植物の成長に影響を与える5つの単色の光

光は植物の成長と発達にとって基本的な環境要因です。それは光合成の基本的なエネルギー源であるだけでなく、植物の成長と発育の重要な調節因子でもあります。植物の成長と発育は、光量や光強度（光子束密度、光子束密度、PFD）によって制限されるだけでなく、光の質、つまり光と放射線の異なる波長とそれらの異なる組成比によっても制限されます。

太陽スペクトルは、紫外線（紫外線、UV

植物は、生育環境における光の質、光の強度、光の長さ、方向の微妙な変化を検出し、この環境で生き残るために必要な生理学的および形態学的変化を開始することができます。青色光、赤色光、遠赤色光は、植物の光形態形成の制御において重要な役割を果たします。光受容体（フィトクロム、Phy）、クリプトクロム（Cry）、および光受容体（フォトトロピン、Phot）は光シグナルを受け取り、シグナル伝達を通じて植物の成長と発育を誘導します。

本明細書で使用される単色光は、特定の波長範囲の光を指す。異なる実験で使用される同じ単色光の波長範囲は完全に一致しているわけではなく、特に単色 LED 光源が出現する前は、波長が似ている他の単色光が異なる程度で重複することがよくあります。このようにして、当然のことながら、異なる結果、さらには矛盾した結果が得られます。

赤色光(R)は節間の伸長を阻害し、側枝と分げつを促進し、花の分化を遅らせ、アントシアニン、クロロフィル、カロテノイドを増加させます。赤色光はシロイヌナズナの根にポジティブな光の動きを引き起こす可能性があります。赤色光は、生物的および非生物的ストレスに対する植物の耐性にプラスの効果をもたらします。

遠赤色光 (FR) は、多くの場合、赤色光の影響を打ち消すことができます。 R/FR 比が低いと、インゲン豆の光合成能力が低下します。生育室では、白色蛍光灯が主光源として使用され、遠赤色放射（734 nmの発光ピーク）がLEDで補われ、アントシアニン、カロテノイド、クロロフィルの含有量と生重量が低減されます。乾燥重量、茎の長さ、葉の長さ、葉を作ります。幅が広くなります。成長に対する補足的な FR の効果は、葉面積の増加による光吸収の増加によるものと考えられます。低 R/FR 条件で生育したシロイヌナズナは、高 R/FR 条件で生育したシロイヌナズナよりも大きくて太く、バイオマスが大きく、寒冷適応力が強かった。 R/FR の比率が異なると、植物の耐塩性も変化する可能性があります。

一般に、白色光中の青色光の割合を増やすと、節間が短くなり、葉面積が減少し、相対的な成長速度が低下し、窒素/炭素 (N/C) 比が増加する可能性があります。

植物の高いクロロフィル合成と葉緑体形成、およびクロロフィル a/b 比が高くカロテノイドレベルが低い葉緑体には青色光が必要です。赤色光下では、藻類細胞の光合成速度は徐々に低下し、連続赤色光下で青色光に移行するか、または青色光を追加すると、光合成速度は急速に回復しました。暗所で生育するタバコ細胞を3日間連続青色光に当てると、ルブロース-1,5-二リン酸カルボキシラーゼ/オキシゲナーゼ（Rubisco）の総量とクロロフィル含有量が急激に増加した。これと一致して、単位培養液の体積中の細胞の乾燥重量も急激に増加しますが、連続赤色光の下では非常にゆっくりと増加します。

光合成と植物の成長にとって、赤色光だけでは明らかに不十分です。小麦は単一の赤色 LED 光源の下でそのライフサイクルを完了できますが、背の高い植物と多数の種子を得るには、適切な量の青色光を追加する必要があります (表 1)。単一の赤色光の下で栽培したレタス、ほうれん草、大根の収量は、赤と青の組み合わせで栽培した植物の収量よりも低かったが、適切な青色光を使用して赤と青の組み合わせで栽培した植物の収量は同等であった。冷白色蛍光灯の下で育った植物のこと。同様に、シロイヌナズナは単一の赤色光の下でも種子を生産できますが、冷白色蛍光灯の下で生育する植物と比較して青色光の割合が減少するため（10%から1%）、赤色光と青色光の組み合わせの下で成長します。植物の抽薹、開花、結果が遅れました。しかし、10%の青色光を含む赤色光と青色光の組み合わせの下で栽培された植物の種子収量は、冷白色蛍光灯下で栽培された植物の種子収量のわずか半分でした。過剰な青色光は植物の成長を阻害し、節間が短くなり、枝分かれが減少し、葉面積が減少し、総乾燥重量が減少します。植物には、青色光の必要性に関して大きな種差があります。

異なるタイプの光源を使用したいくつかの研究では、植物の形態と成長の違いがスペクトル内の青色光の割合の違いに関連していることが示されていますが、その結論にはまだ問題があることに注意してください。使用されるランプの種類によって発せられる光は異なります。たとえば、同じ蛍光灯の下で育てた大豆とソルガムの植物の乾燥重量と単位葉面積当たりの正味光合成速度は、低圧ナトリウムランプの下で育てた植物よりも大幅に高いにもかかわらず、これらの結果を完全に青色光のせいとすることはできません。低圧ナトリウムランプ。不足しているのは、低圧ナトリウムランプの下の黄色と緑色の光とオレンジ色の赤色光にも関係しているのではないかと思います。

白色光（赤、青、緑の光を含む）下で生育したトマトの苗の乾燥重量は、赤と青の光の下で生育したトマトの苗の乾燥重量よりも大幅に低かった。組織培養における増殖阻害のスペクトル検出により、最も有害な光の性質は 550 nm にピークを持つ緑色光であることが示されました。緑色の光の下で育てたマリーゴールドの草丈、新鮮重量および乾燥重量は、全スペクトル光の下で育てた植物と比較して 30% ～ 50% 増加しました。フルスペクトルの光で満たされた緑色の光は、植物を短くして乾燥させ、新鮮な重量を減らします。緑色の光を取り除くとマリーゴールドの開花が強化され、緑色の光を補充するとナデシコやレタスの開花が抑制されます。

ただし、青の光が成長を促進するという報告もあります。キムら。博士らは、赤青混合光（LED）で緑色光を補うと、緑色光が50%を超えると植物の成長が抑制され、緑色光の比率が24%未満になると植物の成長が促進されるという結論に達すると結論付けています。レタスの上部の乾燥重量は、LED によって提供される赤と青を組み合わせた光の背景に緑色の蛍光灯によって追加される緑色の光によって増加しますが、緑色の光の追加により成長が促進され、より多くの収穫が得られるという結論が得られます。寒白色光よりもバイオマスを観測することには問題がある： (1) 彼らが観察するバイオマスの乾燥重量は地上部分の乾燥重量のみである。地下根系の乾燥重量が含まれる場合、結果は異なる可能性があります。 (2) 赤、青、緑の光の下で栽培されたレタスの上部冷白色蛍光灯の下で著しく生育する植物は、3 色蛍光灯に含まれる緑色光 (24%) が結果よりはるかに少ない可能性があります。つまり、冷白色蛍光灯の緑色光抑制効果は３色よりも大きい。ランプの結果; (3) 赤色光と青色光の組み合わせの下で栽培された植物の光合成速度は、緑色光の下で栽培された植物の光合成速度よりも著しく高く、以前の推測を裏付けています。

しかし、種子を緑色レーザーで処理すると、大根とニンジンを対照の2倍の大きさにすることができます。薄緑色のパルスは、暗闇の中で生育する苗の伸長を促進する、つまり茎の伸長を促進することができます。 LED 光源からの単一緑色光 (525 nm ± 16 nm) パルス (11.1 μmol・m-2・s-1、9 秒) でシロイヌナズナの実生を処理すると、色素体転写物が減少し、茎の成長が増加しました。レート。

過去 50 年間の植物光生物学研究データに基づいて、植物の発育、開花、気孔の開口、茎の成長、葉緑体の遺伝子発現、および植物の成長制御における緑色光の役割が議論されました。緑色の光の知覚システムは、赤色および青色のセンサーと調和していると考えられています。植物の成長と発達を調節します。このレビューでは、緑色の光 (500 ～ 600nm) がスペクトルの黄色の部分 (580 ～ 600nm) を含むように拡張されていることに注意してください。

黄色光（580～600nm）はレタスの成長を阻害します。赤色光、遠赤色光、青色光、紫外光、黄色光のそれぞれの比率を変えた場合のクロロフィル含有量と乾燥重量の結果は、高圧ナトリウムランプとメタルハライドの成長効果の違いを説明できるのは黄色光（580～600nm）だけであることを示しています。ランプ。つまり、黄色光は成長を阻害します。また、黄色光 (595 nm のピーク) は、緑色光 (520 nm のピーク) よりも強くキュウリの成長を阻害しました。

黄色と緑色の光の相反する効果に関するいくつかの結論は、これらの研究で使用された光の波長の範囲が一貫していないことに起因する可能性があります。さらに、一部の研究者は 500 ～ 600 nm の光を緑色光として分類しているため、植物の成長と発育に対する黄色光 (580 ～ 600 nm) の影響に関する文献はほとんどありません。

紫外線は植物の葉の面積を減らし、胚軸の伸長を阻害し、光合成と生産性を低下させ、植物を病原菌の攻撃を受けやすくしますが、フラボノイドの合成と防御機構を誘導する可能性があります。 UV-B はアスコルビン酸と β-カロテンの含有量を減少させますが、アントシアニンの合成を効果的に促進します。 UV-B 放射線は、矮性植物の表現型、小さくて厚い葉、短い葉柄、腋窩枝の増加、および根/樹冠比の変化をもたらします。

中国、インド、フィリピン、ネパール、タイ、ベトナム、スリランカの7地域の16品種のイネを温室内で調査した結果、UV-Bの添加により総バイオマスが増加することが判明した。栽培品種（そのうち有意なレベルに達したのはスリランカ産の 1 品種のみ）、12 品種（そのうち 6 品種が有意）、および UV-B 感受性を有する品種では、葉面積と分げつのサイズが大幅に減少しました。クロロフィル含有量が増加した品種が 6 品種あります (そのうち 2 品種は有意なレベルに達しています)。葉の光合成速度が大幅に低下した 5 品種、および大幅に改善された 1 品種（総バイオマスも大幅に増加））。

UV-B/PAR の比は、UV-B に対する植物の反応の重要な決定要因です。たとえば、UV-B と PAR は一緒になってミントの形態と油の収量に影響を及ぼしますが、これには高レベルのフィルターなしの自然光が必要です。

UV-B 効果の実験室研究は、転写因子やその他の分子的および生理学的因子の同定には有用ですが、より高い UV-B レベルの使用、UV-A の併用、およびバックグラウンド PAR が低いことが多いためであることに注意してください。通常、結果は自然環境に機械的に外挿されません。野外調査では通常、UV ランプを使用して UV-B レベルを上げるか、フィルターを使用して UV-B レベルを下げます。