Licht ist der grundlegende Umweltfaktor für Pflanzenwachstum und -entwicklung. Es ist nicht nur die grundlegende Energiequelle für die Photosynthese, sondern auch ein wichtiger Regulator des Pflanzenwachstums und der Pflanzenentwicklung. Pflanzenwachstum und -entwicklung werden nicht nur durch Lichtmenge oder Lichtintensität (Photonenflussdichte, Photonenflussdichte, PFD) begrenzt, sondern auch durch Lichtqualität, dh unterschiedliche Wellenlängen von Licht und Strahlung und deren unterschiedliche Zusammensetzungsverhältnisse.
Das Sonnenspektrum lässt sich grob in ultraviolette Strahlung (Ultraviolett, 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="">
Pflanzen können subtile Änderungen der Lichtqualität, Lichtintensität, Lichtlänge und Richtung in der Wachstumsumgebung erkennen und die physiologischen und morphologischen Veränderungen einleiten, die zum Überleben in dieser Umgebung erforderlich sind. Blaues Licht, rotes Licht und fernrotes Licht spielen eine Schlüsselrolle bei der Steuerung der Photomorphogenese von Pflanzen. Photorezeptoren (Phytochrom, Phy), Cryptochrom (Cry) und Photorezeptoren (Phototropin, Phot) empfangen Lichtsignale und induzieren Wachstum und Entwicklung von Pflanzen durch Signaltransduktion.
Monochromatisches Licht, wie es hier verwendet wird, bezieht sich auf Licht in einem spezifischen Wellenlängenbereich. Der Wellenlängenbereich desselben monochromatischen Lichts, das in verschiedenen Experimenten verwendet wird, ist nicht vollständig konsistent, und andere monochromatische Lichter mit ähnlicher Wellenlänge überlappen sich häufig in unterschiedlichem Maße, insbesondere vor dem Erscheinen einer monochromatischen LED-Lichtquelle. Auf diese Weise kommt es natürlich zu unterschiedlichen und sogar widersprüchlichen Ergebnissen.
Rotes Licht (R) hemmt die Verlängerung der Internodien, fördert die seitliche Verzweigung und Bestockung, verzögert die Blütendifferenzierung und erhöht Anthocyane, Chlorophyll und Carotinoide. Rotes Licht kann in Arabidopsis-Wurzeln positive Lichtbewegungen verursachen. Rotes Licht wirkt sich positiv auf die Pflanzenresistenz gegenüber biotischem und abiotischem Stress aus.
Far Red Light (FR) kann dem Rotlichteffekt in vielen Fällen entgegenwirken. Ein niedriges R/FR-Verhältnis führt zu einer Abnahme der photosynthetischen Kapazität von Kidneybohnen. In der Wachstumskammer wird die weiße Leuchtstofflampe als Hauptlichtquelle verwendet, und die dunkelrote Strahlung (der Emissionspeak von 734 nm) wird mit LEDs ergänzt, um den Gehalt an Anthocyanen, Carotinoiden und Chlorophyll sowie das Frischgewicht zu reduzieren. Trockengewicht, Stiellänge, Blattlänge und Blatt werden gemacht. Die Breite wird vergrößert. Die Wirkung von zusätzlichem FR auf das Wachstum kann auf eine Zunahme der Lichtabsorption aufgrund einer vergrößerten Blattfläche zurückzuführen sein. Arabidopsis thaliana, die unter niedrigen R/FR-Bedingungen gezüchtet wurden, waren größer und dicker als diejenigen, die unter hohen R/FR-Bedingungen gezüchtet wurden, mit großer Biomasse und starker Anpassungsfähigkeit an Kälte. Unterschiedliche R/FR-Verhältnisse können auch die Salztoleranz von Pflanzen verändern.
Im Allgemeinen kann die Erhöhung des Anteils von blauem Licht in weißem Licht die Internodien verkürzen, die Blattfläche verringern, die relativen Wachstumsraten verringern und die Stickstoff/Kohlenstoff (N/C)-Verhältnisse erhöhen.
Eine hohe pflanzliche Chlorophyllsynthese und Chloroplastenbildung sowie Chloroplasten mit hohem Chlorophyll a/b-Verhältnis und niedrigem Carotinoidgehalt erfordern blaues Licht. Unter rotem Licht nahm die Photosyntheserate der Algenzellen allmählich ab, und die Photosyntheserate erholte sich schnell, nachdem sie auf blaues Licht umgestellt oder etwas blaues Licht unter kontinuierlichem rotem Licht hinzugefügt hatten. Als die dunkel wachsenden Tabakzellen für 3 Tage in kontinuierliches blaues Licht überführt wurden, stieg die Gesamtmenge und der Chlorophyllgehalt von Rubulose -1, 5- Bisphosphat-Carboxylase/Oxygenase (Rubisco) stark an. Dementsprechend steigt auch das Trockengewicht der Zellen im Volumen der Einheitskulturlösung stark an, während es unter kontinuierlichem Rotlicht sehr langsam zunimmt.
Offensichtlich reicht für die Photosynthese und das Wachstum von Pflanzen nur rotes Licht nicht aus. Weizen kann seinen Lebenszyklus unter einer einzigen roten LED-Quelle abschließen, aber um große Pflanzen und eine große Anzahl von Samen zu erhalten, muss eine angemessene Menge an blauem Licht hinzugefügt werden (Tabelle 1). Der Ertrag von Salat, Spinat und Rettich, der unter einem einzigen Rotlicht gewachsen war, war geringer als derjenige der Pflanzen, die unter der Kombination von Rot und Blau gewachsen waren, während der Ertrag von Pflanzen, die unter der Kombination von Rot und Blau mit geeignetem Blaulicht gewachsen waren, vergleichbar war das von Pflanzen, die unter kaltweißen Leuchtstofflampen wachsen. In ähnlicher Weise kann Arabidopsis thaliana Samen unter einem einzigen roten Licht produzieren, aber es wächst unter der Kombination von rotem und blauem Licht, da der Anteil des blauen Lichts im Vergleich zu Pflanzen, die unter kaltweißen Leuchtstofflampen wachsen, abnimmt (10 Prozent bis 1 Prozent). Pflanzenschoß, Blüte und Ergebnisse verzögerten sich. Der Samenertrag von Pflanzen, die unter einer Kombination aus rotem und blauem Licht mit 10 Prozent blauem Licht gewachsen waren, war jedoch nur halb so hoch wie der von Pflanzen, die unter kaltweißen Leuchtstofflampen gezüchtet wurden. Übermäßiges blaues Licht hemmt das Pflanzenwachstum, verkürzt die Internodien, reduziert die Verzweigung, reduziert die Blattfläche und reduziert das Gesamttrockengewicht. Pflanzen haben signifikante Artenunterschiede im Bedarf an blauem Licht.
Es sollte beachtet werden, dass, obwohl einige Studien mit verschiedenen Arten von Lichtquellen gezeigt haben, dass Unterschiede in der Pflanzenmorphologie und im Wachstum mit Unterschieden im Anteil des blauen Lichts im Spektrum zusammenhängen, die Schlussfolgerungen aufgrund der Zusammensetzung des nicht blauen Lichts immer noch problematisch sind Das Licht, das von den verschiedenen verwendeten Lampentypen abgegeben wird, ist unterschiedlich. Obwohl beispielsweise das Trockengewicht von Sojabohnen- und Sorghumpflanzen, die unter der gleichen Lichtfluoreszenzlampe wachsen, und die Netto-Photosyntheserate pro Blattflächeneinheit signifikant höher sind als bei Pflanzen, die unter Niederdruck-Natriumlampen wachsen, können diese Ergebnisse nicht vollständig blauem Licht zugeschrieben werden Niederdruck-Natriumlampen. Mangel, ich fürchte, es hängt auch mit dem gelben und grünen Licht unter der Niederdruck-Natriumlampe und dem orangeroten Licht zusammen.
Das Trockengewicht von Tomatensämlingen, die unter weißem Licht (enthaltend rotes, blaues und grünes Licht) gezüchtet wurden, war signifikant niedriger als das von Sämlingen, die unter rotem und blauem Licht gezüchtet wurden. Der spektrale Nachweis der Wachstumshemmung in Gewebekultur zeigte, dass die schädlichste Lichtqualität grünes Licht mit einem Peak bei 550 nm war. Die Pflanzenhöhe, das Frisch- und das Trockengewicht der Ringelblume, die unter grünem Licht gezüchtet wurde, stieg im Vergleich zu Pflanzen, die unter Vollspektrumlicht gezüchtet wurden, um 30 bis 50 Prozent. Vollspektrum-lichterfülltes grünes Licht bewirkt, dass die Pflanzen kurz und trocken stehen und das Frischgewicht reduziert wird. Das Entfernen von grünem Licht stärkt die Blüte der Ringelblume, während die Ergänzung von grünem Licht die Blüte von Dianthus und Salat hemmt.
Es gibt jedoch auch Berichte über grünes Licht, das das Wachstum fördert. Kimet al. kam zu dem Schluss, dass das mit rotem und blauem kombiniertem Licht (LEDs) ergänzte grüne Licht zu dem Schluss führt, dass das Pflanzenwachstum gehemmt wird, wenn das grüne Licht 50 Prozent übersteigt, während das Pflanzenwachstum verbessert wird, wenn das grüne Lichtverhältnis weniger als 24 Prozent beträgt. Obwohl das Trockengewicht des oberen Teils des Salats durch das grüne Licht erhöht wird, das durch das grüne fluoreszierende Licht auf dem roten und blauen kombinierten Lichthintergrund hinzugefügt wird, der von der LED bereitgestellt wird, kann die Schlussfolgerung gezogen werden, dass die Zugabe von grünem Licht das Wachstum fördert und mehr produziert Biomasse als das kaltweiße Licht ist problematisch: (1) Das Trockengewicht der Biomasse, das sie beobachten, ist nur das Trockengewicht des oberirdischen Teils. Bezieht man das Trockengewicht des unterirdischen Wurzelwerks mit ein, kann das Ergebnis anders ausfallen; (2) der obere Teil des Salats, der unter rotem, blauem und grünem Licht gewachsen ist Pflanzen, die deutlich unter kaltweißen Leuchtstofflampen wachsen, haben wahrscheinlich das grüne Licht (24 Prozent), das in der dreifarbigen Lampe enthalten ist, weit weniger als das Ergebnis der kaltweißen Leuchtstofflampe (51 Prozent), das heißt, der Unterdrückungseffekt für grünes Licht der kaltweißen Leuchtstofflampe ist größer als der der drei Farben. Die Ergebnisse der Lampe; (3) Die Photosyntheserate der Pflanzen, die unter der Kombination von rotem und blauem Licht gewachsen sind, ist signifikant höher als die der Pflanzen, die unter grünem Licht gewachsen sind, was die vorherige Spekulation stützt.
Durch die Behandlung der Samen mit einem grünen Laser können Radieschen und Karotten jedoch doppelt so groß werden wie die Kontrolle. Ein schwach grüner Puls kann die Streckung der im Dunkeln wachsenden Sämlinge beschleunigen, d. h. die Stammlängung fördern. Die Behandlung von Arabidopsis thaliana-Keimlingen mit einem einzigen grünen Lichtpuls (525 nm ± 16 nm) (11,1 μmol·m-2·s-1, 9 s) aus einer LED-Quelle führte zu einer Abnahme der Plastiden-Transkripte und eine Erhöhung der Stängelwachstumsrate.
Basierend auf Forschungsdaten aus der Pflanzenphotobiologie der letzten 50 Jahre wurde die Rolle von grünem Licht bei der Pflanzenentwicklung, Blüte, Stomataöffnung, Stängelwachstum, Chloroplasten-Genexpression und Pflanzenwachstumsregulation diskutiert. Es wird angenommen, dass das Wahrnehmungssystem für grünes Licht mit den roten und blauen Sensoren harmoniert. Regulieren das Wachstum und die Entwicklung von Pflanzen. Beachten Sie, dass in dieser Übersicht grünes Licht (500–600 nm) erweitert wird, um den gelben Teil des Spektrums (580–600 nm) einzuschließen.
Gelbes Licht (580~600nm) hemmt das Salatwachstum. Die Ergebnisse des Chlorophyllgehalts und des Trockengewichts für unterschiedliche Verhältnisse von rotem, dunkelrotem, blauem, ultraviolettem und gelbem Licht zeigen, dass nur gelbes Licht (580~600 nm) den Unterschied in den Wachstumseffekten zwischen Natriumhochdrucklampe und Metallhalogenid erklären kann Lampe. Das heißt, gelbes Licht hemmt das Wachstum. Auch gelbes Licht (Peak bei 595 nm) hemmte das Gurkenwachstum stärker als grünes Licht (Peak bei 520 nm).
Einige Schlussfolgerungen über die widersprüchlichen Wirkungen von gelbem/grünem Licht können auf den inkonsistenten Wellenlängenbereich des Lichts zurückzuführen sein, der in diesen Studien verwendet wurde. Da außerdem einige Forscher Licht von 500 bis 600 nm als grünes Licht klassifizieren, gibt es wenig Literatur über die Auswirkungen von gelbem Licht (580-600 nm) auf Pflanzenwachstum und -entwicklung.
Ultraviolette Strahlung reduziert die Blattfläche der Pflanze, hemmt die Hypokotylverlängerung, reduziert die Photosynthese und Produktivität und macht Pflanzen anfällig für Pathogenangriffe, kann aber die Flavonoidsynthese und Abwehrmechanismen induzieren. UV-B kann den Gehalt an Ascorbinsäure und -Carotin reduzieren, aber die Anthocyansynthese effektiv fördern. UV-B-Strahlung führt zu einem Zwergpflanzen-Phänotyp, kleinen, dicken Blättern, kurzen Blattstielen, vermehrten Achselzweigen und Veränderungen des Wurzel-Kronen-Verhältnisses.
Die Ergebnisse von Untersuchungen an 16 Reissorten aus 7 verschiedenen Regionen Chinas, Indiens, den Philippinen, Nepal, Thailand, Vietnam und Sri Lanka im Gewächshaus zeigten, dass die Zugabe von UV-B zu einer Erhöhung der Gesamtbiomasse führte. Sorten (von denen nur eine ein signifikantes Niveau erreichte, aus Sri Lanka), 12 Sorten (von denen 6 signifikant waren) und diejenigen mit UV-B-Empfindlichkeit waren in Blattfläche und Bestockungsgröße signifikant reduziert. Es gibt 6 Sorten mit erhöhtem Chlorophyllgehalt (von denen 2 signifikante Werte erreichen); 5 Sorten mit signifikant reduzierter Photosyntheserate der Blätter und 1 Sorte mit signifikant verbesserter (ihre Gesamtbiomasse ist ebenfalls signifikant) Zunahme).
Das Verhältnis von UV-B/PAR ist eine wichtige Determinante der Pflanzenreaktion auf UV-B. Zum Beispiel beeinflussen UV-B und PAR zusammen die Morphologie und Ölausbeute von Minze, was ein hohes Maß an ungefiltertem natürlichem Licht erfordert.
Es sollte beachtet werden, dass Laborstudien zu UV-B-Effekten, obwohl sie zur Identifizierung von Transkriptionsfaktoren und anderen molekularen und physiologischen Faktoren nützlich sind, auf die Verwendung höherer UV-B-Spiegel, kein begleitendes UV-A und häufig niedrige Hintergrund-PAR zurückzuführen sind Ergebnisse werden normalerweise nicht mechanisch in die natürliche Umgebung extrapoliert. Feldstudien verwenden normalerweise UV-Lampen, um die UV-B-Werte zu erhöhen, oder Filter, um die UV-B-Werte zu senken.
