La luz es el factor ambiental básico para el crecimiento y desarrollo de las plantas. No solo es la fuente de energía básica para la fotosíntesis, sino también un importante regulador del crecimiento y desarrollo de las plantas. El crecimiento y desarrollo de las plantas no solo están restringidos por la cantidad de luz o la intensidad de la luz (densidad de flujo de fotones, densidad de flujo de fotones, PFD), sino también por la calidad de la luz, es decir, diferentes longitudes de onda de luz y radiación y sus diferentes proporciones de composición.
El espectro solar se puede dividir aproximadamente en radiación ultravioleta (ultravioleta, 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="">
Las plantas pueden detectar cambios sutiles en la calidad de la luz, la intensidad de la luz, la duración de la luz y la dirección en el entorno de crecimiento, e iniciar los cambios fisiológicos y morfológicos necesarios para sobrevivir en este entorno. La luz azul, la luz roja y la luz roja lejana juegan un papel clave en el control de la fotomorfogénesis de las plantas. Los fotorreceptores (fitocromo, Phy), criptocromo (Cry) y fotorreceptores (fototropina, Phot) reciben señales de luz e inducen el crecimiento y desarrollo de las plantas a través de la transducción de señales.
La luz monocromática como se usa aquí se refiere a la luz en un rango de longitud de onda específico. El rango de longitudes de onda de la misma luz monocromática utilizada en diferentes experimentos no es completamente consistente, y otras luces monocromáticas que son similares en longitud de onda a menudo se superponen en diferentes grados, especialmente antes de la aparición de una fuente de luz LED monocromática. De esta manera, naturalmente, habrá resultados diferentes e incluso contradictorios.
La luz roja (R) inhibe el alargamiento de los entrenudos, promueve la ramificación lateral y el macollamiento, retrasa la diferenciación de las flores y aumenta las antocianinas, la clorofila y los carotenoides. La luz roja puede causar un movimiento de luz positivo en las raíces de Arabidopsis. La luz roja tiene un efecto positivo en la resistencia de las plantas al estrés biótico y abiótico.
La luz roja lejana (FR) puede contrarrestar el efecto de la luz roja en muchos casos. Una relación R/FR baja da como resultado una disminución en la capacidad fotosintética de los frijoles. En la cámara de crecimiento, la lámpara fluorescente blanca se utiliza como fuente de luz principal, y la radiación de rojo lejano (el pico de emisión de 734 nm) se complementa con LED para reducir el contenido de antocianinas, carotenoides y clorofila, y el peso fresco. Se realiza peso seco, longitud de tallo, longitud de hoja y hoja. Se aumenta el ancho. El efecto de la FR suplementaria sobre el crecimiento puede deberse a un aumento en la absorción de luz debido al aumento del área foliar. Arabidopsis thaliana cultivada en condiciones de bajo R/FR era más grande y más gruesa que las cultivadas en alto R/FR, con gran biomasa y fuerte adaptabilidad al frío. Diferentes proporciones de R/FR también pueden alterar la tolerancia a la sal de las plantas.
En general, aumentar la fracción de luz azul en la luz blanca puede acortar los entrenudos, reducir el área foliar, reducir las tasas de crecimiento relativo y aumentar las proporciones de nitrógeno/carbono (N/C).
La síntesis alta de clorofila vegetal y la formación de cloroplastos, así como los cloroplastos con una proporción alta de clorofila a/b y bajos niveles de carotenoides, requieren luz azul. Bajo la luz roja, la tasa fotosintética de las células de algas disminuyó gradualmente y la tasa fotosintética se recuperó rápidamente después de pasar a la luz azul o agregar un poco de luz azul bajo luz roja continua. Cuando las células de tabaco que crecían en la oscuridad se transfirieron a una luz azul continua durante 3 días, la cantidad total y el contenido de clorofila de rubulosa-1, 5-bisfosfato carboxilasa/oxigenasa (Rubisco) aumentaron considerablemente. De acuerdo con esto, el peso seco de las células en el volumen de la solución de cultivo unitario también aumenta considerablemente, mientras que aumenta muy lentamente bajo luz roja continua.
Obviamente, para la fotosíntesis y el crecimiento de las plantas, solo la luz roja no es suficiente. El trigo puede completar su ciclo de vida bajo una sola fuente de LED rojos, pero para obtener plantas altas y un gran número de semillas, se debe agregar una cantidad adecuada de luz azul (Cuadro 1). El rendimiento de las lechugas, las espinacas y los rábanos cultivados bajo una sola luz roja fue menor que el de las plantas cultivadas bajo la combinación de rojo y azul, mientras que el rendimiento de las plantas cultivadas bajo la combinación de rojo y azul con luz azul adecuada fue comparable al de la de las plantas cultivadas bajo lámparas fluorescentes blancas frías. De manera similar, Arabidopsis thaliana puede producir semillas bajo una sola luz roja, pero crece bajo la combinación de luz roja y azul a medida que la proporción de luz azul disminuye (10 por ciento a 1 por ciento) en comparación con las plantas cultivadas bajo lámparas fluorescentes blancas frías. Se retrasó el espigado, la floración y los resultados. Sin embargo, el rendimiento de semillas de las plantas cultivadas bajo una combinación de luz roja y azul que contenía un 10 por ciento de luz azul fue solo la mitad del de las plantas cultivadas bajo lámparas fluorescentes blancas frías. La luz azul excesiva inhibe el crecimiento de la planta, acorta los entrenudos, reduce la ramificación, reduce el área foliar y reduce el peso seco total. Las plantas tienen diferencias significativas entre especies en la necesidad de luz azul.
Cabe señalar que, aunque algunos estudios que utilizan diferentes tipos de fuentes de luz han demostrado que las diferencias en la morfología y el crecimiento de las plantas están relacionadas con las diferencias en la proporción de luz azul en el espectro, las conclusiones siguen siendo problemáticas porque la composición de la luz no azul la luz emitida por los diferentes tipos de lámparas utilizadas es diferente. Por ejemplo, aunque el peso seco de las plantas de soja y sorgo cultivadas bajo la misma lámpara fluorescente de luz y la tasa fotosintética neta por unidad de área foliar son significativamente mayores que las cultivadas bajo lámparas de sodio de baja presión, estos resultados no pueden atribuirse completamente a la luz azul bajo luz azul. lámparas de sodio de baja presión. Falta, me temo que también está relacionado con la luz amarilla y verde debajo de la lámpara de sodio de baja presión y la luz roja naranja.
El peso seco de las plántulas de tomate cultivadas bajo luz blanca (que contenía luz roja, azul y verde) fue significativamente menor que el de las plántulas cultivadas bajo luz roja y azul. La detección espectral de la inhibición del crecimiento en cultivo de tejidos indicó que la calidad de luz más dañina era la luz verde con un pico a 550 nm. La altura de la planta, el peso fresco y seco de la caléndula cultivada bajo luz verde aumentó entre un 30 % y un 50 % en comparación con las plantas cultivadas bajo luz de espectro completo. La luz verde llena de luz de espectro completo hace que las plantas sean cortas y secas, y se reduce el peso fresco. La eliminación de la luz verde fortalece la floración de la caléndula, mientras que la suplementación con luz verde inhibe la floración de los dianthus y la lechuga.
Sin embargo, también hay informes de luz verde que promueven el crecimiento. Kim et al. concluyó que la luz verde combinada (LED) roja y azul da como resultado la conclusión de que el crecimiento de las plantas se inhibe cuando la luz verde supera el 50 por ciento, mientras que el crecimiento de las plantas aumenta cuando la proporción de luz verde es inferior al 24 por ciento. Aunque el peso seco de la parte superior de la lechuga aumenta con la luz verde añadida por la luz verde fluorescente sobre el fondo de luz combinado rojo y azul proporcionado por el LED, la conclusión de que la adición de luz verde mejora el crecimiento y produce más biomasa que la luz blanca fría es problemática: (1) El peso seco de la biomasa que observan es solo el peso seco de la parte aérea. Si se incluye el peso seco del sistema radicular subterráneo, el resultado puede ser diferente; (2) la parte superior de la lechuga cultivada bajo las luces roja, azul y verde Es probable que las plantas que crecen significativamente bajo lámparas fluorescentes blancas frías tengan la luz verde (24 por ciento) contenida en la lámpara de tres colores mucho menos que el resultado de la lámpara fluorescente blanca fría (51 por ciento), es decir, el efecto de supresión de luz verde de la lámpara fluorescente blanca fría es mayor que los tres colores. Los resultados de la lámpara; (3) La tasa de fotosíntesis de las plantas cultivadas bajo la combinación de luz roja y azul es significativamente más alta que la de las plantas cultivadas bajo luz verde, lo que respalda la especulación anterior.
Sin embargo, el tratamiento de las semillas con un láser verde puede hacer que los rábanos y las zanahorias sean dos veces más grandes que el control. Un pulso verde tenue puede acelerar el alargamiento de las plántulas que crecen en la oscuridad, es decir, promover el alargamiento del tallo. El tratamiento de plántulas de Arabidopsis thaliana con un solo pulso de luz verde (525 nm ± 16 nm) (11,1 μmol·m-2·s{-1, 9 s) de una fuente LED dio como resultado una disminución en las transcripciones de plástidos y un aumento en la tasa de crecimiento del tallo.
Con base en los últimos 50 años de datos de investigación de fotobiología de plantas, se discutió el papel de la luz verde en el desarrollo de plantas, la floración, la apertura de estomas, el crecimiento de tallos, la expresión de genes de cloroplastos y la regulación del crecimiento de plantas. Se cree que el sistema de percepción de luz verde está en armonía con los sensores rojo y azul. Regula el crecimiento y desarrollo de las plantas. Tenga en cuenta que en esta revisión, la luz verde (500~600nm) se amplía para incluir la parte amarilla del espectro (580~600nm).
La luz amarilla (580~600nm) inhibe el crecimiento de la lechuga. Los resultados del contenido de clorofila y el peso seco para diferentes proporciones de luz roja, roja lejana, azul, ultravioleta y amarilla, respectivamente, indican que solo la luz amarilla (580~600 nm) puede explicar la diferencia en los efectos de crecimiento entre la lámpara de sodio de alta presión y la de haluro metálico. lámpara. Es decir, la luz amarilla inhibe el crecimiento. Además, la luz amarilla (pico a 595 nm) inhibió el crecimiento del pepino más fuertemente que la luz verde (pico a 520 nm).
Algunas conclusiones sobre los efectos conflictivos de la luz amarilla/verde pueden deberse a la variedad inconsistente de longitudes de onda de la luz utilizada en esos estudios. Además, debido a que algunos investigadores clasifican la luz de 500 a 600 nm como luz verde, existe poca literatura sobre los efectos de la luz amarilla (580-600 nm) en el crecimiento y desarrollo de las plantas.
La radiación ultravioleta reduce el área foliar de la planta, inhibe el alargamiento del hipocótilo, reduce la fotosíntesis y la productividad, y hace que las plantas sean susceptibles al ataque de patógenos, pero puede inducir la síntesis de flavonoides y los mecanismos de defensa. UV-B puede reducir el contenido de ácido ascórbico y -caroteno, pero puede promover efectivamente la síntesis de antocianinas. La radiación UV-B da como resultado un fenotipo de planta enana, hojas pequeñas y gruesas, pecíolo corto, aumento de ramas axilares y cambios en la relación raíz/copa.
Los resultados de las investigaciones en 16 cultivares de arroz de 7 regiones diferentes de China, India, Filipinas, Nepal, Tailandia, Vietnam y Sri Lanka en el invernadero mostraron que la adición de UV-B dio como resultado un aumento en la biomasa total. Los cultivares (de los cuales solo uno alcanzó un nivel significativo, de Sri Lanka), 12 cultivares (de los cuales 6 fueron significativos) y aquellos con sensibilidad UV-B se redujeron significativamente en el área foliar y el tamaño del tallo. Hay 6 cultivares con mayor contenido de clorofila (2 de los cuales alcanzan niveles significativos); 5 cultivares con una tasa fotosintética de la hoja significativamente reducida y 1 cultivar con un aumento significativamente mejorado (su biomasa total también es significativa).
La proporción de UV-B/PAR es un determinante importante de la respuesta de la planta a los UV-B. Por ejemplo, UV-B y PAR juntos afectan la morfología y el rendimiento de aceite de la menta, que requiere altos niveles de luz natural sin filtrar.
Cabe señalar que los estudios de laboratorio de los efectos de UV-B, aunque son útiles para identificar factores de transcripción y otros factores moleculares y fisiológicos, se deben al uso de niveles más altos de UV-B, sin UV-A concomitante y, a menudo, bajo PAR de fondo, el los resultados no suelen extrapolarse mecánicamente al entorno natural. Los estudios de campo suelen utilizar lámparas UV para aumentar o utilizar filtros para reducir los niveles de UV-B.
