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植物の成長に影響を与える5つの単色ライト

Aug 01, 2019

植物の成長に影響を与える5つの単色ライト


光は植物の成長と発達の基本的な環境要因です。 それは光合成の基本的なエネルギー源であるだけでなく、植物の成長と発達の重要な調節因子でもあります。 植物の成長と発達は、光量または光強度(光子束密度、光子束密度、PFD)だけでなく、光の質、つまり異なる波長の光と放射線、および異なる組成比によっても制限されます。

太陽スペクトルは、紫外線(紫外線、UV-A320〜400nmを含むUV <400nm、uv-b280〜320nm、uv-c><> 成層圏(成層圏)でのオゾンの吸収により、UV-CとほとんどのUV-Bは地球の表面に到達しません。 地表に到達するUV-B放射の強度は、地理(高度と緯度)、時間(日中、季節変動)、気象(雲の存在、厚さなど)および大気汚染などの他の環境要因により変化します。

植物は、光環境、光強度、光の長さ、成長環境の方向の微妙な変化を検出し、この環境で生き残るために必要な生理学的および形態学的変化を開始できます。 青色光、赤色光、および遠赤色光は、植物の光形態形成の制御に重要な役割を果たします。 光受容体(フィトクロム、Phy)、クリプトクロム(Cry)、および光受容体(phototropin、Phot)は、光シグナルを受け取り、シグナル伝達を通じて植物の成長と発達を誘導します。

本明細書で使用される単色光は、特定の波長範囲の光を指す。 異なる実験で使用された同じ単色光の波長範囲は完全に一貫しておらず、波長が似ている他の単色光は、特に単色LED光源が現れる前に異なる範囲で重複することがよくあります。 このように、当然、異なる結果や矛盾する結果さえあります。

赤色光(R)は、節間伸長を阻害し、側枝と分げつを促進し、花の分化を遅らせ、アントシアニン、クロロフィル、およびカロテノイドを増加させます。 赤色光は、シロイヌナズナの根で正の光運動を引き起こす可能性があります。 赤色光は、生物的および非生物的ストレスに対する植物の抵抗性にプラスの効果をもたらします。

遠赤色光(FR)は、多くの場合、赤色光の効果を打ち消すことができます。 R / FR比が低いと、インゲンマメの光合成能力が低下します。 グロースチャンバーでは、白色蛍光灯がメイン光源として使用され、遠赤放射(734 nmの発光ピーク)にLEDが追加されて、アントシアニン、カロテノイド、クロロフィル含量、および新鮮な重量が減少し、乾燥重量、茎の長さ、葉の長さ、葉が作られます。 幅が広がります。 補足的なFRの成長への影響は、葉面積の増加による光吸収の増加による可能性があります。 低R / FR条件下で生育したシロイヌナズナは、高R / FRで生育したものよりも大きく、厚く、大きなバイオマスと強力な低温適応性を備えていました。 R / FRの異なる比率も、植物の耐塩性を変える可能性があります。

一般に、白色光の青色光の割合を増やすと、節間が短くなり、葉の面積が減り、相対成長率が減り、窒素/炭素(N / C)比が増えます。

高い植物クロロフィル合成と葉緑体形成、および高いクロロフィルa / b比と低いカロテノイドレベルを持つ葉緑体には、青色光が必要です。 赤色光下では、藻類細胞の光合成速度は徐々に低下し、青色光に進むか、連続赤色光下で青色光を追加すると、光合成速度は急速に回復しました。 暗く成長するタバコ細胞を3日間連続青色光に移したとき、ルブロス-1、5-ビスリン酸カルボキシラーゼ/オキシゲナーゼ(ルビスコ)の総量とクロロフィル含有量は急激に増加しました。 これと一致して、単位培養液の体積中の細胞の乾燥重量も急激に増加しますが、連続的な赤色光の下では非常にゆっくりと増加します。

明らかに、光合成と植物の成長には、赤色光だけでは十分ではありません。 小麦は単一の赤色LED光源の下でライフサイクルを完了できますが、背の高い植物と多数の種子を得るには、適切な量の青色光を追加する必要があります(表1)。 単一の赤色光の下で成長したレタス、ホウレンソウ、大根の収量は、赤色と青色の組み合わせで成長した植物の収量よりも低く、一方、適切な青色光と赤色と青色の組み合わせで成長した植物の収量は、涼しい白色蛍光灯の下で育った植物のそれ。 同様に、シロイヌナズナは単一の赤い光の下で種子を生産できますが、冷たい白い蛍光灯の下で成長した植物と比較して、青色光の割合が減少するにつれて(10%から1%)赤と青の光の組み合わせの下で成長します。 植物の抽だい、開花および結果は遅れた。 ただし、10%の青色光を含む赤色光と青色光の組み合わせで成長した植物の種子収量は、冷白色蛍光灯で成長した植物の半分に過ぎませんでした。 過度の青色光は、植物の成長を抑制し、節間を短くし、枝分かれを減らし、葉面積を減らし、総乾燥重量を減らします。 植物には、青色光の必要性に大きな種差があります。

異なる種類の光源を使用したいくつかの研究では、植物の形態と成長の違いがスペクトル内の青色光の割合の違いに関連していることが示されていますが、非青色の組成は使用されるさまざまなタイプのランプから放出される光は異なります。 たとえば、同じ蛍光灯の下で栽培された大豆とモロコシ植物の乾燥重量および単位葉面積あたりの正味の光合成速度は、低圧ナトリウムランプの下で栽培されたものよりも大幅に高いですが、これらの結果は完全に青い光に起因するものではありません低圧ナトリウムランプ。 不足しているのは、低圧ナトリウムランプの下の黄色と緑色の光とオレンジ色の赤色の光にも関係していると思います。

白色光(赤、青、緑の光を含む)の下で成長したトマトの実生の乾燥重量は、赤と青の光の下で成長した実生のそれよりも有意に低かった。 組織培養における成長阻害のスペクトル検出は、最も有害な光品質が550 nmにピークを持つ緑色光であることを示しました。 緑色光の光の下で成長したマリーゴールドの草丈、新鮮および乾燥重量は、全スペクトル光の下で成長した植物と比較して30%〜50%増加しました。 フルスペクトルの光で満たされた緑色の光は、植物を短く乾燥させ、新鮮な重量を減らします。 緑色の光を取り除くとマリーゴールドの開花が強化され、緑色の光を補うとナデシコとレタスの開花が抑制されます。

しかし、成長を促進する緑色の光の報告もあります。 キムら。 緑色光を補った赤青複合光(LED)は、緑色光が50%を超えると植物の成長が抑制され、緑色光の比率が24%未満になると植物の成長が促進されるという結論に達しました。 レタスの上部の乾燥重量は、LEDによって提供される赤と青の合成光の背景に緑の蛍光灯によって追加された緑の光によって増加しますが、緑の光の追加は成長を促進し、より多くを生成するという結論冷たい白色光よりもバイオマスに問題があります:(1)彼らが観測するバイオマスの乾燥重量は地上部分の乾燥重量のみです。 地下の根系の乾燥重量が含まれる場合、結果は異なる場合があります。 (2)赤、青、緑の光の下で成長したレタスの上部冷白色蛍光灯の下で大きく成長する植物は、3色ランプに含まれる緑の光(24%)が結果よりもはるかに少ない可能性があります冷白色蛍光灯の51%、つまり、冷白色蛍光灯の緑色光抑制効果は3色よりも大きい。 ランプの結果; (3)赤色光と青色光の組み合わせの下で成長した植物の光合成速度は、緑色光の下で成長した植物の光合成速度よりも著しく高く、以前の推測を裏付けています。

ただし、緑色のレーザーで種子を処理すると、大根とニンジンがコントロールの2倍の大きさになります。 暗緑色のパルスは、暗闇で成長している実生の伸びを加速する、つまり茎の伸びを促進することができます。 シロイヌナズナの実生をLED光源からの単一の緑色光(525 nm±16 nm)パルス(11.1μmol・m-2・s-1、9秒)で処理すると、色素体転写産物が減少し、茎の成長が増加しました。割合。

過去50年間の植物光生物学研究データに基づいて、植物の発育、開花、気孔の開口、茎の成長、葉緑体遺伝子の発現、および植物の成長調節における緑色光の役割が議論されました。 緑色の光知覚システムは、赤および青のセンサーと調和していると考えられています。 植物の成長と発達を調節します。 このレビューでは、緑色の光(500〜600 nm)が拡張され、スペクトルの黄色の部分(580〜600 nm)が含まれていることに注意してください。

黄色光(580〜600nm)はレタスの成長を抑制します。 異なる比率の赤、遠赤、青、紫外線、黄色光のクロロフィル含有量と乾燥重量の結果は、黄色光(580〜600nm)のみが高圧ナトリウムランプとハロゲン化金属の成長効果の違いを説明できることを示していますランプ。 つまり、黄色の光は成長を抑制します。 また、黄色の光(595 nmのピーク)は、緑色の光(520 nmのピーク)よりもキュウリの成長を強く阻害しました。

黄色/緑色光の相反する効果に関するいくつかの結論は、これらの研究で使用されている光の波長の範囲が一貫していないためかもしれません。 さらに、一部の研究者は500〜600 nmの光を緑色光として分類しているため、植物の成長と発達に対する黄色光(580〜600 nm)の影響に関する文献はほとんどありません。

紫外線は植物の葉の面積を減らし、胚軸の伸長を抑制し、光合成と生産性を低下させ、植物を病原体の攻撃を受けやすくしますが、フラボノイドの合成と防御メカニズムを誘発する可能性があります。 UV-Bはアスコルビン酸とβ-カロチンの含有量を減らすことができますが、アントシアニン合成を効果的に促進できます。 UV-B放射は、d性植物の表現型、小さく厚い葉、短い葉柄、increased窩枝の増加、および根/クラウン比の変化をもたらします。

温室内の中国、インド、フィリピン、ネパール、タイ、ベトナム、スリランカの7つの異なる地域からの16のイネ品種の調査結果は、UV-Bの追加により総バイオマスが増加することを示しました。 栽培品種(スリランカからの1つだけが有意なレベルに達した)、12品種(うち6が有意)、およびUV-B感受性の品種は葉面積と分げつのサイズが大幅に減少しました。 クロロフィル含有量が増加した6つの品種があります(そのうち2つはかなりのレベルに達します)。 葉の光合成速度が大幅に低下した5品種、および大幅に改善された1品種(その総バイオマスも有意です)。

UV-B / PARの比率は、UV-Bに対する植物の応答の重要な決定要因です。 たとえば、UV-BとPARはともに、ミントの形態とオイル収量に影響を与えます。これには、高レベルのフィルタリングされていない自然光が必要です。

UV-B効果の実験室での研究は、転写因子やその他の分子的および生理学的因子の特定には有用であるが、より高いUV-Bレベルを使用し、UV-Aを伴わず、バックグラウンドPARが低いことが多いことに注意してください結果は通常、自然環境に機械的に外挿されません。 野外調査では通常、UVランプを使用してフィルターを上げたり、UV-Bレベルを下げたりします。