Светлината осигурява на растенията енергията, необходима за фотосинтеза, което им позволява да произвеждат органична материя ипреобразуват енергия по време на растеж и развитиеСветлината осигурява на растенията необходимата енергия и е основа за клетъчното делене и диференциация, синтеза на хлорофил, растежа на тъканите и движението на устицата. Интензитетът на светлината, фотопериодът и качеството на светлината играят важна роля в тези процеси. Захарният метаболизъм в растенията включва много регулаторни механизми. Светлината, като един от регулаторните фактори, влияе върху състава на клетъчната стена, нишестените гранули, синтеза на захароза и образуването на съдови снопчета. По подобен начин, в контекста на светлорегулирания захарен метаболизъм, видовете захари и гените също са засегнати. Разгледахме съществуващите бази данни и открихме малко подходящи обзори. Следователно, тази статия обобщава ефектите на светлината върху растежа и развитието на растенията, както и върху захарния метаболизъм, и обсъжда по-подробно механизмите на светлинното въздействие върху растенията, предоставяйки нови прозрения за регулаторните механизми на растежа на растенията при различни светлинни условия.
Светлината осигурява енергия за фотосинтезата на растенията и действа като екологичен сигнал, регулиращ множество аспекти на физиологията на растенията. Растенията могат да усетят промените във външните светлинни условия чрез различни фоторецептори, като фитохроми и фототропини, и да установят подходящи сигнални пътища за регулиране на растежа и развитието си. При условия на слаба светлина общото съдържание на сухо вещество в растенията намалява, както и скоростта на фотосинтеза, скоростта на транспирация, устичната проводимост и диаметърът на стъблото. Освен това, интензитетът на светлината е критична променлива, регулираща процеси като покълване на растенията, пролиферация и разширяване на листата, развитие на устицата, фотосинтеза и клетъчно делене. Качеството на светлината, предавана чрез фоторецепторите, регулира целия жизнен цикъл на растенията, като различното качество на светлината има различно въздействие върху морфологията на растенията, фотосинтезата, растежа и развитието на органите. Растенията могат да регулират растежа и развитието си в отговор на фотопериода, което насърчава процеси като покълване на семената, цъфтеж и узряване на плодовете. Тя участва и в реакциите на растенията към неблагоприятни фактори, адаптирайки се към различни сезонни промени (Bao et al., 2024; Chen et al., 2024; Shibaeva et al., 2024).
Захарта, основно вещество за растежа и развитието на растенията, претърпява сложен процес на транспорт и натрупване, който се влияе и регулира от множество фактори. Метаболизмът на захарта в растенията обхваща синтеза, катаболизма, усвояването и трансформацията на захарите в растенията, включително транспорт на захароза, сигнална трансдукция и синтез на нишесте и целулоза (Kudo et al., 2023; Li et al., 2023b; Lo Piccolo et al., 2024). Метаболизмът на захарта ефективно използва и регулира захарите, участва в адаптацията на растенията към промените в околната среда и осигурява енергия за растежа и развитието на растенията. Светлината влияе върху метаболизма на захарта в растенията чрез фотосинтеза, захарна сигнализация и регулиране на фотопериода, като промените в светлинните условия причиняват промени в растителните метаболити (Lopes et al., 2024; Zhang et al., 2024). Този преглед се фокусира върху ефектите на светлината върху фотосинтетичните характеристики на растенията, растежа и развитието им, както и върху метаболизма на захарта. Статията обсъжда и напредъка в изследванията върху ефектите на светлината върху физиологичните характеристики на растенията, с цел да се предостави теоретична основа за използване на светлината за регулиране на растежа на растенията и подобряване на добива и качеството. Връзката между светлината и растежа на растенията остава неясна и предполага потенциални насоки за изследване.
Светлината има много свойства, но нейният интензитет и качество имат най-голямо влияние върху растенията. Интензитетът на светлината обикновено се използва за измерване на яркостта на светлинен източник или силата на лъча. Въз основа на дължината на вълната светлината може да се раздели на ултравиолетова, видима и инфрачервена. Видимата светлина се разделя допълнително на червена, оранжева, жълта, зелена, синя, индигова и виолетова. Растенията абсорбират предимно червена и синя светлина като основна енергия за фотосинтеза (Liang et al., 2021).
Въпреки това, прилагането на различно качество на светлината на полето, контролът на фотопериода и ефектите от промените в интензитета на светлината върху растенията са сложни проблеми, които трябва да бъдат решени. Ето защо вярваме, че рационалното използване на светлинните условия може ефективно да насърчи развитието на екологията на растителното моделиране и каскадното използване на материали и енергия, като по този начин подобри ефективността на растежа на растенията и ползите за околната среда. Използвайки теорията за екологична оптимизация, адаптивността на фотосинтезата на растенията към средносрочна и дългосрочна светлина е включена в модела на земната система, за да се намали несигурността на моделирането на фотосинтезата и да се подобри точността на модела (Luo and Keenan, 2020). Растенията са склонни да се адаптират към средносрочна и дългосрочна светлина и техният фотосинтетичен капацитет и ефективност на използване на светлинна енергия в средносрочен и дългосрочен план могат да бъдат подобрени, като по този начин се постига по-ефективно екологично моделиране на полската обработка. Освен това, при прилагане на полска засаждане, интензитетът на светлината се регулира според вида на растението и характеристиките на растеж, за да се насърчи здравословният растеж на растенията. В същото време, чрез регулиране на съотношението на качеството на светлината и симулиране на естествения светлинен цикъл, е възможно да се ускори или забави цъфтежът и плододаването на растенията, като по този начин се постигне по-прецизна екологична регулация на моделирането на полето.
Светлинно регулираният захарен метаболизъм в растенията допринася за подобряване на растежа и развитието на растенията, адаптацията и устойчивостта им към стресови фактори на околната среда. Захарите, като сигнални молекули, регулират растежа и развитието на растенията, като взаимодействат с други сигнални молекули (напр. фитохормони), като по този начин влияят върху физиологичните процеси на растенията (Mukarram et al., 2023). Вярваме, че изучаването на регулаторните механизми, свързващи светлинната среда с растежа на растенията и захарния метаболизъм, ще бъде ефективна икономическа стратегия за насочване на селекционните и производствените практики. С развитието на технологиите могат да се провеждат бъдещи изследвания върху избора на източници на светлина, като например технологии за изкуствено осветление и използването на светодиоди, за да се подобри ефективността на осветлението и добива на растенията, осигурявайки повече регулаторни инструменти за изследвания на растежа и развитието на растенията (Ngcobo and Bertling, 2024). Червените и сините дължини на вълните на светлината обаче са най-широко използваните в настоящите изследвания върху ефектите на качеството на светлината върху растенията. По този начин, чрез изследване на ефектите на по-разнообразни качества на светлината, като оранжево, жълто и зелено, върху растежа и развитието на растенията, можем да разработим механизмите на действие на множество източници на светлина върху растенията, като по този начин по-ефективно използваме различни качества на светлината в практически приложения. Това изисква по-нататъшно проучване и усъвършенстване. Много процеси на растеж и развитие на растенията се регулират от фитохроми и фитохормони. Следователно, влиянието на взаимодействието на спектралната енергия и ендогенните вещества върху растежа на растенията ще бъде ключова насока на бъдещите изследвания. Освен това, задълбоченото изучаване на молекулярните механизми, чрез които различните светлинни условия влияят върху растежа и развитието на растенията, захарния метаболизъм, както и синергичните ефекти на множество фактори на околната среда върху растенията, ще допринесе за по-нататъшното развитие и използване на потенциала на различни растения, което ще позволи тяхното приложение в области като селското стопанство и биомедицината.
Време на публикуване: 11 септември 2025 г.