Limang monochromatic na ilaw na nakakaapekto sa paglago ng halaman

Ang liwanag ay ang pangunahing kadahilanan sa kapaligiran para sa paglago at pag-unlad ng halaman. Ito ay hindi lamang ang pangunahing pinagkukunan ng enerhiya para sa potosintesis, ngunit isa ring mahalagang regulator ng paglago at pag-unlad ng halaman. Ang paglago at pag-unlad ng halaman ay hindi lamang pinaghihigpitan ng light quantity o light intensity (photon flux density, photon flux density, PFD), kundi pati na rin ng light quality, ibig sabihin, iba't ibang wavelength ng liwanag at radiation at ang kanilang iba't ibang ratio ng komposisyon.

Ang solar spectrum ay maaaring halos nahahati sa ultraviolet radiation (ultraviolet, UV

Maaaring makita ng mga halaman ang mga banayad na pagbabago sa kalidad ng liwanag, intensity ng liwanag, haba ng liwanag, at direksyon sa lumalagong kapaligiran, at simulan ang mga pagbabagong pisyolohikal at morphological na kinakailangan upang mabuhay sa kapaligirang ito. Ang asul na ilaw, pulang ilaw at malayong pulang ilaw ay may mahalagang papel sa pagkontrol sa photomorphogenesis ng mga halaman. Ang mga photoreceptor (phytochrome, Phy), cryptochrome (Cry), at mga photoreceptor (phototropin, Phot) ay tumatanggap ng mga light signal at nag-udyok sa paglaki at pag-unlad ng mga halaman sa pamamagitan ng signal transduction.

Ang monochromatic na ilaw gaya ng ginamit dito ay tumutukoy sa liwanag sa isang partikular na hanay ng wavelength. Ang hanay ng mga wavelength ng parehong monochromatic na ilaw na ginamit sa iba't ibang mga eksperimento ay hindi ganap na pare-pareho, at ang iba pang mga monochromatic na ilaw na pareho sa wavelength ay madalas na nagsasapawan sa iba't ibang lawak, lalo na bago ang hitsura ng isang monochromatic LED light source. Sa ganitong paraan, natural, magkakaroon ng iba't ibang at kahit na magkasalungat na mga resulta.

Pinipigilan ng pulang ilaw (R) ang internode elongation, nagtataguyod ng lateral branching at tillering, nagpapaantala sa pagkakaiba-iba ng bulaklak, at nagpapataas ng anthocyanin, chlorophyll at carotenoids. Ang pulang ilaw ay maaaring maging sanhi ng positibong paggalaw ng liwanag sa mga ugat ng Arabidopsis. Ang pulang ilaw ay may positibong epekto sa resistensya ng halaman sa mga biotic at abiotic na stress.

Ang malayong pulang ilaw (FR) ay maaaring humadlang sa epekto ng pulang ilaw sa maraming kaso. Ang mababang R/FR ratio ay nagreresulta sa pagbaba sa kapasidad ng photosynthetic ng kidney beans. Sa silid ng paglago, ang puting fluorescent lamp ay ginagamit bilang pangunahing pinagmumulan ng ilaw, at ang malayong pulang radiation (ang emission peak na 734 nm) ay pupunan ng mga LED upang mabawasan ang nilalaman ng anthocyanin, carotenoid at chlorophyll, at ang sariwang timbang, tuyo na timbang, haba ng tangkay, haba ng dahon at dahon ay ginawa. Ang lapad ay nadagdagan. Ang epekto ng supplemental FR sa paglaki ay maaaring dahil sa pagtaas ng light absorption dahil sa pagtaas ng lugar ng dahon. Ang Arabidopsis thaliana na lumago sa ilalim ng mababang kondisyon ng R/FR ay mas malaki at mas makapal kaysa sa mga lumaki sa ilalim ng mataas na R/FR, na may malaking biomass at malakas na kakayahang umangkop sa malamig. Ang iba't ibang ratios ng R/FR ay maaari ding baguhin ang salt tolerance ng mga halaman.

Sa pangkalahatan, ang pagtaas ng bahagi ng asul na liwanag sa puting liwanag ay maaaring paikliin ang mga internode, bawasan ang lawak ng dahon, bawasan ang mga relatibong rate ng paglago, at pataasin ang mga ratio ng nitrogen/carbon (N/C).

Ang mataas na synthesis ng chlorophyll ng halaman at pagbuo ng chloroplast pati na rin ang mga chloroplast na may mataas na ratio ng chlorophyll a/b at mababang antas ng carotenoid ay nangangailangan ng asul na liwanag. Sa ilalim ng pulang ilaw, unti-unting bumababa ang photosynthetic rate ng mga selula ng algae, at mabilis na bumabawi ang photosynthetic rate pagkatapos pumunta sa asul na ilaw o magdagdag ng ilang asul na ilaw sa ilalim ng tuluy-tuloy na pulang ilaw. Kapag ang madilim na lumalagong mga selula ng tabako ay inilipat sa tuloy-tuloy na asul na liwanag sa loob ng 3 araw, ang kabuuang halaga at chlorophyll na nilalaman ng rubulose-1, 5-bisphosphate carboxylase/oxygenase (Rubisco) ay tumaas nang husto. Alinsunod dito, ang tuyong bigat ng mga cell sa dami ng solusyon ng unit culture ay tumataas din nang husto, habang ito ay tumataas nang napakabagal sa ilalim ng tuluy-tuloy na pulang ilaw.

Malinaw, para sa photosynthesis at paglago ng mga halaman, ang pulang ilaw lamang ay hindi sapat. Maaaring kumpletuhin ng trigo ang siklo ng buhay nito sa ilalim ng iisang pinagmulan ng pulang LED, ngunit upang makakuha ng matataas na halaman at malalaking bilang ng mga buto, dapat magdagdag ng naaangkop na dami ng asul na liwanag (Talahanayan 1). Ang ani ng lettuce, spinach at labanos na lumago sa ilalim ng isang pulang ilaw ay mas mababa kaysa sa mga halaman na lumago sa ilalim ng kumbinasyon ng pula at asul, habang ang ani ng mga halaman na lumago sa ilalim ng kumbinasyon ng pula at asul na may naaangkop na asul na liwanag ay maihahambing sa ng mga halaman na lumago sa ilalim ng malamig na puting fluorescent lamp. Katulad nito, ang Arabidopsis thaliana ay maaaring gumawa ng mga buto sa ilalim ng isang pulang ilaw, ngunit ito ay lumalaki sa ilalim ng kumbinasyon ng pula at asul na liwanag habang ang proporsyon ng asul na liwanag ay bumababa (10% hanggang 1%) kumpara sa mga halaman na lumago sa ilalim ng cool na puting fluorescent lamp. Ang pag-bolting ng halaman, pamumulaklak at mga resulta ay naantala. Gayunpaman, ang binhi ng ani ng mga halaman na lumago sa ilalim ng kumbinasyon ng pula at asul na liwanag na naglalaman ng 10% asul na liwanag ay kalahati lamang ng mga halaman na lumago sa ilalim ng malamig na puting fluorescent lamp. Ang sobrang asul na liwanag ay pumipigil sa paglaki ng halaman, pagpapaikli ng mga internode, pagbawas ng pagsanga, pagbawas sa lawak ng dahon, at pagbaba ng kabuuang tuyong timbang. Ang mga halaman ay may makabuluhang pagkakaiba sa mga species sa pangangailangan para sa asul na liwanag.

Dapat pansinin na kahit na ang ilang mga pag-aaral na gumagamit ng iba't ibang uri ng mga pinagmumulan ng liwanag ay nagpakita na ang mga pagkakaiba sa morpolohiya at paglago ng halaman ay nauugnay sa mga pagkakaiba sa proporsyon ng asul na liwanag sa spectrum, ang mga konklusyon ay may problema pa rin dahil ang komposisyon ng hindi asul iba-iba ang liwanag na inilalabas ng iba't ibang uri ng lampara na ginamit. Halimbawa, bagama't ang tuyong bigat ng mga halamang soybean at sorghum na lumago sa ilalim ng parehong ilaw na fluorescent lamp at ang net photosynthetic rate sa bawat yunit ng leaf area ay makabuluhang mas mataas kaysa sa mga lumaki sa ilalim ng low pressure sodium lamp, ang mga resultang ito ay hindi maaaring ganap na maiugnay sa asul na liwanag sa ilalim mababang presyon ng sodium lamp. Kakulangan, natatakot ako na ito ay nauugnay din sa dilaw at berdeng ilaw sa ilalim ng low-pressure sodium lamp at ang orange na pulang ilaw.

Ang tuyong bigat ng mga punla ng kamatis na lumago sa ilalim ng puting liwanag (naglalaman ng pula, asul at berdeng ilaw) ay makabuluhang mas mababa kaysa sa mga punla na lumaki sa ilalim ng pula at asul na liwanag. Ang spectral na pagtuklas ng pagsugpo sa paglago sa tissue culture ay nagpahiwatig na ang pinaka nakakapinsalang kalidad ng ilaw ay berdeng ilaw na may rurok sa 550 nm. Ang taas ng halaman, sariwa at tuyo na bigat ng marigold na lumago sa ilalim ng liwanag ng berdeng ilaw ay tumaas ng 30% hanggang 50% kumpara sa mga halaman na lumaki sa ilalim ng full spectrum light. Ang buong spectrum na puno ng liwanag na berdeng ilaw ay nagiging sanhi ng mga halaman na maging maikli at tuyo, at ang sariwang timbang ay nababawasan. Ang pag-alis ng berdeng ilaw ay nagpapalakas sa pamumulaklak ng marigold, habang ang pagdaragdag ng berdeng ilaw ay pumipigil sa pamumulaklak ng Dianthus at lettuce.

Gayunpaman, mayroon ding mga ulat ng berdeng ilaw na nagpo-promote ng paglago. Kim et al. napagpasyahan na ang red-blue combined light (LEDs) na dinagdagan ng berdeng ilaw ay nagreresulta sa konklusyon na ang paglago ng halaman ay hinahadlangan kapag ang berdeng ilaw ay lumampas sa 50%, habang ang paglago ng halaman ay pinahusay kapag ang ratio ng berdeng ilaw ay mas mababa sa 24%. Kahit na ang tuyong bigat ng itaas na bahagi ng lettuce ay nadagdagan ng berdeng ilaw na idinagdag ng berdeng fluorescent na ilaw sa pula at asul na pinagsamang liwanag na background na ibinigay ng LED, ang konklusyon na ang pagdaragdag ng berdeng ilaw ay nagpapahusay sa paglago at gumagawa ng higit pa. biomass kaysa sa malamig na puting liwanag ay may problema: (1) Ang tuyong bigat ng biomass na kanilang naobserbahan ay ang tuyong bigat lamang ng nasa itaas na bahagi ng lupa. Kung ang dry weight ng underground root system ay kasama, ang resulta ay maaaring iba; (2) ang itaas na bahagi ng lettuce na lumago sa ilalim ng pula, asul at berdeng mga ilaw Ang mga halaman na lumalaki nang malaki sa ilalim ng malamig na puting fluorescent lamp ay malamang na mayroong berdeng ilaw (24%) na nasa tatlong kulay na lampara na mas mababa kaysa sa resulta. ng cool white fluorescent lamp (51%), iyon ay, ang green light suppression effect ng cool white fluorescent lamp ay mas malaki kaysa sa tatlong kulay. Ang mga resulta ng lampara; (3) Ang bilis ng photosynthesis ng mga halaman na lumago sa ilalim ng kumbinasyon ng pula at asul na liwanag ay makabuluhang mas mataas kaysa sa mga halaman na lumago sa ilalim ng berdeng ilaw, na sumusuporta sa nakaraang haka-haka.

Gayunpaman, ang pagpapagamot sa mga buto ng isang berdeng laser ay maaaring gumawa ng mga labanos at karot nang dalawang beses na mas malaki kaysa sa kontrol. Ang isang madilim na berdeng pulso ay maaaring mapabilis ang pagpahaba ng mga punla na lumalaki sa dilim, iyon ay, itaguyod ang pagpapahaba ng tangkay. Ang paggamot ng Arabidopsis thaliana seedlings na may isang solong berdeng ilaw (525 nm ± 16 nm) pulse (11.1 μmol·m-2·s-1, 9 s) mula sa isang LED source ay nagresulta sa pagbaba sa mga plastid transcript at pagtaas ng stem growth rate.

Batay sa nakalipas na 50 taon ng data ng pananaliksik sa photobiology ng halaman, tinalakay ang papel ng berdeng ilaw sa pagpapaunlad ng halaman, pamumulaklak, pagbubukas ng stomata, paglago ng stem, pagpapahayag ng chloroplast gene at regulasyon ng paglago ng halaman. Ito ay pinaniniwalaan na ang green light perception system ay kasuwato ng red at blue sensors. I-regulate ang paglaki at pag-unlad ng mga halaman. Tandaan na sa pagsusuring ito, ang berdeng ilaw (500~600nm) ay pinalawak upang isama ang dilaw na bahagi ng spectrum (580~600nm).

Ang dilaw na ilaw (580~600nm) ay pumipigil sa paglaki ng lettuce. Ang mga resulta ng nilalaman ng chlorophyll at dry weight para sa iba't ibang ratios ng pula, malayong pula, asul, ultraviolet at dilaw na ilaw ayon sa pagkakabanggit ay nagpapahiwatig na ang dilaw na ilaw (580~600nm) lamang ang maaaring ipaliwanag ang pagkakaiba sa mga epekto ng paglago sa pagitan ng high-pressure sodium lamp at metal halide lampara. Iyon ay, pinipigilan ng dilaw na ilaw ang paglaki. Gayundin, ang dilaw na ilaw (tugatog sa 595 nm) ay humadlang sa paglaki ng pipino nang mas malakas kaysa berdeng ilaw (tugatog sa 520 nm).

Ang ilang konklusyon tungkol sa magkasalungat na epekto ng dilaw/berdeng ilaw ay maaaring dahil sa hindi pare-parehong hanay ng mga wavelength ng liwanag na ginamit sa mga pag-aaral na iyon. Bukod dito, dahil inuuri ng ilang mananaliksik ang liwanag mula 500 hanggang 600 nm bilang berdeng ilaw, kakaunti ang literatura sa mga epekto ng dilaw na liwanag (580-600 nm) sa paglago at pag-unlad ng halaman.

Binabawasan ng ultraviolet radiation ang lugar ng dahon ng halaman, pinipigilan ang pagpapahaba ng hypocotyl, binabawasan ang photosynthesis at produktibidad, at ginagawang madaling kapitan ang mga halaman sa pag-atake ng pathogen, ngunit maaaring magdulot ng flavonoid synthesis at mga mekanismo ng depensa. Maaaring bawasan ng UV-B ang nilalaman ng ascorbic acid at β-carotene, ngunit maaaring epektibong magsulong ng anthocyanin synthesis. Ang radiation ng UV-B ay nagreresulta sa isang dwarf na phenotype ng halaman, maliliit, makapal na dahon, maikling tangkay, tumaas na mga sanga ng aksila, at mga pagbabago sa ratio ng ugat/korona.

Ang mga resulta ng mga pagsisiyasat sa 16 na rice cultivars mula sa 7 iba't ibang rehiyon ng China, India, Pilipinas, Nepal, Thailand, Vietnam at Sri Lanka sa greenhouse ay nagpakita na ang pagdaragdag ng UV-B ay nagresulta sa pagtaas ng kabuuang biomass. Ang mga kultivar (isa lamang sa mga ito ay umabot sa isang makabuluhang antas, mula sa Sri Lanka), 12 mga kultivar (kung saan 6 ay makabuluhan), at ang mga may UV-B sensitivity ay makabuluhang nabawasan sa lugar ng dahon at laki ng magsasaka. Mayroong 6 na cultivars na may tumaas na nilalaman ng chlorophyll (2 sa mga ito ay umaabot sa makabuluhang antas); 5 cultivars na may makabuluhang pagbawas sa leaf photosynthetic rate, at 1 cultivar na may makabuluhang pinabuting (kabuuang biomass nito ay malaki rin) na pagtaas).

Ang ratio ng UV-B/PAR ay isang mahalagang determinant ng pagtugon ng halaman sa UV-B. Halimbawa, ang UV-B at PAR na magkasama ay nakakaapekto sa morphology at oil yield ng mint, na nangangailangan ng mataas na antas ng hindi na-filter na natural na liwanag.

Dapat pansinin na ang mga pag-aaral sa laboratoryo ng mga epekto ng UV-B, bagama't kapaki-pakinabang sa pagtukoy ng mga salik ng transkripsyon at iba pang mga salik sa molekular at pisyolohikal, ay dahil sa paggamit ng mas mataas na antas ng UV-B, walang kasabay na UV-A at Kadalasang mababa ang background na PAR, ang ang mga resulta ay kadalasang hindi mekanikal na isinasama sa natural na kapaligiran. Ang mga field study ay karaniwang gumagamit ng mga UV lamp upang itaas o gumamit ng mga filter upang bawasan ang mga antas ng UV-B.