Kvin monokromataj lumoj kiuj influas plantkreskon

Lumo estas la baza media faktoro por kresko kaj disvolviĝo de plantoj. Ĝi estas ne nur la baza energifonto por fotosintezo, sed ankaŭ grava reguliganto de plantokresko kaj evoluo. Plantkresko kaj evoluo estas ne nur limigitaj de lumkvanto aŭ lumintenso (fotona fluodenseco, fotona fluodenseco, PFD), sed ankaŭ de lumkvalito, t.e. malsamaj ondolongoj de lumo kaj radiado kaj iliaj malsamaj kunmetaĵproporcioj.

La suna spektro povas esti proksimume dividita en ultraviola radiado (ultraviola, UV

Plantoj povas detekti subtilajn ŝanĝojn en lumkvalito, lumintenso, longeco de lumo kaj direkto en la kreskanta medio, kaj iniciati la fiziologiajn kaj morfologiajn ŝanĝojn necesajn por pluvivi en ĉi tiu medio. Blua lumo, ruĝa lumo kaj malproksima ruĝa lumo ludas ŝlosilan rolon en kontrolado de la fotomorfogenezo de plantoj. Fotoreceptoroj (fitokromo, Phy), kriptokromo (Cry), kaj fotoreceptoroj (fototropino, Phot) ricevas lumsignalojn kaj stimulas kreskon kaj evoluon de plantoj per signaltransdukto.

Monokromata lumo kiel ĉi tie uzata rilatas al lumo en specifa ondolongo. La gamo de ondolongoj de la sama monokromata lumo uzata en malsamaj eksperimentoj ne estas tute konsekvenca, kaj aliaj monokromataj lumoj, kiuj estas similaj en ondolongo, ofte interkovras laŭ malsamaj mezuroj, precipe antaŭ la apero de monokromata LED-lumfonto. Tiamaniere, nature, estos malsamaj kaj eĉ kontraŭdiraj rezultoj.

Ruĝa lumo (R) malhelpas internondan plilongiĝon, antaŭenigas flankan disbranĉiĝadon kaj truadon, prokrastas flordiferencigon kaj pliigas antocianinojn, klorofilon kaj karotenoidojn. Ruĝa lumo povas kaŭzi pozitivan lummoviĝon en Arabidopsis radikoj. Ruĝa lumo havas pozitivan efikon sur plantrezisto al biotaj kaj abiotaj stresoj.

Malproksima ruĝa lumo (FR) povas kontraŭagi la ruĝan lumon en multaj kazoj. Malalta R/FR-proporcio rezultigas malkreskon en fotosinteza kapacito de faboj. En la kreskĉambro, la blanka fluoreska lampo estas uzata kiel la ĉefa lumfonto, kaj la malproksime ruĝa radiado (la emisiopinto de 734 nm) estas kompletigita per LED-oj por redukti la enhavon de antocianino, karotenoido kaj klorofilo, kaj la freŝan pezon, seka pezo, tigo longo, foliolongo kaj folio estas faritaj. La larĝo estas pliigita. La efiko de suplementa FR sur kresko povas ŝuldiĝi al pliiĝo en malpeza sorbado pro pliigita foliareo. Arabidopsis thaliana kultivita sub malaltaj R/FR-kondiĉoj estis pli grandaj kaj pli dikaj ol tiuj kreskigitaj sub alta R/FR, kun granda biomaso kaj forta malvarma adaptebleco. Malsamaj rilatumoj de R/FR ankaŭ povas ŝanĝi la saltoleremon de plantoj.

Ĝenerale, pliigi la frakcion de blua lumo en blanka lumo povas mallongigi internodojn, redukti foliareon, redukti relativajn kreskorapidecojn kaj pliigi nitrogenon/karbonon (N/C) proporciojn.

Alta planta klorofilsintezo kaj kloroplastformado same kiel kloroplastoj kun alta klorofila a/b-proporcio kaj malaltaj karotenoidaj niveloj postulas bluan lumon. Sub la ruĝa lumo, la fotosinteza indico de la algoĉeloj iom post iom malpliiĝis, kaj la fotosinteza indico rapide resaniĝis post iri al blua lumo aŭ aldoni iom da blua lumo sub kontinua ruĝa lumo. Kiam la malhele kreskantaj tabakĉeloj estis translokigitaj al daŭra blua lumo dum 3 tagoj, la totala kvanto kaj klorofila enhavo de rubulozo-1, 5-bisfosfata karboksilazo/oksigenazo (Rubisco) akre pliiĝis. Konsekvence kun tio, la seka pezo de la ĉeloj en la volumeno de la unuokultursolvo ankaŭ akre pliiĝas, dum ĝi pliiĝas tre malrapide sub kontinua ruĝa lumo.

Evidente, por fotosintezo kaj kresko de plantoj, nur ruĝa lumo ne sufiĉas. Tritiko povas kompletigi sian vivociklon sub ununura fonto de ruĝaj LED, sed por akiri altajn plantojn kaj grandajn nombrojn da semoj, taŭga kvanto da blua lumo devas esti aldonita (Tabelo 1). La rendimento de laktuko, spinaco kaj rafano kultivitaj sub ununura ruĝa lumo estis pli malalta ol tiu de la plantoj kultivitaj sub la kombinaĵo de ruĝa kaj blua, dum la rendimento de plantoj kultivitaj sub la kombinaĵo de ruĝa kaj blua kun taŭga blua lumo estis komparebla al tiu de plantoj kreskigitaj sub malvarmetaj blankaj fluoreskaj lampoj. Simile, Arabidopsis thaliana povas produkti semojn sub ununura ruĝa lumo, sed ĝi kreskas sub la kombinaĵo de ruĝa kaj blua lumo kiam la proporcio de blua lumo malpliiĝas (10% ĝis 1%) komparite kun plantoj kultivitaj sub malvarmetaj blankaj fluoreskaj lampoj. Plantriglitado, florado kaj rezultoj estis prokrastitaj. Tamen, la semproduktado de plantoj kultivitaj sub kombinaĵo de ruĝa kaj blua lumo enhavanta 10% bluan lumon estis nur duono de tiu de plantoj kultivitaj sub malvarmaj blankaj fluoreskaj lampoj. Troa blua lumo malhelpas plantkreskon, mallongigante internodojn, reduktitan disbranĉiĝon, reduktitan foliareon kaj reduktitan totalan sekan pezon. Plantoj havas signifajn speciodiferencojn en la bezono de blua lumo.

Oni devas rimarki, ke kvankam iuj studoj uzantaj malsamajn specojn de lumfontoj montris, ke diferencoj en plantmorfologio kaj kresko rilatas al diferencoj en la proporcio de blua lumo en la spektro, la konkludoj ankoraŭ estas problemaj ĉar la konsisto de la ne-blua. lumo elsendita de la malsamaj specoj de lampoj uzataj estas malsama. Ekzemple, kvankam la seka pezo de sojfaboj kaj sorgoplantoj kultivitaj sub la sama malpeza fluoreska lampo kaj la neta fotosinteza indico po unuopa folia areo estas signife pli alta ol tiuj kreskigitaj sub malaltpremaj natriaj lampoj, ĉi tiuj rezultoj ne povas esti tute atribuitaj al blua lumo sub. natriaj lampoj de malalta premo. Manko, mi timas, ke ĝi rilatas ankaŭ al la flava kaj verda lumo sub la malaltprema natria lampo kaj la oranĝa ruĝa lumo.

La seka pezo de tomatoplantidoj kultivitaj sub blanka lumo (enhavanta ruĝan, bluan kaj verdan lumon) estis signife pli malalta ol tiu de plantidoj kultivitaj sub ruĝa kaj blua lumo. Spektra detekto de kreskinhibicio en histokulturo indikis ke la plej damaĝa lumkvalito estis verda lumo kun pinto ĉe 550 nm. La alteco de la planto, freŝa kaj seka pezo de kalendo kreskita sub la lumo de verda lumo pliiĝis je 30% ĝis 50% kompare kun plantoj kreskigitaj sub plena spektra lumo. Plena spektra lumplena verda lumo kaŭzas, ke la plantoj estas mallongaj kaj sekaj, kaj la freŝa pezo estas reduktita. Forigi verdan lumon plifortigas la floradon de kalendo, dum suplementado de verda lumo malhelpas la floradon de Dianthus kaj laktuko.

Tamen, ekzistas ankaŭ raportoj pri verda lumo antaŭeniganta kreskon. Kim et al. konkludis, ke la ruĝa-blua kombinita lumo (LED-oj) kompletigita verda lumo rezultigas la konkludon, ke plantkresko estas malhelpita kiam verda lumo superas 50%, dum plantkresko estas plifortigita kiam la verda lumo-proporcio estas malpli ol 24%. Kvankam la seka pezo de la supra parto de la laktuko estas pliigita de la verda lumo aldonita de la verda fluoreska lumo sur la ruĝa kaj blua kombinita luma fono provizita de la LED, la konkludo, ke la aldono de verda lumo plibonigas la kreskon kaj produktas pli. biomaso ol la malvarmeta blanka lumo estas problema: (1) La seka pezo de la biomaso kiun ili observas estas nur la seka pezo de la supratera parto. Se la seka pezo de la subtera radika sistemo estas inkluzivita, la rezulto povas esti malsama; (2) la supra parto de la laktuko kreskigita sub la ruĝaj, bluaj kaj verdaj lumoj Plantoj kiuj kreskas signife sub malvarmaj blankaj fluoreskaj lampoj verŝajne havas la verdan lumon (24%) enhavitan en la trikolora lampo multe malpli ol la rezulto. de la malvarmeta blanka fluoreska lampo (51%), tio estas, la verda lumo-subprema efiko de la malvarmeta blanka fluoreska lampo estas pli granda ol la tri koloroj. La rezultoj de la lampo; (3) La fotosintezo-rapideco de la plantoj kreskigitaj sub la kombinaĵo de ruĝa kaj blua lumo estas signife pli alta ol tiu de la plantoj kreskigitaj sub verda lumo, apogante la antaŭan konjekton.

Tamen, trakti la semojn per verda lasero povas fari rafojn kaj karotojn duoble pli grandajn ol la kontrolo. Malklara verda pulso povas akceli la plilongiĝon de la plantidoj kreskantaj en la mallumo, tio estas, antaŭenigi tigan plilongiĝon. Traktado de Arabidopsis thaliana plantidoj kun ununura verda lumo (525 nm ± 16 nm) pulso (11.1 μmol·m-2·s-1, 9 s) de LED-fonto rezultigis malkreskon en plastidtransskribaĵoj kaj pliiĝo en tigokresko. imposto.

Surbaze de la lastaj 50 jaroj de plantaj fotobiologiaj esplordatenoj, oni diskutis pri la rolo de verda lumo en planto-disvolviĝo, florado, stomata malfermo, tigo-kresko, kloroplasta genesprimo kaj regularo de plantokresko. Oni kredas, ke la verda lumo-perceptosistemo estas en harmonio kun la ruĝaj kaj bluaj sensiloj. Reguli la kreskon kaj disvolviĝon de plantoj. Notu, ke en ĉi tiu revizio, verda lumo (500~600nm) estas etendita por inkluzivi la flavan parton de la spektro (580~600nm).

Flava lumo (580~600nm) malhelpas kreskon de laktuko. La rezultoj de klorofila enhavo kaj seka pezo por malsamaj proporcioj de ruĝa, malproksime ruĝa, blua, ultraviola kaj flava lumo respektive indikas, ke nur flava lumo (580~600nm) povas klarigi la diferencon en kreskoefikoj inter altprema natria lampo kaj metala halogenido. lampo. Tio estas, flava lumo malhelpas kreskon. Ankaŭ, flava lumo (pinto je 595 nm) malhelpis kukumkreskon pli forte ol verda lumo (pinto je 520 nm).

Kelkaj konkludoj pri la konfliktantaj efikoj de flava/verda lumo povas ŝuldiĝi al la malkonsekvenca gamo de ondolongoj de lumo uzita en tiuj studoj. Krome, ĉar kelkaj esploristoj klasifikas lumon de 500 ĝis 600 nm kiel verdan lumon, ekzistas malmulte da literaturo pri la efikoj de flava lumo (580-600 nm) sur plantkresko kaj evoluo.

Ultraviola radiado reduktas plantan foliareon, malhelpas hipokotilan plilongiĝon, reduktas fotosintezon kaj produktivecon, kaj igas plantojn sentemaj al patogenatako, sed povas stimuli flavonoidan sintezon kaj defendajn mekanismojn. UV-B povas redukti la enhavon de askorbata acido kaj β-karoteno, sed povas efike antaŭenigi la sintezon de antocianina. UV-B-radiado rezultigas nanan plantfenotipon, malgrandajn, dikaj foliojn, mallongan petiolo, pliigitajn akselaj branĉoj, kaj radiko/krono-proporcioŝanĝoj.

La rezultoj de esploroj pri 16 riz-kulturvarioj el 7 diversaj regionoj de Ĉinio, Hindio, Filipinoj, Nepalo, Tajlando, Vjetnamio kaj Sri-Lanko en la forcejo montris, ke la aldono de UV-B rezultigis pliiĝon de la totala biomaso. Kultivaroj (nur unu el kiuj atingis signifan nivelon, de Sri-Lanko), 12 kulturvarioj (el kiuj 6 estis signifaj), kaj tiuj kun UV-B-sentemo estis signife reduktitaj en foliareo kaj rulgrandeco. Estas 6 kulturvarioj kun pliigita klorofila enhavo (2 el kiuj atingas signifajn nivelojn); 5 kulturvarioj kun signife reduktita folia fotosinteza indico, kaj 1 kulturvario kun signife plibonigita (ĝia totala biomaso ankaŭ estas signifa) pliiĝo).

La rilatumo de UV-B/PAR estas grava determinanto de plantrespondo al UV-B. Ekzemple, UV-B kaj PAR kune influas la morfologion kaj oleorendimenton de mento, kiu postulas altajn nivelojn de nefiltrita natura lumo.

Oni devas rimarki, ke laboratoriaj studoj pri UV-B-efikoj, kvankam utilaj en identigado de transkripcifaktoroj kaj aliaj molekulaj kaj fiziologiaj faktoroj, ŝuldiĝas al la uzo de pli altaj UV-B-niveloj, neniu UV-A akompana kaj Ofte malalta fona PAR, la rezultoj kutime ne estas meĥanike eksterpolitaj en la naturan medion. Kampaj studoj kutime uzas UV-lampoj por levi aŭ uzi filtrilojn por redukti UV-B-nivelojn.