빛은 식물의 성장과 발달을 위한 기본적인 환경적 요소입니다. 광합성의 기본 에너지원일 뿐만 아니라 식물 성장과 발달의 중요한 조절자이기도 합니다. 식물의 성장과 발달은 빛의 양이나 광도(광자속밀도, 광자속밀도, PFD) 뿐만 아니라 빛의 질, 즉 빛과 복사선의 파장과 구성비에 의해서도 제한을 받습니다.
태양 스펙트럼은 크게 자외선(자외선, 자외선<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="">
식물은 성장하는 환경에서 빛의 질, 빛의 강도, 빛의 길이, 방향의 미묘한 변화를 감지하고 이 환경에서 생존하는 데 필요한 생리학적 및 형태학적 변화를 시작할 수 있습니다. 청색광, 적색광 및 원적외선은 식물의 광형성을 제어하는 데 중요한 역할을 합니다. 광수용체(파이토크롬, Phy), 크립토크롬(Cry) 및 광수용체(포토트로핀, Phot)는 빛 신호를 받아 신호 전달을 통해 식물의 성장과 발달을 유도합니다.
본 명세서에서 단색광은 특정 파장 범위의 광을 의미한다. 다른 실험에 사용된 동일한 단색광의 파장 범위는 완전히 일치하지 않으며, 파장이 유사한 다른 단색광은 특히 단색 LED 광원이 나타나기 전에 종종 다른 범위로 겹칩니다. 이런 식으로 자연스럽게 다르고 심지어 모순되는 결과도 있을 것입니다.
적색광(R)은 마디 사이의 신장을 억제하고, 측분지 및 분얼을 촉진하고, 꽃 분화를 지연시키고, 안토시아닌, 엽록소 및 카로티노이드를 증가시킵니다. 붉은 빛은 애기장대 뿌리에서 긍정적인 빛의 움직임을 유발할 수 있습니다. 적색광은 생물적 및 비생물적 스트레스에 대한 식물의 저항성에 긍정적인 영향을 미칩니다.
원적외선(FR)은 많은 경우에 적색광 효과를 상쇄할 수 있습니다. 낮은 R/FR 비율은 강낭콩의 광합성 능력을 감소시킵니다. 생육실에서는 백색 형광등을 주 광원으로 사용하고, 원적외선(734nm의 발광 피크)을 LED로 보충하여 안토시아닌, 카로티노이드, 엽록소 함량을 감소시키고, 건조 중량, 줄기 길이, 잎 길이 및 잎이 만들어집니다. 너비가 증가합니다. 성장에 대한 보충 FR의 효과는 증가된 잎 면적으로 인한 광 흡수의 증가 때문일 수 있습니다. 낮은 R/FR 조건에서 재배된 Arabidopsis thaliana는 높은 R/FR에서 재배된 것보다 크고 두꺼웠으며, 바이오매스가 크고 한랭 적응성이 강했습니다. R/FR의 다른 비율은 또한 식물의 염 내성을 변경할 수 있습니다.
일반적으로 백색광에서 청색광의 비율을 높이면 마디 사이가 짧아지고 잎 면적이 줄어들며 상대 성장률이 감소하고 질소/탄소(N/C) 비율이 증가할 수 있습니다.
높은 식물 엽록소 합성과 엽록체 형성, 엽록소 a/b 비율이 높고 카로티노이드 수치가 낮은 엽록체는 청색광을 필요로 합니다. 적색광 하에서 조류 세포의 광합성 속도는 점차 감소하였고, 청색광으로 이동하거나 지속적인 적색광 하에서 약간의 청색광을 추가한 후 광합성 속도가 빠르게 회복되었다. 암성장담배 세포를 3일 동안 연속 청색광으로 옮기면 rubulose-1, 5-bisphosphate carboxylase/oxygenase(Rubisco)의 총량과 엽록소 함량이 급격히 증가했습니다. 이와 일치하여 단위 배양 용액의 부피에서 세포의 건조 중량도 급격히 증가하는 반면 지속적인 적색광에서는 매우 천천히 증가합니다.
분명히 식물의 광합성과 성장에는 적색광만으로는 충분하지 않습니다. 밀은 단일 적색 LED 광원에서 수명 주기를 완료할 수 있지만 키가 큰 식물과 많은 수의 종자를 얻으려면 적절한 양의 청색광을 추가해야 합니다(표 1). 단일 적색광 하에서 재배한 상추, 시금치, 무의 수확량은 적색과 청색의 조합에서 재배된 식물의 수확량보다 낮았지만, 적절한 청색광과 적색과 청색의 조합에서 재배된 식물의 수확량은 차가운 백색 형광등 아래에서 자란 식물의 그것. 유사하게, 애기장대(Arabidopsis thaliana)는 단일 적색광 하에서 종자를 생산할 수 있지만, 청색광의 비율이 감소하는(10%에서 1%) 시원한 백색 형광등 아래에서 자란 식물에 비해 적색 및 청색광의 조합 하에서 자랍니다. 식물 볼팅, 개화 및 결과가 지연되었습니다. 그러나 10%의 청색광을 함유한 적색광과 청색광의 조합에서 재배된 식물의 종자 수확량은 차가운 백색 형광등 아래에서 재배된 식물의 종자 생산량의 절반에 불과했습니다. 과도한 청색광은 식물 성장을 억제하고 마디 사이를 단축하고 가지를 줄이며 잎 면적을 줄이며 총 건조 중량을 줄입니다. 식물은 청색광의 필요성에 있어 상당한 종 차이가 있습니다.
다른 유형의 광원을 사용하는 일부 연구에서 식물 형태 및 성장의 차이가 스펙트럼의 청색광 비율의 차이와 관련이 있음을 보여주긴 했지만 결론은 여전히 문제가 됩니다. 사용된 램프 유형에 따라 방출되는 빛이 다릅니다. 예를 들어, 동일한 형광등 아래에서 재배한 콩과 수수의 건조 중량과 단위 잎 면적당 순 광합성 비율은 저압 나트륨 램프 아래에서 재배된 것보다 상당히 높지만 이러한 결과가 완전히 청색광에 기인할 수는 없습니다. 저압 나트륨 램프. 부족, 저압 나트륨 램프 아래의 노란색과 녹색 불빛과 주황색 빨간색 불빛과도 관련이 있습니다.
백색광(적색, 청색, 녹색광 포함) 하에서 재배한 토마토 묘목의 건조 중량은 적색 및 청색광 하에서 재배된 묘목의 건조 중량보다 유의하게 낮았다. 조직 배양에서 성장 억제의 스펙트럼 검출은 가장 유해한 광 품질이 550 nm에서 피크를 갖는 녹색광임을 나타내었습니다. 녹색 조명 아래에서 자란 금잔화의 식물 높이, 신선 및 건조 무게는 전체 스펙트럼 조명 아래에서 자란 식물에 비해 30%에서 50% 증가했습니다. 전체 스펙트럼 빛으로 채워진 녹색 빛은 식물을 짧고 건조하게 만들고 신선한 무게를 줄입니다. 녹색광을 제거하면 금잔화의 개화를 강화하고 녹색광을 보충하면 패랭이꽃과 상추의 개화를 억제합니다.
그러나 녹색 빛이 성장을 촉진한다는 보고도 있습니다. Kim et al. 녹색광을 보완한 적색-청색 결합광(LED)은 녹색광 비율이 50%를 초과하면 식물 성장이 억제되고 녹색광 비율이 24% 미만이면 식물 성장이 촉진된다는 결론을 도출했습니다. 상추 상부의 건조중량은 LED가 제공하는 적색과 청색 혼합광 배경에 녹색 형광등에 의해 추가된 녹색광에 의해 증가되지만, 녹색광을 추가하면 성장을 촉진하고 더 많은 생산량을 생산한다는 결론 차가운 백색광보다 바이오매스가 문제: (1) 그들이 관찰한 바이오매스의 건조 중량은 지상 부분의 건조 중량일 뿐입니다. 지하 뿌리 시스템의 건조 중량이 포함되면 결과가 다를 수 있습니다. (2) 빨강, 파랑 및 녹색 조명 아래에서 자란 상추의 윗부분 차가운 백색 형광등 아래에서 크게 자라는 식물은 결과보다 훨씬 적은 3색 램프에 포함된 녹색광(24%)을 가질 가능성이 높습니다. 냉백색 형광등의 51%, 즉 냉백색 형광등의 녹색광 억제 효과가 3색보다 큽니다. 램프의 결과; (3) 적색광과 청색광의 조합에서 자란 식물의 광합성 속도는 녹색광 아래에서 자란 식물의 광합성 속도보다 현저히 높아 이전의 추측을 뒷받침합니다.
그러나 녹색 레이저로 씨앗을 처리하면 무와 당근이 대조군보다 두 배 더 커질 수 있습니다. 희미한 녹색 펄스는 어둠 속에서 자라는 묘목의 신장을 가속화 할 수 있습니다. 즉, 줄기 신장을 촉진합니다. LED 소스에서 단일 녹색광(525 nm ± 16 nm) 펄스(11.1 μmol·m-2·s-1, 9초)로 애기장대 묘목을 처리하면 색소체 전사체가 감소했습니다. 및 줄기 성장 속도의 증가.
지난 50년간의 식물 광생물학 연구 데이터를 바탕으로 식물 발달, 개화, 기공 열림, 줄기 성장, 엽록체 유전자 발현 및 식물 성장 조절에서 초록불의 역할에 대해 논의했습니다. 녹색 빛 인식 시스템은 빨간색 및 파란색 센서와 조화를 이루는 것으로 믿어집니다. 식물의 성장과 발달을 조절합니다. 이 리뷰에서 녹색광(500~600nm)은 스펙트럼(580~600nm)의 노란색 부분을 포함하도록 확장되었습니다.
황색광(580~600nm)은 상추의 성장을 억제합니다. 적색광, 원적색광, 청색광, 자외선광, 황색광 각각에 대한 엽록소 함량 및 건조중량의 결과는 고압 나트륨 램프와 금속 할로겐화물 사이의 성장 효과의 차이를 황색광(580~600nm)만이 설명할 수 있음을 각각 나타냅니다. 램프. 즉, 황색광은 성장을 억제합니다. 또한 황색광(595nm 피크)은 녹색광(520nm 피크)보다 오이 성장을 더 강력하게 억제했습니다.
노란색/녹색 빛의 상충되는 효과에 대한 일부 결론은 해당 연구에서 사용된 빛의 파장 범위가 일관되지 않기 때문일 수 있습니다. 게다가 일부 연구자들은 500~600nm의 빛을 녹색광으로 분류하기 때문에 황색광(580-600 nm)이 식물의 성장과 발달에 미치는 영향에 대한 문헌은 거의 없습니다.
자외선은 식물의 잎 면적을 줄이고, 배축연장을 억제하고, 광합성과 생산성을 감소시키고, 식물을 병원체 공격에 취약하게 만들지만 플라보노이드 합성과 방어 기작을 유도할 수 있습니다. UV-B는 아스코르브산과 카로틴의 함량을 감소시킬 수 있지만 효과적으로 안토시아닌 합성을 촉진할 수 있습니다. UV-B 방사선은 왜소한 식물 표현형, 작고 두꺼운 잎, 짧은 잎자루, 증가된 겨드랑이 가지 및 뿌리/크라운 비율 변화를 초래합니다.
온실에서 중국, 인도, 필리핀, 네팔, 태국, 베트남, 스리랑카 등 7개 지역의 16개 벼 품종을 조사한 결과 UV-B를 첨가하면 총 바이오매스가 증가하는 것으로 나타났습니다. 품종(스리랑카에서 1개만 유의미한 수준에 도달), 12개 품종(그 중 6개는 유의미함), UV-B 민감도를 가진 품종은 잎 면적과 경운기 크기에서 유의하게 감소했습니다. 엽록소 함량이 증가한 6가지 품종이 있습니다(그 중 2가지가 상당한 수준에 도달함). 잎 광합성율이 현저히 감소된 5품종 및 현저하게 개선된 1품종(총 바이오매스도 유의함) 증가).
UV-B/PAR의 비율은 UV-B에 대한 식물 반응의 중요한 결정 요인입니다. 예를 들어, UV-B와 PAR은 함께 높은 수준의 여과되지 않은 자연광을 필요로 하는 민트의 형태와 오일 생산량에 영향을 미칩니다.
UV-B 효과에 대한 실험실 연구는 전사 인자 및 기타 분자 및 생리학적 인자를 식별하는 데 유용하지만 더 높은 UV-B 수준, UV-A 수반 없음 및 종종 낮은 배경 PAR의 사용에 기인한다는 점에 유의해야 합니다. 결과는 일반적으로 자연 환경으로 기계적으로 외삽되지 않습니다. 현장 연구에서는 일반적으로 UV 램프를 사용하여 UV-B 수준을 높이거나 필터를 사용하여 UV-B 수준을 낮춥니다.
