Öt monokromatikus lámpa, amelyek befolyásolják a növények növekedését

A fény a növények növekedésének és fejlődésének alapvető környezeti tényezője. Nemcsak a fotoszintézis alapvető energiaforrása, hanem a növények növekedésének és fejlődésének fontos szabályozója is. A növények növekedését és fejlődését nemcsak a fény mennyisége vagy intenzitása (fotonfluxussűrűség, fotonfluxussűrűség, PFD) korlátozza, hanem a fény minősége, azaz a fény és a sugárzás különböző hullámhosszai és ezek eltérő összetételi aránya is.

A nap spektruma nagyjából felosztható ultraibolya sugárzásra (ultraibolya, UV

A növények képesek érzékelni a fényminőség, a fény intenzitása, a fény hosszának és irányának finom változásait a növekedési környezetben, és beindítják a fiziológiai és morfológiai változásokat, amelyek a környezetben való túléléshez szükségesek. A kék fény, a vörös fény és a távoli vörös fény kulcsszerepet játszik a növények fotomorfogenezisének szabályozásában. A fotoreceptorok (fitokróm, Phy), kriptokróm (Cry) és fotoreceptorok (fototropin, Phot) fényjeleket fogadnak, és jelátvitel útján indukálják a növények növekedését és fejlődését.

A monokromatikus fény egy adott hullámhossz-tartományban lévő fényre vonatkozik. A különböző kísérletekben használt azonos monokromatikus fény hullámhossz-tartománya nem teljesen konzisztens, és a hasonló hullámhosszú monokromatikus fények gyakran eltérő mértékben fedik egymást, különösen a monokromatikus LED fényforrás megjelenése előtt. Ily módon természetesen eltérő, sőt egymásnak ellentmondó eredmények születnek.

A vörös fény (R) gátolja a csomópontok közötti megnyúlást, elősegíti az oldalirányú elágazódást és a szárképződést, késlelteti a virágok differenciálódását, valamint növeli az antocianinok, klorofill és karotinoidok szintjét. A vörös fény pozitív fénymozgást okozhat az Arabidopsis gyökereiben. A vörös fény pozitív hatással van a növények biotikus és abiotikus stresszekkel szembeni rezisztenciájára.

A távoli vörös fény (FR) sok esetben ellensúlyozhatja a vörös fény hatását. Az alacsony R/FR arány a bab fotoszintetikus kapacitásának csökkenését eredményezi. A növekedési kamrában a fehér fénycsövet használják fő fényforrásként, a távoli vörös sugárzást (734 nm-es emissziós csúcs) pedig LED-ekkel egészítik ki az antocianin-, karotinoid- és klorofilltartalom, valamint a friss tömeg csökkentése érdekében, száraz tömeg, szárhossz, levélhossz és levél készül. A szélesség megnő. A kiegészítő FR növekedésre gyakorolt ​​hatása a megnövekedett levélfelület miatti fényelnyelés növekedésének tudható be. Az alacsony R/FR körülmények között termesztett Arabidopsis thaliana nagyobb és vastagabb volt, mint a magas R/FR mellett termesztettek, nagy biomasszával és erős hideghez való alkalmazkodóképességgel. A különböző R/FR arányok a növények sótűrő képességét is megváltoztathatják.

Általánosságban elmondható, hogy a kék fény arányának növelése fehér fényben lerövidítheti a csomópontokat, csökkentheti a levélterületet, csökkentheti a relatív növekedési sebességet és növelheti a nitrogén/szén (N/C) arányt.

A magas növényi klorofillszintézis és kloroplasztképzés, valamint a magas klorofill a/b arányú és alacsony karotinoidszintű kloroplasztiszok kék fényt igényelnek. A vörös fény hatására az algasejtek fotoszintetikus sebessége fokozatosan csökkent, és a fotoszintetikus sebesség gyorsan helyreállt, miután kék fényre váltott, vagy folyamatos vörös fény mellett kék fényt adtak hozzá. Amikor a sötétben növő dohánysejteket 3 napig folyamatos kék fényre helyeztük, a rubulóz-1,5-biszfoszfát-karboxiláz/oxigenáz (Rubisco) összmennyisége és klorofilltartalma meredeken emelkedett. Ezzel összhangban az egységnyi tenyészoldat térfogatában a sejtek száraz tömege is meredeken növekszik, miközben folyamatos vörös fényben nagyon lassan növekszik.

Nyilvánvaló, hogy a növények fotoszintéziséhez és növekedéséhez csak a vörös fény nem elegendő. A búza életciklusát egyetlen piros LED-forrás alatt is teljesítheti, de a magas növények és nagyszámú mag eléréséhez megfelelő mennyiségű kék ​​fényt kell hozzáadni (1. táblázat). Az egyetlen piros fény mellett termesztett saláta, spenót és retek termése alacsonyabb volt, mint a piros és kék kombinációban termesztett növényeké, míg a piros és kék kombinációban, megfelelő kék fénnyel termesztett növények termése hasonló volt hogy a hideg fehér fénycsövek alatt termesztett növényeké. Hasonlóképpen, az Arabidopsis thaliana is képes magokat termelni egyetlen vörös fény mellett, de a vörös és kék fény kombinációja mellett növekszik, mivel a kék fény aránya csökken (10%-ról 1%-ra) a hideg fehér fénycsövek alatt termesztett növényekhez képest. A növények kihordása, virágzása és az eredmények késtek. A 10% kék fényt tartalmazó vörös és kék fény kombinációja mellett termesztett növények maghozama azonban csak a fele volt a hideg fehér fénycsövekkel termesztett növényeknek. A túlzott kék fény gátolja a növények növekedését, lerövidíti a csomópontokat, csökkenti az elágazódást, csökkenti a levélfelületet és csökkenti a teljes száraz tömeget. A növények kék fényigényében jelentős faji különbségek vannak.

Meg kell jegyezni, hogy bár egyes, különböző típusú fényforrásokat használó tanulmányok kimutatták, hogy a növények morfológiájában és növekedésében mutatkozó különbségek összefüggésben állnak a kék fény spektrumbeli arányának különbségeivel, a következtetések még mindig problematikusak, mivel a nem kék fény összetétele. a különböző típusú lámpák által kibocsátott fény eltérő. Például, bár az azonos fénycső alatt termesztett szójabab és cirok növények száraz tömege és az egységnyi levélfelületre jutó nettó fotoszintetikus sebesség lényegesen magasabb, mint a kisnyomású nátriumlámpákkal termesztetteké, ezeket az eredményeket nem lehet teljes mértékben a kék fénynek tulajdonítani. alacsony nyomású nátriumlámpák. Hiány, attól tartok, ez is összefügg a kisnyomású nátriumlámpa alatti sárga és zöld lámpával és a narancssárga piros lámpával.

A fehér (piros, kék és zöld fényt tartalmazó) fénnyel termesztett paradicsom palánták száraz tömege szignifikánsan alacsonyabb volt, mint a piros és kék fény mellett termesztett palántáé. Szövettenyészetben a növekedésgátlás spektrális detektálása azt mutatta, hogy a legkárosabb fényminőség a zöld fény volt, 550 nm-en a csúcs. A zöld fény mellett termesztett körömvirág növénymagassága, friss és száraz tömege 30-50%-kal nőtt a teljes spektrumú fényben termesztett növényekhez képest. A teljes spektrumú, fénnyel teli zöld fény hatására a növények rövidek és szárazak lesznek, a friss tömeg pedig csökken. A zöld fény eltávolítása erősíti a körömvirág virágzását, míg a zöld fény kiegészítése gátolja a Dianthus és a saláta virágzását.

Vannak azonban jelentések a növekedést elősegítő zöld fényről is. Kim et al. arra a következtetésre jutott, hogy a piros-kék kombinált fénnyel (LED-ekkel) kiegészített zöld fény arra a következtetésre jutott, hogy a növények növekedése gátolt, ha a zöld fény meghaladja az 50%-ot, míg a növények növekedése fokozódik, ha a zöld fény aránya 24% alatti. Bár a saláta felső részének száraz tömegét növeli a zöld fény által hozzáadott zöld fény a LED által biztosított piros és kék kombinált fényháttéren, az a következtetés, hogy a zöld fény hozzáadása fokozza a növekedést és több termést eredményez. biomassza, mint a hideg fehér fény problémás: (1) Az általuk megfigyelt biomassza száraz tömege csak a föld feletti rész száraz tömege. Ha a föld alatti gyökérrendszer száraz tömegét is beleszámítjuk, az eredmény eltérő lehet; (2) a vörös, kék és zöld lámpák mellett termesztett saláta felső része A hideg fehér fénycsövek mellett jelentősen nőtt növényeknél a háromszínű lámpa zöld fénye (24%) valószínűleg sokkal kisebb, mint az eredmény. a hideg fehér fénycső (51%), vagyis a hideg fehér fénycső zöld fényt elnyomó hatása nagyobb, mint a három színé. A lámpa eredményei; (3) A vörös és kék fény kombinációja mellett termesztett növények fotoszintézise lényegesen magasabb, mint a zöld fénnyel termesztetteké, ami alátámasztja a korábbi spekulációt.

A magvak zöld lézerrel történő kezelésével azonban a retek és a sárgarépa kétszer akkora lehet, mint a kontrollé. A halványzöld impulzus felgyorsíthatja a sötétben növő palánták megnyúlását, azaz elősegítheti a szár megnyúlását. Arabidopsis thaliana palánták kezelése egyetlen zöld fény (525 nm ± 16 nm) impulzussal (11,1 μmol·m-2·s-1, 9 s) LED-forrásból a plasztisz átiratok csökkenését és a szárnövekedés növekedését eredményezte. mérték.

Az elmúlt 50 év növényi fotobiológiai kutatási adatai alapján szóba került a zöld fény szerepe a növények fejlődésében, virágzásában, sztómanyitásban, szárnövekedésben, kloroplasztisz génexpresszióban és a növényi növekedés szabályozásában. Úgy tartják, hogy a zöld fény érzékelési rendszere összhangban van a piros és kék érzékelőkkel. Szabályozza a növények növekedését és fejlődését. Vegye figyelembe, hogy ebben az áttekintésben a zöld fényt (500–600 nm) kiterjesztjük a spektrum sárga részére (580–600 nm).

A sárga fény (580-600 nm) gátolja a saláta növekedését. A klorofilltartalom és a száraz tömeg eredményei a vörös, távoli vörös, kék, ultraibolya és sárga fény különböző arányaiban azt jelzik, hogy csak a sárga fény (580-600 nm) magyarázza a nagynyomású nátriumlámpa és a fémhalogenid növekedési hatásainak különbségét. lámpa. Vagyis a sárga fény gátolja a növekedést. Ezenkívül a sárga fény (csúcs 595 nm-en) erősebben gátolta az uborka növekedését, mint a zöld fény (csúcs 520 nm-en).

A sárga/zöld fény egymásnak ellentmondó hatásaira vonatkozó bizonyos következtetések oka lehet az ezekben a vizsgálatokban használt fény hullámhossz-tartományának inkonzisztens tartománya. Sőt, mivel egyes kutatók az 500-600 nm-es fényt zöld fénynek minősítik, kevés irodalom áll rendelkezésre a sárga fény (580-600 nm) növények növekedésére és fejlődésére gyakorolt ​​hatásáról.

Az ultraibolya sugárzás csökkenti a növény leveleinek területét, gátolja a hipokotil megnyúlását, csökkenti a fotoszintézist és a termelékenységet, valamint fogékonnyá teszi a növényeket a kórokozók támadására, de indukálhatja a flavonoid szintézist és védekezési mechanizmusokat. Az UV-B csökkentheti az aszkorbinsav és a β-karotin tartalmát, de hatékonyan elősegítheti az antocianin szintézist. Az UV-B sugárzás törpe növényi fenotípust, kicsi, vastag leveleket, rövid levélnyélt, megnövekedett hónaljágakat és a gyökér/korona arány változását eredményezi.

Kína, India, Fülöp-szigetek, Nepál, Thaiföld, Vietnam és Srí Lanka 7 különböző régiójából származó 16 rizsfajtán az üvegházban végzett vizsgálatok eredményei azt mutatták, hogy az UV-B hozzáadása a teljes biomassza növekedését eredményezte. A fajták (melyek közül csak egy ért el szignifikáns szintet, Sri Lankáról), 12 fajta (ebből 6 volt szignifikáns) és az UV-B érzékenységű fajták esetében jelentősen csökkent a levélterület és a szárméret. 6 fajta van megnövelt klorofilltartalommal (ebből 2 ér el jelentős szintet); 5 fajta szignifikánsan csökkent levélfotoszintetikus sebességgel, és 1 fajta jelentősen javult (összes biomasszája is jelentős) növekedéssel.

Az UV-B/PAR arány a növény UV-B-re adott válaszának fontos meghatározója. Például az UV-B és a PAR együtt befolyásolja a menta morfológiáját és olajhozamát, amihez nagy mennyiségű szűretlen természetes fény szükséges.

Meg kell jegyezni, hogy az UV-B hatások laboratóriumi vizsgálatai, bár hasznosak a transzkripciós faktorok és más molekuláris és fiziológiai tényezők azonosításában, a magasabb UV-B szintek használatának, az UV-A egyidejű hiányának és a gyakran alacsony háttér PAR-nak köszönhető. az eredményeket általában nem mechanikusan extrapolálják a természetes környezetbe. A terepvizsgálatok általában UV-lámpákat használnak az UV-B-szint emelésére vagy szűrőket használnak az UV-B szint csökkentésére.