inconsistent de longituds d'ona de la llum utilitzada en aquests estudis. A més, com que alguns investigadors classifiquen la llum de 500 a 600 nm com a llum verda, hi ha poca literatura sobre els efectes de la llum groga (580-600 nm) en el creixement i desenvolupament de les plantes.

La radiació ultraviolada redueix l'àrea de les fulles de la planta, inhibeix l'allargament dels hipocòtils, redueix la fotosíntesi i la productivitat, i fa que les plantes siguin susceptibles a l'atac de patògens, però poden induir la síntesi de flavonoides i els mecanismes de defensa. UV-B pot reduir el contingut d'àcid ascòrbic i β-carotè, però pot promoure eficaçment la síntesi d'antocianina. La radiació UV-B dóna lloc a un fenotip de planta nana, fulles petites i gruixudes, pecíol curt, augment de les branques axil·lars i canvis en la relació arrel/corona.

Els resultats de les investigacions sobre 16 conreus d'arròs de 7 regions diferents de la Xina, l'Índia, les Filipines, el Nepal, Tailàndia, el Vietnam i Sri Lanka a l'hivernacle van mostrar que l'addició d'UV-B va provocar un augment de la biomassa total. Els conreus (només un dels quals va assolir un nivell significatiu, de Sri Lanka), 12 cultivars (dels quals 6 eren significatius) i els que tenien sensibilitat a la UV-B es van reduir significativament en l'àrea de fulla i la mida del tall. Hi ha 6 cultivars amb un contingut de clorofil·la augmentat (2 dels quals assoleixen nivells significatius); 5 cultivars amb una taxa fotosintètica de fulles significativament reduïda i 1 cultivar amb un augment significativament millorat (la seva biomassa total també és significativa).

La relació UV-B/PAR és un determinant important de la resposta de la planta a UV-B. Per exemple, UV-B i PAR junts afecten la morfologia i el rendiment d'oli de la menta, que requereix alts nivells de llum natural sense filtrar.

Cal tenir en compte que els estudis de laboratori dels efectes de la UV-B, tot i que són útils per identificar factors de transcripció i altres factors moleculars i fisiològics, es deuen a l'ús de nivells més alts d'UV-B, cap UV-A concomitant i PAR de fons sovint baix, el Els resultats no solen ser extrapolats mecànicament al medi natural. Els estudis de camp solen utilitzar làmpades UV per augmentar o utilitzar filtres per reduir els nivells d'UV-B.