Yorug'lik o'simliklarning o'sishi va rivojlanishi uchun asosiy ekologik omil hisoblanadi. Bu nafaqat fotosintez uchun asosiy energiya manbai, balki o'simliklarning o'sishi va rivojlanishining muhim regulyatoridir. O'simliklarning o'sishi va rivojlanishi nafaqat yorug'lik miqdori yoki yorug'lik intensivligi (foton oqimining zichligi, foton oqimining zichligi, PFD), balki yorug'lik sifati, ya'ni yorug'lik va nurlanishning turli to'lqin uzunliklari va ularning turli xil tarkib nisbatlari bilan ham cheklanadi.
Quyosh spektrini taxminan ultrabinafsha nurlanishga bo'lish mumkin (ultrabinafsha, 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="">
O'simliklar o'sib borayotgan muhitda yorug'lik sifati, yorug'lik intensivligi, yorug'lik uzunligi va yo'nalishidagi nozik o'zgarishlarni aniqlay oladi va bu muhitda omon qolish uchun zarur bo'lgan fiziologik va morfologik o'zgarishlarni boshlaydi. O'simliklarning fotomorfogenezini boshqarishda ko'k yorug'lik, qizil yorug'lik va uzoq qizil yorug'lik asosiy rol o'ynaydi. Fotoreseptorlar (fitoxrom, Phy), kriptoxrom (Cry) va fotoretseptorlar (fototropin, Phot) yorug'lik signallarini qabul qilib, signal o'tkazish orqali o'simliklarning o'sishi va rivojlanishini rag'batlantiradilar.
Bu erda ishlatiladigan monoxromatik yorug'lik ma'lum bir to'lqin uzunligi diapazonidagi yorug'likka ishora qiladi. Turli xil tajribalarda ishlatiladigan bir xil monoxromatik yorug'likning to'lqin uzunliklari diapazoni to'liq mos kelmaydi va to'lqin uzunligiga o'xshash boshqa monoxromatik chiroqlar ko'pincha turli darajada, ayniqsa, monoxromatik LED yorug'lik manbai paydo bo'lishidan oldin bir-biriga mos keladi. Shu tarzda, tabiiyki, turli va hatto qarama-qarshi natijalar bo'ladi.
Qizil yorug'lik (R) tugunlararo cho'zilishni inhibe qiladi, lateral dallanishni va gullashni rag'batlantiradi, gullarning differentsiatsiyasini kechiktiradi va antosiyaninlar, xlorofill va karotenoidlarni oshiradi. Qizil yorug'lik Arabidopsis ildizlarida ijobiy yorug'lik harakatiga olib kelishi mumkin. Qizil nur o'simliklarning biotik va abiotik stresslarga chidamliligiga ijobiy ta'sir ko'rsatadi.
Uzoq qizil yorug'lik (FR) ko'p hollarda qizil yorug'lik effektiga qarshi turishi mumkin. Past R/FR nisbati fasolning fotosintetik qobiliyatini pasayishiga olib keladi. O'sish kamerasida oq lyuminestsent chiroq asosiy yorug'lik manbai sifatida ishlatiladi va uzoq qizil nurlanish (emissiya cho'qqisi 734 nm) antosiyanin, karotenoid va xlorofill tarkibini va yangi vaznni kamaytirish uchun LEDlar bilan to'ldiriladi, quruq vazn, poya uzunligi, barg uzunligi va barg yasaladi. Kengligi oshiriladi. Qo'shimcha FR ning o'sishga ta'siri barg maydonining ko'payishi tufayli yorug'likning yutilishining oshishi bilan bog'liq bo'lishi mumkin. Past R/FR sharoitida yetishtirilgan Arabidopsis thaliana yuqori R/FR sharoitida yetishtirilganlarga qaraganda kattaroq va qalinroq bo‘lib, katta biomassaga va kuchli sovuqqa moslashuvchanlikka ega edi. R/FR ning turli nisbatlari ham o'simliklarning tuzga chidamliligini o'zgartirishi mumkin.
Umuman olganda, oq yorug'likdagi ko'k nurning ulushini oshirish internodlarni qisqartirishi, barg maydonini qisqartirishi, nisbiy o'sish sur'atlarini kamaytirishi va azot / uglerod (N / C) nisbatlarini oshirishi mumkin.
Yuqori o'simlik xlorofill sintezi va xloroplast shakllanishi, shuningdek, yuqori xlorofill a/b nisbati va past karotinoid darajasiga ega xloroplastlar ko'k nurni talab qiladi. Qizil yorug'lik ostida, suv o'tlari hujayralarining fotosintez tezligi asta-sekin kamaydi va ko'k chiroqqa o'tgandan yoki doimiy qizil yorug'lik ostida bir oz ko'k chiroq qo'shgandan so'ng fotosintez tezligi tezda tiklandi. Qorong'i o'sadigan tamaki hujayralari 3 kun davomida doimiy ko'k nurga o'tkazilganda, rubuloza-1, 5-bifosfat karboksilaza/oksigenaza (Rubisko) ning umumiy miqdori va xlorofill tarkibi keskin oshdi. Shunga mos ravishda, birlik kultura eritmasi hajmidagi hujayralarning quruq og'irligi ham keskin ortadi, u doimiy qizil yorug'lik ostida juda sekin ortadi.
Shubhasiz, o'simliklarning fotosintezi va o'sishi uchun faqat qizil yorug'lik etarli emas. Bug'doy o'zining hayot aylanishini bitta qizil LED manbasi ostida yakunlashi mumkin, ammo baland o'simliklar va ko'p sonli urug'larni olish uchun tegishli miqdorda ko'k chiroq qo'shilishi kerak (1-jadval). Yagona qizil chiroq ostida o‘stirilgan salat, ismaloq va turpning hosildorligi qizil va ko‘k rang kombinatsiyasida o‘stirilgan o‘simliklardan pastroq bo‘lsa, qizil va ko‘k ranglarning tegishli ko‘k chiroq bilan qo‘shilishida o‘stirilgan o‘simliklarning hosildorligi shu bilan solishtirish mumkin edi. sovuq oq lyuminestsent lampalar ostida o'stirilgan o'simliklar. Xuddi shunday, Arabidopsis thaliana bitta qizil yorug'lik ostida urug'larni ishlab chiqarishi mumkin, lekin u qizil va ko'k yorug'lik kombinatsiyasi ostida o'sadi, chunki ko'k yorug'lik ulushi sovuq oq lyuminestsent lampalar ostida o'stirilgan o'simliklarga nisbatan kamayadi (10 foizdan 1 foizgacha). O'simliklarni murvatlash, gullash va natijalar kechiktirildi. Biroq, 10 foiz ko'k nurni o'z ichiga olgan qizil va ko'k chiroqlar kombinatsiyasi ostida o'stirilgan o'simliklarning urug'lik hosildorligi sovuq oq lyuminestsent lampalar ostida o'stirilgan o'simliklarning faqat yarmini tashkil etdi. Haddan tashqari ko'k yorug'lik o'simliklarning o'sishiga to'sqinlik qiladi, internodlarni qisqartiradi, dallanishni kamaytiradi, barg maydonini kamaytiradi va umumiy quruq vaznni kamaytiradi. O'simliklar ko'k nurga bo'lgan ehtiyojda sezilarli tur farqlariga ega.
Shuni ta'kidlash kerakki, har xil turdagi yorug'lik manbalaridan foydalangan holda ba'zi tadqiqotlar o'simliklar morfologiyasi va o'sishidagi farqlar spektrdagi ko'k yorug'lik nisbatidagi farqlar bilan bog'liqligini ko'rsatdi, ammo xulosalar hali ham muammoli, chunki ko'k bo'lmaganlarning tarkibi ishlatiladigan turli turdagi lampalar tomonidan chiqarilgan yorug'lik har xil. Misol uchun, bir xil yorug'likli lyuminestsent lampa ostida o'stirilgan soya va jo'xori o'simliklarining quruq vazni va barg maydoni birligiga to'g'ri keladigan aniq fotosintetik darajasi past bosimli natriy lampalar ostida o'stirilganidan sezilarli darajada yuqori bo'lsa-da, bu natijalarni butunlay ko'k nur bilan bog'lab bo'lmaydi. past bosimli natriy lampalar. Yo'qligi, men qo'rqaman, shuningdek, past bosimli natriy chiroq ostida sariq va yashil chiroq va to'q sariq qizil chiroq bilan bog'liq.
Oq nurda (qizil, ko'k va yashil rangda) o'stirilgan pomidor ko'chatlarining quruq vazni qizil va ko'k yorug'lik ostida o'stirilgan ko'chatlardan sezilarli darajada past edi. To'qimalar madaniyatida o'sishni inhibe qilishning spektral aniqlanishi shuni ko'rsatdiki, eng zararli yorug'lik sifati 550 nm cho'qqisiga ega yashil yorug'likdir. Yashil yorug'lik ostida o'stirilgan marigoldning o'simlik balandligi, yangi va quruq vazni to'liq spektrli yorug'lik ostida o'stirilgan o'simliklar bilan solishtirganda 30 foizdan 50 foizga oshdi. To'liq spektrli yorug'lik bilan to'ldirilgan yashil yorug'lik o'simliklarning qisqa va quruq bo'lishiga olib keladi va yangi vazn kamayadi. Yashil nurni olib tashlash marigoldning gullashini kuchaytiradi, yashil chiroqni to'ldirish esa Dianthus va marulning gullashiga to'sqinlik qiladi.
Biroq, o'sishni rag'batlantiradigan yashil yorug'lik haqida xabarlar ham bor. Kim va boshqalar. Qizil-ko'k kombinatsiyalangan yorug'lik (LED) yashil yorug'lik bilan to'ldirilishi natijasida yashil yorug'lik 50 foizdan oshganda o'simlik o'sishi inhibe qilinadi, yashil yorug'lik nisbati 24 foizdan kam bo'lsa, o'simlik o'sishi yaxshilanadi degan xulosaga keladi. Marulning yuqori qismining quruq og'irligi LED tomonidan taqdim etilgan qizil va ko'k kombinatsiyalangan yorug'lik fonida yashil lyuminestsent chiroq bilan qo'shilgan yashil chiroq bilan ko'paygan bo'lsa-da, yashil chiroq qo'shilishi o'sishni kuchaytiradi va ko'proq hosil qiladi degan xulosaga keldi. Sovuq oq yorug'likdan ko'ra biomassa muammoli: (1) ular kuzatadigan biomassaning quruq og'irligi faqat er usti qismining quruq og'irligidir. Agar er osti ildiz tizimining quruq og'irligi kiritilgan bo'lsa, natija boshqacha bo'lishi mumkin; (2) qizil, ko'k va yashil chiroqlar ostida o'stirilgan marulning yuqori qismi Sovuq oq lyuminestsent lampalar ostida sezilarli darajada o'sadigan o'simliklar, ehtimol, uch rangli chiroqda yashil rangga ega bo'lishi mumkin (24 foiz) natijadan ancha past. sovuq oq lyuminestsent chiroqning (51 foiz), ya'ni sovuq oq lyuminestsent chiroqning yashil nurni bostirish effekti uchta rangdan kattaroqdir. Chiroqning natijalari; (3) Qizil va ko'k yorug'lik kombinatsiyasi ostida o'stirilgan o'simliklarning fotosintez tezligi yashil yorug'lik ostida o'stirilgan o'simliklardan sezilarli darajada yuqori bo'lib, avvalgi taxminlarni qo'llab-quvvatlaydi.
Biroq, urug'larni yashil lazer bilan davolash, turp va sabzi nazorat qilishdan ikki baravar ko'p bo'lishi mumkin. Xira yashil zarba qorong'ida o'sadigan ko'chatlarning cho'zilishini tezlashtirishi mumkin, ya'ni poyaning cho'zilishiga yordam beradi. Arabidopsis thaliana ko‘chatlarini LED manbasidan bitta yashil chiroq (525 nm ± 16 nm) puls (11,1 mkmol·m-2·s-1, 9 s) bilan davolash plastid transkriptlarining kamayishiga olib keldi. va poyaning o'sish sur'atining oshishi.
So'nggi 50 yillik o'simlik fotobiologiyasi tadqiqot ma'lumotlariga asoslanib, yashil yorug'likning o'simliklarning rivojlanishi, gullashi, stomatal ochilishi, ildiz o'sishi, xloroplast genini ifodalash va o'simlik o'sishini tartibga solishdagi roli muhokama qilindi. Yashil yorug'likni idrok etish tizimi qizil va ko'k sensorlar bilan uyg'un ekanligiga ishoniladi. O'simliklarning o'sishi va rivojlanishini tartibga solish. E'tibor bering, ushbu sharhda yashil yorug'lik (500 ~ 600 nm) spektrning sariq qismini (580 ~ 600 nm) o'z ichiga oladi.
Sariq yorug'lik (580 ~ 600 nm) marul o'sishiga to'sqinlik qiladi. Qizil, uzoq qizil, ko'k, ultrabinafsha va sariq nurlarning turli nisbatlari uchun xlorofill tarkibi va quruq vazn natijalari shuni ko'rsatadiki, faqat sariq yorug'lik (580 ~ 600 nm) yuqori bosimli natriy lampasi va metall halid o'rtasidagi o'sish ta'siridagi farqni tushuntirishi mumkin. chiroq. Ya'ni sariq yorug'lik o'sishni inhibe qiladi. Bundan tashqari, sariq yorug'lik (595 nm cho'qqisi) bodring o'sishini yashil yorug'likdan (520 nm balandlikda) kuchliroq inhibe qildi.
Sariq/yashil yorug'likning qarama-qarshi ta'siri haqidagi ba'zi xulosalar ushbu tadqiqotlarda ishlatiladigan yorug'lik to'lqin uzunliklarining nomuvofiq diapazoni bilan bog'liq bo'lishi mumkin. Bundan tashqari, ba'zi tadqiqotchilar 500 dan 600 nm gacha bo'lgan yorug'likni yashil yorug'lik deb tasniflaganligi sababli, sariq nurning (580-600 nm) o'simliklarning o'sishi va rivojlanishiga ta'siri haqida juda kam adabiyot mavjud.
Ultraviyole nurlanish o'simlik barglari maydonini qisqartiradi, gipokotilning cho'zilishini inhibe qiladi, fotosintez va mahsuldorlikni pasaytiradi, o'simliklarni patogen hujumga moyil qiladi, lekin flavonoid sintezi va himoya mexanizmlarini qo'zg'atishi mumkin. UV-B askorbin kislotasi va -karotin miqdorini kamaytirishi mumkin, ammo antosiyanin sintezini samarali rag'batlantirishi mumkin. UV-B nurlanishi natijasida mitti o'simlik fenotipi, kichik, qalin barglar, kalta petiole, ko'tarilgan qo'ltiq osti shoxlari va ildiz / toj nisbati o'zgaradi.
Issiqxonada Xitoy, Hindiston, Filippin, Nepal, Tailand, Vetnam va Shri-Lankaning 7 ta turli mintaqalaridan 16 guruch navi bo‘yicha o‘tkazilgan tadqiqotlar natijalari shuni ko‘rsatdiki, UV-B qo‘shilishi natijasida umumiy biomassa ko‘paygan. Turlar (shundan faqat bittasi sezilarli darajaga yetdi, Shri-Lankadan), 12 nav (shundan 6 tasi muhim edi) va UV-B sezgirligiga ega bo'lgan navlar barg maydoni va ishlov berish hajmida sezilarli darajada kamaydi. Xlorofill miqdori ko'paygan 6 ta nav mavjud (ulardan 2 tasi sezilarli darajaga etadi); Barglarning fotosintez tezligi sezilarli darajada pasaygan 5 nav va sezilarli darajada yaxshilangan 1 nav (uning umumiy biomassasi ham sezilarli) oshadi).
UV-B / PAR nisbati o'simliklarning UV-B ga bo'lgan javobining muhim hal qiluvchi omilidir. Misol uchun, UV-B va PAR birgalikda yalpizning morfologiyasi va yog 'hosildorligiga ta'sir qiladi, bu esa yuqori darajadagi filtrlanmagan tabiiy yorug'likni talab qiladi.
Shuni ta'kidlash kerakki, UV-B ta'sirini laboratoriya tadqiqotlari, transkripsiya omillari va boshqa molekulyar va fiziologik omillarni aniqlashda foydali bo'lsa-da, yuqori UV-B darajalaridan foydalanish, UV-A bilan bir vaqtda yo'qligi va ko'pincha past fon PAR, natijalar odatda mexanik ravishda tabiiy muhitga ekstrapolyatsiya qilinmaydi. Dala tadqiqotlari odatda UV-B darajasini ko'tarish yoki kamaytirish uchun filtrlarni ishlatish uchun UV lampalaridan foydalanadi.
