ไฟสีเดียวห้าดวงที่ส่งผลต่อการเจริญเติบโตของพืช

แสงเป็นปัจจัยแวดล้อมพื้นฐานสำหรับการเจริญเติบโตและการพัฒนาของพืช มันไม่ได้เป็นเพียงแหล่งพลังงานพื้นฐานสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสงเท่านั้น แต่ยังเป็นตัวควบคุมที่สำคัญของการเจริญเติบโตและการพัฒนาของพืชอีกด้วย การเจริญเติบโตและการพัฒนาของพืชไม่ได้จำกัดโดยปริมาณแสงหรือความเข้มของแสงเท่านั้น (ความหนาแน่นของฟลักซ์โฟตอน ความหนาแน่นของฟลักซ์โฟตอน ความหนาแน่นของโฟตอน PFD) แต่ยังรวมถึงคุณภาพของแสงด้วย เช่น ความยาวคลื่นของแสงและการแผ่รังสีที่แตกต่างกัน และอัตราส่วนขององค์ประกอบที่แตกต่างกัน

สเปกตรัมของดวงอาทิตย์สามารถแบ่งคร่าวๆ ได้เป็นรังสีอัลตราไวโอเลต (อัลตราไวโอเลต 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="">

พืชสามารถตรวจจับการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในคุณภาพแสง ความเข้มแสง ความยาวของแสง และทิศทางในสภาพแวดล้อมที่กำลังเติบโต และเริ่มการเปลี่ยนแปลงทางสรีรวิทยาและสัณฐานวิทยาที่จำเป็นต่อการอยู่รอดในสภาพแวดล้อมนี้ แสงสีน้ำเงิน แสงสีแดง และแสงสีแดงที่ห่างไกลมีบทบาทสำคัญในการควบคุมการสร้างรูปร่างของพืช ตัวรับแสง (phytochrome, Phy), cryptochrome (ร้องไห้) และตัวรับแสง (phototropin, Phot) รับสัญญาณแสงและกระตุ้นการเจริญเติบโตและการพัฒนาของพืชผ่านการส่งสัญญาณ

แสงเอกรงค์ตามที่ใช้ในที่นี้หมายถึงแสงในช่วงความยาวคลื่นจำเพาะ ช่วงความยาวคลื่นของแสงสีเดียวแบบเดียวกันที่ใช้ในการทดลองที่แตกต่างกันนั้นไม่สอดคล้องกันโดยสิ้นเชิง และแสงสีเดียวอื่นๆ ที่มีความยาวคลื่นใกล้เคียงกันมักจะทับซ้อนกันในขอบเขตที่ต่างกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งก่อนการปรากฏของแหล่งกำเนิดแสง LED สีเดียว ด้วยวิธีนี้ย่อมมีผลแตกต่างและขัดแย้งกันเอง

แสงสีแดง (R) ยับยั้งการยืดของปล้อง ส่งเสริมการแตกแขนงด้านข้างและการแตกกอ ชะลอความแตกต่างของดอก และเพิ่มแอนโธไซยานิน คลอโรฟิลล์ และแคโรทีนอยด์ แสงสีแดงสามารถทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของแสงในเชิงบวกในราก Arabidopsis แสงสีแดงมีผลดีต่อความต้านทานของพืชต่อความเครียดจากสิ่งมีชีวิตและสิ่งมีชีวิต

แสงสีแดงไกล (FR) สามารถต่อต้านเอฟเฟกต์แสงสีแดงได้ในหลายกรณี อัตราส่วน R/FR ต่ำส่งผลให้ความสามารถในการสังเคราะห์แสงของถั่วในไตลดลง ในห้องเติบโต ใช้หลอดฟลูออเรสเซนต์สีขาวเป็นแหล่งกำเนิดแสงหลัก และรังสีสีแดง (สูงสุดการปล่อย 734 นาโนเมตร) เสริมด้วยไฟ LED เพื่อลดปริมาณแอนโธไซยานิน แคโรทีนอยด์ และคลอโรฟิลล์ และน้ำหนักสด น้ำหนักแห้ง ความยาวลำต้น ความยาวใบและใบ ความกว้างเพิ่มขึ้น ผลของ FR เสริมต่อการเจริญเติบโตอาจเกิดจากการดูดซับแสงที่เพิ่มขึ้นเนื่องจากพื้นที่ใบเพิ่มขึ้น Arabidopsis thaliana ที่ปลูกภายใต้สภาวะ R/FR ต่ำนั้นมีขนาดใหญ่และหนากว่าพันธุ์ที่ปลูกภายใต้ R/FR สูง โดยมีมวลชีวภาพขนาดใหญ่และความสามารถในการปรับตัวในความเย็นที่แข็งแกร่ง อัตราส่วน R/FR ที่แตกต่างกันยังสามารถเปลี่ยนแปลงความทนทานต่อเกลือของพืชได้

โดยทั่วไป การเพิ่มเศษส่วนของแสงสีฟ้าในแสงสีขาวสามารถทำให้ปล้องสั้นลง ลดพื้นที่ใบ ลดอัตราการเติบโตสัมพัทธ์ และเพิ่มอัตราส่วนไนโตรเจน/คาร์บอน (N/C)

การสังเคราะห์คลอโรฟิลล์ในพืชสูงและการสร้างคลอโรพลาสต์ เช่นเดียวกับคลอโรพลาสต์ที่มีอัตราส่วนคลอโรฟิลล์เอ/บีสูงและระดับแคโรทีนอยด์ต่ำต้องการแสงสีฟ้า ภายใต้แสงสีแดง อัตราการสังเคราะห์แสงของเซลล์สาหร่ายจะค่อยๆ ลดลง และอัตราการสังเคราะห์แสงจะฟื้นตัวอย่างรวดเร็วหลังจากใช้แสงสีน้ำเงินหรือเพิ่มแสงสีน้ำเงินภายใต้แสงสีแดงอย่างต่อเนื่อง เมื่อเซลล์ยาสูบที่เติบโตในความมืดถูกถ่ายโอนไปยังแสงสีน้ำเงินอย่างต่อเนื่องเป็นเวลา 3 วัน ปริมาณรวมและปริมาณคลอโรฟิลล์ของรูบูโลส-1, 5-บิสฟอสเฟต คาร์บอกซิเลส/ออกซีเจเนส (รูบิสโก) เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ในทำนองเดียวกัน น้ำหนักแห้งของเซลล์ในปริมาตรของสารละลายเพาะเลี้ยงยูนิตก็เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเช่นกัน ในขณะที่เพิ่มขึ้นช้ามากภายใต้แสงสีแดงที่ต่อเนื่องกัน

แน่นอน สำหรับการสังเคราะห์แสงและการเจริญเติบโตของพืช แสงสีแดงเท่านั้นไม่เพียงพอ ข้าวสาลีสามารถทำให้วัฏจักรชีวิตของมันสมบูรณ์ภายใต้แหล่งกำเนิดไฟ LED สีแดงเพียงแหล่งเดียว แต่เพื่อให้ได้พืชสูงและเมล็ดจำนวนมาก จะต้องเพิ่มแสงสีน้ำเงินในปริมาณที่เหมาะสม (ตารางที่ 1) ผลผลิตของผักกาดหอม ผักโขม และหัวไชเท้าที่ปลูกภายใต้แสงสีแดงเพียงครั้งเดียวนั้นต่ำกว่าพืชที่ปลูกภายใต้การผสมผสานของสีแดงและสีน้ำเงิน ในขณะที่ผลผลิตของพืชที่ปลูกภายใต้การผสมของสีแดงและสีน้ำเงินที่มีแสงสีน้ำเงินที่เหมาะสมนั้นเทียบได้กับ ของพืชที่ปลูกภายใต้หลอดฟลูออเรสเซนต์สีขาวนวล ในทำนองเดียวกัน Arabidopsis thaliana สามารถผลิตเมล็ดพันธุ์ภายใต้แสงสีแดงเพียงดวงเดียว แต่จะเติบโตภายใต้การรวมกันของแสงสีแดงและสีน้ำเงินเนื่องจากสัดส่วนของแสงสีน้ำเงินลดลง (10 เปอร์เซ็นต์ถึง 1 เปอร์เซ็นต์) เมื่อเทียบกับพืชที่ปลูกภายใต้หลอดฟลูออเรสเซนต์สีขาวเย็น การโบลต์ของพืช การออกดอกและผลล่าช้า อย่างไรก็ตาม ผลผลิตของเมล็ดพืชที่ปลูกภายใต้แสงสีแดงและสีน้ำเงินที่มีแสงสีน้ำเงิน 10 เปอร์เซ็นต์รวมกันนั้นเป็นเพียงครึ่งหนึ่งของพืชที่ปลูกภายใต้หลอดฟลูออเรสเซนต์สีขาวเย็น แสงสีฟ้าที่มากเกินไปจะยับยั้งการเจริญเติบโตของพืช ทำให้ปล้องสั้นลง ลดการแตกแขนง ลดพื้นที่ใบ และลดน้ำหนักแห้งทั้งหมด พืชมีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในความต้องการแสงสีน้ำเงิน

ควรสังเกตว่าแม้ว่าการศึกษาบางชิ้นที่ใช้แหล่งกำเนิดแสงประเภทต่างๆ ได้แสดงให้เห็นว่าความแตกต่างในสัณฐานวิทยาของพืชและการเจริญเติบโตนั้นสัมพันธ์กับความแตกต่างในสัดส่วนของแสงสีน้ำเงินในสเปกตรัม แต่ข้อสรุปยังคงเป็นปัญหาเพราะองค์ประกอบของที่ไม่ใช่สีน้ำเงิน แสงที่ปล่อยออกมาจากหลอดไฟประเภทต่างๆ ที่ใช้นั้นแตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น แม้ว่าน้ำหนักแห้งของถั่วเหลืองและข้าวฟ่างที่ปลูกภายใต้หลอดฟลูออเรสเซนต์เดียวกันและอัตราการสังเคราะห์แสงสุทธิต่อพื้นที่ใบจะสูงกว่าการปลูกภายใต้หลอดโซเดียมความดันต่ำอย่างมีนัยสำคัญ ผลลัพธ์เหล่านี้ไม่สามารถนำมาประกอบกับแสงสีน้ำเงินได้อย่างสมบูรณ์ หลอดโซเดียมแรงดันต่ำ ฉันเกรงว่ามันจะเกี่ยวข้องกับแสงสีเหลืองและสีเขียวภายใต้หลอดโซเดียมความดันต่ำและไฟสีส้มสีแดง

น้ำหนักแห้งของต้นกล้ามะเขือเทศที่ปลูกภายใต้แสงสีขาว (ประกอบด้วยแสงสีแดง สีน้ำเงิน และสีเขียว) นั้นต่ำกว่าต้นกล้าที่ปลูกภายใต้แสงสีแดงและสีน้ำเงินอย่างมีนัยสำคัญ การตรวจจับสเปกตรัมของการยับยั้งการเจริญเติบโตในการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อระบุว่าคุณภาพของแสงที่เป็นอันตรายที่สุดคือแสงสีเขียวที่มีจุดสูงสุดที่ 550 นาโนเมตร ความสูงของพืช น้ำหนักสดและแห้งของดาวเรืองที่ปลูกภายใต้แสงสีเขียวเพิ่มขึ้น 30 เปอร์เซ็นต์เป็น 50 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับพืชที่ปลูกภายใต้แสงเต็มสเปกตรัม แสงสีเขียวที่เต็มไปด้วยแสงเต็มสเปกตรัมทำให้ต้นไม้สั้นและแห้ง และน้ำหนักสดจะลดลง การกำจัดแสงสีเขียวช่วยเพิ่มการออกดอกของดาวเรืองในขณะที่การเสริมแสงสีเขียวจะยับยั้งการออกดอกของ Dianthus และผักกาดหอม

อย่างไรก็ตาม ยังมีรายงานเกี่ยวกับแสงสีเขียวที่ส่งเสริมการเติบโต คิมและคณะ สรุปได้ว่าไฟ LED ผสมสีแดง-น้ำเงินที่เสริมด้วยแสงสีเขียวส่งผลให้พืชสามารถยับยั้งการเจริญเติบโตได้เมื่อแสงสีเขียวเกิน 50 เปอร์เซ็นต์ ในขณะที่การเจริญเติบโตของพืชจะเพิ่มขึ้นเมื่ออัตราส่วนแสงสีเขียวน้อยกว่า 24 เปอร์เซ็นต์ แม้ว่าน้ำหนักแห้งของส่วนบนของผักกาดหอมจะเพิ่มขึ้นโดยแสงสีเขียวที่เพิ่มโดยแสงจากหลอดฟลูออเรสเซนต์สีเขียวบนพื้นหลังแสงสีแดงและสีน้ำเงินที่ LED ให้มารวมกัน สรุปว่าการเพิ่มแสงสีเขียวช่วยเพิ่มการเจริญเติบโตและให้ผลผลิตมากขึ้น มวลชีวภาพมากกว่าแสงสีขาวนวลเป็นปัญหา: (1) น้ำหนักแห้งของสิ่งมีชีวิตต่อหน่วยพื้นที่ที่พวกเขาสังเกตเห็นเป็นเพียงน้ำหนักแห้งของส่วนเหนือพื้นดิน หากรวมน้ำหนักแห้งของระบบรากใต้ดิน ผลลัพธ์อาจแตกต่างกัน (2) ส่วนบนของผักกาดหอมที่ปลูกภายใต้ไฟสีแดง น้ำเงิน และเขียว พืชที่เติบโตอย่างมีนัยสำคัญภายใต้หลอดฟลูออเรสเซนต์ขาวเย็น มีแนวโน้มว่าจะมีแสงสีเขียว (ร้อยละ 24 ) บรรจุอยู่ในโคมสามสีน้อยกว่าผลมาก ของหลอดฟลูออเรสเซนต์ขาวเย็น (51 เปอร์เซ็นต์) นั่นคือผลการปราบปรามแสงสีเขียวของหลอดฟลูออเรสเซนต์สีขาวนวลมีมากกว่าสามสี ผลลัพธ์ของหลอดไฟ (3) อัตราการสังเคราะห์แสงของพืชที่ปลูกภายใต้การรวมกันของแสงสีแดงและสีน้ำเงินนั้นสูงกว่าอัตราการสังเคราะห์แสงของพืชที่ปลูกภายใต้แสงสีเขียวอย่างมาก ซึ่งสนับสนุนการเก็งกำไรครั้งก่อน

อย่างไรก็ตาม การรักษาเมล็ดด้วยเลเซอร์สีเขียวจะทำให้หัวไชเท้าและแครอทมีขนาดใหญ่เป็นสองเท่าของตัวควบคุม ชีพจรสีเขียวสลัวสามารถเร่งการยืดตัวของต้นกล้าที่เติบโตในที่มืด กล่าวคือ ส่งเสริมการยืดตัวของลำต้น การรักษาต้นกล้า Arabidopsis thaliana ด้วยแสงสีเขียวเพียงครั้งเดียว (525 nm ± 16 nm) ชีพจร (11.1 μmol·m-2·s-1, 9 วินาที) จากแหล่งกำเนิด LED ส่งผลให้การถอดเสียงแบบพลาสติดลดลง และอัตราการเจริญเติบโตของลำต้นเพิ่มขึ้น

จากข้อมูลการวิจัยทางชีววิทยาของพืชในช่วง 50 ปีที่ผ่านมา ได้มีการหารือถึงบทบาทของแสงสีเขียวในการพัฒนาพืช การออกดอก การเปิดปากใบ การเจริญเติบโตของลำต้น การแสดงออกของยีนคลอโรพลาสต์ และการควบคุมการเจริญเติบโตของพืช เชื่อกันว่าระบบการรับรู้แสงสีเขียวสอดคล้องกับเซ็นเซอร์สีแดงและสีน้ำเงิน ควบคุมการเจริญเติบโตและการพัฒนาของพืช โปรดทราบว่าในการตรวจสอบนี้ ไฟสีเขียว (500~600nm) ถูกขยายให้ครอบคลุมส่วนสีเหลืองของสเปกตรัม (580~600nm)

แสงสีเหลือง (580 ~ 600nm) ยับยั้งการเจริญเติบโตของผักกาดหอม ผลลัพธ์ของปริมาณคลอโรฟิลล์และน้ำหนักแห้งสำหรับอัตราส่วนที่แตกต่างกันของแสงสีแดง แดง น้ำเงิน อัลตราไวโอเลต และสีเหลืองตามลำดับระบุว่ามีเพียงแสงสีเหลือง (580 ~ 600 นาโนเมตร) เท่านั้นที่สามารถอธิบายความแตกต่างของผลการเจริญเติบโตระหว่างหลอดโซเดียมความดันสูงกับเมทัลฮาไลด์ โคมไฟ. นั่นคือแสงสีเหลืองยับยั้งการเจริญเติบโต นอกจากนี้ แสงสีเหลือง (สูงสุดที่ 595 นาโนเมตร) ยังยับยั้งการเติบโตของแตงกวาได้ดีกว่าแสงสีเขียว (สูงสุดที่ 520 นาโนเมตร)

ข้อสรุปบางประการเกี่ยวกับผลกระทบที่ขัดแย้งกันของแสงสีเหลือง/สีเขียวอาจเนื่องมาจากช่วงความยาวคลื่นของแสงที่ไม่สอดคล้องกันที่ใช้ในการศึกษาเหล่านี้ ยิ่งไปกว่านั้น เนื่องจากนักวิจัยบางคนจำแนกแสงตั้งแต่ 500 ถึง 600 นาโนเมตรเป็นแสงสีเขียว จึงมีงานวิจัยเพียงเล็กน้อยเกี่ยวกับผลกระทบของแสงสีเหลือง (580-600 นาโนเมตร) ต่อการเจริญเติบโตและการพัฒนาของพืช

รังสีอัลตราไวโอเลตลดพื้นที่ใบพืช ยับยั้งการยืดตัวของ hypocotyl ลดการสังเคราะห์แสงและผลผลิต และทำให้พืชไวต่อการโจมตีของเชื้อโรค แต่สามารถกระตุ้นการสังเคราะห์ฟลาโวนอยด์และกลไกการป้องกัน UV-B สามารถลดเนื้อหาของกรดแอสคอร์บิกและแคโรทีนได้ แต่สามารถส่งเสริมการสังเคราะห์แอนโธไซยานินได้อย่างมีประสิทธิภาพ รังสี UV-B ส่งผลให้เกิดฟีโนไทป์ของพืชแคระ ใบเล็กหนา ก้านใบสั้น กิ่งก้านเพิ่มขึ้น และอัตราส่วนราก/มงกุฎเปลี่ยนแปลง

ผลการสำรวจพันธุ์ข้าว 16 สายพันธุ์จาก 7 ภูมิภาคของจีน อินเดีย ฟิลิปปินส์ เนปาล ไทย เวียดนาม และศรีลังกาในเรือนเพาะชำพบว่าการเพิ่ม UV-B ส่งผลให้มวลชีวภาพรวมเพิ่มขึ้น พันธุ์ (มีเพียงพันธุ์เดียวที่ถึงระดับที่มีนัยสำคัญ จากศรีลังกา) 12 พันธุ์ (ซึ่ง 6 พันธุ์มีนัยสำคัญ) และพันธุ์ที่มีความไวต่อรังสี UV-B ลดลงอย่างมีนัยสำคัญในพื้นที่ใบและขนาดไถนา มี 6 สายพันธุ์ที่มีปริมาณคลอโรฟิลล์เพิ่มขึ้น (2 สายพันธุ์ถึงระดับที่มีนัยสำคัญ); 5 พันธุ์ที่มีอัตราการสังเคราะห์แสงของใบลดลงอย่างมีนัยสำคัญ และ 1 พันธุ์ที่มีการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญ

อัตราส่วนของ UV-B/PAR เป็นปัจจัยสำคัญในการตอบสนองต่อ UV-B ของพืช ตัวอย่างเช่น UV-B และ PAR ร่วมกันส่งผลกระทบต่อสัณฐานวิทยาและผลผลิตน้ำมันของมินต์ ซึ่งต้องการแสงธรรมชาติที่ไม่ผ่านการกรองในระดับสูง

ควรสังเกตว่าการศึกษาในห้องปฏิบัติการเกี่ยวกับผลกระทบของ UV-B แม้ว่าจะมีประโยชน์ในการระบุปัจจัยการถอดรหัสและปัจจัยทางโมเลกุลและทางสรีรวิทยาอื่น ๆ นั้นเกิดจากการใช้ระดับ UV-B ที่สูงขึ้น ไม่มี UV-A ร่วมด้วย และ PAR พื้นหลังมักจะต่ำ ผลลัพธ์มักจะไม่ถูกคาดการณ์ทางกลไกในสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติ การศึกษาภาคสนามมักใช้หลอด UV เพื่อเพิ่มหรือใช้ตัวกรองเพื่อลดระดับ UV-B