Ánh sáng là yếu tố môi trường cơ bản để cây sinh trưởng và phát triển. Nó không chỉ là nguồn năng lượng cơ bản cho quá trình quang hợp mà còn là cơ quan điều hòa quan trọng của quá trình sinh trưởng và phát triển của cây. Sự sinh trưởng và phát triển của thực vật không chỉ bị giới hạn bởi số lượng ánh sáng hoặc cường độ ánh sáng (mật độ thông lượng photon, mật độ thông lượng photon, PFD), mà còn bởi chất lượng ánh sáng, tức là các bước sóng ánh sáng và bức xạ khác nhau và tỷ lệ thành phần khác nhau của chúng.
Quang phổ mặt trời có thể được chia gần đúng thành bức xạ cực tím (cực tím, 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="">
Thực vật có thể phát hiện những thay đổi tinh tế về chất lượng ánh sáng, cường độ ánh sáng, độ dài của ánh sáng và hướng trong môi trường phát triển, và bắt đầu những thay đổi sinh lý và hình thái cần thiết để tồn tại trong môi trường này. Ánh sáng xanh, ánh sáng đỏ và ánh sáng đỏ xa đóng vai trò chủ yếu trong việc điều khiển quá trình quang hình của thực vật. Các tế bào cảm thụ quang (phytochrome, Phy), mật mã (Cry) và cảm thụ quang (phototropin, Phot) nhận tín hiệu ánh sáng và tạo ra sự tăng trưởng và phát triển của thực vật thông qua truyền tín hiệu.
Ánh sáng đơn sắc như được sử dụng ở đây đề cập đến ánh sáng trong một dải bước sóng cụ thể. Dải bước sóng của cùng một ánh sáng đơn sắc được sử dụng trong các thí nghiệm khác nhau là không hoàn toàn nhất quán và các ánh sáng đơn sắc khác có bước sóng tương tự nhau thường trùng nhau ở các mức độ khác nhau, đặc biệt là trước khi có sự xuất hiện của nguồn sáng LED đơn sắc. Theo cách này, tự nhiên sẽ có những kết quả khác nhau, thậm chí trái ngược nhau.
Ánh sáng đỏ (R) ức chế sự kéo dài lóng, thúc đẩy sự phân nhánh và đẻ nhánh bên, làm chậm sự phân hóa hoa, đồng thời làm tăng anthocyanins, chlorophyll và carotenoids. Ánh sáng đỏ có thể gây ra chuyển động ánh sáng tích cực ở rễ cây Arabidopsis. Ánh sáng đỏ có ảnh hưởng tích cực đến sức đề kháng của thực vật đối với các áp lực sinh học và phi sinh học.
Ánh sáng đỏ xa (FR) có thể chống lại hiệu ứng ánh sáng đỏ trong nhiều trường hợp. Tỷ lệ R / FR thấp dẫn đến giảm khả năng quang hợp của đậu tây. Trong buồng sinh trưởng, đèn huỳnh quang trắng được sử dụng làm nguồn sáng chính và bức xạ đỏ xa (đỉnh phát xạ 734 nm) được bổ sung bằng đèn LED để giảm hàm lượng anthocyanin, carotenoid và diệp lục, và trọng lượng tươi, trọng lượng khô, chiều dài thân, chiều dài lá và lá được thực hiện. Chiều rộng được tăng lên. Ảnh hưởng của FR bổ sung đến sinh trưởng có thể do tăng khả năng hấp thụ ánh sáng do tăng diện tích lá. Arabidopsis thaliana trồng trong điều kiện R / FR thấp lớn hơn và dày hơn những cây trồng trong điều kiện R / FR cao, với sinh khối lớn và khả năng thích ứng lạnh mạnh. Các tỷ lệ R / FR khác nhau cũng có thể làm thay đổi khả năng chịu mặn của cây trồng.
Nói chung, tăng tỷ lệ ánh sáng xanh trong ánh sáng trắng có thể làm ngắn các lóng, giảm diện tích lá, giảm tốc độ sinh trưởng tương đối và tăng tỷ lệ nitơ / cacbon (N / C).
Thực vật tổng hợp cao diệp lục và hình thành lục lạp cũng như lục lạp có tỷ lệ a / b diệp lục cao và lượng carotenoid thấp cần ánh sáng xanh. Dưới ánh sáng đỏ, tốc độ quang hợp của tế bào tảo giảm dần, tốc độ quang hợp nhanh chóng phục hồi sau khi đi ánh sáng xanh hoặc thêm một số ánh sáng xanh lam dưới ánh sáng đỏ liên tục. Khi các tế bào thuốc lá phát triển tối được chuyển sang ánh sáng xanh liên tục trong 3 ngày, tổng lượng và hàm lượng diệp lục của rubulose -1, 5- bisphosphate carboxylase / oxygenase (Rubisco) tăng mạnh. Phù hợp với điều này, trọng lượng khô của tế bào trong thể tích của dung dịch nuôi cấy đơn vị cũng tăng mạnh, trong khi nó tăng rất chậm dưới ánh sáng đỏ liên tục.
Rõ ràng, đối với quá trình quang hợp và sinh trưởng của thực vật, chỉ ánh sáng đỏ là không đủ. Lúa mì có thể hoàn thành vòng đời của nó dưới một nguồn đèn LED đỏ duy nhất, nhưng để thu được cây cao và số lượng hạt lớn, cần phải thêm một lượng ánh sáng xanh thích hợp (Bảng 1). Năng suất của rau diếp, rau bina và củ cải được trồng dưới ánh sáng đỏ đơn lẻ thấp hơn năng suất của những cây được trồng dưới sự kết hợp của màu đỏ và màu xanh lam, trong khi năng suất của cây trồng dưới sự kết hợp của màu đỏ và màu xanh lam với ánh sáng xanh dương thích hợp có thể so sánh với của cây trồng dưới bóng đèn huỳnh quang trắng mát. Tương tự, Arabidopsis thaliana có thể tạo ra hạt dưới ánh sáng đỏ duy nhất, nhưng nó phát triển dưới sự kết hợp của ánh sáng đỏ và xanh lam khi tỷ lệ ánh sáng xanh lam giảm (10% đến 1%) so với cây trồng dưới đèn huỳnh quang trắng mát. Cây ra hoa, ra hoa và kết quả bị trì hoãn. Tuy nhiên, năng suất hạt giống của cây trồng dưới sự kết hợp giữa ánh sáng đỏ và xanh lam chứa 10% ánh sáng xanh lam chỉ bằng một nửa so với cây trồng dưới đèn huỳnh quang trắng lạnh. Ánh sáng xanh quá mức sẽ ức chế sự phát triển của cây, làm ngắn lóng, giảm phân cành, giảm diện tích lá, giảm tổng trọng lượng khô. Thực vật có sự khác biệt về loài đáng kể về nhu cầu ánh sáng xanh.
Cần lưu ý rằng mặc dù một số nghiên cứu sử dụng các loại nguồn sáng khác nhau đã chỉ ra rằng sự khác biệt về hình thái và sinh trưởng của thực vật có liên quan đến sự khác biệt về tỷ lệ ánh sáng xanh lam trong quang phổ, các kết luận vẫn còn vấn đề vì thành phần của ánh sáng không xanh ánh sáng phát ra từ các loại đèn khác nhau được sử dụng là khác nhau. Ví dụ, mặc dù trọng lượng khô của cây đậu tương và cây cao lương được trồng dưới cùng một bóng đèn huỳnh quang và tỷ lệ quang hợp thực trên một đơn vị diện tích lá cao hơn đáng kể so với cây trồng dưới đèn natri áp suất thấp, những kết quả này không thể hoàn toàn do ánh sáng xanh dưới đèn natri áp suất thấp. Thiếu, em sợ nó còn liên quan đến ánh sáng xanh vàng dưới đèn natri hạ áp và ánh sáng đỏ cam.
Trọng lượng khô của cây con cà chua trồng dưới ánh sáng trắng (chứa ánh sáng đỏ, xanh lam và xanh lục) thấp hơn đáng kể so với cây con trồng dưới ánh sáng đỏ và xanh lam. Phát hiện phổ của sự ức chế sinh trưởng trong nuôi cấy mô chỉ ra rằng chất lượng ánh sáng có hại nhất là ánh sáng xanh lục với đỉnh ở bước sóng 550 nm. Chiều cao cây, trọng lượng tươi và khô của cúc vạn thọ trồng dưới ánh sáng đèn xanh tăng từ 30% đến 50% so với cây trồng dưới ánh sáng phổ đầy đủ. Ánh sáng xanh đầy ánh sáng toàn phổ làm cho cây lùn và khô, giảm trọng lượng tươi. Loại bỏ ánh sáng xanh giúp tăng cường sự ra hoa của cúc vạn thọ, trong khi bổ sung ánh sáng xanh sẽ ức chế sự ra hoa của Dianthus và rau diếp.
Tuy nhiên, cũng có những báo cáo về ánh sáng xanh thúc đẩy tăng trưởng. Kim và cộng sự. kết luận rằng ánh sáng kết hợp đỏ-xanh lam (đèn LED) bổ sung ánh sáng xanh lá cây dẫn đến kết luận rằng sự phát triển của thực vật bị ức chế khi ánh sáng xanh lá cây vượt quá 50 phần trăm, trong khi sự phát triển của thực vật được tăng cường khi tỷ lệ ánh sáng xanh lá cây nhỏ hơn 24 phần trăm. Mặc dù trọng lượng khô của phần trên của rau diếp tăng lên nhờ ánh sáng xanh được bổ sung bởi ánh sáng huỳnh quang xanh lục trên nền ánh sáng kết hợp màu đỏ và xanh lam do đèn LED cung cấp, kết luận rằng việc bổ sung ánh sáng xanh sẽ tăng cường sự phát triển và sản xuất nhiều hơn sinh khối so với ánh sáng trắng mát là vấn đề: (1) Trọng lượng khô của sinh khối mà họ quan sát được chỉ là trọng lượng khô của phần trên mặt đất. Nếu tính cả trọng lượng khô của bộ rễ ngầm thì kết quả có thể khác; (2) phần trên của rau diếp được trồng dưới đèn màu đỏ, xanh lam và xanh lục Những cây phát triển đáng kể dưới đèn huỳnh quang trắng lạnh có khả năng có ánh sáng xanh lục (24%) trong đèn ba màu ít hơn nhiều so với kết quả của đèn huỳnh quang trắng mát (51 phần trăm), tức là hiệu ứng triệt tiêu ánh sáng xanh của đèn huỳnh quang trắng mát lớn hơn ba màu. Các kết quả của đèn; (3) Tốc độ quang hợp của cây trồng dưới sự kết hợp của ánh sáng đỏ và xanh lam cao hơn đáng kể so với cây trồng dưới ánh sáng xanh lục, hỗ trợ cho suy đoán trước đây.
Tuy nhiên, xử lý hạt bằng tia laser xanh có thể làm cho củ cải và cà rốt lớn gấp đôi so với đối chứng. Một xung xanh mờ có thể đẩy nhanh quá trình kéo dài của cây con mọc trong bóng tối, tức là thúc đẩy quá trình kéo dài thân cây. Xử lý cây con Arabidopsis thaliana bằng một ánh sáng xanh đơn lẻ (525 nm ± 16 nm) xung (11,1 μmol · m -2 · s -1, 9 giây) từ nguồn LED làm giảm bản sao plastid và tăng tỷ lệ phát triển thân cây.
Dựa trên dữ liệu nghiên cứu quang học thực vật trong 50 năm qua, vai trò của ánh sáng xanh đối với sự phát triển của thực vật, ra hoa, mở khí khổng, phát triển thân, biểu hiện gen lục lạp và điều hòa sinh trưởng thực vật đã được thảo luận. Người ta tin rằng hệ thống cảm nhận ánh sáng xanh lá cây hài hòa với các cảm biến màu đỏ và xanh lam. Điều hòa sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng. Lưu ý rằng trong bài đánh giá này, ánh sáng xanh lục (500 ~ 600nm) được mở rộng để bao gồm phần màu vàng của quang phổ (580 ~ 600nm).
Ánh sáng vàng (580 ~ 600nm) ức chế sự phát triển của rau diếp. Kết quả về hàm lượng diệp lục và khối lượng khô đối với các tỷ lệ khác nhau của ánh sáng đỏ, đỏ, xanh lam, tia cực tím và ánh sáng vàng tương ứng cho thấy chỉ có ánh sáng vàng (580 ~ 600nm) mới có thể giải thích sự khác biệt về hiệu ứng tăng trưởng giữa đèn natri cao áp và halogen kim loại. đèn ngủ. Tức là ánh sáng vàng ức chế sự phát triển. Ngoài ra, ánh sáng vàng (cực đại ở bước sóng 595 nm) ức chế sự phát triển của dưa chuột mạnh hơn ánh sáng màu xanh lá cây (cực đại ở bước sóng 520 nm).
Một số kết luận về tác động trái ngược nhau của ánh sáng vàng / xanh lục có thể là do dải bước sóng ánh sáng được sử dụng trong các nghiên cứu đó không nhất quán. Hơn nữa, vì một số nhà nghiên cứu phân loại ánh sáng từ 500 đến 600 nm là ánh sáng xanh lục, nên có rất ít tài liệu về ảnh hưởng của ánh sáng vàng (580-600 nm) đối với sự sinh trưởng và phát triển của thực vật.
Bức xạ tia cực tím làm giảm diện tích lá cây, ức chế sự kéo dài của hypocotyl, làm giảm khả năng quang hợp và năng suất, làm cho cây dễ bị mầm bệnh tấn công, nhưng có thể gây ra cơ chế tổng hợp và bảo vệ flavonoid. UV-B có thể làm giảm hàm lượng axit ascorbic và -carotene, nhưng có thể thúc đẩy tổng hợp anthocyanin một cách hiệu quả. Bức xạ UV-B dẫn đến kiểu hình cây lùn, lá nhỏ, dày, cuống lá ngắn, tăng các nhánh ở nách và thay đổi tỷ lệ rễ / ngọn.
Kết quả điều tra trên 16 giống lúa từ 7 khu vực khác nhau của Trung Quốc, Ấn Độ, Philippines, Nepal, Thái Lan, Việt Nam và Sri Lanka trong nhà kính cho thấy việc bổ sung UV-B làm tăng tổng sinh khối. Các giống (chỉ một trong số đó đạt mức đáng kể, từ Sri Lanka), 12 giống (trong đó 6 là đáng kể), và những giống nhạy cảm với UV-B đã giảm đáng kể về diện tích lá và kích thước máy xới. Có 6 giống cây trồng tăng hàm lượng diệp lục (trong đó có 2 giống đạt mức đáng kể); 5 giống có tỷ lệ quang hợp lá giảm đáng kể và 1 giống cải thiện đáng kể (tổng sinh khối cũng tăng đáng kể).
Tỷ lệ UV-B / PAR là một yếu tố quan trọng quyết định phản ứng của cây trồng đối với UV-B. Ví dụ, UV-B và PAR cùng ảnh hưởng đến hình thái và sản lượng dầu của bạc hà, loại bạc hà đòi hỏi mức độ ánh sáng tự nhiên không được lọc cao.
Cần lưu ý rằng các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm về hiệu ứng UV-B, mặc dù hữu ích trong việc xác định các yếu tố phiên mã và các yếu tố sinh lý và phân tử khác, là do việc sử dụng mức UV-B cao hơn, không có đồng thời UV-A và PAR nền thường thấp, kết quả thường không được ngoại suy một cách máy móc đối với môi trường tự nhiên. Các nghiên cứu thực địa thường sử dụng đèn UV để nâng cao hoặc sử dụng bộ lọc để giảm mức UV-B.
