Lys er den grundlæggende miljøfaktor for planters vækst og udvikling. Det er ikke kun den grundlæggende energikilde til fotosyntese, men også en vigtig regulator for planters vækst og udvikling. Plantevækst og -udvikling er ikke kun begrænset af lysmængde eller lysintensitet (fotonfluxtæthed, fotonfluxdensitet, PFD), men også af lyskvalitet, dvs. forskellige bølgelængder af lys og stråling og deres forskellige sammensætningsforhold.
Solspektret kan groft opdeles i ultraviolet stråling (ultraviolet, UV<400nm, including="" uv-a320~400nm;="" uv-b280~320nm;=""><280nm, 100~280nm),="" visible="" light="" or="" photosynthetically="" active="" radiation="" (par,="" 400~700nm,="" including="" blue="" light="" 400~500nm;="" green="" light="" 500~600nm;="" red="" light="" 600~700nm)="" and="" infrared="" radiation="" (700~800nm).="" due="" to="" the="" absorption="" of="" ozone="" in="" the="" stratosphere="" (the="" stratosphere),="" uv-c="" and="" most="" of="" the="" uv-b="" do="" not="" reach="" the="" earth's="" surface.="" the="" intensity="" of="" uv-b="" radiation="" reaching="" the="" ground="" changes="" due="" to="" geographic="" (altitude="" and="" latitude),="" time="" (day="" time,="" seasonal="" variation),="" meteorological="" (cloud="" presence,="" thickness,="" etc.)="" and="" other="" environmental="" factors="" such="" as="" air="">
Planter kan registrere subtile ændringer i lyskvalitet, lysintensitet, lyslængde og retning i vækstmiljøet og igangsætte de fysiologiske og morfologiske ændringer, der er nødvendige for at overleve i dette miljø. Blåt lys, rødt lys og langt rødt lys spiller en nøglerolle i styringen af planters fotomorfogenese. Fotoreceptorer (phytochrom, Phy), kryptokrom (Cry) og fotoreceptorer (phototropin, Phot) modtager lyssignaler og inducerer vækst og udvikling af planter gennem signaltransduktion.
Monokromatisk lys som anvendt heri henviser til lys i et specifikt bølgelængdeområde. Området af bølgelængder af det samme monokromatiske lys, der bruges i forskellige eksperimenter, er ikke helt konsistent, og andre monokromatiske lys, der er ens i bølgelængde, overlapper ofte i forskelligt omfang, især før fremkomsten af en monokromatisk LED-lyskilde. På denne måde vil der naturligvis være forskellige og endda modstridende resultater.
Rødt lys (R) hæmmer internodeforlængelse, fremmer lateral forgrening og rotation, forsinker blomsterdifferentiering og øger anthocyaniner, klorofyl og carotenoider. Rødt lys kan forårsage positiv lysbevægelse i Arabidopsis rødder. Rødt lys har en positiv effekt på planternes resistens over for biotiske og abiotiske belastninger.
Far red light (FR) kan i mange tilfælde modvirke den røde lyseffekt. Et lavt R/FR-forhold resulterer i et fald i kidneybønners fotosyntesekapacitet. I vækstkammeret bruges den hvide lysstoflampe som hovedlyskilde, og den langt røde stråling (emissionstoppen på 734 nm) suppleres med lysdioder for at reducere indholdet af anthocyanin, carotenoid og klorofyl samt friskvægten. tørvægt, stængelængde, bladlængde og blad fremstilles. Bredden øges. Effekten af supplerende FR på væksten kan skyldes en stigning i lysabsorption på grund af øget bladareal. Arabidopsis thaliana dyrket under lave R/FR-betingelser var større og tykkere end dem, der blev dyrket under høj R/FR, med stor biomasse og stærk kuldetilpasningsevne. Forskellige forhold mellem R/FR kan også ændre planters salttolerance.
Generelt kan en forøgelse af andelen af blåt lys i hvidt lys forkorte internoder, reducere bladareal, reducere relative væksthastigheder og øge nitrogen/carbon (N/C) forhold.
Høj planteklorofylsyntese og kloroplastdannelse samt kloroplaster med højt klorofyl a/b-forhold og lave carotenoidniveauer kræver blåt lys. Under det røde lys faldt algecellernes fotosyntesehastighed gradvist, og fotosyntesehastigheden restituerede sig hurtigt efter at have gået til blåt lys eller tilføjet noget blåt lys under kontinuerligt rødt lys. Når de mørkvoksende tobaksceller blev overført til kontinuerligt blåt lys i 3 dage, steg den totale mængde og klorofylindhold af rubulose-1, 5-bisphosphatcarboxylase/oxygenase (Rubisco) kraftigt. I overensstemmelse hermed stiger tørvægten af cellerne i volumenet af enhedskulturopløsningen også kraftigt, mens den stiger meget langsomt under konstant rødt lys.
Det er klart, at for fotosyntese og vækst af planter er kun rødt lys ikke nok. Hvede kan fuldføre sin livscyklus under en enkelt rød LED-kilde, men for at opnå høje planter og et stort antal frø skal der tilføjes en passende mængde blåt lys (tabel 1). Udbyttet af salat, spinat og radise dyrket under et enkelt rødt lys var lavere end udbyttet af planter dyrket under kombinationen af rød og blå, mens udbyttet af planter dyrket under kombinationen af rød og blå med passende blåt lys var sammenlignelig med planter dyrket under kølige hvide fluorescerende lamper. På samme måde kan Arabidopsis thaliana producere frø under et enkelt rødt lys, men det vokser under kombinationen af rødt og blåt lys, da andelen af blåt lys falder (10 procent til 1 procent) sammenlignet med planter dyrket under kølige hvide fluorescerende lamper. Planteboltning, blomstring og resultater blev forsinket. Frøudbyttet af planter dyrket under en kombination af rødt og blåt lys indeholdende 10 procent blåt lys var dog kun halvdelen af planter dyrket under kolde hvide fluorescerende lamper. For meget blåt lys hæmmer plantevækst, forkorter internoder, reduceret forgrening, reduceret bladareal og reduceret total tørvægt. Planter har betydelige artsforskelle i behovet for blåt lys.
Det skal bemærkes, at selvom nogle undersøgelser, der anvender forskellige typer lyskilder, har vist, at forskelle i plantemorfologi og vækst er relateret til forskelle i andelen af blåt lys i spektret, er konklusionerne stadig problematiske, fordi sammensætningen af de ikke-blå lyset, der udsendes af de forskellige typer lamper, der anvendes, er forskelligt. Selvom tørvægten af sojabønne- og sorghumplanter dyrket under den samme lys-fluorescerende lampe og nettofotosyntesehastigheden pr. enhed bladareal er væsentligt højere end dem, der dyrkes under lavtryksnatriumlamper, kan disse resultater ikke fuldstændigt tilskrives blåt lys under lavtryksnatriumlamper. Mangel, jeg er bange for, at det også hænger sammen med det gule og grønne lys under lavtryksnatriumlampen og det orange røde lys.
Tørvægten af tomatfrøplanter dyrket under hvidt lys (indeholdende rødt, blåt og grønt lys) var signifikant lavere end for frøplanter dyrket under rødt og blåt lys. Spektral påvisning af væksthæmning i vævskultur indikerede, at den mest skadelige lyskvalitet var grønt lys med en top ved 550 nm. Plantehøjden, den friske og tørre vægt af morgenfrue dyrket under lyset af grønt lys steg med 30 procent til 50 procent sammenlignet med planter dyrket under fuldspektret lys. Fuldspektret lysfyldt grønt lys gør, at planterne bliver korte og tørre, og friskvægten reduceres. Fjernelse af grønt lys styrker blomstringen af morgenfrue, mens supplerende grønt lys hæmmer blomstringen af Dianthus og salat.
Men der er også rapporter om grønt lys, der fremmer vækst. Kim et al. konkluderede, at det rød-blå kombinerede lys (LED'er) suppleret med grønt lys resulterer i den konklusion, at plantevækst hæmmes, når grønt lys overstiger 50 procent, mens plantevækst er forbedret, når det grønne lysforhold er mindre end 24 procent. Selvom tørvægten af den øverste del af salaten øges af det grønne lys tilføjet af det grønne fluorescerende lys på den røde og blå kombinerede lysbaggrund fra LED'en, er konklusionen, at tilføjelsen af grønt lys øger væksten og producerer mere biomasse end det kølige hvide lys er problematisk: (1) Tørvægten af den biomasse, de observerer, er kun tørvægten af den overjordiske del. Hvis tørvægten af det underjordiske rodsystem medtages, kan resultatet blive anderledes; (2) den øverste del af salaten dyrket under de røde, blå og grønne lys Planter, der vokser betydeligt under kolde hvide lysstofrør, har sandsynligvis det grønne lys (24 procent) indeholdt i den trefarvede lampe langt mindre end resultatet af den kølige hvide fluorescerende lampe (51 procent), det vil sige, at den kølige hvide fluorescerende lampes undertrykkelseseffekt for grønt lys er større end de tre farver. Resultaterne af lampen; (3) Fotosyntesehastigheden for planter dyrket under kombinationen af rødt og blåt lys er betydeligt højere end for planter dyrket under grønt lys, hvilket understøtter den tidligere spekulation.
Men at behandle frøene med en grøn laser kan gøre radiser og gulerødder dobbelt så store som kontrollen. En svag grøn puls kan fremskynde forlængelsen af de frøplanter, der vokser i mørke, det vil sige fremme stængelforlængelsen. Behandling af Arabidopsis thaliana frøplanter med en enkelt grønt lys (525 nm ± 16 nm) puls (11,1 μmol·m-2·s-1, 9 s) fra en LED-kilde resulterede i et fald i plastid-transskriptioner og en stigning i stammens væksthastighed.
Baseret på de seneste 50 års plantefotobiologiske forskningsdata blev grønt lyss rolle i planteudvikling, blomstring, stomatal åbning, stængelvækst, chloroplastgenekspression og plantevækstregulering diskuteret. Det menes, at det grønne lysopfattelsessystem er i harmoni med de røde og blå sensorer. Reguler vækst og udvikling af planter. Bemærk, at i denne anmeldelse er grønt lys (500~600nm) udvidet til at omfatte den gule del af spektret (580~600nm).
Gult lys (580~600nm) hæmmer salatvækst. Resultaterne af klorofylindhold og tørvægt for forskellige forhold mellem henholdsvis rødt, langt rødt, blåt, ultraviolet og gult lys indikerer, at kun gult lys (580~600nm) kan forklare forskellen i væksteffekter mellem højtryksnatriumlampe og metalhalogenid lampe. Det vil sige, at gult lys hæmmer væksten. Gult lys (top ved 595 nm) hæmmede også agurkvækst kraftigere end grønt lys (top ved 520 nm).
Nogle konklusioner om de modstridende virkninger af gult/grønt lys kan skyldes det inkonsistente spektrum af bølgelængder af lys, der blev brugt i disse undersøgelser. Fordi nogle forskere klassificerer lys fra 500 til 600 nm som grønt lys, er der desuden kun lidt litteratur om virkningerne af gult lys (580-600 nm) på plantevækst og udvikling.
Ultraviolet stråling reducerer plantebladsarealet, hæmmer hypokotylforlængelse, reducerer fotosyntese og produktivitet og gør planter modtagelige for patogenangreb, men kan inducere flavonoidsyntese og forsvarsmekanismer. UV-B kan reducere indholdet af ascorbinsyre og -caroten, men kan effektivt fremme anthocyaninsyntesen. UV-B-stråling resulterer i en dværgplantefænotype, små, tykke blade, kort bladstilk, øgede aksillære grene og ændringer i forholdet mellem rod og krone.
Resultaterne af undersøgelser af 16 rissorter fra 7 forskellige regioner i Kina, Indien, Filippinerne, Nepal, Thailand, Vietnam og Sri Lanka i drivhuset viste, at tilsætning af UV-B resulterede i en stigning i den samlede biomasse. Kultivarer (hvoraf kun én nåede et signifikant niveau, fra Sri Lanka), 12 kultivarer (hvoraf 6 var signifikante), og dem med UV-B-følsomhed var signifikant reduceret i bladareal og rorpindsstørrelse. Der er 6 sorter med øget klorofylindhold (hvoraf 2 når betydelige niveauer); 5 sorter med væsentligt reduceret bladfotosyntesehastighed, og 1 sort med væsentligt forbedret (dens samlede biomasse er også signifikant) stigning).
Forholdet mellem UV-B/PAR er en vigtig determinant for plantens respons på UV-B. For eksempel påvirker UV-B og PAR sammen morfologien og olieudbyttet af mynte, som kræver høje niveauer af ufiltreret naturligt lys.
Det skal bemærkes, at laboratorieundersøgelser af UV-B-effekter, selvom de er nyttige til at identificere transkriptionsfaktorer og andre molekylære og fysiologiske faktorer, skyldes brugen af højere UV-B-niveauer, ingen UV-A samtidig og ofte lav baggrunds-PAR, resultater ekstrapoleres normalt ikke mekanisk til det naturlige miljø. Feltstudier bruger typisk UV-lamper til at hæve eller bruger filtre til at reducere UV-B-niveauer.
