Lima lampu monokromatik yang menjejaskan pertumbuhan tumbuhan

Cahaya adalah faktor persekitaran asas untuk pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan. Ia bukan sahaja sumber tenaga asas untuk fotosintesis, tetapi juga pengawal selia penting pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan. Pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan bukan sahaja dihadkan oleh kuantiti cahaya atau keamatan cahaya (ketumpatan fluks foton, ketumpatan fluks foton, PFD), tetapi juga oleh kualiti cahaya, iaitu panjang gelombang cahaya dan sinaran yang berbeza serta nisbah komposisi yang berbeza.

Spektrum suria boleh dibahagikan secara kasar kepada sinaran ultraungu (ultraviolet, UV

Tumbuhan boleh mengesan perubahan halus dalam kualiti cahaya, keamatan cahaya, panjang cahaya, dan arah dalam persekitaran yang semakin meningkat, dan memulakan perubahan fisiologi dan morfologi yang diperlukan untuk terus hidup dalam persekitaran ini. Cahaya biru, cahaya merah dan cahaya merah jauh memainkan peranan penting dalam mengawal fotomorfogenesis tumbuhan. Fotoreseptor (phytochrome, Phy), cryptochrome (Cry), dan fotoreseptor (phototropin, Phot) menerima isyarat cahaya dan mendorong pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan melalui transduksi isyarat.

Cahaya monokromatik seperti yang digunakan di sini merujuk kepada cahaya dalam julat panjang gelombang tertentu. Julat panjang gelombang cahaya monokromatik yang sama yang digunakan dalam eksperimen berbeza tidak konsisten sepenuhnya, dan lampu monokromatik lain yang serupa dalam panjang gelombang sering bertindih pada tahap yang berbeza, terutamanya sebelum penampilan sumber cahaya LED monokromatik. Dengan cara ini, secara semula jadi, akan ada keputusan yang berbeza malah bercanggah.

Lampu merah (R) menghalang pemanjangan internod, menggalakkan percabangan dan penuangan sisi, melambatkan pembezaan bunga, dan meningkatkan antosianin, klorofil dan karotenoid. Cahaya merah boleh menyebabkan gerakan cahaya positif dalam akar Arabidopsis. Lampu merah mempunyai kesan positif terhadap ketahanan tumbuhan terhadap tegasan biotik dan abiotik.

Lampu merah jauh (FR) boleh mengatasi kesan cahaya merah dalam banyak kes. Nisbah R/FR yang rendah mengakibatkan pengurangan kapasiti fotosintesis kacang ginjal. Dalam ruang pertumbuhan, lampu pendarfluor putih digunakan sebagai sumber cahaya utama, dan sinaran merah jauh (puncak pelepasan 734 nm) ditambah dengan LED untuk mengurangkan kandungan antosianin, karotenoid dan klorofil, dan berat segar, berat kering, panjang batang, panjang daun dan daun dibuat. Lebar bertambah. Kesan FR tambahan pada pertumbuhan mungkin disebabkan oleh peningkatan dalam penyerapan cahaya akibat peningkatan luas daun. Arabidopsis thaliana yang ditanam dalam keadaan R/FR rendah adalah lebih besar dan lebih tebal daripada yang ditanam di bawah R/FR tinggi, dengan biojisim yang besar dan kebolehsuaian sejuk yang kuat. Nisbah R/FR yang berbeza juga boleh mengubah toleransi garam tumbuhan.

Secara umum, meningkatkan pecahan cahaya biru dalam cahaya putih boleh memendekkan internodes, mengurangkan luas daun, mengurangkan kadar pertumbuhan relatif, dan meningkatkan nisbah nitrogen/karbon (N/C).

Sintesis klorofil tumbuhan yang tinggi dan pembentukan kloroplas serta kloroplas dengan nisbah klorofil a/b tinggi dan paras karotenoid yang rendah memerlukan cahaya biru. Di bawah cahaya merah, kadar fotosintesis sel alga secara beransur-ansur berkurangan, dan kadar fotosintesis pulih dengan cepat selepas beralih kepada cahaya biru atau menambahkan beberapa cahaya biru di bawah cahaya merah berterusan. Apabila sel tembakau yang tumbuh gelap dipindahkan ke cahaya biru berterusan selama 3 hari, jumlah keseluruhan dan kandungan klorofil rubulosa-1, 5-bifosfat karboksilase/oksigenase (Rubisco) meningkat dengan mendadak. Selaras dengan ini, berat kering sel dalam isipadu larutan kultur unit juga meningkat dengan mendadak, manakala ia meningkat dengan sangat perlahan di bawah lampu merah yang berterusan.

Jelas sekali, untuk fotosintesis dan pertumbuhan tumbuhan, hanya cahaya merah tidak mencukupi. Gandum boleh melengkapkan kitaran hayatnya di bawah satu sumber LED merah, tetapi untuk mendapatkan tumbuhan yang tinggi dan bilangan benih yang banyak, jumlah cahaya biru yang sesuai mesti ditambah (Jadual 1). Hasil daun salad, bayam dan lobak yang ditanam di bawah lampu merah tunggal adalah lebih rendah daripada tanaman yang ditanam di bawah kombinasi merah dan biru, manakala hasil tumbuhan yang ditanam di bawah kombinasi merah dan biru dengan cahaya biru yang sesuai adalah setanding dengan iaitu tumbuhan yang ditanam di bawah lampu pendarfluor putih yang sejuk. Begitu juga, Arabidopsis thaliana boleh menghasilkan benih di bawah satu cahaya merah, tetapi ia tumbuh di bawah gabungan cahaya merah dan biru apabila bahagian cahaya biru berkurangan (10% hingga 1%) berbanding dengan tumbuhan yang ditanam di bawah lampu pendarfluor putih yang sejuk. Perboltingan tumbuhan, berbunga dan keputusan telah ditangguhkan. Walau bagaimanapun, hasil benih tumbuhan yang ditanam di bawah gabungan cahaya merah dan biru yang mengandungi 10% cahaya biru hanya separuh daripada tumbuhan yang ditanam di bawah lampu pendarfluor putih sejuk. Cahaya biru yang berlebihan menghalang pertumbuhan tumbuhan, memendekkan ruas, mengurangkan cawangan, mengurangkan luas daun, dan mengurangkan jumlah berat kering. Tumbuhan mempunyai perbezaan spesies yang ketara dalam keperluan cahaya biru.

Perlu diingat bahawa walaupun beberapa kajian menggunakan pelbagai jenis sumber cahaya telah menunjukkan bahawa perbezaan dalam morfologi tumbuhan dan pertumbuhan adalah berkaitan dengan perbezaan dalam bahagian cahaya biru dalam spektrum, kesimpulan masih bermasalah kerana komposisi bukan biru. cahaya yang dipancarkan oleh pelbagai jenis lampu yang digunakan adalah berbeza. Sebagai contoh, walaupun berat kering tumbuhan kacang soya dan sorgum yang ditanam di bawah lampu pendarfluor cahaya yang sama dan kadar fotosintesis bersih bagi setiap unit luas daun adalah jauh lebih tinggi daripada yang ditanam di bawah lampu natrium tekanan rendah, keputusan ini tidak boleh dikaitkan sepenuhnya dengan cahaya biru di bawah. lampu natrium tekanan rendah. Kekurangan, saya takut ia juga berkaitan dengan lampu kuning dan hijau di bawah lampu natrium tekanan rendah dan lampu merah oren.

Berat kering anak benih tomato yang ditanam di bawah cahaya putih (mengandungi cahaya merah, biru dan hijau) adalah jauh lebih rendah daripada anak benih yang ditanam di bawah cahaya merah dan biru. Pengesanan spektrum perencatan pertumbuhan dalam kultur tisu menunjukkan bahawa kualiti cahaya yang paling berbahaya adalah cahaya hijau dengan puncak pada 550 nm. Ketinggian tumbuhan, berat segar dan kering marigold yang ditanam di bawah cahaya lampu hijau meningkat sebanyak 30% hingga 50% berbanding dengan tumbuhan yang ditanam di bawah cahaya spektrum penuh. Lampu hijau yang dipenuhi cahaya spektrum penuh menyebabkan tumbuhan menjadi pendek dan kering, dan berat segar berkurangan. Mengeluarkan cahaya hijau menguatkan pembungaan marigold, manakala menambah cahaya hijau menghalang pembungaan Dianthus dan salad.

Walau bagaimanapun, terdapat juga laporan lampu hijau menggalakkan pertumbuhan. Kim et al. membuat kesimpulan bahawa lampu gabungan merah-biru (LED) menambah cahaya hijau menghasilkan kesimpulan bahawa pertumbuhan tumbuhan terhalang apabila cahaya hijau melebihi 50%, manakala pertumbuhan tumbuhan dipertingkatkan apabila nisbah cahaya hijau kurang daripada 24%. Walaupun berat kering bahagian atas salad ditambah dengan lampu hijau yang ditambah oleh lampu pendarfluor hijau pada latar belakang cahaya gabungan merah dan biru yang disediakan oleh LED, kesimpulan bahawa penambahan lampu hijau meningkatkan pertumbuhan dan menghasilkan lebih banyak biojisim daripada cahaya putih yang sejuk adalah bermasalah: (1) Berat kering biojisim yang mereka perhatikan hanyalah berat kering bahagian atas tanah. Jika berat kering sistem akar bawah tanah dimasukkan, hasilnya mungkin berbeza; (2) bahagian atas salad yang ditanam di bawah lampu merah, biru dan hijau Tumbuhan yang tumbuh dengan ketara di bawah lampu pendarfluor putih sejuk berkemungkinan mempunyai lampu hijau (24%) yang terkandung dalam lampu tiga warna jauh lebih rendah daripada hasilnya. daripada lampu pendarfluor putih sejuk (51%), iaitu, kesan penindasan cahaya hijau bagi lampu pendarfluor putih sejuk adalah lebih besar daripada tiga warna. Hasil lampu; (3) Kadar fotosintesis tumbuhan yang ditanam di bawah gabungan cahaya merah dan biru adalah jauh lebih tinggi daripada tumbuhan yang ditanam di bawah cahaya hijau, menyokong spekulasi sebelumnya.

Walau bagaimanapun, merawat benih dengan laser hijau boleh membuat lobak dan lobak merah dua kali lebih besar daripada kawalan. Nadi hijau malap boleh mempercepatkan pemanjangan anak benih yang tumbuh dalam gelap, iaitu menggalakkan pemanjangan batang. Rawatan anak benih Arabidopsis thaliana dengan cahaya hijau tunggal (525 nm ± 16 nm) nadi (11.1 μmol·m-2·s-1, 9 s) daripada sumber LED mengakibatkan penurunan transkrip plastid dan peningkatan dalam pertumbuhan batang kadar.

Berdasarkan data penyelidikan fotobiologi tumbuhan selama 50 tahun yang lalu, peranan lampu hijau dalam pembangunan tumbuhan, pembungaan, pembukaan stomata, pertumbuhan batang, ekspresi gen kloroplas dan peraturan pertumbuhan tumbuhan telah dibincangkan. Adalah dipercayai bahawa sistem persepsi cahaya hijau adalah selaras dengan penderia merah dan biru. Mengawal pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan. Ambil perhatian bahawa dalam ulasan ini, lampu hijau (500~600nm) dilanjutkan untuk memasukkan bahagian kuning spektrum (580~600nm).

Cahaya kuning (580~600nm) menghalang pertumbuhan salad. Keputusan kandungan klorofil dan berat kering untuk nisbah berbeza cahaya merah, merah jauh, biru, ultraungu dan kuning masing-masing menunjukkan bahawa hanya cahaya kuning (580~600nm) boleh menjelaskan perbezaan kesan pertumbuhan antara lampu natrium tekanan tinggi dan halida logam. lampu. Iaitu, cahaya kuning menghalang pertumbuhan. Juga, cahaya kuning (puncak pada 595 nm) menghalang pertumbuhan timun dengan lebih kuat daripada cahaya hijau (puncak pada 520 nm).

Beberapa kesimpulan tentang kesan bercanggah cahaya kuning/hijau mungkin disebabkan oleh julat panjang gelombang cahaya yang tidak konsisten yang digunakan dalam kajian tersebut. Selain itu, kerana sesetengah penyelidik mengklasifikasikan cahaya dari 500 hingga 600 nm sebagai cahaya hijau, terdapat sedikit literatur tentang kesan cahaya kuning (580-600 nm) pada pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan.

Sinaran ultraungu mengurangkan luas daun tumbuhan, menghalang pemanjangan hipokotil, mengurangkan fotosintesis dan produktiviti, dan menjadikan tumbuhan mudah terdedah kepada serangan patogen, tetapi boleh mendorong sintesis flavonoid dan mekanisme pertahanan. UV-B boleh mengurangkan kandungan asid askorbik dan β-karotena, tetapi boleh menggalakkan sintesis antosianin dengan berkesan. Sinaran UV-B menghasilkan fenotip tumbuhan kerdil, daun kecil, tebal, tangkai daun pendek, cabang ketiak meningkat, dan perubahan nisbah akar/mahkota.

Hasil penyiasatan ke atas 16 kultivar padi dari 7 wilayah berbeza iaitu China, India, Filipina, Nepal, Thailand, Vietnam dan Sri Lanka di rumah hijau menunjukkan penambahan UV-B mengakibatkan peningkatan jumlah biojisim. Kultivar (hanya satu daripadanya mencapai tahap ketara, dari Sri Lanka), 12 kultivar (di mana 6 adalah signifikan), dan kultivar yang mempunyai kepekaan UV-B berkurangan dengan ketara dalam luas daun dan saiz anak benih. Terdapat 6 kultivar dengan kandungan klorofil yang meningkat (2 daripadanya mencapai tahap yang ketara); 5 kultivar dengan kadar fotosintesis daun berkurangan dengan ketara, dan 1 kultivar dengan peningkatan yang ketara (jumlah biojisimnya juga ketara) meningkat).

Nisbah UV-B/PAR adalah penentu penting tindak balas tumbuhan terhadap UV-B. Contohnya, UV-B dan PAR bersama-sama mempengaruhi morfologi dan hasil minyak pudina, yang memerlukan tahap cahaya semula jadi yang tidak ditapis yang tinggi.

Perlu diingat bahawa kajian makmal kesan UV-B, walaupun berguna dalam mengenal pasti faktor transkripsi dan faktor molekul dan fisiologi yang lain, adalah disebabkan oleh penggunaan tahap UV-B yang lebih tinggi, tiada bersamaan UV-A dan Selalunya PAR latar belakang rendah, keputusan biasanya tidak diekstrapolasi secara mekanikal ke dalam persekitaran semula jadi. Kajian lapangan biasanya menggunakan lampu UV untuk menaikkan atau menggunakan penapis untuk mengurangkan tahap UV-B.