Cinco luzes monocromáticas que afetam o crescimento das plantas
A luz é o fator ambiental básico para o crescimento e desenvolvimento das plantas. Não é apenas a fonte básica de energia para a fotossíntese, mas também um importante regulador do crescimento e desenvolvimento das plantas. O crescimento e desenvolvimento das plantas não são limitados apenas pela quantidade ou intensidade de luz (densidade de fluxo de fotões, densidade de fluxo de fotões, PFD), mas também pela qualidade da luz, ou seja, diferentes comprimentos de onda de luz e radiação e as suas diferentes proporções de composição.
O espectro solar pode ser dividido aproximadamente em radiação ultravioleta (ultravioleta, UV
As plantas podem detectar mudanças sutis na qualidade da luz, intensidade da luz, comprimento da luz e direção no ambiente de crescimento, e iniciar as mudanças fisiológicas e morfológicas necessárias para sobreviver neste ambiente. A luz azul, a luz vermelha e a luz vermelha extrema desempenham um papel fundamental no controle da fotomorfogênese das plantas. Fotorreceptores (fitocromo, Phy), criptocromo (Cry) e fotorreceptores (fototropina, Phot) recebem sinais de luz e induzem o crescimento e desenvolvimento das plantas por meio da transdução de sinal.
A luz monocromática, tal como aqui utilizada, refere-se à luz numa faixa de comprimento de onda específica. A faixa de comprimentos de onda da mesma luz monocromática usada em diferentes experimentos não é completamente consistente, e outras luzes monocromáticas que são semelhantes em comprimento de onda muitas vezes se sobrepõem em diferentes extensões, especialmente antes do aparecimento de uma fonte de luz LED monocromática. Desta forma, naturalmente, haverá resultados diferentes e até contraditórios.
A luz vermelha (R) inibe o alongamento dos entrenós, promove a ramificação lateral e o perfilhamento, retarda a diferenciação das flores e aumenta as antocianinas, a clorofila e os carotenóides. A luz vermelha pode causar movimento luminoso positivo nas raízes de Arabidopsis. A luz vermelha tem um efeito positivo na resistência das plantas aos estresses bióticos e abióticos.
A luz vermelha distante (FR) pode neutralizar o efeito da luz vermelha em muitos casos. Uma relação R/FR baixa resulta em uma diminuição na capacidade fotossintética do feijão. Na câmara de crescimento, a lâmpada fluorescente branca é usada como fonte de luz principal, e a radiação vermelha distante (pico de emissão de 734 nm) é complementada com LEDs para reduzir o teor de antocianinas, carotenóides e clorofila, e o peso fresco, peso seco, comprimento do caule, comprimento da folha e folha são feitos. A largura é aumentada. O efeito do FR suplementar no crescimento pode ser devido a um aumento na absorção de luz devido ao aumento da área foliar. Arabidopsis thaliana cultivada em condições de baixo R/FR era maior e mais espessa do que aquelas cultivadas em alto R/FR, com grande biomassa e forte adaptabilidade ao frio. Diferentes proporções de R/FR também podem alterar a tolerância das plantas ao sal.
Em geral, aumentar a fração de luz azul na luz branca pode encurtar os entrenós, reduzir a área foliar, reduzir as taxas de crescimento relativo e aumentar as relações nitrogênio/carbono (N/C).
Alta síntese de clorofila vegetal e formação de cloroplastos, bem como cloroplastos com alta proporção de clorofila a/b e baixos níveis de carotenóides requerem luz azul. Sob a luz vermelha, a taxa fotossintética das células das algas diminuiu gradualmente, e a taxa fotossintética se recuperou rapidamente após passar para a luz azul ou adicionar um pouco de luz azul sob luz vermelha contínua. Quando as células escuras do tabaco foram transferidas para luz azul contínua durante 3 dias, a quantidade total e o conteúdo de clorofila da rubulose-1, 5-bifosfato carboxilase/oxigenase (Rubisco) aumentaram acentuadamente. Consistente com isto, o peso seco das células no volume da solução de cultura unitária também aumenta acentuadamente, enquanto aumenta muito lentamente sob luz vermelha contínua.
Obviamente, para a fotossíntese e o crescimento das plantas, apenas a luz vermelha não é suficiente. O trigo pode completar seu ciclo de vida sob uma única fonte de LEDs vermelhos, mas para obter plantas altas e grande número de sementes, uma quantidade adequada de luz azul deve ser adicionada (Tabela 1). O rendimento de alface, espinafre e rabanete cultivados sob uma única luz vermelha foi inferior ao das plantas cultivadas sob a combinação de vermelho e azul, enquanto o rendimento de plantas cultivadas sob a combinação de vermelho e azul com luz azul apropriada foi comparável a o das plantas cultivadas sob lâmpadas fluorescentes brancas e frias. Da mesma forma, Arabidopsis thaliana pode produzir sementes sob uma única luz vermelha, mas cresce sob a combinação de luz vermelha e azul à medida que a proporção de luz azul diminui (10% a 1%) em comparação com plantas cultivadas sob lâmpadas fluorescentes brancas frias. O pendoamento das plantas, a floração e os resultados foram atrasados. No entanto, o rendimento de sementes de plantas cultivadas sob uma combinação de luz vermelha e azul contendo 10% de luz azul foi apenas metade do das plantas cultivadas sob lâmpadas fluorescentes brancas frias. O excesso de luz azul inibe o crescimento das plantas, encurtando os entrenós, reduzindo a ramificação, reduzindo a área foliar e reduzindo o peso seco total. As plantas têm diferenças significativas entre espécies na necessidade de luz azul.
Deve-se notar que embora alguns estudos utilizando diferentes tipos de fontes de luz tenham mostrado que as diferenças na morfologia e no crescimento das plantas estão relacionadas com diferenças na proporção de luz azul no espectro, as conclusões ainda são problemáticas porque a composição da luz não azul a luz emitida pelos diferentes tipos de lâmpadas utilizadas é diferente. Por exemplo, embora o peso seco das plantas de soja e sorgo cultivadas sob a mesma lâmpada fluorescente e a taxa fotossintética líquida por unidade de área foliar sejam significativamente mais elevados do que aquelas cultivadas sob lâmpadas de sódio de baixa pressão, estes resultados não podem ser completamente atribuídos à luz azul sob lâmpadas de sódio de baixa pressão. Falta, temo que também esteja relacionado à luz amarela e verde sob a lâmpada de sódio de baixa pressão e à luz vermelha laranja.
O peso seco das mudas de tomate cultivadas sob luz branca (contendo luz vermelha, azul e verde) foi significativamente menor do que o das mudas cultivadas sob luz vermelha e azul. A detecção espectral da inibição do crescimento em cultura de tecidos indicou que a qualidade da luz mais prejudicial era a luz verde com pico em 550 nm. A altura da planta, o peso fresco e seco do calêndula cultivado sob luz verde aumentaram de 30% a 50% em comparação com as plantas cultivadas sob luz de espectro total. A luz verde cheia de luz de espectro total faz com que as plantas fiquem curtas e secas, e o peso fresco é reduzido. A remoção da luz verde fortalece o florescimento do calêndula, enquanto a suplementação da luz verde inibe o florescimento do cravo-da-índia e da alface.
No entanto, também há relatos de que a luz verde promove o crescimento. Kim et al. concluíram que a luz combinada vermelha-azul (LEDs) suplementada com luz verde resulta na conclusão de que o crescimento das plantas é inibido quando a luz verde excede 50%, enquanto o crescimento das plantas é aumentado quando a proporção de luz verde é inferior a 24%. Embora o peso seco da parte superior da alface seja aumentado pela luz verde adicionada pela luz fluorescente verde sobre o fundo de luz combinado vermelho e azul fornecido pelo LED, a conclusão de que a adição de luz verde aumenta o crescimento e produz mais biomassa do que a luz branca fria é problemática: (1) O peso seco da biomassa que eles observam é apenas o peso seco da parte aérea. Se for incluído o peso seco do sistema radicular subterrâneo, o resultado pode ser diferente; (2) a parte superior da alface cultivada sob as luzes vermelha, azul e verde As plantas que crescem significativamente sob lâmpadas fluorescentes brancas frias provavelmente terão a luz verde (24%) contida na lâmpada de três cores muito menos do que o resultado da lâmpada fluorescente branca fria (51%), ou seja, o efeito de supressão da luz verde da lâmpada fluorescente branca fria é maior que as três cores. Os resultados da lâmpada; (3) A taxa de fotossíntese das plantas cultivadas sob a combinação de luz vermelha e azul é significativamente superior à das plantas cultivadas sob luz verde, apoiando a especulação anterior.
No entanto, tratar as sementes com um laser verde pode fazer rabanetes e cenouras duas vezes maiores que o controle. Um pulso verde escuro pode acelerar o alongamento das mudas que crescem no escuro, ou seja, promover o alongamento do caule. O tratamento de mudas de Arabidopsis thaliana com um único pulso de luz verde (525 nm ± 16 nm) (11,1 μmol·m-2·s-1, 9 s) de uma fonte de LED resultou em uma diminuição nas transcrições de plastídios e um aumento no crescimento do caule avaliar.
Com base nos últimos 50 anos de dados de pesquisa em fotobiologia vegetal, foi discutido o papel da luz verde no desenvolvimento das plantas, floração, abertura estomática, crescimento do caule, expressão genética do cloroplasto e regulação do crescimento das plantas. Acredita-se que o sistema de percepção da luz verde esteja em harmonia com os sensores vermelho e azul. Regular o crescimento e desenvolvimento das plantas. Observe que nesta revisão, a luz verde (500~600nm) é estendida para incluir a porção amarela do espectro (580~600nm).
A luz amarela (580~600nm) inibe o crescimento da alface. Os resultados do teor de clorofila e peso seco para diferentes proporções de luz vermelha, vermelha distante, azul, ultravioleta e amarela, respectivamente, indicam que apenas a luz amarela (580 ~ 600 nm) pode explicar a diferença nos efeitos de crescimento entre a lâmpada de sódio de alta pressão e a lâmpada de iodetos metálicos. lâmpada. Ou seja, a luz amarela inibe o crescimento. Além disso, a luz amarela (pico em 595 nm) inibiu o crescimento do pepino mais fortemente do que a luz verde (pico em 520 nm).
Algumas conclusões sobre os efeitos conflitantes da luz amarela/verde podem ser devidas à faixa inconsistente de comprimentos de onda de luz usados nesses estudos. Além disso, como alguns investigadores classificam a luz de 500 a 600 nm como luz verde, há pouca literatura sobre os efeitos da luz amarela (580-600 nm) no crescimento e desenvolvimento das plantas.
A radiação ultravioleta reduz a área foliar da planta, inibe o alongamento do hipocótilo, reduz a fotossíntese e a produtividade e torna as plantas suscetíveis ao ataque de patógenos, mas pode induzir a síntese de flavonóides e mecanismos de defesa. UV-B pode reduzir o conteúdo de ácido ascórbico e β-caroteno, mas pode efetivamente promover a síntese de antocianinas. A radiação UV-B resulta em um fenótipo de planta anã, folhas pequenas e grossas, pecíolo curto, aumento de ramos axilares e alterações na proporção raiz/copa.
Os resultados das investigações em 16 cultivares de arroz de 7 regiões diferentes da China, Índia, Filipinas, Nepal, Tailândia, Vietname e Sri Lanka em estufa mostraram que a adição de UV-B resultou num aumento na biomassa total. As cultivares (das quais apenas uma atingiu um nível significativo, do Sri Lanka), 12 cultivares (das quais 6 foram significativas) e aquelas com sensibilidade UV-B foram significativamente reduzidas na área foliar e no tamanho do perfilho. Existem 6 cultivares com maior teor de clorofila (2 das quais atingem níveis significativos); 5 cultivares com taxa fotossintética foliar significativamente reduzida e 1 cultivar com aumento significativamente melhorado (sua biomassa total também é significativa).
A proporção de UV-B/PAR é um determinante importante da resposta da planta ao UV-B. Por exemplo, UV-B e PAR juntos afetam a morfologia e o rendimento de óleo da hortelã, que requer altos níveis de luz natural não filtrada.
Deve-se notar que os estudos laboratoriais dos efeitos do UV-B, embora úteis na identificação de fatores de transcrição e outros fatores moleculares e fisiológicos, são devidos ao uso de níveis mais elevados de UV-B, sem UV-A concomitante e frequentemente baixo PAR de fundo, o os resultados geralmente não são extrapolados mecanicamente para o ambiente natural. Os estudos de campo normalmente usam lâmpadas UV para aumentar ou usam filtros para reduzir os níveis de UV-B.