Cinco luces monocromáticas que afectan el crecimiento de las plantas.
La luz es el factor ambiental básico para el crecimiento y desarrollo de las plantas. No sólo es la fuente de energía básica para la fotosíntesis, sino también un importante regulador del crecimiento y desarrollo de las plantas. El crecimiento y desarrollo de las plantas no sólo están limitados por la cantidad o intensidad de la luz (densidad de flujo de fotones, densidad de flujo de fotones, PFD), sino también por la calidad de la luz, es decir, diferentes longitudes de onda de luz y radiación y sus diferentes proporciones de composición.
El espectro solar se puede dividir aproximadamente en radiación ultravioleta (ultravioleta, UV
Las plantas pueden detectar cambios sutiles en la calidad de la luz, la intensidad de la luz, la duración de la luz y la dirección en el entorno de crecimiento, e iniciar los cambios fisiológicos y morfológicos necesarios para sobrevivir en este entorno. La luz azul, la luz roja y la luz roja lejana juegan un papel clave en el control de la fotomorfogénesis de las plantas. Los fotorreceptores (fitocromo, Phy), criptocromo (Cry) y fotorreceptores (fototropina, Phot) reciben señales luminosas e inducen el crecimiento y desarrollo de las plantas mediante la transducción de señales.
La luz monocromática, tal como se utiliza en el presente documento, se refiere a luz en un rango de longitud de onda específico. El rango de longitudes de onda de la misma luz monocromática utilizada en diferentes experimentos no es completamente consistente, y otras luces monocromáticas que son similares en longitud de onda a menudo se superponen en diferentes grados, especialmente antes de que aparezca una fuente de luz LED monocromática. De esta forma, naturalmente, habrá resultados diferentes e incluso contradictorios.
La luz roja (R) inhibe el alargamiento de los entrenudos, promueve la ramificación lateral y el macollamiento, retrasa la diferenciación de las flores y aumenta las antocianinas, la clorofila y los carotenoides. La luz roja puede provocar un movimiento de luz positivo en las raíces de Arabidopsis. La luz roja tiene un efecto positivo sobre la resistencia de las plantas al estrés biótico y abiótico.
La luz roja lejana (FR) puede en muchos casos contrarrestar el efecto de la luz roja. Una relación R/FR baja da como resultado una disminución en la capacidad fotosintética de los frijoles. En la cámara de crecimiento, la lámpara fluorescente blanca se utiliza como fuente de luz principal, y la radiación de color rojo lejano (el pico de emisión de 734 nm) se complementa con LED para reducir el contenido de antocianinas, carotenoides y clorofila, y el peso fresco. Se calcula el peso seco, la longitud del tallo, la longitud de la hoja y la hoja. Se aumenta el ancho. El efecto de la FR suplementaria sobre el crecimiento puede deberse a un aumento en la absorción de luz debido al aumento del área foliar. Arabidopsis thaliana cultivada en condiciones de R/FR baja fue más grande y más espesa que las cultivadas en condiciones de R/FR alta, con una gran biomasa y una fuerte adaptabilidad al frío. Diferentes proporciones de R/FR también pueden alterar la tolerancia a la sal de las plantas.
En general, aumentar la fracción de luz azul en luz blanca puede acortar los entrenudos, reducir el área foliar, reducir las tasas de crecimiento relativas y aumentar las proporciones nitrógeno/carbono (N/C).
La alta síntesis de clorofila de las plantas y la formación de cloroplastos, así como los cloroplastos con una alta proporción de clorofila a/b y bajos niveles de carotenoides, requieren luz azul. Bajo la luz roja, la tasa fotosintética de las células de algas disminuyó gradualmente y la tasa fotosintética se recuperó rápidamente después de pasar a la luz azul o agregar algo de luz azul bajo luz roja continua. Cuando las células de tabaco de crecimiento oscuro se transfirieron a luz azul continua durante 3 días, la cantidad total y el contenido de clorofila de rubulosa-1, 5-bifosfato carboxilasa/oxigenasa (Rubisco) aumentaron drásticamente. En consecuencia, el peso seco de las células en el volumen de la solución de cultivo unitario también aumenta bruscamente, mientras que aumenta muy lentamente bajo luz roja continua.
Evidentemente, para la fotosíntesis y el crecimiento de las plantas, sólo la luz roja no es suficiente. El trigo puede completar su ciclo de vida bajo una única fuente de LED rojos, pero para obtener plantas altas y una gran cantidad de semillas, se debe agregar una cantidad adecuada de luz azul (Tabla 1). El rendimiento de lechuga, espinacas y rábanos cultivados bajo una sola luz roja fue menor que el de las plantas cultivadas bajo la combinación de rojo y azul, mientras que el rendimiento de las plantas cultivadas bajo la combinación de rojo y azul con la luz azul adecuada fue comparable al el de las plantas cultivadas bajo lámparas fluorescentes de color blanco frío. De manera similar, Arabidopsis thaliana puede producir semillas bajo una sola luz roja, pero crece bajo la combinación de luz roja y azul a medida que la proporción de luz azul disminuye (10% a 1%) en comparación con las plantas cultivadas bajo lámparas fluorescentes blancas frías. La floración, la floración y los resultados de las plantas se retrasaron. Sin embargo, el rendimiento de semillas de las plantas cultivadas bajo una combinación de luz roja y azul que contenía un 10% de luz azul fue solo la mitad que el de las plantas cultivadas bajo lámparas fluorescentes blancas frías. El exceso de luz azul inhibe el crecimiento de las plantas, acorta los entrenudos, reduce la ramificación, reduce el área foliar y reduce el peso seco total. Las plantas tienen diferencias significativas entre especies en la necesidad de luz azul.
Cabe señalar que, aunque algunos estudios que utilizan diferentes tipos de fuentes de luz han demostrado que las diferencias en la morfología y el crecimiento de las plantas están relacionadas con diferencias en la proporción de luz azul en el espectro, las conclusiones siguen siendo problemáticas porque la composición de la luz no azul La luz emitida por los diferentes tipos de lámparas utilizadas es diferente. Por ejemplo, aunque el peso seco de las plantas de soja y sorgo cultivadas bajo la misma lámpara fluorescente y la tasa fotosintética neta por unidad de área foliar son significativamente mayores que las cultivadas bajo lámparas de sodio de baja presión, estos resultados no pueden atribuirse completamente a la luz azul bajo Lámparas de sodio de baja presión. Falta, me temo que también está relacionada con la luz amarilla y verde bajo la lámpara de sodio de baja presión y la luz roja anaranjada.
El peso seco de las plántulas de tomate cultivadas bajo luz blanca (que contiene luz roja, azul y verde) fue significativamente menor que el de las plántulas cultivadas bajo luz roja y azul. La detección espectral de la inhibición del crecimiento en cultivos de tejidos indicó que la calidad de la luz más dañina era la luz verde con un pico a 550 nm. La altura de la planta y el peso fresco y seco de la caléndula cultivada bajo luz verde aumentaron entre un 30% y un 50% en comparación con las plantas cultivadas bajo luz de espectro completo. La luz verde llena de luz de espectro completo hace que las plantas sean cortas y secas, y se reduce el peso fresco. Eliminar la luz verde fortalece la floración de la caléndula, mientras que complementar la luz verde inhibe la floración del clavel y la lechuga.
Sin embargo, también hay informes de que la luz verde promueve el crecimiento. Kim y cols. concluyó que la luz combinada roja y azul (LED) suplementada con luz verde da como resultado que el crecimiento de las plantas se inhibe cuando la luz verde excede el 50%, mientras que el crecimiento de las plantas mejora cuando la proporción de luz verde es inferior al 24%. Aunque el peso seco de la parte superior de la lechuga aumenta con la luz verde añadida por la luz fluorescente verde sobre el fondo de luz combinado rojo y azul proporcionado por el LED, la conclusión de que la adición de luz verde mejora el crecimiento y produce más biomasa que la luz blanca fría es problemático: (1) El peso seco de la biomasa que observan es sólo el peso seco de la parte aérea. Si se incluye el peso seco del sistema radicular subterráneo, el resultado puede ser diferente; (2) la parte superior de la lechuga cultivada bajo las luces roja, azul y verde. Es probable que las plantas que crecen significativamente bajo lámparas fluorescentes de color blanco frío tengan mucha menos luz verde (24%) contenida en la lámpara de tres colores que el resultado. de la lámpara fluorescente blanca fría (51%), es decir, el efecto de supresión de la luz verde de la lámpara fluorescente blanca fría es mayor que el de los tres colores. Los resultados de la lámpara; (3) La tasa de fotosíntesis de las plantas cultivadas bajo la combinación de luz roja y azul es significativamente mayor que la de las plantas cultivadas bajo luz verde, lo que respalda la especulación anterior.
Sin embargo, tratar las semillas con un láser verde puede hacer que los rábanos y las zanahorias sean dos veces más grandes que el control. Un pulso verde tenue puede acelerar el alargamiento de las plántulas que crecen en la oscuridad, es decir, promover el alargamiento del tallo. El tratamiento de plántulas de Arabidopsis thaliana con un único pulso de luz verde (525 nm ± 16 nm) (11,1 μmol·m-2·s-1, 9 s) de una fuente LED dio como resultado una disminución en las transcripciones de plastidios y un aumento en el crecimiento del tallo. tasa.
Con base en los datos de investigación de fotobiología vegetal de los últimos 50 años, se discutió el papel de la luz verde en el desarrollo, la floración, la apertura de los estomas, el crecimiento del tallo, la expresión de genes del cloroplasto y la regulación del crecimiento de las plantas. Se cree que el sistema de percepción de la luz verde está en armonía con los sensores rojo y azul. Regular el crecimiento y desarrollo de las plantas. Tenga en cuenta que en esta revisión, la luz verde (500~600 nm) se amplía para incluir la porción amarilla del espectro (580 ~ 600 nm).
La luz amarilla (580~600 nm) inhibe el crecimiento de la lechuga. Los resultados del contenido de clorofila y el peso seco para diferentes proporciones de luz roja, roja lejana, azul, ultravioleta y amarilla respectivamente indican que sólo la luz amarilla (580~600 nm) puede explicar la diferencia en los efectos de crecimiento entre las lámparas de sodio de alta presión y los halogenuros metálicos. lámpara. Es decir, la luz amarilla inhibe el crecimiento. Además, la luz amarilla (pico a 595 nm) inhibió el crecimiento del pepino más fuertemente que la luz verde (pico a 520 nm).
Algunas conclusiones sobre los efectos contradictorios de la luz amarilla/verde pueden deberse al rango inconsistente de longitudes de onda de luz utilizadas en esos estudios. Además, debido a que algunos investigadores clasifican la luz de 500 a 600 nm como luz verde, hay poca literatura sobre los efectos de la luz amarilla (580-600 nm) en el crecimiento y desarrollo de las plantas.
La radiación ultravioleta reduce el área foliar de las plantas, inhibe el alargamiento del hipocótilo, reduce la fotosíntesis y la productividad y hace que las plantas sean susceptibles al ataque de patógenos, pero puede inducir la síntesis de flavonoides y mecanismos de defensa. Los rayos UV-B pueden reducir el contenido de ácido ascórbico y β-caroteno, pero pueden promover eficazmente la síntesis de antocianinas. La radiación UV-B produce un fenotipo de planta enana, hojas pequeñas y gruesas, pecíolo corto, aumento de ramas axilares y cambios en la relación raíz/copa.
Los resultados de investigaciones en invernadero en 16 cultivares de arroz de 7 regiones diferentes de China, India, Filipinas, Nepal, Tailandia, Vietnam y Sri Lanka mostraron que la adición de UV-B dio como resultado un aumento en la biomasa total. Los cultivares (de los cuales sólo uno alcanzó un nivel significativo, de Sri Lanka), 12 cultivares (de los cuales 6 fueron significativos) y aquellos con sensibilidad a los rayos UV-B redujeron significativamente el área foliar y el tamaño de los macollos. Hay 6 cultivares con mayor contenido de clorofila (2 de los cuales alcanzan niveles significativos); 5 cultivares con una tasa fotosintética foliar significativamente reducida y 1 cultivar con un aumento significativamente mejorado (su biomasa total también es significativa).
La proporción de UV-B/PAR es un determinante importante de la respuesta de la planta a los UV-B. Por ejemplo, los rayos UV-B y PAR juntos afectan la morfología y el rendimiento de aceite de la menta, que requiere altos niveles de luz natural sin filtrar.
Cabe señalar que los estudios de laboratorio de los efectos de la UV-B, aunque son útiles para identificar factores de transcripción y otros factores moleculares y fisiológicos, se deben al uso de niveles más altos de UV-B, sin UV-A concomitante y, a menudo, con una PAR de fondo baja, la Los resultados no suelen extrapolarse mecánicamente al entorno natural. Los estudios de campo suelen utilizar lámparas UV para aumentar o utilizar filtros para reducir los niveles de UV-B.