A fény biztosítja a növények számára a fotoszintézishez szükséges energiát, lehetővé téve számukra a szerves anyagok előállítását ésenergiaátalakítás a növekedés és fejlődés soránA fény biztosítja a növények számára a szükséges energiát, és alapja a sejtosztódásnak és differenciálódásnak, a klorofillszintézisnek, a szövetek növekedésének és a sztómamozgásnak. A fényintenzitás, a fotoperiódus és a fényminőség fontos szerepet játszik ezekben a folyamatokban. A növények cukor-anyagcseréje számos szabályozó mechanizmust foglal magában. A fény, mint az egyik szabályozó tényező, befolyásolja a sejtfal összetételét, a keményítőszemcséket, a szacharózszintézist és az edénynyalábok kialakulását. Hasonlóképpen, a fény által szabályozott cukor-anyagcsere összefüggésében a cukortípusok és a gének is érintettek. Megvizsgáltuk a meglévő adatbázisokat, és kevés releváns áttekintést találtunk. Ezért ez a cikk összefoglalja a fény hatását a növények növekedésére és fejlődésére, valamint a cukor-anyagcserére, és részletesebben tárgyalja a fény növényekre gyakorolt hatásainak mechanizmusait, új ismereteket nyújtva a növények növekedésének szabályozási mechanizmusairól különböző fényviszonyok között.
A fény energiát biztosít a növények fotoszintéziséhez, és környezeti jelként működik, amely a növényi fiziológia számos aspektusát szabályozza. A növények különféle fotoreceptorokon, például fitokrómokon és fototropinokon keresztül érzékelik a külső fényviszonyok változásait, és megfelelő jelátviteli útvonalakat hoznak létre növekedésük és fejlődésük szabályozására. Gyenge fényviszonyok között a növény teljes szárazanyag-tartalma csökken, akárcsak a fotoszintézis sebessége, a párologtatási sebessége, a sztómavezető képessége és a szár átmérője. Ezenkívül a fényintenzitás kritikus változó, amely olyan folyamatokat szabályoz, mint a növény csírázása, a levélszaporodás és -tágulás, a sztómafejlődés, a fotoszintézis és a sejtosztódás. A fotoreceptorokon keresztül áteresztett fényminőség szabályozza a növények teljes életciklusát, a különböző fényminőségek eltérő hatással vannak a növény morfológiájára, fotoszintézisére, növekedésére és szervfejlődésére. A növények a fotoperiódusra válaszul szabályozhatják növekedésüket és fejlődésüket, ami elősegíti az olyan folyamatokat, mint a magok csírázása, a virágzás és a termés érése. A fény szerepet játszik a növények kedvezőtlen tényezőkre adott válaszaiban is, alkalmazkodva a különböző szezonális változásokhoz (Bao et al., 2024; Chen et al., 2024; Shibaeva et al., 2024).
A cukor, a növények növekedésének és fejlődésének alapvető anyaga, összetett szállítási és felhalmozódási folyamaton megy keresztül, amelyet számos tényező befolyásol és szabályoz. A növények cukor-anyagcseréje magában foglalja a cukrok szintézisét, katabolizmusát, hasznosítását és átalakítását a növényekben, beleértve a szacharóz transzportját, a jelátvitelt, valamint a keményítő és a cellulóz szintézisét (Kudo et al., 2023; Li et al., 2023b; Lo Piccolo et al., 2024). A cukor-anyagcsere hatékonyan hasznosítja és szabályozza a cukrokat, részt vesz a növények környezeti változásokhoz való alkalmazkodásában, és energiát biztosít a növények növekedéséhez és fejlődéséhez. A fény a fotoszintézis, a cukorjelzés és a fotoperiódus szabályozása révén befolyásolja a növények cukor-anyagcseréjét, a fényviszonyok változása pedig a növényi metabolitok változásait okozza (Lopes et al., 2024; Zhang et al., 2024). Ez az áttekintés a fénynek a növények fotoszintézis teljesítményére, növekedésére és fejlődésére, valamint a cukor-anyagcserére gyakorolt hatására összpontosít. A cikk a fény növények fiziológiai jellemzőire gyakorolt hatásával kapcsolatos kutatások előrehaladását is tárgyalja, azzal a céllal, hogy elméleti alapot teremtsen a fény növénynövekedés szabályozására, valamint a terméshozam és a minőség javítására való felhasználásához. A fény és a növénynövekedés közötti kapcsolat továbbra sem tisztázott, és lehetséges kutatási irányokat sugall.
A fénynek számos tulajdonsága van, de intenzitása és minősége van a legnagyobb hatással a növényekre. A fényintenzitást általában a fényforrás fényességének vagy a nyaláb erősségének mérésére használják. A hullámhossz alapján a fény ultraibolya, látható és infravörös tartományra osztható. A látható fény tovább oszlik vörös, narancssárga, sárga, zöld, kék, indigó és ibolya tartományokra. A növények elsősorban a vörös és kék fényt nyelik el a fotoszintézishez szükséges elsődleges energiaforrásként (Liang et al., 2021).
A különböző fényminőségek alkalmazása a terepen, a fotoperiódus szabályozása és a fényintenzitás-változások hatása a növényekre azonban összetett problémák, amelyeket meg kell oldani. Ezért úgy véljük, hogy a fényviszonyok racionális kihasználása hatékonyan elősegítheti a növénymodellezési ökológia fejlődését, valamint az anyagok és energia kaszkádszerű felhasználását, ezáltal javítva a növények növekedési hatékonyságát és a környezeti előnyöket. Az ökológiai optimalizálási elmélet segítségével a növények fotoszintézisének közép- és hosszú távú fényhez való alkalmazkodóképességét beépítjük a Föld rendszermodelljébe, hogy csökkentsük a fotoszintézis modellezésének bizonytalanságát és javítsuk a modell pontosságát (Luo és Keenan, 2020). A növények hajlamosak alkalmazkodni a közép- és hosszú távú fényhez, és fotoszintetikus kapacitásuk, valamint fényenergia-felhasználási hatékonyságuk közép- és hosszú távon javítható, ezáltal hatékonyabban megvalósítva a szántóföldi művelés ökológiai modellezését. Ezenkívül a szántóföldi növények alkalmazásakor a fényintenzitást a növényfajnak és a növekedési jellemzőknek megfelelően állítjuk be az egészséges növénynövekedés elősegítése érdekében. Ugyanakkor a fényminőség arányának beállításával és a természetes fényciklus szimulálásával lehetőség van a növények virágzásának és terméshozásának felgyorsítására vagy lassítására, ezáltal a terepi modellezés pontosabb ökológiai szabályozását érve el.
A növények fény által szabályozott cukoranyagcseréje hozzájárul a növények növekedésének és fejlődésének, az alkalmazkodásnak és a környezeti stresszfaktorokkal szembeni ellenállásnak a javulásához. A cukrok, mint jelzőmolekulák, más jelzőmolekulákkal (pl. fitohormonokkal) kölcsönhatásba lépve szabályozzák a növények növekedését és fejlődését, ezáltal befolyásolva a növényi fiziológiai folyamatokat (Mukarram et al., 2023). Úgy véljük, hogy a fénykörnyezetet a növények növekedéséhez és a cukoranyagcseréhez összekapcsoló szabályozó mechanizmusok vizsgálata hatékony gazdasági stratégia lesz a nemesítési és termelési gyakorlatok irányításához. A technológia fejlődésével a fényforrások kiválasztásával, például a mesterséges világítási technológiákkal és a LED-ek használatával kapcsolatos jövőbeli kutatások elvégezhetők a világítás hatékonyságának és a növények terméshozamának javítása érdekében, több szabályozó eszközt biztosítva a növénynövekedési és -fejlődési kutatásokhoz (Ngcobo és Bertling, 2024). A fényminőség növényekre gyakorolt hatásával kapcsolatos jelenlegi kutatásokban azonban a vörös és a kék fényhullámhosszak a legszélesebb körben használtak. Így a változatosabb fényminőségek, például a narancssárga, a sárga és a zöld növények növekedésére és fejlődésére gyakorolt hatásának vizsgálatával fejleszthetjük több fényforrás hatásmechanizmusát a növényeken, ezáltal hatékonyabban alkalmazva a különböző fényminőségeket a gyakorlati alkalmazásokban. Ez további tanulmányokat és fejlesztéseket igényel. A növények növekedésének és fejlődésének számos folyamatát fitokrómok és fitohormonok szabályozzák. Ezért a spektrális energia és az endogén anyagok kölcsönhatásának a növények növekedésére gyakorolt hatása a jövőbeli kutatások egyik kulcsfontosságú iránya lesz. Ezenkívül a különböző fényviszonyoknak a növények növekedését és fejlődését, a cukoranyagcserét, valamint a több környezeti tényező növényekre gyakorolt szinergikus hatását befolyásoló molekuláris mechanizmusok mélyreható vizsgálata hozzájárul a különféle növényekben rejlő lehetőségek további fejlesztéséhez és kihasználásához, ami lehetővé teszi alkalmazásukat olyan területeken, mint a mezőgazdaság és a biomedicina.
Közzététel ideje: 2025. szeptember 11.