"Gaismas ietekme uz augu augšanu un attīstību"

Gaisma nodrošina augus ar fotosintēzei nepieciešamo enerģiju, ļaujot tiem ražot organiskās vielas unpārveidot enerģiju augšanas un attīstības laikāGaisma nodrošina augus ar nepieciešamo enerģiju un ir pamats šūnu dalīšanai un diferenciācijai, hlorofila sintēzei, audu augšanai un atvārsnīšu kustībai. Šajos procesos svarīga loma ir gaismas intensitātei, fotoperiodam un gaismas kvalitātei. Cukura metabolisms augos ietver daudzus regulēšanas mehānismus. Gaisma kā viens no regulēšanas faktoriem ietekmē šūnas sienas sastāvu, cietes granulas, saharozes sintēzi un asinsvadu saišķu veidošanos. Līdzīgi, gaismas regulētā cukura metabolisma kontekstā tiek ietekmēti arī cukura veidi un gēni. Mēs izpētījām esošās datubāzes un atradām dažas atbilstošas ​​atsauksmes. Tāpēc šajā rakstā ir apkopota gaismas ietekme uz augu augšanu un attīstību, kā arī cukura metabolismu, un sīkāk aplūkoti gaismas ietekmes uz augiem mehānismi, sniedzot jaunu ieskatu augu augšanas regulēšanas mehānismos dažādos gaismas apstākļos.

Gaisma nodrošina enerģiju augu fotosintēzei un darbojas kā vides signāls, kas regulē vairākus augu fizioloģijas aspektus. Augi var uztvert ārējā apgaismojuma apstākļu izmaiņas, izmantojot dažādus fotoreceptorus, piemēram, fitohromus un fototropīnus, un izveidot atbilstošus signālceļus, lai regulētu to augšanu un attīstību. Vāja apgaismojuma apstākļos kopējais augu sausnas saturs samazinās, tāpat kā fotosintēzes ātrums, transpirācijas ātrums, atvārsnīšu vadītspēja un stumbra diametrs. Turklāt gaismas intensitāte ir kritisks mainīgais, kas regulē tādus procesus kā augu dīgšana, lapu proliferācija un paplašināšanās, atvārsnīšu attīstība, fotosintēze un šūnu dalīšanās. Caur fotoreceptoriem pārraidītās gaismas kvalitāte regulē visu augu dzīves ciklu, un dažādai gaismas kvalitātei ir atšķirīga ietekme uz augu morfoloģiju, fotosintēzi, augšanu un orgānu attīstību. Augi var regulēt savu augšanu un attīstību, reaģējot uz fotoperiodu, kas veicina tādus procesus kā sēklu dīgšana, ziedēšana un augļu nogatavošanās. Tā ir iesaistīta arī augu reakcijā uz nelabvēlīgiem faktoriem, pielāgojoties dažādām sezonālām izmaiņām (Bao et al., 2024; Chen et al., 2024; Shibaeva et al., 2024).
Cukurs, kas ir augu augšanas un attīstības pamatviela, tiek pakļauts sarežģītam transporta un uzkrāšanas procesam, ko ietekmē un regulē vairāki faktori. Cukura metabolisms augos aptver cukuru sintēzi, katabolismu, izmantošanu un pārveidošanu augos, tostarp saharozes transportu, signālu pārvadi un cietes un celulozes sintēzi (Kudo et al., 2023; Li et al., 2023b; Lo Piccolo et al., 2024). Cukura metabolisms efektīvi izmanto un regulē cukurus, piedalās augu adaptācijā vides izmaiņām un nodrošina enerģiju augu augšanai un attīstībai. Gaisma ietekmē cukura metabolismu augos, izmantojot fotosintēzi, cukura signalizāciju un fotoperioda regulāciju, un gaismas apstākļu izmaiņas izraisa izmaiņas augu metabolītos (Lopes et al., 2024; Zhang et al., 2024). Šajā pārskatā galvenā uzmanība pievērsta gaismas ietekmei uz augu fotosintēzes veiktspēju, augšanu un attīstību, kā arī cukura metabolismu. Rakstā ir aplūkota arī pētījumu attīstība par gaismas ietekmi uz augu fizioloģiskajām īpašībām, lai sniegtu teorētisku pamatu gaismas izmantošanai augu augšanas regulēšanai un ražas un kvalitātes uzlabošanai. Saistība starp gaismu un augu augšanu joprojām nav skaidra un liecina par iespējamiem pētījumu virzieniem.
Gaismai piemīt daudzas īpašības, taču tās intensitātei un kvalitātei ir vislielākā ietekme uz augiem. Gaismas intensitāti parasti izmanto, lai mērītu gaismas avota spilgtumu vai staru kūļa stiprumu. Pamatojoties uz viļņa garumu, gaismu var iedalīt ultravioletajā, redzamajā un infrasarkanajā gaismā. Redzamā gaisma tiek tālāk iedalīta sarkanā, oranžā, dzeltenā, zaļā, zilā, indigo un violetā gaismā. Augi galvenokārt absorbē sarkano un zilo gaismu kā primāro enerģiju fotosintēzei (Liang et al., 2021).
Tomēr dažādas gaismas kvalitātes pielietošana laukā, fotoperioda kontrole un gaismas intensitātes izmaiņu ietekme uz augiem ir sarežģītas problēmas, kas jārisina. Tāpēc mēs uzskatām, ka racionāla gaismas apstākļu izmantošana var efektīvi veicināt augu modelēšanas ekoloģijas attīstību un materiālu un enerģijas kaskādes izmantošanu, tādējādi uzlabojot augu augšanas efektivitāti un vides ieguvumus. Izmantojot ekoloģiskās optimizācijas teoriju, Zemes sistēmas modelī tiek iekļauta augu fotosintēzes pielāgošanās spēja vidēja un ilgtermiņa gaismai, lai samazinātu fotosintēzes modelēšanas nenoteiktību un uzlabotu modeļa precizitāti (Luo un Keenan, 2020). Augi mēdz pielāgoties vidēja un ilgtermiņa gaismai, un to fotosintēzes spēju un gaismas enerģijas izmantošanas efektivitāti vidējā un ilgtermiņā var uzlabot, tādējādi efektīvāk panākot lauka kultivēšanas ekoloģisko modelēšanu. Turklāt, pielietojot lauka stādīšanu, gaismas intensitāte tiek pielāgota atbilstoši augu sugai un augšanas īpašībām, lai veicinātu veselīgu augu augšanu. Vienlaikus, pielāgojot gaismas kvalitātes attiecību un simulējot dabiskās gaismas ciklu, ir iespējams paātrināt vai palēnināt augu ziedēšanu un augļošanu, tādējādi panākot precīzāku lauka modelēšanas ekoloģisko regulēšanu.
Gaismas regulēta cukuru vielmaiņa augos veicina augu augšanas un attīstības uzlabošanos, adaptāciju un izturību pret vides stresa faktoriem. Cukuri kā signālmolekulas regulē augu augšanu un attīstību, mijiedarbojoties ar citām signālmolekulām (piemēram, fitohormoniem), tādējādi ietekmējot augu fizioloģiskos procesus (Mukarram et al., 2023). Mēs uzskatām, ka regulējošo mehānismu izpēte, kas saista gaismas vidi ar augu augšanu un cukuru vielmaiņu, būs efektīva ekonomiskā stratēģija, lai vadītu selekcijas un ražošanas praksi. Attīstoties tehnoloģijām, turpmākus pētījumus par gaismas avotu izvēli, piemēram, mākslīgā apgaismojuma tehnoloģijām un LED izmantošanu, var veikt, lai uzlabotu apgaismojuma efektivitāti un augu ražu, nodrošinot vairāk regulējošu instrumentu augu augšanas un attīstības pētījumiem (Ngcobo un Bertling, 2024). Tomēr pašreizējos pētījumos par gaismas kvalitātes ietekmi uz augiem visplašāk tiek izmantoti sarkanās un zilās gaismas viļņu garumi. Tādējādi, pētot daudzveidīgāku gaismas īpašību, piemēram, oranžas, dzeltenas un zaļas, ietekmi uz augu augšanu un attīstību, mēs varam izstrādāt vairāku gaismas avotu darbības mehānismus uz augiem, tādējādi efektīvāk izmantojot dažādas gaismas īpašības praktiskos pielietojumos. Tas prasa turpmākus pētījumus un uzlabojumus. Daudzus augu augšanas un attīstības procesus regulē fitohromi un fitohormoni. Tāpēc spektrālās enerģijas un endogēno vielu mijiedarbības ietekme uz augu augšanu būs viens no galvenajiem turpmāko pētījumu virzieniem. Turklāt padziļināta dažādu gaismas apstākļu ietekmes uz augu augšanu un attīstību, cukuru metabolismu, kā arī daudzu vides faktoru sinerģiskās ietekmes uz augiem molekulāro mehānismu izpēte veicinās dažādu augu potenciāla tālāku attīstību un izmantošanu, kas ļaus tos pielietot tādās jomās kā lauksaimniecība un biomedicīna.