ไฟสีเดียว 5 ดวงที่ส่งผลต่อการเจริญเติบโตของพืช

แสงเป็นปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมขั้นพื้นฐานสำหรับการเจริญเติบโตและการพัฒนาของพืช มันไม่ได้เป็นเพียงแหล่งพลังงานพื้นฐานสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสงเท่านั้น แต่ยังเป็นตัวควบคุมที่สำคัญในการเจริญเติบโตและการพัฒนาของพืชอีกด้วย การเจริญเติบโตและการพัฒนาของพืชไม่เพียงแต่ถูกจำกัดด้วยปริมาณแสงหรือความเข้มของแสงเท่านั้น (ความหนาแน่นของโฟตอนฟลักซ์ ความหนาแน่นของโฟตอนฟลักซ์ PFD) แต่ยังรวมถึงคุณภาพของแสงด้วย เช่น ความยาวคลื่นที่แตกต่างกันของแสงและการแผ่รังสี และอัตราส่วนองค์ประกอบที่แตกต่างกัน

สเปกตรัมพลังงานแสงอาทิตย์สามารถแบ่งคร่าวๆ ได้เป็นรังสีอัลตราไวโอเลต (อัลตราไวโอเลต, UV

พืชสามารถตรวจจับการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในด้านคุณภาพแสง ความเข้มของแสง ความยาวของแสง และทิศทางในสภาพแวดล้อมที่กำลังเติบโต และเริ่มการเปลี่ยนแปลงทางสรีรวิทยาและสัณฐานวิทยาที่จำเป็นต่อการอยู่รอดในสภาพแวดล้อมนี้ แสงสีฟ้า แสงสีแดง และแสงสีแดงไกลมีบทบาทสำคัญในการควบคุมการสร้างแสงของพืช เซลล์รับแสง (ไฟโตโครม, ไฟ), คริปโตโครม (ร้องไห้) และเซลล์รับแสง (โฟโตโทรปิน, โพธิ์) รับสัญญาณแสงและกระตุ้นการเจริญเติบโตและการพัฒนาของพืชผ่านการส่งสัญญาณ

แสงสีเอกรงค์ที่ใช้ในที่นี้หมายถึงแสงในช่วงความยาวคลื่นจำเพาะ ช่วงความยาวคลื่นของแสงเอกรงค์เดียวกันที่ใช้ในการทดลองต่างๆ นั้นไม่สอดคล้องกันอย่างสมบูรณ์ และแสงเอกรงค์อื่นๆ ที่มีความยาวคลื่นใกล้เคียงกันมักจะทับซ้อนกันในขอบเขตที่ต่างกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งก่อนที่จะปรากฏแหล่งกำเนิดแสง LED แบบเอกรงค์ ด้วยวิธีนี้ย่อมได้ผลลัพธ์ที่แตกต่างและขัดแย้งกันตามธรรมชาติ

แสงสีแดง (R) ยับยั้งการยืดตัวของปล้อง ส่งเสริมการแตกกิ่งก้านและการแตกกอด้านข้าง ชะลอการแยกดอก และเพิ่มแอนโทไซยานิน คลอโรฟิลล์ และแคโรทีนอยด์ แสงสีแดงสามารถทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของแสงเชิงบวกในรากของอาราบิดอปซิส แสงสีแดงมีผลเชิงบวกต่อความต้านทานของพืชต่อความเครียดจากสิ่งมีชีวิตและสิ่งมีชีวิต

แสงสีแดงไกล (FR) สามารถแก้ไขเอฟเฟกต์แสงสีแดงได้ในหลายกรณี อัตราส่วน R/FR ที่ต่ำส่งผลให้ความสามารถในการสังเคราะห์แสงของถั่วไตลดลง ในห้องการเจริญเติบโต หลอดฟลูออเรสเซนต์สีขาวถูกใช้เป็นแหล่งกำเนิดแสงหลัก และเสริมการแผ่รังสีฟาร์เรด (จุดสูงสุดที่ปล่อยออกมา 734 นาโนเมตร) ด้วยไฟ LED เพื่อลดปริมาณแอนโทไซยานิน แคโรทีนอยด์ และคลอโรฟิลล์ และน้ำหนักสด น้ำหนักแห้ง ความยาวลำต้น ความยาวใบ และใบ ความกว้างเพิ่มขึ้น ผลกระทบของ FR เสริมต่อการเจริญเติบโตอาจเกิดจากการดูดกลืนแสงที่เพิ่มขึ้นเนื่องจากพื้นที่ใบเพิ่มขึ้น Arabidopsis thaliana ที่ปลูกภายใต้สภาวะ R/FR ต่ำ มีขนาดใหญ่และหนากว่าพันธุ์ที่ปลูกภายใต้ R/FR สูง โดยมีชีวมวลขนาดใหญ่และความสามารถในการปรับตัวในสภาวะเย็นได้ดี อัตราส่วน R/FR ที่แตกต่างกันยังสามารถเปลี่ยนแปลงความทนทานต่อเกลือของพืชได้

โดยทั่วไป การเพิ่มสัดส่วนของแสงสีน้ำเงินในแสงสีขาวจะทำให้ปล้องสั้นลง ลดพื้นที่ใบ ลดอัตราการเติบโตสัมพัทธ์ และเพิ่มอัตราส่วนไนโตรเจน/คาร์บอน (N/C)

การสังเคราะห์คลอโรฟิลล์จากพืชสูงและการสร้างคลอโรพลาสต์ รวมถึงคลอโรพลาสต์ที่มีอัตราส่วนคลอโรฟิลล์ a/b สูงและมีระดับแคโรทีนอยด์ต่ำต้องใช้แสงสีน้ำเงิน ภายใต้แสงสีแดง อัตราการสังเคราะห์แสงของเซลล์สาหร่ายจะค่อยๆ ลดลง และอัตราการสังเคราะห์แสงจะฟื้นตัวอย่างรวดเร็วหลังจากเข้าสู่แสงสีน้ำเงินหรือเพิ่มแสงสีน้ำเงินบางส่วนภายใต้แสงสีแดงต่อเนื่อง เมื่อเซลล์ยาสูบที่เติบโตในความมืดถูกถ่ายโอนไปยังแสงสีน้ำเงินต่อเนื่องเป็นเวลา 3 วัน ปริมาณรวมและปริมาณคลอโรฟิลล์ของรูบูโลส-1, 5-บิสฟอสเฟต คาร์บอกซิเลส/ออกซิเจน (รูบิสโก) เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว เพื่อให้สอดคล้องกับสิ่งนี้ น้ำหนักแห้งของเซลล์ในปริมาตรของสารละลายเพาะเลี้ยงหนึ่งหน่วยก็เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเช่นกัน ขณะเดียวกันก็เพิ่มขึ้นช้ามากภายใต้แสงสีแดงที่ต่อเนื่องกัน

แน่นอนว่าสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสงและการเจริญเติบโตของพืช แสงสีแดงเท่านั้นไม่เพียงพอ ข้าวสาลีสามารถทำให้วงจรชีวิตสมบูรณ์ได้ภายใต้แหล่งกำเนิดแสง LED สีแดงเพียงแหล่งเดียว แต่เพื่อให้ได้ต้นสูงและเมล็ดจำนวนมาก จะต้องเติมแสงสีน้ำเงินในปริมาณที่เหมาะสม (ตารางที่ 1) ผลผลิตของผักกาดหอม ผักโขม และหัวไชเท้าที่ปลูกภายใต้แสงสีแดงเดี่ยวๆ ต่ำกว่าผลผลิตของพืชที่ปลูกภายใต้แสงสีแดงและสีน้ำเงินผสมกัน ในขณะที่ผลผลิตของพืชที่ปลูกภายใต้แสงสีแดงผสมสีน้ำเงินด้วยแสงสีน้ำเงินที่เหมาะสมก็เทียบเคียงได้กับ ของพืชที่ปลูกภายใต้หลอดฟลูออเรสเซนต์สีขาวนวล ในทำนองเดียวกัน Arabidopsis thaliana สามารถผลิตเมล็ดภายใต้แสงสีแดงเพียงดวงเดียว แต่จะเติบโตภายใต้แสงสีแดงและสีน้ำเงินรวมกันเมื่อสัดส่วนของแสงสีน้ำเงินลดลง (10% ถึง 1%) เมื่อเทียบกับพืชที่ปลูกภายใต้หลอดฟลูออเรสเซนต์สีขาวนวล การแตกหน่อ การออกดอก และผลล่าช้า อย่างไรก็ตาม ผลผลิตเมล็ดพืชที่ปลูกภายใต้แสงสีแดงและสีน้ำเงินที่มีแสงสีน้ำเงิน 10% รวมกันนั้นมีเพียงครึ่งหนึ่งของผลผลิตเมล็ดพืชที่ปลูกภายใต้หลอดฟลูออเรสเซนต์สีขาวเย็น แสงสีฟ้าที่มากเกินไปจะยับยั้งการเจริญเติบโตของพืช ทำให้ปล้องสั้นลง การแตกแขนงลดลง พื้นที่ใบลดลง และน้ำหนักแห้งรวมลดลง พืชมีความแตกต่างกันอย่างมากในเรื่องความต้องการแสงสีฟ้า

ควรสังเกตว่าแม้ว่าการศึกษาบางชิ้นที่ใช้แหล่งกำเนิดแสงประเภทต่างๆ ได้แสดงให้เห็นว่าความแตกต่างทางสัณฐานวิทยาและการเจริญเติบโตของพืชมีความสัมพันธ์กับความแตกต่างในสัดส่วนของแสงสีน้ำเงินในสเปกตรัม แต่ข้อสรุปยังคงเป็นปัญหาเนื่องจากองค์ประกอบของแสงสีน้ำเงินที่ไม่ใช่สีน้ำเงิน แสงที่ปล่อยออกมาจากหลอดไฟประเภทต่างๆ ที่ใช้จะแตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น แม้ว่าน้ำหนักแห้งของต้นถั่วเหลืองและข้าวฟ่างที่ปลูกภายใต้หลอดฟลูออเรสเซนต์ชนิดเดียวกันและอัตราการสังเคราะห์แสงสุทธิต่อหน่วยพื้นที่ใบจะสูงกว่าพืชที่ปลูกภายใต้หลอดโซเดียมความดันต่ำอย่างมีนัยสำคัญ แต่ผลลัพธ์เหล่านี้ไม่สามารถนำมาประกอบกับแสงสีน้ำเงินได้อย่างสมบูรณ์ภายใต้ หลอดโซเดียมความดันต่ำ ขาดครับ เกรงว่าจะเกี่ยวข้องกับแสงสีเหลืองและสีเขียวใต้หลอดโซเดียมความดันต่ำและแสงสีส้มแดงด้วย

น้ำหนักแห้งของต้นกล้ามะเขือเทศที่ปลูกภายใต้แสงสีขาว (ที่มีแสงสีแดง น้ำเงิน และเขียว) ต่ำกว่าต้นกล้ามะเขือเทศที่ปลูกภายใต้แสงสีแดงและสีน้ำเงินอย่างมีนัยสำคัญ การตรวจจับสเปกตรัมของการยับยั้งการเจริญเติบโตในการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อบ่งชี้ว่าคุณภาพแสงที่เป็นอันตรายที่สุดคือแสงสีเขียวที่มีจุดสูงสุดที่ 550 นาโนเมตร ความสูงของพืช น้ำหนักสดและแห้งของดาวเรืองที่ปลูกภายใต้แสงสีเขียวเพิ่มขึ้น 30% ถึง 50% เมื่อเทียบกับพืชที่ปลูกภายใต้แสงเต็มสเปกตรัม แสงสีเขียวที่เต็มไปด้วยแสงเต็มสเปกตรัมทำให้ต้นไม้สั้นและแห้ง และน้ำหนักสดก็ลดลง การกำจัดแสงสีเขียวจะทำให้การออกดอกของดาวเรืองแข็งแรงขึ้น ในขณะที่การเสริมแสงสีเขียวจะยับยั้งการออกดอกของผีเสื้อกลางคืนและผักกาดหอม

อย่างไรก็ตาม ยังมีรายงานไฟเขียวที่ส่งเสริมการเติบโตอีกด้วย คิม และคณะ สรุปว่าไฟ LED รวมสีแดง-น้ำเงินเสริมแสงสีเขียวส่งผลให้สรุปได้ว่าการเจริญเติบโตของพืชจะถูกยับยั้งเมื่อแสงสีเขียวเกิน 50% ในขณะที่การเจริญเติบโตของพืชจะเพิ่มขึ้นเมื่ออัตราส่วนแสงสีเขียวน้อยกว่า 24% แม้ว่าน้ำหนักแห้งของส่วนบนของผักกาดหอมจะเพิ่มขึ้นโดยแสงสีเขียวที่เพิ่มโดยแสงฟลูออเรสเซนต์สีเขียวบนพื้นหลังแสงรวมสีแดงและสีน้ำเงินที่ได้รับจาก LED แต่ข้อสรุปว่าการเพิ่มแสงสีเขียวช่วยเพิ่มการเจริญเติบโตและผลิตได้มากขึ้น ชีวมวลมากกว่าแสงสีขาวเย็นเป็นปัญหา: (1) น้ำหนักแห้งของชีวมวลที่สังเกตเห็นเป็นเพียงน้ำหนักแห้งของส่วนที่อยู่เหนือพื้นดินเท่านั้น หากรวมน้ำหนักแห้งของระบบรากใต้ดินด้วย ผลลัพธ์ที่ได้อาจแตกต่างกัน (2) ส่วนบนของผักกาดหอมที่ปลูกภายใต้แสงสีแดง น้ำเงิน และเขียว พืชที่เติบโตอย่างมีนัยสำคัญภายใต้หลอดฟลูออเรสเซนต์สีขาวเย็นมีแนวโน้มที่จะมีแสงสีเขียว (24%) บรรจุอยู่ในโคมไฟสามสีน้อยกว่าผลลัพธ์ที่ได้มาก ของหลอดฟลูออเรสเซนต์สีขาวนวล (51%) กล่าวคือ ผลการปราบปรามแสงสีเขียวของหลอดฟลูออเรสเซนต์สีขาวเย็นมีมากกว่าทั้งสามสี ผลลัพธ์ของหลอดไฟ (3) อัตราการสังเคราะห์แสงของพืชที่ปลูกภายใต้แสงสีแดงและสีน้ำเงินรวมกันนั้นสูงกว่าอัตราการสังเคราะห์แสงของพืชที่ปลูกภายใต้แสงสีเขียวอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งสนับสนุนการเก็งกำไรก่อนหน้านี้

อย่างไรก็ตาม การรักษาเมล็ดด้วยเลเซอร์สีเขียวสามารถทำให้หัวไชเท้าและแครอทมีขนาดใหญ่เป็นสองเท่าของการควบคุม ชีพจรสีเขียวสลัวสามารถเร่งการยืดตัวของต้นกล้าที่เติบโตในที่มืด ซึ่งก็คือ ส่งเสริมการยืดตัวของลำต้น การรักษาต้นกล้า Arabidopsis thaliana ด้วยพัลส์แสงสีเขียวเดียว (525 นาโนเมตร ± 16 นาโนเมตร) (11.1 μmol·m-2·s-1, 9 วินาที) จากแหล่งกำเนิดแสง LED ส่งผลให้การถอดเสียงพลาสติดลดลงและการเจริญเติบโตของลำต้นเพิ่มขึ้น ประเมิน.

จากข้อมูลการวิจัยชีววิทยาเชิงแสงของพืชในช่วง 50 ปีที่ผ่านมา มีการหารือถึงบทบาทของแสงสีเขียวในการพัฒนาพืช การออกดอก การเปิดปากใบ การเจริญเติบโตของลำต้น การแสดงออกของยีนคลอโรพลาสต์ และการควบคุมการเจริญเติบโตของพืช เชื่อกันว่าระบบการรับรู้แสงสีเขียวสอดคล้องกับเซ็นเซอร์สีแดงและสีน้ำเงิน ควบคุมการเจริญเติบโตและการพัฒนาของพืช โปรดทราบว่าในรีวิวนี้ แสงสีเขียว (500~600nm) จะถูกขยายออกไปเพื่อรวมส่วนสีเหลืองของสเปกตรัม (580~600nm)

แสงสีเหลือง (580~600nm) ยับยั้งการเจริญเติบโตของผักกาดหอม ผลลัพธ์ของปริมาณคลอโรฟิลล์และน้ำหนักแห้งสำหรับอัตราส่วนต่างๆ ของแสงสีแดง สีแดงไกล สีน้ำเงิน อัลตราไวโอเลต และสีเหลืองตามลำดับ บ่งชี้ว่ามีเพียงแสงสีเหลือง (580~600 นาโนเมตร) เท่านั้นที่สามารถอธิบายความแตกต่างในผลการเติบโตระหว่างหลอดโซเดียมความดันสูงและเมทัลฮาไลด์ได้ โคมไฟ. นั่นก็คือแสงสีเหลืองจะขัดขวางการเจริญเติบโต นอกจากนี้ แสงสีเหลือง (จุดสูงสุดที่ 595 นาโนเมตร) ยังยับยั้งการเจริญเติบโตของแตงกวาได้ดีกว่าแสงสีเขียว (จุดสูงสุดที่ 520 นาโนเมตร)

ข้อสรุปบางประการเกี่ยวกับผลกระทบที่ขัดแย้งกันของแสงสีเหลือง/เขียวอาจเนื่องมาจากช่วงความยาวคลื่นของแสงที่ใช้ในการศึกษาเหล่านั้นไม่สอดคล้องกัน นอกจากนี้ เนื่องจากนักวิจัยบางคนจัดประเภทแสงจาก 500 ถึง 600 นาโนเมตรเป็นแสงสีเขียว จึงยังมีงานวิจัยเพียงเล็กน้อยเกี่ยวกับผลกระทบของแสงสีเหลือง (580-600 นาโนเมตร) ต่อการเจริญเติบโตและการพัฒนาของพืช

รังสีอัลตราไวโอเลตช่วยลดพื้นที่ใบของพืช ยับยั้งการยืดตัวของไฮโปโคทิล ลดการสังเคราะห์แสงและผลผลิต และทำให้พืชไวต่อการโจมตีของเชื้อโรค แต่สามารถกระตุ้นการสังเคราะห์ฟลาโวนอยด์และกลไกการป้องกันได้ UV-B สามารถลดปริมาณของกรดแอสคอร์บิกและเบต้าแคโรทีนได้ แต่สามารถส่งเสริมการสังเคราะห์แอนโทไซยานินได้อย่างมีประสิทธิภาพ รังสี UV-B ส่งผลให้เกิดฟีโนไทป์ของพืชแคระ ใบเล็กหนา ก้านใบสั้น กิ่งที่ซอกใบเพิ่มขึ้น และอัตราส่วนราก/มงกุฎเปลี่ยนแปลง

ผลการตรวจสอบพันธุ์ข้าว 16 พันธุ์จาก 7 ภูมิภาคของจีน อินเดีย ฟิลิปปินส์ เนปาล ไทย เวียดนาม และศรีลังกา ในเรือนกระจกแสดงให้เห็นว่าการเติม UV-B ส่งผลให้ชีวมวลทั้งหมดเพิ่มขึ้น พันธุ์ (พันธุ์เดียวที่ถึงระดับที่มีนัยสำคัญจากศรีลังกา), 12 พันธุ์ (ซึ่งมี 6 พันธุ์ที่มีนัยสำคัญ) และพันธุ์ที่มีความไวต่อรังสี UV-B ลดลงอย่างมีนัยสำคัญในพื้นที่ใบและขนาดกิ่งก้าน มี 6 สายพันธุ์ที่มีปริมาณคลอโรฟิลล์เพิ่มขึ้น (2 สายพันธุ์ถึงระดับที่มีนัยสำคัญ); 5 พันธุ์ที่มีอัตราการสังเคราะห์แสงของใบลดลงอย่างมีนัยสำคัญ และ 1 พันธุ์ที่ได้รับการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญ (ชีวมวลรวมก็มีนัยสำคัญเช่นกัน) เพิ่มขึ้น)

อัตราส่วนของ UV-B/PAR เป็นปัจจัยสำคัญในการตอบสนองของพืชต่อ UV-B ตัวอย่างเช่น UV-B และ PAR ร่วมกันส่งผลต่อสัณฐานวิทยาและผลผลิตน้ำมันของมินต์ ซึ่งต้องใช้แสงธรรมชาติที่ไม่มีการกรองในระดับสูง

ควรสังเกตว่าการศึกษาในห้องปฏิบัติการเกี่ยวกับผลกระทบของ UV-B แม้ว่าจะมีประโยชน์ในการระบุปัจจัยการถอดรหัสและปัจจัยทางโมเลกุลและสรีรวิทยาอื่นๆ เนื่องมาจากการใช้ระดับ UV-B ที่สูงขึ้น ไม่มี UV-A ร่วมด้วย และมักมี PAR พื้นหลังต่ำ ผลลัพธ์มักจะไม่ได้คาดการณ์โดยกลไกในสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติ การศึกษาภาคสนามโดยทั่วไปจะใช้หลอด UV เพื่อเพิ่มหรือใช้ตัวกรองเพื่อลดระดับ UV-B