Lumina furnizează plantelor energia necesară pentru fotosinteză, permițându-le să producă materie organică șitransformă energia în timpul creșterii și dezvoltăriiLumina furnizează plantelor energia necesară și stă la baza diviziunii și diferențierii celulare, a sintezei clorofilei, a creșterii țesuturilor și a mișcării stomatelor. Intensitatea luminii, fotoperioada și calitatea luminii joacă un rol important în aceste procese. Metabolismul zahărului la plante implică numeroase mecanisme de reglare. Lumina, ca unul dintre factorii de reglare, afectează compoziția peretelui celular, granulele de amidon, sinteza zaharozei și formarea fasciculelor vasculare. În mod similar, în contextul metabolismului zahărului reglat de lumină, sunt afectate și tipurile de zahăr și genele. Am examinat bazele de date existente și am găsit puține recenzii relevante. Prin urmare, acest articol rezumă efectele luminii asupra creșterii și dezvoltării plantelor, precum și asupra metabolismului zahărului și discută mai detaliat mecanismele efectelor luminii asupra plantelor, oferind noi perspective asupra mecanismelor de reglare a creșterii plantelor în diferite condiții de lumină.
Lumina furnizează energie pentru fotosinteza plantelor și acționează ca un semnal de mediu care reglează multiple aspecte ale fiziologiei plantelor. Plantele pot sesiza schimbările condițiilor de lumină externă prin intermediul diverșilor fotoreceptori, cum ar fi fitocromii și fototropinele, și pot stabili căi de semnalizare adecvate pentru a regla creșterea și dezvoltarea lor. În condiții de lumină slabă, conținutul total de materie uscată a plantelor scade, la fel ca și rata de fotosinteză, rata de transpirație, conductanța stomatelor și diametrul tulpinii. În plus, intensitatea luminii este o variabilă critică care reglează procese precum germinarea plantelor, proliferarea și expansiunea frunzelor, dezvoltarea stomatelor, fotosinteza și diviziunea celulară. Calitatea luminii transmise prin fotoreceptori reglează întregul ciclu de viață al plantelor, diferite calități ale luminii având efecte diferite asupra morfologiei plantelor, fotosintezei, creșterii și dezvoltării organelor. Plantele își pot regla creșterea și dezvoltarea ca răspuns la fotoperioadă, ceea ce promovează procese precum germinarea semințelor, înflorirea și coacerea fructelor. De asemenea, este implicată în răspunsurile plantelor la factorii adversi, adaptându-se la diverse schimbări sezoniere (Bao et al., 2024; Chen et al., 2024; Shibaeva et al., 2024).
Zahărul, o substanță fundamentală pentru creșterea și dezvoltarea plantelor, trece printr-un proces complex de transport și acumulare, influențat și reglat de mai mulți factori. Metabolismul zahărului la plante acoperă sinteza, catabolismul, utilizarea și transformarea zaharurilor în plante, inclusiv transportul zaharozei, transducția semnalului și sinteza amidonului și celulozei (Kudo și colab., 2023; Li și colab., 2023b; Lo Piccolo și colab., 2024). Metabolismul zahărului utilizează și reglează eficient zaharurile, participă la adaptarea plantelor la schimbările de mediu și furnizează energie pentru creșterea și dezvoltarea plantelor. Lumina influențează metabolismul zahărului la plante prin fotosinteză, semnalizare a zahărului și reglare a fotoperioadei, schimbările condițiilor de lumină provocând modificări ale metaboliților plantelor (Lopes și colab., 2024; Zhang și colab., 2024). Această analiză se concentrează pe efectele luminii asupra performanței fotosintetice, creșterii și dezvoltării plantelor și asupra metabolismului zahărului. Articolul discută, de asemenea, progresele înregistrate în cercetarea efectelor luminii asupra caracteristicilor fiziologice ale plantelor, cu scopul de a oferi o bază teoretică pentru utilizarea luminii în reglarea creșterii plantelor și îmbunătățirea randamentului și a calității. Relația dintre lumină și creșterea plantelor rămâne neclară și sugerează potențiale direcții de cercetare.
Lumina are multe proprietăți, dar intensitatea și calitatea acesteia au cel mai mare impact asupra plantelor. Intensitatea luminii este frecvent utilizată pentru a măsura luminozitatea unei surse de lumină sau puterea unui fascicul. Pe baza lungimii de undă, lumina poate fi împărțită în ultraviolet, vizibilă și infraroșie. Lumina vizibilă este împărțită în continuare în roșu, portocaliu, galben, verde, albastru, indigo și violet. Plantele absorb în principal lumina roșie și albastră ca energie principală pentru fotosinteză (Liang et al., 2021).
Cu toate acestea, aplicarea diferitelor calități ale luminii în câmp, controlul fotoperioadei și efectele schimbărilor de intensitate a luminii asupra plantelor sunt probleme complexe care trebuie rezolvate. Prin urmare, considerăm că utilizarea rațională a condițiilor de lumină poate promova eficient dezvoltarea ecologiei modelării plantelor și utilizarea în cascadă a materialelor și energiei, îmbunătățind astfel eficiența creșterii plantelor și beneficiile pentru mediu. Folosind teoria optimizării ecologice, adaptabilitatea fotosintezei plantelor la lumina pe termen mediu și lung este încorporată în modelul sistemului terestru pentru a reduce incertitudinea modelării fotosintezei și a îmbunătăți precizia modelului (Luo și Keenan, 2020). Plantele tind să se adapteze la lumina pe termen mediu și lung, iar capacitatea lor fotosintetică și eficiența utilizării energiei luminoase pe termen mediu și lung pot fi îmbunătățite, realizând astfel o modelare ecologică a cultivării pe câmp mai eficient. În plus, atunci când se aplică plantarea pe câmp, intensitatea luminii este ajustată în funcție de specia plantei și de caracteristicile de creștere pentru a promova o creștere sănătoasă a plantelor. În același timp, prin ajustarea raportului dintre calitatea luminii și simularea ciclului natural al luminii, este posibilă accelerarea sau încetinirea înfloririi și fructificării plantelor, obținându-se astfel o reglare ecologică mai precisă a modelării câmpului.
Metabolismul zaharurilor reglat de lumină la plante contribuie la îmbunătățirea creșterii și dezvoltării plantelor, a adaptării și rezistenței la factorii de stres din mediu. Zaharurile, ca molecule de semnalizare, reglează creșterea și dezvoltarea plantelor prin interacțiunea cu alte molecule de semnalizare (de exemplu, fitohormoni), influențând astfel procesele fiziologice ale plantelor (Mukarram et al., 2023). Credem că studierea mecanismelor de reglare care leagă mediul luminos de creșterea plantelor și metabolismul zaharurilor va fi o strategie economică eficientă pentru a ghida practicile de ameliorare și producție. Odată cu dezvoltarea tehnologiei, se pot efectua cercetări viitoare privind selecția surselor de lumină, cum ar fi tehnologiile de iluminat artificial și utilizarea LED-urilor, pentru a îmbunătăți eficiența iluminării și randamentul plantelor, oferind mai multe instrumente de reglare pentru cercetarea creșterii și dezvoltării plantelor (Ngcobo și Bertling, 2024). Cu toate acestea, lungimile de undă ale luminii roșii și albastre sunt cele mai utilizate în cercetările actuale privind efectele calității luminii asupra plantelor. Astfel, prin investigarea efectelor unor calități de lumină mai diverse, cum ar fi portocaliul, galbenul și verdele, asupra creșterii și dezvoltării plantelor, putem dezvolta mecanismele de acțiune ale mai multor surse de lumină asupra plantelor, utilizând astfel mai eficient diferite calități de lumină în aplicații practice. Acest lucru necesită studii și îmbunătățiri suplimentare. Multe procese de creștere și dezvoltare a plantelor sunt reglate de fitocromi și fitohormoni. Prin urmare, influența interacțiunii energiei spectrale și a substanțelor endogene asupra creșterii plantelor va fi o direcție cheie a cercetărilor viitoare. Mai mult, studiul aprofundat al mecanismelor moleculare prin care diferite condiții de lumină afectează creșterea și dezvoltarea plantelor, metabolismul zaharurilor, precum și efectele sinergice ale mai multor factori de mediu asupra plantelor, va contribui la dezvoltarea și utilizarea în continuare a potențialului diferitelor plante, ceea ce va permite aplicarea lor în domenii precum agricultura și biomedicina.
Data publicării: 11 septembrie 2025