الضوء هو العامل البيئي الأساسي لنمو النبات وتطوره. إنه ليس فقط مصدر الطاقة الأساسي لعملية التمثيل الضوئي ، ولكنه أيضًا منظم مهم لنمو النبات وتطوره. لا يقتصر نمو النبات وتطوره على كمية الضوء أو شدة الضوء (كثافة تدفق الفوتون ، كثافة تدفق الفوتون ، PFD) ، ولكن أيضًا بجودة الضوء ، أي الأطوال الموجية المختلفة للضوء والإشعاع ونسب تركيبها المختلفة.
يمكن تقسيم الطيف الشمسي تقريبًا إلى الأشعة فوق البنفسجية (الأشعة فوق البنفسجية والأشعة فوق البنفسجية<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="">
يمكن للنباتات اكتشاف التغيرات الطفيفة في جودة الضوء ، وشدة الضوء ، وطول الضوء ، والاتجاه في بيئة النمو ، وبدء التغييرات الفسيولوجية والمورفولوجية اللازمة للبقاء في هذه البيئة. يلعب الضوء الأزرق والضوء الأحمر والضوء الأحمر البعيد دورًا رئيسيًا في التحكم في التكوين الضوئي للنباتات. تستقبل المستقبلات الضوئية (فيتوكروم ، Phy) ، الكريبتوكروم (Cry) ، والمستقبلات الضوئية (phototropin ، Phot) إشارات ضوئية وتحفز نمو النباتات وتطورها من خلال نقل الإشارة.
يشير الضوء أحادي اللون كما هو مستخدم هنا إلى الضوء في نطاق الطول الموجي المحدد. نطاق الأطوال الموجية لنفس الضوء أحادي اللون المستخدم في تجارب مختلفة ليس ثابتًا تمامًا ، وغالبًا ما تتداخل الأضواء أحادية اللون الأخرى المتشابهة في الطول الموجي مع نطاقات مختلفة ، خاصة قبل ظهور مصدر ضوء LED أحادي اللون. بهذه الطريقة ، بطبيعة الحال ، ستكون هناك نتائج مختلفة وحتى متناقضة.
يمنع الضوء الأحمر (R) استطالة الانثوسيان ، ويعزز التفرع الجانبي والحرث ، ويؤخر تمايز الأزهار ، ويزيد من الأنثوسيانين ، والكلوروفيل ، والكاروتينات. يمكن أن يسبب الضوء الأحمر حركة ضوء إيجابية في جذور نبات الأرابيدوبسيس. للضوء الأحمر تأثير إيجابي على مقاومة النبات للضغوط الحيوية وغير الحيوية.
يمكن للضوء الأحمر البعيد (FR) أن يبطل تأثير الضوء الأحمر في كثير من الحالات. تؤدي نسبة R / FR المنخفضة إلى انخفاض في قدرة الفاصوليا على التمثيل الضوئي. في غرفة النمو ، يتم استخدام مصباح الفلورسنت الأبيض كمصدر رئيسي للضوء ، ويتم استكمال الإشعاع الأحمر البعيد (ذروة الانبعاث 734 نانومتر) بمصابيح LED لتقليل محتوى الأنثوسيانين والكاروتينويد والكلوروفيل ، والوزن الطازج ، الوزن الجاف وطول الساق وطول الورقة والأوراق مصنوعة. يتم زيادة العرض. قد يكون تأثير FR التكميلي على النمو ناتجًا عن زيادة امتصاص الضوء بسبب زيادة مساحة الورقة. كان نبات Arabidopsis thaliana الذي نمت في ظل ظروف R / FR منخفضة أكبر وأثخن من تلك التي نمت في ظل R / FR العالي ، مع كتلة حيوية كبيرة وقدرة قوية على التكيف مع البرودة. يمكن للنسب المختلفة من R / FR أيضًا تغيير تحمل الملح للنباتات.
بشكل عام ، يمكن أن تؤدي زيادة جزء الضوء الأزرق في الضوء الأبيض إلى تقصير العقد الداخلية ، وتقليل مساحة الورقة ، وتقليل معدلات النمو النسبية ، وزيادة نسب النيتروجين / الكربون (N / C).
يتطلب تخليق نبات الكلوروفيل العالي وتكوين البلاستيدات الخضراء وكذلك البلاستيدات الخضراء ذات نسبة الكلوروفيل العالية أ / ب ومستويات الكاروتين منخفضة الضوء الأزرق. تحت الضوء الأحمر ، انخفض معدل التمثيل الضوئي لخلايا الطحالب تدريجيًا ، وتعافى معدل التمثيل الضوئي بسرعة بعد الانتقال إلى الضوء الأزرق أو إضافة بعض الضوء الأزرق تحت الضوء الأحمر المستمر. عندما تم نقل خلايا التبغ الداكنة إلى ضوء أزرق مستمر لمدة 3 أيام ، زاد إجمالي كمية ومحتوى الكلوروفيل من الروبولوز -1 ، 5- كربوكسيلاز ثنائي الفوسفات / أوكسيجيناز (روبيسكو) بشكل حاد. تمشيا مع هذا ، يزداد الوزن الجاف للخلايا في حجم محلول استزراع الوحدة أيضًا بشكل حاد ، بينما يزداد ببطء شديد تحت الضوء الأحمر المستمر.
من الواضح ، بالنسبة لعملية التمثيل الضوئي ونمو النباتات ، فإن الضوء الأحمر فقط لا يكفي. يمكن للقمح أن يكمل دورة حياته تحت مصدر واحد لمصابيح LED حمراء ، ولكن للحصول على نباتات طويلة وأعداد كبيرة من البذور ، يجب إضافة كمية مناسبة من الضوء الأزرق (الجدول 1). كان محصول الخس والسبانخ والفجل المزروع تحت ضوء أحمر واحد أقل من محصول النباتات المزروعة تحت مزيج من الأحمر والأزرق ، في حين أن محصول النباتات المزروعة تحت مزيج من الأحمر والأزرق مع الضوء الأزرق المناسب كان مشابهًا لذلك. تلك النباتات التي تزرع تحت مصابيح الفلورسنت البيضاء الباردة. وبالمثل ، يمكن أن ينتج نبات Arabidopsis thaliana بذورًا تحت ضوء أحمر واحد ، لكنه ينمو في ظل مزيج من الضوء الأحمر والأزرق مع انخفاض نسبة الضوء الأزرق (10 في المائة إلى 1 في المائة) مقارنة بالنباتات التي تزرع تحت مصابيح الفلورسنت البيضاء الباردة. تأخر انزلاق النبات وازهاره ونتائجه. ومع ذلك ، فإن محصول البذور للنباتات المزروعة تحت مزيج من الضوء الأحمر والأزرق الذي يحتوي على 10 في المائة من الضوء الأزرق كان نصف محصول النباتات المزروعة تحت مصابيح الفلورسنت البيضاء الباردة. يعمل الضوء الأزرق المفرط على منع نمو النبات ، وتقصير الأجزاء الداخلية ، وتقليل التفرع ، وتقليل مساحة الأوراق ، وتقليل الوزن الجاف الإجمالي. النباتات لديها اختلافات كبيرة في الأنواع في الحاجة إلى الضوء الأزرق.
وتجدر الإشارة إلى أنه على الرغم من أن بعض الدراسات التي تستخدم أنواعًا مختلفة من مصادر الضوء قد أظهرت أن الاختلافات في مورفولوجيا النبات ونموه مرتبطة بالاختلافات في نسبة الضوء الأزرق في الطيف ، إلا أن الاستنتاجات لا تزال إشكالية لأن تكوين غير الأزرق يختلف الضوء المنبعث من الأنواع المختلفة من المصابيح المستخدمة. على سبيل المثال ، على الرغم من أن الوزن الجاف لنباتات فول الصويا والذرة الرفيعة المزروعة تحت نفس المصباح الفلوري الخفيف ومعدل التمثيل الضوئي الصافي لكل وحدة مساحة ورقة أعلى بكثير من تلك التي تزرع تحت مصابيح الصوديوم ذات الضغط المنخفض ، لا يمكن أن تُعزى هذه النتائج تمامًا إلى الضوء الأزرق تحت مصابيح الصوديوم ذات الضغط المنخفض. أخشى أنه مرتبط أيضًا بالضوء الأصفر والأخضر تحت مصباح الصوديوم منخفض الضغط والضوء الأحمر البرتقالي.
كان الوزن الجاف لشتلات الطماطم المزروعة تحت الضوء الأبيض (يحتوي على ضوء أحمر وأزرق وأخضر) أقل بكثير من وزن الشتلات المزروعة تحت الضوء الأحمر والأزرق. أشار الاكتشاف الطيفي لتثبيط النمو في زراعة الأنسجة إلى أن جودة الضوء الأكثر ضررًا كانت الضوء الأخضر مع ذروة عند 550 نانومتر. زاد ارتفاع النبات والوزن الطازج والجاف للقطيفة المزروعة تحت ضوء الضوء الأخضر بنسبة 30 في المائة إلى 50 في المائة مقارنة بالنباتات المزروعة تحت ضوء الطيف الكامل. يؤدي الضوء الأخضر المليء بالضوء كامل الطيف إلى أن تكون النباتات قصيرة وجافة ، ويقل الوزن الطازج. تعمل إزالة الضوء الأخضر على تقوية ازدهار القطيفة ، بينما يمنع تكميل الضوء الأخضر ازدهار Dianthus والخس.
ومع ذلك ، هناك أيضًا تقارير تفيد بأن الضوء الأخضر يعزز النمو. كيم وآخرون. خلص إلى أن الضوء الأخضر المضاف إليه الضوء الأحمر والأزرق (LEDs) ينتج عنه استنتاج مفاده أن نمو النبات يتأثر عندما يتجاوز الضوء الأخضر 50 في المائة ، بينما يتعزز نمو النبات عندما تكون نسبة الضوء الأخضر أقل من 24 في المائة. على الرغم من زيادة الوزن الجاف للجزء العلوي من الخس من خلال الضوء الأخضر المضاف بواسطة الضوء الأخضر الفلوري على خلفية الضوء الأحمر والأزرق مجتمعة التي يوفرها LED ، فإن الاستنتاج القائل بأن إضافة الضوء الأخضر تعزز النمو وتنتج المزيد تعتبر الكتلة الحيوية من الضوء الأبيض البارد مشكلة: (1) الوزن الجاف للكتلة الحيوية التي يلاحظونها هو فقط الوزن الجاف للجزء الموجود فوق سطح الأرض. إذا تم تضمين الوزن الجاف لنظام الجذر تحت الأرض ، فقد تكون النتيجة مختلفة ؛ (2) الجزء العلوي من الخس المزروع تحت الأضواء الحمراء والزرقاء والخضراء من المرجح أن تحصل النباتات التي تنمو بشكل كبير تحت مصابيح الفلورسنت البيضاء الباردة على الضوء الأخضر (24 بالمائة) الموجود في المصباح ذي الألوان الثلاثة أقل بكثير من النتيجة من المصباح الفلوري الأبيض البارد (51 بالمائة) ، أي أن تأثير قمع الضوء الأخضر للمصباح الفلوري الأبيض البارد أكبر من الألوان الثلاثة. نتائج المصباح. (3) معدل التمثيل الضوئي للنباتات المزروعة تحت مزيج من الضوء الأحمر والأزرق أعلى بكثير من معدل النباتات المزروعة تحت الضوء الأخضر ، مما يدعم التكهنات السابقة.
ومع ذلك ، فإن معالجة البذور بالليزر الأخضر يمكن أن تجعل الفجل والجزر ضعف حجم السيطرة. يمكن للنبضة الخضراء القاتمة أن تسرع من استطالة الشتلات التي تنمو في الظلام ، أي تعزيز استطالة الساق. أدت معالجة شتلات Arabidopsis thaliana باستخدام نبضة خضراء واحدة (525 نانومتر ± 16 نانومتر) (11.1 ميكرولتر م -2 ، 9 ثوانٍ) من مصدر LED إلى انخفاض في النصوص البلاستيدية وزيادة معدل نمو الجذع.
استنادًا إلى بيانات أبحاث البيولوجيا الضوئية للنباتات على مدار الخمسين عامًا الماضية ، تمت مناقشة دور الضوء الأخضر في تطوير النبات ، والإزهار ، وفتح الفم ، ونمو الساق ، والتعبير الجيني للبلاستيدات الخضراء ، وتنظيم نمو النبات. يُعتقد أن نظام إدراك الضوء الأخضر يتوافق مع المستشعرات الحمراء والزرقاء. تنظيم نمو وتطور النباتات. لاحظ أنه في هذه المراجعة ، يتم تمديد الضوء الأخضر (500 ~ 600 نانومتر) ليشمل الجزء الأصفر من الطيف (580 ~ 600 نانومتر).
الضوء الأصفر (580 ~ 600 نانومتر) يمنع نمو الخس. تشير نتائج محتوى الكلوروفيل والوزن الجاف لنسب مختلفة من الضوء الأحمر والأحمر والأزرق والأشعة فوق البنفسجية والأصفر على التوالي إلى أن الضوء الأصفر فقط (580 ~ 600 نانومتر) يمكن أن يفسر الاختلاف في تأثيرات النمو بين مصباح الصوديوم عالي الضغط والهاليد المعدني مصباح. أي أن الضوء الأصفر يمنع النمو. أيضًا ، منع الضوء الأصفر (الذروة عند 595 نانومتر) نمو الخيار بقوة أكبر من الضوء الأخضر (الذروة عند 520 نانومتر).
قد تكون بعض الاستنتاجات حول التأثيرات المتضاربة للضوء الأصفر / الأخضر ناتجة عن النطاق غير المتناسق لأطوال موجات الضوء المستخدمة في تلك الدراسات. علاوة على ذلك ، نظرًا لأن بعض الباحثين يصنفون الضوء من 500 إلى 600 نانومتر على أنه ضوء أخضر ، فهناك القليل من المؤلفات حول تأثيرات الضوء الأصفر (580-600 نانومتر) على نمو النبات وتطوره.
تقلل الأشعة فوق البنفسجية من مساحة أوراق النبات ، وتمنع استطالة hypocotyl ، وتقلل من التمثيل الضوئي والإنتاجية ، وتجعل النباتات عرضة لهجوم العوامل الممرضة ، ولكنها يمكن أن تحفز آليات تصنيع الفلافونويد والدفاع. يمكن للأشعة فوق البنفسجية - باء أن تقلل من محتوى حمض الأسكوربيك والكاروتين ، ولكنها يمكن أن تعزز بشكل فعال تخليق الأنثوسيانين. ينتج عن إشعاع UV-B نمط ظاهري للنبات القزم ، وأوراق صغيرة وسميكة ، وسويقة قصيرة ، وزيادة الفروع الإبطية ، وتغيرات في نسبة الجذر / التاج.
أظهرت نتائج التحقيقات التي أجريت على 16 صنفاً من الأرز من 7 مناطق مختلفة من الصين والهند والفلبين ونيبال وتايلاند وفيتنام وسريلانكا في الدفيئة أن إضافة الأشعة فوق البنفسجية - باء أدت إلى زيادة الكتلة الحيوية الكلية. الأصناف (التي وصل أحدها فقط إلى مستوى معنوي ، من سريلانكا) ، 12 صنفًا (6 منها كانت معنوية) ، والأصناف ذات الحساسية للأشعة فوق البنفسجية - باء انخفضت بشكل كبير في مساحة الأوراق وحجم الحراثة. هناك 6 أصناف تحتوي على نسبة عالية من الكلوروفيل (اثنان منها يصلان إلى مستويات كبيرة) ؛ 5 أصناف مع انخفاض كبير في معدل التمثيل الضوئي للأوراق ، وصنف واحد مع تحسن كبير (إجمالي الكتلة الحيوية هو أيضًا زيادة كبيرة).
تعتبر نسبة الأشعة فوق البنفسجية - باء / PAR محددًا مهمًا لاستجابة النبات للأشعة فوق البنفسجية - باء. على سبيل المثال ، تؤثر الأشعة فوق البنفسجية B و PAR معًا على التشكل وإنتاج زيت النعناع ، الأمر الذي يتطلب مستويات عالية من الضوء الطبيعي غير المرشح.
وتجدر الإشارة إلى أن الدراسات المختبرية لتأثيرات الأشعة فوق البنفسجية - باء ، على الرغم من أنها مفيدة في تحديد عوامل النسخ والعوامل الجزيئية والفسيولوجية الأخرى ، ترجع إلى استخدام مستويات أعلى من الأشعة فوق البنفسجية - باء ، وعدم وجود الأشعة فوق البنفسجية المصاحبة لها وغالبًا ما تكون الخلفية المنخفضة PAR ، عادة لا يتم استقراء النتائج آليًا في البيئة الطبيعية. تستخدم الدراسات الميدانية عادةً مصابيح الأشعة فوق البنفسجية لرفع أو استخدام المرشحات لتقليل مستويات الأشعة فوق البنفسجية - باء.
