Işık, bitki büyümesi ve gelişmesi için temel çevresel faktördür. Sadece fotosentez için temel enerji kaynağı değil, aynı zamanda bitki büyüme ve gelişiminin önemli bir düzenleyicisidir. Bitki büyümesi ve gelişimi sadece ışık miktarı veya ışık yoğunluğu (foton akı yoğunluğu, foton akı yoğunluğu, PFD) ile değil, aynı zamanda ışık kalitesi, yani farklı ışık ve radyasyon dalga boyları ve bunların farklı bileşim oranları ile de sınırlandırılır.
Güneş spektrumu kabaca ultraviyole radyasyona (ultraviyole, UV) ayrılabilir.<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="">
Bitkiler, büyüme ortamındaki ışık kalitesi, ışık yoğunluğu, ışığın uzunluğu ve yönündeki ince değişiklikleri algılayabilir ve bu ortamda hayatta kalmak için gerekli fizyolojik ve morfolojik değişiklikleri başlatabilir. Mavi ışık, kırmızı ışık ve uzak kırmızı ışık, bitkilerin fotomorfogenezini kontrol etmede önemli bir rol oynar. Fotoreseptörler (fitokrom, Phy), kriptokrom (Cry) ve fotoreseptörler (fototropin, Phot) ışık sinyallerini alır ve sinyal iletimi yoluyla bitkilerin büyümesini ve gelişmesini sağlar.
Burada kullanıldığı şekliyle monokromatik ışık, belirli bir dalga boyu aralığındaki ışığa karşılık gelir. Farklı deneylerde kullanılan aynı monokromatik ışığın dalga boyları aralığı tamamen tutarlı değildir ve dalga boyu bakımından benzer olan diğer monokromatik ışıklar, özellikle monokromatik bir LED ışık kaynağının ortaya çıkmasından önce, genellikle farklı kapsamlarda örtüşür. Bu şekilde doğal olarak farklı ve hatta çelişkili sonuçlar olacaktır.
Kırmızı ışık (R) boğumlar arası uzamayı engeller, yan dallanmayı ve kardeşlenmeyi destekler, çiçek farklılaşmasını geciktirir ve antosiyaninleri, klorofil ve karotenoidleri arttırır. Kırmızı ışık, Arabidopsis köklerinde pozitif ışık hareketine neden olabilir. Kırmızı ışığın, biyotik ve abiyotik streslere karşı bitki direnci üzerinde olumlu bir etkisi vardır.
Uzak kırmızı ışık (FR), birçok durumda kırmızı ışık etkisine karşı koyabilir. Düşük bir R/FR oranı, barbunya fasulyesinin fotosentez kapasitesinde bir azalmaya neden olur. Büyüme odasında, ana ışık kaynağı olarak beyaz floresan lamba kullanılır ve uzak kırmızı radyasyon (734 nm'lik emisyon zirvesi) antosiyanin, karotenoid ve klorofil içeriğini ve taze ağırlığı azaltmak için LED'lerle desteklenir, kuru ağırlık, gövde uzunluğu, yaprak uzunluğu ve yaprak yapılır. Genişlik arttırılır. Ek FR'nin büyüme üzerindeki etkisi, artan yaprak alanı nedeniyle ışık absorpsiyonundaki artıştan kaynaklanabilir. Düşük R/FR koşulları altında yetiştirilen Arabidopsis thaliana, büyük biyokütle ve güçlü soğuğa adaptasyon ile yüksek R/FR altında yetiştirilenlerden daha büyük ve daha kalındı. Farklı R/FR oranları da bitkilerin tuz toleransını değiştirebilir.
Genel olarak, beyaz ışıkta mavi ışığın oranını artırmak boğumlar arasını kısaltabilir, yaprak alanını azaltabilir, nispi büyüme oranlarını azaltabilir ve nitrojen/karbon (N/C) oranlarını artırabilir.
Yüksek bitki klorofil sentezi ve kloroplast oluşumu ile klorofil a/b oranı yüksek ve karotenoid düzeyi düşük kloroplastlar mavi ışık gerektirir. Kırmızı ışık altında, alg hücrelerinin fotosentetik hızı giderek azaldı ve mavi ışığa gittikten veya sürekli kırmızı ışık altında biraz mavi ışık ekledikten sonra fotosentez hızı hızla düzeldi. Karanlıkta büyüyen tütün hücreleri 3 gün boyunca sürekli mavi ışığa aktarıldığında, rubuloz-1, 5-bifosfat karboksilaz/oksijenazın (Rubisco) toplam miktarı ve klorofil içeriği keskin bir şekilde arttı. Bununla uyumlu olarak, sürekli kırmızı ışık altında çok yavaş artarken, birim kültür çözeltisinin hacmindeki hücrelerin kuru ağırlığı da keskin bir şekilde artar.
Açıkçası, bitkilerin fotosentez ve büyümesi için sadece kırmızı ışık yeterli değildir. Buğday, yaşam döngüsünü tek bir kırmızı LED kaynağı altında tamamlayabilir, ancak uzun bitkiler ve çok sayıda tohum elde etmek için uygun miktarda mavi ışık eklenmelidir (Tablo 1). Tek bir kırmızı ışık altında yetiştirilen marul, ıspanak ve turp verimi, kırmızı ve mavi kombinasyonu altında yetiştirilen bitkilere göre daha düşük iken, kırmızı ve mavinin uygun mavi ışık ile kombinasyonu altında yetiştirilen bitkilerin verimi, kırmızı ve mavi ışık altında yetiştirilen bitkilere göre daha düşüktü. soğuk beyaz floresan lambalar altında yetiştirilen bitkiler. Benzer şekilde, Arabidopsis thaliana tek bir kırmızı ışık altında tohum üretebilir, ancak soğuk beyaz floresan lambalar altında yetiştirilen bitkilere kıyasla mavi ışık oranı azaldıkça (yüzde 10 ila yüzde 1) kırmızı ve mavi ışık kombinasyonu altında büyür. Bitkinin bulonlanması, çiçeklenmesi ve sonuçları gecikmiştir. Bununla birlikte, yüzde 10 mavi ışık içeren kırmızı ve mavi ışık kombinasyonu altında yetiştirilen bitkilerin tohum verimi, soğuk beyaz floresan lambalar altında yetiştirilen bitkilerin sadece yarısı kadardı. Aşırı mavi ışık, bitki büyümesini engeller, boğumlar arasını kısaltır, dallanmayı azaltır, yaprak alanını azaltır ve toplam kuru ağırlığı azaltır. Bitkiler, mavi ışık ihtiyacında önemli tür farklılıklarına sahiptir.
Farklı ışık kaynakları kullanan bazı çalışmaların bitki morfolojisi ve büyümesindeki farklılıkların spektrumdaki mavi ışığın oranındaki farklılıklarla ilişkili olduğunu göstermesine rağmen, mavi olmayanların bileşimi nedeniyle sonuçların hala sorunlu olduğu belirtilmelidir. Kullanılan farklı lamba türlerinin yaydığı ışık farklıdır. Örneğin, aynı ışık floresan lambası altında yetiştirilen soya fasulyesi ve sorgum bitkilerinin kuru ağırlığı ve birim yaprak alanı başına net fotosentetik oranı, düşük basınçlı sodyum lambaları altında yetiştirilenlerden önemli ölçüde daha yüksek olmasına rağmen, bu sonuçlar tamamen mavi ışığa atfedilemez. düşük basınçlı sodyum lambaları. Eksik, korkarım düşük basınçlı sodyum lambasının altındaki sarı ve yeşil ışık ve turuncu kırmızı ışıkla da ilgili.
Beyaz ışık altında (kırmızı, mavi ve yeşil ışık içeren) yetiştirilen domates fidelerinin kuru ağırlığı, kırmızı ve mavi ışık altında yetiştirilen fidelere göre önemli ölçüde daha düşük olmuştur. Doku kültüründe büyüme inhibisyonunun spektral tespiti, en zararlı ışık kalitesinin 550 nm'de tepe noktası olan yeşil ışık olduğunu göstermiştir. Yeşil ışık altında yetiştirilen kadife çiçeğinin bitki boyu, taze ve kuru ağırlığı, tam spektrum ışık altında yetiştirilen bitkilere göre yüzde 30 ila yüzde 50 arttı. Tam spektrumlu ışıkla dolu yeşil ışık, bitkilerin kısa ve kuru olmasına neden olur ve taze ağırlık azalır. Yeşil ışığın kaldırılması kadife çiçeğinin çiçeklenmesini güçlendirirken, yeşil ışığın eklenmesi Dianthus ve marulun çiçeklenmesini engeller.
Bununla birlikte, yeşil ışığın büyümeyi desteklediğine dair raporlar da var. Kim et al. Kırmızı-mavi birleşik ışığın (LED'ler) yeşil ışıkla desteklenmesinin, yeşil ışık yüzde 50'yi aştığında bitki büyümesinin engellendiği, yeşil ışık oranı yüzde 24'ten az olduğunda bitki büyümesinin arttığı sonucuna vardığı sonucuna varıldı. LED'in sağladığı kırmızı ve mavi birleşik ışık arka planı üzerine yeşil flüoresan ışığın eklediği yeşil ışık marulun üst kısmının kuru ağırlığını artırsa da, yeşil ışığın eklenmesinin büyümeyi arttırdığı ve daha fazlasını ürettiği sonucuna varılmıştır. soğuk beyaz ışıktan daha biyokütle sorunludur: (1) Gözlemledikleri biyokütlenin kuru ağırlığı, yalnızca yer üstü kısmının kuru ağırlığıdır. Yeraltı kök sisteminin kuru ağırlığı dahil edilirse sonuç farklı olabilir; (2) kırmızı, mavi ve yeşil ışıklar altında yetişen marulun üst kısmı Soğuk beyaz floresan lambalar altında önemli ölçüde büyüyen bitkilerin, üç renkli lambada bulunan yeşil ışığın (yüzde 24) sonuçtan çok daha az olması muhtemeldir. soğuk beyaz floresan lambanın (yüzde 51), yani soğuk beyaz floresan lambanın yeşil ışık bastırma etkisi üç renkten daha büyüktür. Lambanın sonuçları; (3) Kırmızı ve mavi ışık kombinasyonu altında yetiştirilen bitkilerin fotosentez hızı, yeşil ışık altında yetiştirilen bitkilere göre önemli ölçüde daha yüksektir ve önceki spekülasyonları desteklemektedir.
Bununla birlikte, tohumları yeşil bir lazerle işleme tabi tutmak, turp ve havuçları kontrolden iki kat daha büyük hale getirebilir. Soluk yeşil bir darbe, karanlıkta büyüyen fidelerin uzamasını hızlandırabilir, yani gövde uzamasını teşvik edebilir. Arabidopsis thaliana fidelerinin bir LED kaynağından tek bir yeşil ışık (525 nm ± 16 nm) darbesi (11.1 μmol·m-2·s-1, 9 s) ile muamele edilmesi, plastid transkriptlerinde bir azalma ile sonuçlanmıştır. ve kök büyüme hızında bir artış.
Son 50 yıllık bitki fotobiyoloji araştırma verilerine dayanarak, yeşil ışığın bitki gelişimi, çiçeklenme, stoma açılması, gövde büyümesi, kloroplast gen ekspresyonu ve bitki büyüme düzenlemesindeki rolü tartışıldı. Yeşil ışık algılama sisteminin kırmızı ve mavi sensörler ile uyumlu olduğuna inanılmaktadır. Bitkilerin büyümesini ve gelişmesini düzenler. Bu incelemede, yeşil ışığın (500~600nm) spektrumun sarı kısmını (580~600nm) içerecek şekilde genişletildiğini unutmayın.
Sarı ışık (580~600nm) marul büyümesini engeller. Kırmızı, uzak kırmızı, mavi, ultraviyole ve sarı ışığın farklı oranları için sırasıyla klorofil içeriği ve kuru ağırlık sonuçları, yüksek basınçlı sodyum lamba ve metal halid arasındaki büyüme etkilerindeki farkı yalnızca sarı ışığın (580~600nm) açıklayabildiğini gösterir. Lamba. Yani sarı ışık büyümeyi engeller. Ayrıca, sarı ışık (595 nm'de zirve) salatalık büyümesini yeşil ışıktan (520 nm'de zirve) daha güçlü bir şekilde engelledi.
Sarı/yeşil ışığın çelişkili etkileriyle ilgili bazı sonuçlar, bu çalışmalarda kullanılan ışığın dalga boylarının tutarsız aralığından kaynaklanıyor olabilir. Ayrıca, bazı araştırmacılar 500 ila 600 nm arasındaki ışığı yeşil ışık olarak sınıflandırdığından, sarı ışığın (580-600 nm) bitki büyümesi ve gelişmesi üzerindeki etkileri hakkında çok az literatür vardır.
Ultraviyole radyasyon bitki yaprak alanını azaltır, hipokotil uzamasını engeller, fotosentezi ve üretkenliği azaltır ve bitkileri patojen saldırısına duyarlı hale getirir, ancak flavonoid sentezi ve savunma mekanizmalarını indükleyebilir. UV-B, askorbik asit ve -karoten içeriğini azaltabilir, ancak antosiyanin sentezini etkili bir şekilde teşvik edebilir. UV-B radyasyonu bir cüce bitki fenotipi, küçük, kalın yapraklar, kısa yaprak sapı, artan aksiller dallar ve kök/taç oranı değişiklikleri ile sonuçlanır.
Çin, Hindistan, Filipinler, Nepal, Tayland, Vietnam ve Sri Lanka'nın 7 farklı bölgesinden 16 pirinç çeşidi üzerinde serada yapılan araştırma sonuçları, UV-B ilavesinin toplam biyokütlede artışa neden olduğunu göstermiştir. (Sri Lanka'dan sadece bir tanesi önemli bir düzeye ulaştı), 12 çeşit (6 tanesi önemli) ve UV-B duyarlılığına sahip çeşitler yaprak alanı ve kardeş boyutunda önemli ölçüde azaldı. Artan klorofil içeriğine sahip 6 çeşit vardır (2 tanesi önemli seviyelere ulaşır); Önemli ölçüde azaltılmış yaprak fotosentezi oranına sahip 5 çeşit ve önemli ölçüde iyileştirilmiş (toplam biyokütlesi de önemli) artışa sahip 1 çeşit.
UV-B/PAR oranı, bitkinin UV-B'ye tepkisinin önemli bir belirleyicisidir. Örneğin, UV-B ve PAR birlikte yüksek düzeyde filtrelenmemiş doğal ışık gerektiren nanenin morfolojisini ve yağ verimini etkiler.
UV-B etkilerine ilişkin laboratuvar çalışmalarının, transkripsiyon faktörlerinin ve diğer moleküler ve fizyolojik faktörlerin belirlenmesinde faydalı olmasına rağmen, daha yüksek UV-B seviyelerinin kullanılmasına, UV-A'nın eşlik etmemesine ve Genellikle düşük arka plan PAR'ına bağlı olduğuna dikkat edilmelidir. sonuçlar genellikle mekanik olarak doğal ortama aktarılmaz. Saha çalışmaları tipik olarak UV-B seviyelerini yükseltmek için UV lambaları kullanır veya UV-B seviyelerini azaltmak için filtreler kullanır.
