A luz é o fator ambiental básico para o crescimento e desenvolvimento das plantas. Não é apenas a fonte de energia básica para a fotossíntese, mas também um importante regulador do crescimento e desenvolvimento das plantas. O crescimento e o desenvolvimento das plantas não são restritos apenas pela quantidade ou intensidade da luz (densidade de fluxo de fótons, densidade de fluxo de fótons, PFD), mas também pela qualidade da luz, ou seja, diferentes comprimentos de onda de luz e radiação e suas diferentes proporções de composição.
O espectro solar pode ser dividido em radiação 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="">
As plantas podem detectar mudanças sutis na qualidade da luz, intensidade da luz, comprimento da luz e direção no ambiente de crescimento e iniciar as mudanças fisiológicas e morfológicas necessárias para sobreviver nesse ambiente. A luz azul, a luz vermelha e a luz vermelha distante desempenham um papel fundamental no controle da fotomorfogênese das plantas. Fotorreceptores (fitocromo, Phy), criptocromo (Cry) e fotorreceptores (fototropina, Phot) recebem sinais de luz e induzem o crescimento e desenvolvimento de plantas por meio de transdução de sinal.
A luz monocromática, conforme usada neste documento, refere-se à luz em uma faixa de comprimento de onda específica. A faixa de comprimentos de onda da mesma luz monocromática usada em diferentes experimentos não é completamente consistente, e outras luzes monocromáticas semelhantes em comprimento de onda geralmente se sobrepõem em diferentes extensões, especialmente antes do aparecimento de uma fonte de luz LED monocromática. Dessa forma, naturalmente, haverá resultados diferentes e até contraditórios.
A luz vermelha (R) inibe o alongamento dos entrenós, promove a ramificação lateral e perfilhamento, retarda a diferenciação floral e aumenta as antocianinas, clorofila e carotenóides. A luz vermelha pode causar movimento de luz positivo nas raízes de Arabidopsis. A luz vermelha tem um efeito positivo na resistência das plantas a estresses bióticos e abióticos.
A luz vermelha distante (FR) pode neutralizar o efeito da luz vermelha em muitos casos. Uma baixa relação R/FR resulta em uma diminuição na capacidade fotossintética do feijão. Na câmara de crescimento, a lâmpada fluorescente branca é usada como a principal fonte de luz, e a radiação do vermelho distante (o pico de emissão de 734 nm) é complementada com LEDs para reduzir o teor de antocianina, carotenóide e clorofila, e o peso fresco, peso seco, comprimento do caule, comprimento da folha e folha. A largura é aumentada. O efeito da suplementação de RF no crescimento pode ser devido a um aumento na absorção de luz devido ao aumento da área foliar. Arabidopsis thaliana cultivada sob condições de baixa R/FR foram maiores e mais espessas do que aquelas cultivadas sob alta R/FR, com grande biomassa e forte adaptabilidade ao frio. Diferentes proporções de R/FR também podem alterar a tolerância ao sal das plantas.
Em geral, aumentar a fração de luz azul em luz branca pode encurtar os entrenós, reduzir a área foliar, reduzir as taxas de crescimento relativo e aumentar as relações nitrogênio/carbono (N/C).
Alta síntese de clorofila vegetal e formação de cloroplastos, bem como cloroplastos com alta proporção de clorofila a/be baixos níveis de carotenóides requerem luz azul. Sob a luz vermelha, a taxa fotossintética das células das algas diminuiu gradualmente, e a taxa fotossintética se recuperou rapidamente após ir para a luz azul ou adicionar alguma luz azul sob luz vermelha contínua. Quando as células de tabaco de crescimento escuro foram transferidas para luz azul contínua por 3 dias, a quantidade total e o teor de clorofila de rubulose-1, 5-bifosfato carboxilase/oxigenase (Rubisco) aumentaram acentuadamente. Consistente com isso, o peso seco das células no volume da solução de cultura unitária também aumenta acentuadamente, enquanto aumenta muito lentamente sob luz vermelha contínua.
Obviamente, para a fotossíntese e crescimento das plantas, apenas a luz vermelha não é suficiente. O trigo pode completar seu ciclo de vida sob uma única fonte de LEDs vermelhos, mas para obter plantas altas e grande número de sementes, uma quantidade adequada de luz azul deve ser adicionada (Tabela 1). O rendimento de alface, espinafre e rabanete cultivados sob uma única luz vermelha foi menor do que o das plantas cultivadas sob a combinação de vermelho e azul, enquanto o rendimento de plantas cultivadas sob a combinação de vermelho e azul com luz azul apropriada foi comparável ao a de plantas cultivadas sob lâmpadas fluorescentes brancas frias. Da mesma forma, Arabidopsis thaliana pode produzir sementes sob uma única luz vermelha, mas cresce sob a combinação de luz vermelha e azul à medida que a proporção de luz azul diminui (10% a 1%) em comparação com plantas cultivadas sob lâmpadas fluorescentes brancas frias. O florescimento das plantas, a floração e os resultados foram atrasados. No entanto, o rendimento de sementes de plantas cultivadas sob uma combinação de luz vermelha e azul contendo 10 por cento de luz azul foi apenas metade do das plantas cultivadas sob lâmpadas fluorescentes brancas frias. A luz azul excessiva inibe o crescimento das plantas, encurtando os entrenós, reduzindo a ramificação, reduzindo a área foliar e reduzindo o peso seco total. As plantas têm diferenças significativas entre as espécies na necessidade de luz azul.
Deve-se notar que, embora alguns estudos usando diferentes tipos de fontes de luz tenham mostrado que diferenças na morfologia e crescimento das plantas estão relacionadas a diferenças na proporção de luz azul no espectro, as conclusões ainda são problemáticas porque a composição da luz não azul a luz emitida pelos diferentes tipos de lâmpadas utilizadas é diferente. Por exemplo, embora o peso seco de plantas de soja e sorgo cultivadas sob a mesma lâmpada fluorescente de luz e a taxa fotossintética líquida por unidade de área foliar sejam significativamente maiores do que aquelas cultivadas sob lâmpadas de sódio de baixa pressão, esses resultados não podem ser completamente atribuídos à luz azul sob lâmpadas de sódio de baixa pressão. Falta, temo que também esteja relacionado à luz amarela e verde sob a lâmpada de sódio de baixa pressão e à luz vermelha alaranjada.
A massa seca de mudas de tomateiro cultivadas sob luz branca (contendo luz vermelha, azul e verde) foi significativamente menor do que a de mudas cultivadas sob luz vermelha e azul. A detecção espectral da inibição do crescimento em cultura de tecidos indicou que a qualidade de luz mais prejudicial foi a luz verde com um pico em 550 nm. A altura da planta, o peso fresco e seco de calêndula cultivada sob a luz da luz verde aumentou de 30% a 50% em comparação com as plantas cultivadas sob luz de espectro total. A luz verde cheia de luz de espectro completo faz com que as plantas sejam curtas e secas, e o peso fresco seja reduzido. A remoção da luz verde fortalece a floração da calêndula, enquanto a suplementação da luz verde inibe a floração do cravo-da-índia e da alface.
No entanto, também há relatos de luz verde promovendo o crescimento. Kim et ai. concluíram que a luz combinada vermelho-azul (LEDs) suplementada com luz verde resulta na conclusão de que o crescimento das plantas é inibido quando a luz verde excede 50%, enquanto o crescimento das plantas é aprimorado quando a proporção de luz verde é inferior a 24%. Embora o peso seco da parte superior da alface seja aumentado pela luz verde adicionada pela luz fluorescente verde sobre a luz de fundo combinada vermelha e azul fornecida pelo LED, a conclusão de que a adição de luz verde potencializa o crescimento e produz mais biomassa do que a luz branca fria é problemática: (1) O peso seco da biomassa que eles observam é apenas o peso seco da parte aérea. Se o peso seco do sistema radicular subterrâneo for incluído, o resultado pode ser diferente; (2) a parte superior da alface cultivada sob as luzes vermelha, azul e verde As plantas que crescem significativamente sob lâmpadas fluorescentes brancas frias provavelmente terão a luz verde (24%) contida na lâmpada de três cores muito menos do que o resultado da lâmpada fluorescente branca fria (51 por cento), ou seja, o efeito de supressão da luz verde da lâmpada fluorescente branca fria é maior que as três cores. Os resultados da lâmpada; (3) A taxa de fotossíntese das plantas cultivadas sob a combinação de luz vermelha e azul é significativamente maior do que a das plantas cultivadas sob luz verde, corroborando a especulação anterior.
No entanto, o tratamento das sementes com um laser verde pode produzir rabanetes e cenouras duas vezes maiores que o controle. Um pulso verde escuro pode acelerar o alongamento das mudas que crescem no escuro, ou seja, promover o alongamento do caule. O tratamento de mudas de Arabidopsis thaliana com um único pulso de luz verde (525 nm ± 16 nm) (11,1 μmol·m-2·s-1, 9 s) de uma fonte de LED resultou em uma diminuição nos transcritos de plastídios e um aumento na taxa de crescimento do caule.
Com base nos últimos 50 anos de dados de pesquisa de fotobiologia de plantas, o papel da luz verde no desenvolvimento da planta, floração, abertura estomática, crescimento do caule, expressão do gene do cloroplasto e regulação do crescimento da planta foi discutido. Acredita-se que o sistema de percepção da luz verde esteja em harmonia com os sensores vermelho e azul. Regular o crescimento e desenvolvimento das plantas. Observe que nesta revisão, a luz verde (500~600nm) é estendida para incluir a parte amarela do espectro (580~600nm).
A luz amarela (580~600nm) inibe o crescimento da alface. Os resultados do teor de clorofila e peso seco para diferentes proporções de luz vermelha, vermelha distante, azul, ultravioleta e amarela, respectivamente, indicam que apenas a luz amarela (580 ~ 600 nm) pode explicar a diferença nos efeitos de crescimento entre a lâmpada de sódio de alta pressão e o iodeto metálico lâmpada. Ou seja, a luz amarela inibe o crescimento. Além disso, a luz amarela (pico em 595 nm) inibiu o crescimento do pepino mais fortemente do que a luz verde (pico em 520 nm).
Algumas conclusões sobre os efeitos conflitantes da luz amarela/verde podem ser devido ao intervalo inconsistente de comprimentos de onda da luz usados nesses estudos. Além disso, como alguns pesquisadores classificam a luz de 500 a 600 nm como luz verde, há pouca literatura sobre os efeitos da luz amarela (580-600 nm) no crescimento e desenvolvimento das plantas.
A radiação ultravioleta reduz a área foliar da planta, inibe o alongamento do hipocótilo, reduz a fotossíntese e a produtividade e torna as plantas suscetíveis ao ataque de patógenos, mas pode induzir a síntese de flavonóides e mecanismos de defesa. UV-B pode reduzir o conteúdo de ácido ascórbico e -caroteno, mas pode efetivamente promover a síntese de antocianinas. A radiação UV-B resulta em um fenótipo de planta anão, folhas pequenas e grossas, pecíolo curto, aumento de ramos axilares e mudanças na razão raiz/coroa.
Os resultados de investigações em 16 cultivares de arroz de 7 regiões diferentes da China, Índia, Filipinas, Nepal, Tailândia, Vietnã e Sri Lanka em casa de vegetação mostraram que a adição de UV-B resultou em um aumento na biomassa total. As cultivares (das quais apenas uma atingiu nível significativo, do Sri Lanka), 12 cultivares (das quais 6 foram significativas) e aquelas com sensibilidade UV-B tiveram redução significativa na área foliar e no tamanho dos perfilhos. Existem 6 cultivares com maior teor de clorofila (2 das quais atingem níveis significativos); 5 cultivares com taxa fotossintética foliar significativamente reduzida e 1 cultivar com aumento significativamente melhorado (sua biomassa total também é significativa).
A proporção de UV-B/PAR é um importante determinante da resposta da planta ao UV-B. Por exemplo, UV-B e PAR juntos afetam a morfologia e o rendimento de óleo da hortelã, que requer altos níveis de luz natural não filtrada.
Deve-se notar que os estudos laboratoriais dos efeitos UV-B, embora úteis na identificação de fatores de transcrição e outros fatores moleculares e fisiológicos, são devidos ao uso de níveis mais altos de UV-B, sem UV-A concomitante e muitas vezes baixo PAR de fundo, o os resultados geralmente não são extrapolados mecanicamente para o ambiente natural. Os estudos de campo normalmente usam lâmpadas UV para aumentar ou usar filtros para reduzir os níveis de UV-B.
