Pesë dritat monokromatike që ndikojnë në rritjen e bimëve

Drita është faktori bazë mjedisor për rritjen dhe zhvillimin e bimëve. Ai nuk është vetëm burimi bazë i energjisë për fotosintezën, por edhe një rregullator i rëndësishëm i rritjes dhe zhvillimit të bimëve. Rritja dhe zhvillimi i bimëve nuk kufizohen vetëm nga sasia e dritës ose intensiteti i dritës (densiteti i fluksit të fotonit, densiteti i fluksit të fotonit, PFD), por edhe nga cilësia e dritës, dmth. gjatësitë e ndryshme të valëve të dritës dhe rrezatimit dhe raportet e ndryshme të përbërjes së tyre.

Spektri diellor mund të ndahet përafërsisht në rrezatim ultravjollcë (ultraviolet, UV

Bimët mund të zbulojnë ndryshime delikate në cilësinë e dritës, intensitetin e dritës, gjatësinë e dritës dhe drejtimin në mjedisin e rritjes dhe të iniciojnë ndryshimet fiziologjike dhe morfologjike të nevojshme për të mbijetuar në këtë mjedis. Drita blu, drita e kuqe dhe drita e kuqe e largët luajnë një rol kyç në kontrollin e fotomorfogjenezës së bimëve. Fotoreceptorët (fitokrom, Phy), kriptokromi (Cry) dhe fotoreceptorët (fototropina, Fot) marrin sinjale drite dhe nxisin rritjen dhe zhvillimin e bimëve përmes transduksionit të sinjalit.

Drita monokromatike siç përdoret këtu i referohet dritës në një gamë specifike të gjatësisë së valës. Gama e gjatësive të valëve të së njëjtës dritë monokromatike të përdorur në eksperimente të ndryshme nuk është plotësisht e qëndrueshme, dhe dritat e tjera monokromatike që janë të ngjashme në gjatësi vale shpesh mbivendosen në përmasa të ndryshme, veçanërisht përpara shfaqjes së një burimi drite LED monokromatik. Në këtë mënyrë, natyrisht, do të ketë rezultate të ndryshme, madje edhe kontradiktore.

Drita e kuqe (R) frenon zgjatjen e ndërnyjeve, nxit degëzimin dhe lëmimin anësor, vonon diferencimin e luleve dhe rrit antocianinat, klorofilin dhe karotenoidet. Drita e kuqe mund të shkaktojë lëvizje pozitive të dritës në rrënjët e Arabidopsis. Drita e kuqe ka një efekt pozitiv në rezistencën e bimëve ndaj streseve biotike dhe abiotike.

Drita e kuqe e largët (FR) mund të kundërshtojë efektin e dritës së kuqe në shumë raste. Një raport i ulët R/FR rezulton në një ulje të kapacitetit fotosintetik të fasuleve. Në dhomën e rritjes, llamba fluoreshente e bardhë përdoret si burimi kryesor i dritës, dhe rrezatimi i largët i kuq (pika e emetimit prej 734 nm) plotësohet me LED për të reduktuar përmbajtjen e antocianit, karotenoideve dhe klorofilit, si dhe peshën e freskët, bëhen pesha e thatë, gjatësia e kërcellit, gjatësia e gjethes dhe gjethes. Gjerësia është rritur. Efekti i FR shtesë në rritje mund të jetë për shkak të rritjes së përthithjes së dritës për shkak të rritjes së sipërfaqes së gjetheve. Arabidopsis thaliana e rritur në kushte R/FR të ulët ishin më të mëdha dhe më të trasha se ato të rritura nën R/FR të lartë, me biomasë të madhe dhe përshtatshmëri të fortë ndaj të ftohtit. Raportet e ndryshme të R/FR mund të ndryshojnë gjithashtu tolerancën e kripës së bimëve.

Në përgjithësi, rritja e fraksionit të dritës blu në dritën e bardhë mund të shkurtojë ndërnyjet, të zvogëlojë sipërfaqen e gjetheve, të zvogëlojë ritmet relative të rritjes dhe të rrisë raportet azot/karbon (N/C).

Sinteza e lartë e klorofilit bimor dhe formimi i kloroplastit si dhe kloroplastet me raport të lartë klorofil a/b dhe nivele të ulëta të karotenoideve kërkojnë dritë blu. Nën dritën e kuqe, shkalla e fotosintezës së qelizave të algave u ul gradualisht dhe shkalla e fotosintezës u rikuperua me shpejtësi pasi kaloi në dritën blu ose shtoi pak dritë blu nën dritën e kuqe të vazhdueshme. Kur qelizat e duhanit me rritje të errët u transferuan në dritën blu të vazhdueshme për 3 ditë, sasia totale dhe përmbajtja e klorofilit të rubuloz-1, 5-bisfosfat karboksilazë/oksigjenazë (Rubisco) u rrit ndjeshëm. Në përputhje me këtë, pesha e thatë e qelizave në vëllimin e tretësirës së kulturës së njësisë gjithashtu rritet ndjeshëm, ndërsa rritet shumë ngadalë nën dritën e kuqe të vazhdueshme.

Natyrisht, për fotosintezën dhe rritjen e bimëve, vetëm drita e kuqe nuk mjafton. Gruri mund të përfundojë ciklin e tij jetësor nën një burim të vetëm LED të kuq, por për të marrë bimë të larta dhe një numër të madh farash, duhet të shtohet një sasi e përshtatshme e dritës blu (Tabela 1). Rendimenti i marules, spinaqit dhe rrepkës të rritur nën një dritë të vetme të kuqe ishte më e ulët se ajo e bimëve të rritura nën kombinimin e ngjyrës së kuqe dhe blu, ndërsa rendimenti i bimëve të rritura nën kombinimin e ngjyrës së kuqe dhe blu me dritën e duhur blu ishte i krahasueshëm me atë të bimëve të rritura nën llambat fluoreshente të ftohta të bardha. Në mënyrë të ngjashme, Arabidopsis thaliana mund të prodhojë fara nën një dritë të vetme të kuqe, por ajo rritet nën kombinimin e dritës së kuqe dhe blu pasi përqindja e dritës blu zvogëlohet (10% në 1%) në krahasim me bimët e rritura nën llambat fluoreshente të ftohta të bardha. Mbyllja e bimëve, lulëzimi dhe rezultatet u vonuan. Megjithatë, rendimenti i farës së bimëve të rritura nën një kombinim të dritës së kuqe dhe blu që përmban 10% dritë blu ishte vetëm gjysma e asaj të bimëve të rritura nën llambat fluoreshente të ftohta të bardha. Drita e tepërt blu pengon rritjen e bimëve, shkurtimin e ndërnyjeve, zvogëlimin e degëzimit, zvogëlimin e sipërfaqes së gjetheve dhe reduktimin e peshës totale të thatë. Bimët kanë dallime të konsiderueshme të specieve në nevojën për dritë blu.

Duhet të theksohet se megjithëse disa studime që përdorin lloje të ndryshme burimesh drite kanë treguar se ndryshimet në morfologjinë dhe rritjen e bimëve lidhen me ndryshimet në proporcionin e dritës blu në spektër, përfundimet janë ende problematike sepse përbërja e jo-blu drita e emetuar nga llojet e ndryshme të llambave të përdorura është e ndryshme. Për shembull, megjithëse pesha e thatë e bimëve të sojës dhe melekuqes të rritura nën të njëjtën llambë fluoreshente dhe shkalla neto e fotosintezës për njësi sipërfaqe gjetheje janë dukshëm më të larta se ato të rritura nën llambat e natriumit me presion të ulët, këto rezultate nuk mund t'i atribuohen plotësisht dritës blu nën llambat e natriumit me presion të ulët. Mungesa, kam frikë se lidhet edhe me dritën e verdhë dhe jeshile nën llambën e presionit të ulët të natriumit dhe dritën e kuqe portokalli.

Pesha e thatë e fidanëve të domates të rritur nën dritën e bardhë (që përmban dritë të kuqe, blu dhe jeshile) ishte dukshëm më e ulët se ajo e fidanëve të rritur nën dritën e kuqe dhe blu. Zbulimi spektral i frenimit të rritjes në kulturën e indeve tregoi se cilësia më e dëmshme e dritës ishte drita jeshile me një kulm në 550 nm. Lartësia e bimës, pesha e freskët dhe e thatë e marigoldit të rritur nën dritën e gjelbër u rrit me 30% deri në 50% krahasuar me bimët e rritura nën dritën e spektrit të plotë. Drita jeshile e mbushur me dritë me spektër të plotë bën që bimët të jenë të shkurtra dhe të thata, dhe pesha e freskët zvogëlohet. Heqja e dritës jeshile forcon lulëzimin e marigoldit, ndërsa plotësimi i dritës jeshile pengon lulëzimin e Dianthus dhe marules.

Megjithatë, ka edhe raporte të dritës jeshile që promovon rritjen. Kim et al. arriti në përfundimin se drita e kombinuar e kuqe-blu (LED) e plotësuar me dritën jeshile rezulton në përfundimin se rritja e bimëve frenohet kur drita jeshile tejkalon 50%, ndërsa rritja e bimëve rritet kur raporti i dritës jeshile është më pak se 24%. Megjithëse pesha e thatë e pjesës së sipërme të marule rritet nga drita jeshile e shtuar nga drita fluoreshente jeshile në sfondin e dritës së kombinuar të kuqe dhe blu të ofruar nga LED, përfundimi se shtimi i dritës jeshile rrit rritjen dhe prodhon më shumë biomasa sesa drita e bardhë e ftohtë është problematike: (1) Pesha e thatë e biomasës që ata vëzhgojnë është vetëm pesha e thatë e pjesës mbitokësore. Nëse përfshihet pesha e thatë e sistemit rrënjor nëntokësor, rezultati mund të jetë i ndryshëm; (2) pjesa e sipërme e marules e rritur nën dritat e kuqe, blu dhe jeshile Bimët që rriten ndjeshëm nën llambat fluoreshente të ftohta të bardha ka të ngjarë të kenë dritën jeshile (24%) të përfshirë në llambën me tre ngjyra shumë më pak se rezultati e llambës fluoreshente të bardhë të ftohtë (51%), domethënë, efekti i shtypjes së dritës së gjelbër të llambës fluoreshente të bardhë të ftohtë është më i madh se tre ngjyrat. Rezultatet e llambës; (3) Shkalla e fotosintezës së bimëve të rritura nën kombinimin e dritës së kuqe dhe blu është dukshëm më e lartë se ajo e bimëve të rritura nën dritën jeshile, duke mbështetur spekulimet e mëparshme.

Megjithatë, trajtimi i farave me një lazer jeshil mund t'i bëjë rrepkat dhe karotat dy herë më të mëdha se kontrolli. Një puls i zbehtë i gjelbër mund të përshpejtojë zgjatjen e fidanëve që rriten në errësirë, domethënë të nxisë zgjatjen e kërcellit. Trajtimi i fidanëve Arabidopsis thaliana me një puls të vetëm të dritës jeshile (525 nm ± 16 nm) (11.1 μmol·m-2·s-1, 9 s) nga një burim LED rezultoi në një ulje të transkripteve të plastidit dhe një rritje në rritjen e kërcellit norma.

Bazuar në të dhënat e 50 viteve të fundit të kërkimit të fotobiologjisë së bimëve, u diskutua roli i dritës jeshile në zhvillimin e bimëve, lulëzimin, hapjen e stomateve, rritjen e kërcellit, shprehjen e gjeneve të kloroplastit dhe rregullimin e rritjes së bimëve. Besohet se sistemi i perceptimit të dritës së gjelbër është në harmoni me sensorët e kuq dhe blu. Rregullon rritjen dhe zhvillimin e bimëve. Vini re se në këtë rishikim, drita jeshile (500~600nm) zgjerohet për të përfshirë pjesën e verdhë të spektrit (580~600nm).

Drita e verdhë (580~600nm) pengon rritjen e marules. Rezultatet e përmbajtjes së klorofilit dhe peshës së thatë për raporte të ndryshme të dritës së kuqe, të kuqe të largët, blu, ultravjollcë dhe të verdhë, përkatësisht tregojnë se vetëm drita e verdhë (580~600 nm) mund të shpjegojë ndryshimin në efektet e rritjes midis llambës së natriumit me presion të lartë dhe halogjenit metalik. llambë. Kjo është, drita e verdhë pengon rritjen. Gjithashtu, drita e verdhë (kulmi në 595 nm) pengoi rritjen e kastravecit më fort se drita jeshile (pika në 520 nm).

Disa përfundime rreth efekteve kontradiktore të dritës së verdhë/gjelbër mund të jenë për shkak të gamës jokonsistente të gjatësive të valëve të dritës të përdorura në ato studime. Për më tepër, për shkak se disa studiues e klasifikojnë dritën nga 500 në 600 nm si dritë jeshile, ka pak literaturë mbi efektet e dritës së verdhë (580-600 nm) në rritjen dhe zhvillimin e bimëve.

Rrezatimi ultravjollcë zvogëlon sipërfaqen e gjetheve të bimës, pengon zgjatjen e hipokotileve, redukton fotosintezën dhe produktivitetin dhe i bën bimët të ndjeshme ndaj sulmit patogjen, por mund të nxisin sintezën e flavonoideve dhe mekanizmat mbrojtës. UV-B mund të zvogëlojë përmbajtjen e acidit askorbik dhe β-karotenit, por mund të nxisë në mënyrë efektive sintezën e anthocyaninës. Rrezatimi UV-B rezulton në një fenotip të bimës xhuxh, gjethe të vogla, të trasha, bisht i shkurtër, rritje të degëve sqetullore dhe ndryshime në raportin rrënjë/kurorë.

Rezultatet e hetimeve në 16 kultivarë orizi nga 7 rajone të ndryshme të Kinës, Indisë, Filipineve, Nepalit, Tajlandës, Vietnamit dhe Sri Lankës në serë treguan se shtimi i UV-B rezultoi në një rritje të biomasës totale. Kultivarët (vetëm njëri prej të cilëve arriti një nivel të konsiderueshëm, nga Sri Lanka), 12 kultivarë (nga të cilët 6 ishin domethënës) dhe ata me ndjeshmëri ndaj UV-B u zvogëluan ndjeshëm në sipërfaqen e gjetheve dhe në madhësinë e bukës. Janë 6 kultivarë me përmbajtje të shtuar klorofil (2 prej të cilëve arrijnë nivele të konsiderueshme); Rriten 5 kultivarë me shkallë fotosintetike të gjetheve të reduktuara ndjeshëm dhe 1 kultivar me përmirësim të dukshëm (gjithashtu biomasa e tij është domethënëse).

Raporti i UV-B/PAR është një përcaktues i rëndësishëm i përgjigjes së bimëve ndaj UV-B. Për shembull, UV-B dhe PAR së bashku ndikojnë në morfologjinë dhe rendimentin e vajit të nenexhikut, i cili kërkon nivele të larta të dritës natyrore të pafiltruar.

Duhet të theksohet se studimet laboratorike të efekteve UV-B, edhe pse të dobishme në identifikimin e faktorëve të transkriptimit dhe faktorëve të tjerë molekularë dhe fiziologjikë, janë për shkak të përdorimit të niveleve më të larta UV-B, mungesës së UV-A shoqëruese dhe shpeshherë PAR me sfond të ulët, rezultatet zakonisht nuk ekstrapolohen mekanikisht në mjedisin natyror. Studimet në terren zakonisht përdorin llamba UV për të ngritur ose përdorur filtra për të reduktuar nivelet UV-B.