Šviesa suteikia augalams energijos, reikalingos fotosintezei, todėl jie gali gaminti organines medžiagas ir...konvertuoti energiją augimo ir vystymosi metuŠviesa suteikia augalams reikiamos energijos ir yra ląstelių dalijimosi bei diferenciacijos, chlorofilo sintezės, audinių augimo ir žiotelių judėjimo pagrindas. Šiuose procesuose svarbų vaidmenį atlieka šviesos intensyvumas, fotoperiodas ir šviesos kokybė. Cukraus metabolizmas augaluose apima daug reguliavimo mechanizmų. Šviesa, kaip vienas iš reguliavimo veiksnių, veikia ląstelės sienelės sudėtį, krakmolo granules, sacharozės sintezę ir kraujagyslių pluoštų formavimąsi. Panašiai, šviesos reguliuojamo cukraus metabolizmo kontekste, įtakos turi ir cukraus tipai bei genai. Išnagrinėjome esamas duomenų bazes ir radome keletą tinkamų apžvalgų. Todėl šiame straipsnyje apibendrinamas šviesos poveikis augalų augimui ir vystymuisi, taip pat cukraus metabolizmui, ir išsamiau aptariami šviesos poveikio augalams mechanizmai, pateikiant naujų įžvalgų apie augalų augimo reguliavimo mechanizmus skirtingomis apšvietimo sąlygomis.
Šviesa suteikia energijos augalų fotosintezei ir veikia kaip aplinkos signalas, reguliuojantis daugelį augalų fiziologijos aspektų. Augalai gali pajusti išorinių šviesos sąlygų pokyčius per įvairius fotoreceptorius, tokius kaip fitochromai ir fototropinai, ir sukurti tinkamus signalizacijos kelius savo augimui ir vystymuisi reguliuoti. Esant silpnam apšvietimui, sumažėja bendras augalo sausųjų medžiagų kiekis, fotosintezės greitis, transpiracijos greitis, žiotelių laidumas ir stiebo skersmuo. Be to, šviesos intensyvumas yra labai svarbus kintamasis, reguliuojantis tokius procesus kaip augalų dygimas, lapų dauginimasis ir plėtimasis, žiotelių vystymasis, fotosintezė ir ląstelių dalijimasis. Per fotoreceptorius perduodamos šviesos kokybė reguliuoja visą augalų gyvavimo ciklą, o skirtinga šviesos kokybė turi skirtingą poveikį augalų morfologijai, fotosintezei, augimui ir organų vystymuisi. Augalai gali reguliuoti savo augimą ir vystymąsi reaguodami į fotoperiodą, kuris skatina tokius procesus kaip sėklų dygimas, žydėjimas ir vaisių nokimas. Ji taip pat dalyvauja augalų reakcijose į nepalankius veiksnius, prisitaikydama prie įvairių sezoninių pokyčių (Bao ir kt., 2024; Chen ir kt., 2024; Shibaeva ir kt., 2024).
Cukrus, pagrindinė augalų augimo ir vystymosi medžiaga, patiria sudėtingą pernašos ir kaupimo procesą, kuriam įtakos turi ir kurį reguliuoja daug veiksnių. Cukraus metabolizmas augaluose apima cukrų sintezę, katabolizmą, panaudojimą ir transformaciją augaluose, įskaitant sacharozės pernašą, signalo perdavimą ir krakmolo bei celiuliozės sintezę (Kudo ir kt., 2023; Li ir kt., 2023b; Lo Piccolo ir kt., 2024). Cukraus metabolizmas efektyviai naudoja ir reguliuoja cukrų, dalyvauja augalų prisitaikyme prie aplinkos pokyčių ir teikia energiją augalų augimui ir vystymuisi. Šviesa daro įtaką cukraus metabolizmui augaluose per fotosintezę, cukraus signalizaciją ir fotoperiodo reguliavimą, o šviesos sąlygų pokyčiai sukelia augalų metabolitų pokyčius (Lopes ir kt., 2024; Zhang ir kt., 2024). Šioje apžvalgoje daugiausia dėmesio skiriama šviesos poveikiui augalų fotosintezės našumui, augimui ir vystymuisi bei cukraus metabolizmui. Straipsnyje taip pat aptariama tyrimų, susijusių su šviesos poveikiu augalų fiziologinėms savybėms, pažanga, siekiant pateikti teorinį pagrindą šviesai naudoti augalų augimui reguliuoti ir derliui bei kokybei gerinti. Ryšys tarp šviesos ir augalų augimo lieka neaiškus ir siūlo galimas tyrimų kryptis.
Šviesa turi daug savybių, tačiau didžiausią įtaką augalams daro jos intensyvumas ir kokybė. Šviesos intensyvumas dažniausiai naudojamas šviesos šaltinio ryškumui arba spindulio stiprumui matuoti. Pagal bangos ilgį šviesą galima suskirstyti į ultravioletinę, matomą ir infraraudonąją. Matoma šviesa toliau skirstoma į raudoną, oranžinę, geltoną, žalią, mėlyną, indigo ir violetinę. Augalai kaip pagrindinę fotosintezės energiją daugiausia sugeria raudoną ir mėlyną šviesą (Liang ir kt., 2021).
Tačiau skirtingos šviesos kokybės taikymas lauke, fotoperiodo kontrolė ir šviesos intensyvumo pokyčių poveikis augalams yra sudėtingos problemos, kurias reikia išspręsti. Todėl manome, kad racionalus šviesos sąlygų naudojimas gali veiksmingai skatinti augalų modeliavimo ekologijos plėtrą ir kaskadinį medžiagų bei energijos naudojimą, taip pagerinant augalų augimo efektyvumą ir naudą aplinkai. Naudojant ekologinio optimizavimo teoriją, augalų fotosintezės prisitaikymas prie vidutinės ir ilgalaikės šviesos įtraukiamas į Žemės sistemos modelį, siekiant sumažinti fotosintezės modeliavimo neapibrėžtumą ir pagerinti modelio tikslumą (Luo ir Keenan, 2020). Augalai linkę prisitaikyti prie vidutinės ir ilgalaikės šviesos, todėl galima pagerinti jų fotosintezės pajėgumą ir šviesos energijos naudojimo efektyvumą vidutinės ir ilgalaikės trukmės laikotarpiu, taip efektyviau pasiekiant lauko auginimo ekologinį modeliavimą. Be to, taikant lauko apželdinimą, šviesos intensyvumas koreguojamas pagal augalo rūšį ir augimo ypatybes, siekiant skatinti sveiką augalų augimą. Tuo pačiu metu, reguliuojant šviesos kokybės santykį ir imituojant natūralų šviesos ciklą, galima pagreitinti arba sulėtinti augalų žydėjimą ir derėjimą, taip pasiekiant tikslesnį lauko modeliavimo ekologinį reguliavimą.
Šviesos reguliuojamas cukraus metabolizmas augaluose prisideda prie augalų augimo ir vystymosi gerinimo, prisitaikymo ir atsparumo aplinkos streso veiksniams. Cukrus, kaip signalinės molekulės, reguliuoja augalų augimą ir vystymąsi sąveikaudamos su kitomis signalinėmis molekulėmis (pvz., fitohormonais) ir taip darydamos įtaką augalų fiziologiniams procesams (Mukarram ir kt., 2023). Manome, kad reguliavimo mechanizmų, siejančių šviesos aplinką su augalų augimu ir cukraus metabolizmu, tyrimas bus veiksminga ekonominė strategija, padėsianti vadovauti veisimo ir gamybos praktikai. Tobulėjant technologijoms, ateityje bus galima atlikti šviesos šaltinių, tokių kaip dirbtinio apšvietimo technologijos ir LED naudojimas, parinkimo tyrimus, siekiant pagerinti apšvietimo efektyvumą ir augalų derlių, suteikiant daugiau reguliavimo priemonių augalų augimo ir vystymosi tyrimams (Ngcobo ir Bertling, 2024). Tačiau dabartiniuose tyrimuose apie šviesos kokybės poveikį augalams plačiausiai naudojami raudonos ir mėlynos šviesos bangos ilgiai. Taigi, tirdami įvairesnių šviesos savybių, tokių kaip oranžinė, geltona ir žalia, poveikį augalų augimui ir vystymuisi, galime sukurti kelių šviesos šaltinių veikimo mechanizmus augalams, taip efektyviau naudodami skirtingas šviesos savybes praktiniame pritaikyme. Tam reikia tolesnių tyrimų ir tobulinimo. Daugelį augalų augimo ir vystymosi procesų reguliuoja fitochromai ir fitohormonai. Todėl spektrinės energijos ir endogeninių medžiagų sąveikos įtaka augalų augimui bus pagrindinė būsimų tyrimų kryptis. Be to, išsamus molekulinių mechanizmų, kuriais skirtingos šviesos sąlygos veikia augalų augimą ir vystymąsi, cukrų apykaitą, taip pat daugelio aplinkos veiksnių sinergetinio poveikio augalams tyrimas prisidės prie tolesnio įvairių augalų potencialo vystymo ir panaudojimo, o tai leis juos pritaikyti tokiose srityse kaip žemės ūkis ir biomedicina.
Įrašo laikas: 2025 m. rugsėjo 11 d.