Cinco luces monocromáticas que afectan o crecemento das plantas

A luz é o factor ambiental básico para o crecemento e desenvolvemento das plantas. Non só é a fonte de enerxía básica para a fotosíntese, senón tamén un importante regulador do crecemento e desenvolvemento das plantas. O crecemento e o desenvolvemento das plantas non só están restrinxidos pola cantidade ou intensidade da luz (densidade de fluxo de fotóns, densidade de fluxo de fotóns, PFD), senón tamén pola calidade da luz, é dicir, as diferentes lonxitudes de onda de luz e radiación e as súas diferentes proporcións de composición.

O espectro solar pódese dividir aproximadamente en radiación ultravioleta (ultravioleta, UV

As plantas poden detectar cambios sutís na calidade da luz, a intensidade da luz, a lonxitude da luz e a dirección no medio de crecemento, e iniciar os cambios fisiolóxicos e morfolóxicos necesarios para sobrevivir neste ambiente. A luz azul, a luz vermella e a luz vermella afastada xogan un papel fundamental no control da fotomorfoxénese das plantas. Os fotorreceptores (fitocromo, Phy), o criptocromo (Cry) e os fotorreceptores (fototropina, Phot) reciben sinais luminosos e inducen o crecemento e desenvolvemento das plantas mediante a transdución de sinais.

A luz monocromática tal e como se usa aquí refírese á luz nun intervalo de lonxitude de onda específico. O rango de lonxitudes de onda da mesma luz monocromática utilizada en diferentes experimentos non é completamente consistente, e outras luces monocromáticas que son similares en lonxitude de onda adoitan solaparse en diferentes graos, especialmente antes da aparición dunha fonte de luz LED monocromática. Deste xeito, naturalmente, haberá resultados diferentes e mesmo contraditorios.

A luz vermella (R) inhibe a elongación dos entrenudos, promove a ramificación lateral e o maculado, atrasa a diferenciación das flores e aumenta as antocianinas, a clorofila e os carotenoides. A luz vermella pode provocar un movemento positivo de luz nas raíces de Arabidopsis. A luz vermella ten un efecto positivo sobre a resistencia das plantas ao estrés biótico e abiótico.

A luz vermella afastada (FR) pode contrarrestar o efecto da luz vermella en moitos casos. Unha baixa relación R/FR produce unha diminución da capacidade fotosintética dos feixóns. Na cámara de crecemento, a lámpada fluorescente branca úsase como fonte de luz principal e a radiación vermella afastada (o pico de emisión de 734 nm) complétase con LEDs para reducir o contido de antocianinas, carotenoides e clorofila e o peso fresco. realízanse o peso seco, a lonxitude do talo, a lonxitude da folla e a folla. O ancho é aumentado. O efecto do FR suplementario no crecemento pode deberse a un aumento na absorción da luz debido ao aumento da área foliar. Arabidopsis thaliana cultivada en condicións de R/FR baixa era máis grande e grosa que as cultivadas en R/FR alta, cunha gran biomasa e unha forte adaptabilidade ao frío. As diferentes proporcións de R/FR tamén poden alterar a tolerancia á sal das plantas.

En xeral, o aumento da fracción de luz azul na luz branca pode acurtar entrenós, reducir a superficie foliar, reducir as taxas de crecemento relativas e aumentar as relacións de nitróxeno/carbono (N/C).

A alta síntese de clorofila vexetal e a formación de cloroplastos, así como os cloroplastos con alta relación de clorofila a/b e baixos niveis de carotenoides requiren luz azul. Baixo a luz vermella, a taxa fotosintética das células de algas diminuíu gradualmente e a taxa fotosintética recuperouse rapidamente despois de ir á luz azul ou engadir algo de luz azul baixo luz vermella continua. Cando as células de tabaco de crecemento escuro foron transferidas a luz azul continua durante 3 días, a cantidade total e o contido de clorofila da rubulosa-1, 5-bisfosfato carboxilase/osixenase (Rubisco) aumentou drasticamente. En consonancia con isto, o peso seco das células no volume da solución de cultivo unitario tamén aumenta drasticamente, mentres que aumenta moi lentamente baixo luz vermella continua.

Obviamente, para a fotosíntese e o crecemento das plantas, só a luz vermella non é suficiente. O trigo pode completar o seu ciclo de vida baixo unha única fonte de LED vermello, pero para obter plantas altas e gran cantidade de sementes, hai que engadir unha cantidade adecuada de luz azul (táboa 1). O rendemento de leituga, espinaca e rabanete cultivados baixo unha única luz vermella foi menor que o das plantas cultivadas baixo a combinación de vermello e azul, mentres que o rendemento das plantas cultivadas baixo a combinación de vermello e azul coa luz azul adecuada foi comparable ao de a das plantas cultivadas baixo lámpadas fluorescentes brancas frías. Do mesmo xeito, Arabidopsis thaliana pode producir sementes baixo unha única luz vermella, pero crece baixo a combinación de luz vermella e azul a medida que a proporción de luz azul diminúe (10% a 1%) en comparación coas plantas cultivadas baixo lámpadas fluorescentes brancas frías. O parafuso da planta, a floración e os resultados atrasáronse. Non obstante, o rendemento de sementes das plantas cultivadas baixo unha combinación de luz vermella e azul que contén un 10% de luz azul era só a metade das plantas cultivadas baixo lámpadas fluorescentes brancas frías. A luz azul excesiva inhibe o crecemento das plantas, acurta os entrenudos, reduce a ramificación, reduce a área foliar e reduce o peso seco total. As plantas teñen diferenzas de especies significativas na necesidade de luz azul.

Cómpre sinalar que aínda que algúns estudos que empregan diferentes tipos de fontes de luz demostraron que as diferenzas na morfoloxía e o crecemento das plantas están relacionadas coas diferenzas na proporción de luz azul no espectro, as conclusións seguen sendo problemáticas porque a composición do non-azul. a luz emitida polos distintos tipos de lámpadas utilizadas é diferente. Por exemplo, aínda que o peso seco das plantas de soia e sorgo cultivadas baixo a mesma lámpada fluorescente e a taxa neta de fotosintética por unidade de superficie foliar son significativamente superiores ás cultivadas con lámpadas de sodio de baixa presión, estes resultados non se poden atribuír completamente á luz azul baixo a luz azul. lámpadas de sodio de baixa presión. Falta, témome que tamén está relacionada coa luz amarela e verde baixo a lámpada de sodio de baixa presión e a luz vermella laranxa.

O peso seco das mudas de tomate cultivadas baixo luz branca (que conteñen luz vermella, azul e verde) foi significativamente menor que o das mudas cultivadas baixo luz vermella e azul. A detección espectral da inhibición do crecemento no cultivo de tecidos indicou que a calidade da luz máis prexudicial era a luz verde cun pico a 550 nm. A altura da planta, o peso fresco e seco da caléndula cultivada baixo a luz verde aumentou entre un 30% e un 50% en comparación coas plantas cultivadas baixo luz de espectro completo. A luz verde chea de luz de espectro completo fai que as plantas sexan curtas e secas e redúzase o peso fresco. Eliminar a luz verde fortalece a floración da caléndula, mentres que complementar a luz verde inhibe a floración de Dianthus e leitugas.

Non obstante, tamén hai informes de luz verde que promove o crecemento. Kim et al. concluíron que a luz verde combinada vermello-azul (LED) complementada da luz verde resulta na conclusión de que o crecemento das plantas inhibe cando a luz verde supera o 50%, mentres que o crecemento das plantas mellora cando a proporción de luz verde é inferior ao 24%. Aínda que o peso seco da parte superior da leituga aumenta coa luz verde engadida pola luz verde fluorescente sobre o fondo de luz combinada vermella e azul proporcionada polo LED, a conclusión de que a adición de luz verde mellora o crecemento e produce máis biomasa que a luz branca fría é problemática: (1) O peso seco da biomasa que observan é só o peso seco da parte aérea. Se se inclúe o peso seco do sistema raíz subterráneo, o resultado pode ser diferente; (2) a parte superior da leituga cultivada baixo as luces vermellas, azuis e verdes As plantas que crecen significativamente baixo lámpadas fluorescentes brancas frías probablemente teñan a luz verde (24%) contida na lámpada de tres cores moito menos que o resultado. da lámpada fluorescente branca fría (51%), é dicir, o efecto de supresión da luz verde da lámpada fluorescente branca fría é maior que as tres cores. Os resultados da lámpada; (3) A taxa de fotosíntese das plantas cultivadas baixo a combinación de luz vermella e azul é significativamente maior que a das plantas cultivadas baixo luz verde, o que apoia a especulación anterior.

Non obstante, tratar as sementes cun láser verde pode facer rabanetes e cenorias o dobre que o control. Un pulso verde tenue pode acelerar o alongamento das mudas que crecen na escuridade, é dicir, promover a elongación do talo. O tratamento das mudas de Arabidopsis thaliana cun único pulso de luz verde (525 nm ± 16 nm) (11,1 μmol·m-2·s-1, 9 s) a partir dunha fonte LED provocou unha diminución das transcricións de plastidios e un aumento do crecemento do talo. taxa.

Con base nos últimos 50 anos de datos de investigación de fotobioloxía vexetal, discutiuse o papel da luz verde no desenvolvemento das plantas, a floración, a apertura de estomas, o crecemento do talo, a expresión dos xenes do cloroplasto e a regulación do crecemento das plantas. Crese que o sistema de percepción da luz verde está en harmonía cos sensores vermello e azul. Regula o crecemento e desenvolvemento das plantas. Teña en conta que nesta revisión, a luz verde (500~600nm) esténdese para incluír a parte amarela do espectro (580~600nm).

A luz amarela (580~600nm) inhibe o crecemento da leituga. Os resultados do contido de clorofila e do peso seco para diferentes proporcións de luz vermella, vermella afastada, azul, ultravioleta e amarela, respectivamente, indican que só a luz amarela (580 ~ 600 nm) pode explicar a diferenza nos efectos de crecemento entre a lámpada de sodio de alta presión e o halogenuro metálico. lámpada. É dicir, a luz amarela inhibe o crecemento. Ademais, a luz amarela (pico a 595 nm) inhibiu o crecemento do pepino con máis forza que a luz verde (pico a 520 nm).

Algunhas conclusións sobre os efectos conflitivos da luz amarela/verde poden deberse ao intervalo inconsistente de lonxitudes de onda da luz utilizada neses estudos. Ademais, debido a que algúns investigadores clasifican a luz de 500 a 600 nm como luz verde, hai pouca literatura sobre os efectos da luz amarela (580-600 nm) no crecemento e desenvolvemento das plantas.

A radiación ultravioleta reduce a superficie foliar da planta, inhibe o alongamento do hipocotilo, reduce a fotosíntese e a produtividade e fai que as plantas sexan susceptibles ao ataque de patóxenos, pero pode inducir a síntese de flavonoides e mecanismos de defensa. UV-B pode reducir o contido de ácido ascórbico e β-caroteno, pero pode promover eficazmente a síntese de antocianinas. A radiación UV-B produce un fenotipo de planta anana, follas pequenas e grosas, pecíolo curto, aumento das ramas axilares e cambios na relación raíz/coroa.

Os resultados das investigacións en 16 cultivares de arroz de 7 rexións diferentes de China, India, Filipinas, Nepal, Tailandia, Vietnam e Sri Lanka no invernadoiro mostraron que a adición de UV-B provocou un aumento da biomasa total. Os cultivares (só un dos cales alcanzou un nivel significativo, procedente de Sri Lanka), 12 cultivares (dos cales 6 foron significativos) e aqueles con sensibilidade UV-B reducíronse significativamente na superficie das follas e o tamaño do mago. Existen 6 cultivares con maior contido de clorofila (2 dos cales alcanzan niveis significativos); 5 cultivares cunha taxa de fotosintética foliar significativamente reducida e 1 cultivar cun aumento significativamente mellorado (a súa biomasa total tamén é significativa).

A proporción de UV-B/PAR é un determinante importante da resposta da planta a UV-B. Por exemplo, UV-B e PAR afectan xuntos a morfoloxía e o rendemento de aceite da menta, que require altos niveis de luz natural sen filtrar.

Cómpre sinalar que os estudos de laboratorio dos efectos UV-B, aínda que son útiles para identificar factores de transcrición e outros factores moleculares e fisiolóxicos, débense ao uso de niveis máis altos de UV-B, sen UV-A concomitante e PAR de fondo a miúdo baixo, o os resultados normalmente non se extrapolan mecánicamente ao medio natural. Os estudos de campo normalmente usan lámpadas UV para aumentar ou usar filtros para reducir os niveis de UV-B.