Fem monokromatiska ljus som påverkar växternas tillväxt

Ljus är den grundläggande miljöfaktorn för växternas tillväxt och utveckling. Det är inte bara den grundläggande energikällan för fotosyntes, utan också en viktig regulator av växternas tillväxt och utveckling. Växts tillväxt och utveckling begränsas inte bara av ljuskvantitet eller ljusintensitet (fotonflödestäthet, fotonflödestäthet, PFD), utan också av ljuskvalitet, dvs olika våglängder av ljus och strålning och deras olika sammansättningsförhållanden.

Solspektrumet kan grovt delas in i ultraviolett strålning (ultraviolett, UV

Växter kan upptäcka subtila förändringar i ljuskvalitet, ljusintensitet, ljusets längd och riktning i odlingsmiljön och initiera de fysiologiska och morfologiska förändringarna som är nödvändiga för att överleva i denna miljö. Blått ljus, rött ljus och långt rött ljus spelar en nyckelroll för att kontrollera växternas fotomorfogenes. Fotoreceptorer (fytokrom, Phy), kryptokrom (Cry) och fotoreceptorer (fototropin, Phot) tar emot ljussignaler och inducerar tillväxt och utveckling av växter genom signaltransduktion.

Monokromatiskt ljus som det används häri hänför sig till ljus i ett specifikt våglängdsområde. Våglängdsintervallet för samma monokromatiska ljus som används i olika experiment är inte helt konsekvent, och andra monokromatiska ljus som är lika i våglängd överlappar ofta i olika utsträckning, särskilt innan en monokromatisk LED-ljuskälla uppträder. På så sätt blir det naturligtvis olika och till och med motsägelsefulla resultat.

Rött ljus (R) hämmar internodförlängning, främjar lateral förgrening och rotation, fördröjer blomdifferentiering och ökar antocyaniner, klorofyll och karotenoider. Rött ljus kan orsaka positiv ljusrörelse i Arabidopsis rötter. Rött ljus har en positiv effekt på växternas motståndskraft mot biotiska och abiotiska påfrestningar.

Far red light (FR) kan motverka rött ljuseffekt i många fall. Ett lågt R/FR-förhållande resulterar i en minskning av fotosynteskapaciteten hos kidneybönor. I tillväxtkammaren används den vita lysrörslampan som huvudljuskälla, och den långt röda strålningen (emissionstoppen på 734 nm) kompletteras med lysdioder för att minska antocyanin-, karotenoid- och klorofyllhalten och färskvikten, torrvikt, stamlängd, bladlängd och blad görs. Bredden ökas. Effekten av kompletterande FR på tillväxten kan bero på en ökning av ljusabsorptionen på grund av ökad bladarea. Arabidopsis thaliana som odlades under låga R/FR-förhållanden var större och tjockare än de som odlades under hög R/FR, med stor biomassa och stark köldanpassningsförmåga. Olika förhållanden mellan R/FR kan också förändra salttoleransen hos växter.

I allmänhet kan en ökning av andelen blått ljus i vitt ljus förkorta internoder, minska bladarean, minska relativa tillväxthastigheter och öka kväve/kol (N/C) förhållanden.

Hög växtklorofyllsyntes och kloroplastbildning samt kloroplaster med högt klorofyll a/b-förhållande och låga karotenoidnivåer kräver blått ljus. Under det röda ljuset minskade algcellernas fotosynteshastighet gradvis, och fotosynteshastigheten återhämtade sig snabbt efter att ha gått till blått ljus eller tillsatt lite blått ljus under kontinuerligt rött ljus. När de mörkväxande tobakscellerna överfördes till kontinuerligt blått ljus under 3 dagar ökade den totala mängden och klorofyllhalten av rubulos-1, 5-bisfosfatkarboxylas/oxygenas (Rubisco) kraftigt. I enlighet med detta ökar även cellernas torrvikt i volymen av enhetsodlingslösningen kraftigt, medan den ökar mycket långsamt under kontinuerligt rött ljus.

Uppenbarligen räcker inte bara rött ljus för fotosyntes och tillväxt av växter. Vete kan slutföra sin livscykel under en enda röd LED-källa, men för att få höga växter och ett stort antal frön måste en lämplig mängd blått ljus tillsättas (tabell 1). Skörden av sallad, spenat och rädisa som odlades under ett enda rött ljus var lägre än av de plantor som odlades under kombinationen av rött och blått, medan avkastningen av plantor som odlades under kombinationen av rött och blått med lämpligt blått ljus var jämförbart med växter som odlas under svala vita lysrör. På liknande sätt kan Arabidopsis thaliana producera frön under ett enda rött ljus, men den växer under kombinationen av rött och blått ljus när andelen blått ljus minskar (10% till 1%) jämfört med växter som odlas under svala vita lysrör. Plantering, blomning och resultat försenades. Fröavkastningen för växter som odlades under en kombination av rött och blått ljus innehållande 10 % blått ljus var dock bara hälften av växter som odlades under kalla vita lysrör. För mycket blått ljus hämmar växttillväxt, förkortar internoder, minskad förgrening, minskad bladarea och minskad total torrvikt. Växter har betydande artskillnader i behovet av blått ljus.

Det bör noteras att även om vissa studier med olika typer av ljuskällor har visat att skillnader i växtmorfologi och tillväxt är relaterade till skillnader i andelen blått ljus i spektrumet, är slutsatserna fortfarande problematiska eftersom sammansättningen av det icke-blåa ljuset ljus som avges av de olika typerna av lampor som används är olika. Till exempel, även om torrvikten för sojaböns- och sorghumplantor som odlas under samma ljusfluorescerande lampa och nettofotosynteshastigheten per enhet bladarea är betydligt högre än de som odlas under lågtrycksnatriumlampor, kan dessa resultat inte helt tillskrivas blått ljus under lågtrycksnatriumlampor. Brist, jag är rädd att det också är relaterat till det gula och gröna ljuset under lågtrycksnatriumlampan och det orangeröda ljuset.

Torrvikten för tomatplantor som odlats under vitt ljus (innehållande rött, blått och grönt ljus) var betydligt lägre än för plantor som odlats under rött och blått ljus. Spektral detektering av tillväxthämning i vävnadskultur visade att den mest skadliga ljuskvaliteten var grönt ljus med en topp vid 550 nm. Växthöjden, färsk och torr vikt hos ringblomma som odlats under ljuset av grönt ljus ökade med 30 % till 50 % jämfört med växter som odlats under fullspektrumljus. Fullspektrum ljusfyllt grönt ljus gör att plantorna blir korta och torra och färskvikten minskar. Att ta bort grönt ljus stärker blomningen av ringblomman, medan kompletterande grönt ljus hämmar blomningen av Dianthus och sallad.

Men det finns också rapporter om grönt ljus som främjar tillväxt. Kim et al. drog slutsatsen att det röd-blå kombinerade ljuset (LED) kompletterat med grönt ljus resulterar i slutsatsen att växttillväxt hämmas när grönt ljus överstiger 50 %, medan växttillväxten förbättras när grönt ljusförhållande är mindre än 24 %. Även om torrvikten för den övre delen av sallaten ökas av det gröna ljuset som läggs till av det gröna fluorescerande ljuset på den röda och blåa kombinerade ljusbakgrunden från LED, slutsatsen att tillsatsen av grönt ljus ökar tillväxten och producerar mer biomassa än det kalla vita ljuset är problematiskt: (1) Torrvikten av biomassan de observerar är endast torrvikten av den ovanjordiska delen. Om torrvikten för det underjordiska rotsystemet ingår kan resultatet bli annorlunda; (2) den övre delen av sallad som odlas under det röda, blåa och gröna ljuset Växter som växer kraftigt under kalla vita lysrör har sannolikt det gröna ljuset (24 %) som finns i trefärgslampan mycket mindre än resultatet av den kallvita lysrörslampan (51 %), det vill säga den gröna ljusdämpningseffekten hos den kallvita lysrörslampan är större än de tre färgerna. Resultatet av lampan; (3) Fotosynteshastigheten för växter som odlats under kombinationen av rött och blått ljus är betydligt högre än för växter som odlats under grönt ljus, vilket stöder tidigare spekulationer.

Men att behandla fröna med en grön laser kan göra rädisor och morötter dubbelt så stora som kontrollen. En svagt grön puls kan påskynda förlängningen av plantorna som växer i mörker, det vill säga främja stamförlängning. Behandling av plantor av Arabidopsis thaliana med en enda grönt ljus (525 nm ± 16 nm) puls (11,1 μmol·m-2·s-1, 9 s) från en LED-källa resulterade i en minskning av plastidtranskript och en ökning av stamtillväxt Betygsätta.

Baserat på de senaste 50 årens växtfotobiologiska forskningsdata diskuterades grönt ljuss roll i växtutveckling, blomning, stomatal öppning, stamtillväxt, kloroplastgenexpression och växttillväxtreglering. Man tror att det gröna ljusuppfattningssystemet är i harmoni med de röda och blå sensorerna. Reglera tillväxt och utveckling av växter. Observera att i denna recension utökas grönt ljus (500~600nm) till att omfatta den gula delen av spektrumet (580~600nm).

Gult ljus (580~600nm) hämmar salladstillväxt. Resultaten av klorofyllhalt och torrvikt för olika förhållanden av rött, långt rött, blått, ultraviolett respektive gult ljus indikerar att endast gult ljus (580~600nm) kan förklara skillnaden i tillväxteffekter mellan högtrycksnatriumlampa och metallhalogen lampa. Det vill säga gult ljus hämmar tillväxten. Dessutom hämmade gult ljus (topp vid 595 nm) gurktillväxt kraftigare än grönt ljus (topp vid 520 nm).

Vissa slutsatser om de motstridiga effekterna av gult/grönt ljus kan bero på det inkonsekventa intervallet för ljusets våglängder som används i dessa studier. Dessutom, eftersom vissa forskare klassificerar ljus från 500 till 600 nm som grönt ljus, finns det lite litteratur om effekterna av gult ljus (580-600 nm) på växternas tillväxt och utveckling.

Ultraviolett strålning minskar växtens bladyta, hämmar hypokotylförlängning, minskar fotosyntes och produktivitet och gör växter mottagliga för patogenattacker, men kan inducera flavonoidsyntes och försvarsmekanismer. UV-B kan minska halten av askorbinsyra och β-karoten, men kan effektivt främja antocyaninsyntes. UV-B-strålning resulterar i en dvärgväxtfenotyp, små, tjocka blad, kort bladskaft, ökade axillära grenar och förändringar i förhållandet mellan rot och krona.

Resultaten av undersökningar av 16 rissorter från 7 olika regioner i Kina, Indien, Filippinerna, Nepal, Thailand, Vietnam och Sri Lanka i växthuset visade att tillsatsen av UV-B resulterade i en ökning av den totala biomassan. Sorter (av vilka endast en nådde en signifikant nivå, från Sri Lanka), 12 sorter (varav 6 var signifikanta) och de med UV-B-känslighet reducerades signifikant i bladarea och rorkultsstorlek. Det finns 6 sorter med ökat klorofyllinnehåll (varav 2 når betydande nivåer); 5 sorter med avsevärt reducerad bladfotosynteshastighet, och 1 sort med avsevärt förbättrad (dess totala biomassa är också signifikant) ökning).

Förhållandet UV-B/PAR är en viktig bestämningsfaktor för växternas reaktion på UV-B. Till exempel påverkar UV-B och PAR tillsammans morfologin och oljeutbytet hos mynta, vilket kräver höga nivåer av ofiltrerat naturligt ljus.

Det bör noteras att laboratoriestudier av UV-B-effekter, även om de är användbara för att identifiera transkriptionsfaktorer och andra molekylära och fysiologiska faktorer, beror på användningen av högre UV-B-nivåer, ingen samtidig UV-A och ofta låg bakgrunds-PAR, Resultaten extrapoleras vanligtvis inte mekaniskt till den naturliga miljön. Fältstudier använder vanligtvis UV-lampor för att höja eller använder filter för att minska UV-B-nivåer.