Світло забезпечує рослини енергією, необхідною для фотосинтезу, дозволяючи їм виробляти органічні речовини таперетворюють енергію під час росту та розвиткуСвітло забезпечує рослини необхідною енергією та є основою для поділу та диференціації клітин, синтезу хлорофілу, росту тканин та руху продихів. Інтенсивність світла, фотоперіод та якість світла відіграють важливу роль у цих процесах. Метаболізм цукру в рослинах включає багато регуляторних механізмів. Світло, як один із регуляторних факторів, впливає на склад клітинної стінки, крохмальні гранули, синтез сахарози та формування судинних пучків. Аналогічно, в контексті світлорегульованого метаболізму цукру, типи цукру та гени також зазнають впливу. Ми дослідили існуючі бази даних і знайшли мало відповідних оглядів. Тому в цій статті підсумовано вплив світла на ріст і розвиток рослин, а також на метаболізм цукру, і більш детально обговорюються механізми впливу світла на рослини, надаючи нове розуміння регуляторних механізмів росту рослин за різних умов освітлення.
Світло забезпечує енергію для фотосинтезу рослин і діє як сигнал навколишнього середовища, що регулює численні аспекти фізіології рослин. Рослини можуть відчувати зміни зовнішніх умов освітлення за допомогою різних фоторецепторів, таких як фітохроми та фототропіни, і встановлювати відповідні сигнальні шляхи для регулювання свого росту та розвитку. За умов низької освітленості загальний вміст сухої речовини рослин зменшується, як і швидкість фотосинтезу, швидкість транспірації, продихальна провідність та діаметр стебла. Крім того, інтенсивність світла є критичною змінною, що регулює такі процеси, як проростання рослин, розмноження та розширення листя, розвиток продихів, фотосинтез та поділ клітин. Якість світла, що проходить через фоторецептори, регулює весь життєвий цикл рослин, причому різна якість світла має різний вплив на морфологію рослин, фотосинтез, ріст та розвиток органів. Рослини можуть регулювати свій ріст і розвиток у відповідь на фотоперіод, що сприяє таким процесам, як проростання насіння, цвітіння та дозрівання плодів. Воно також бере участь у реакції рослин на несприятливі фактори, адаптуючись до різних сезонних змін (Bao et al., 2024; Chen et al., 2024; Shibaeva et al., 2024).
Цукор, фундаментальна речовина для росту та розвитку рослин, проходить складний процес транспортування та накопичення, на який впливають та регулюються численні фактори. Метаболізм цукру в рослинах охоплює синтез, катаболізм, використання та трансформацію цукрів у рослинах, включаючи транспорт сахарози, передачу сигналів та синтез крохмалю та целюлози (Kudo et al., 2023; Li et al., 2023b; Lo Piccolo et al., 2024). Метаболізм цукру ефективно використовує та регулює цукри, бере участь в адаптації рослин до змін навколишнього середовища та забезпечує енергією для росту та розвитку рослин. Світло впливає на метаболізм цукру в рослинах через фотосинтез, передачу сигналів цукру та регуляцію фотоперіоду, причому зміни умов освітлення спричиняють зміни в метаболітах рослин (Lopes et al., 2024; Zhang et al., 2024). Цей огляд зосереджений на впливі світла на фотосинтетичну продуктивність рослин, ріст та розвиток, а також метаболізм цукру. У статті також обговорюється прогрес у дослідженнях впливу світла на фізіологічні характеристики рослин з метою забезпечення теоретичної основи для використання світла для регулювання росту рослин та покращення врожайності та якості. Зв'язок між світлом і ростом рослин залишається незрозумілим і вказує на потенційні напрямки досліджень.
Світло має багато властивостей, але його інтенсивність та якість мають найбільший вплив на рослини. Інтенсивність світла зазвичай використовується для вимірювання яскравості джерела світла або сили променя. За довжиною хвилі світло можна розділити на ультрафіолетове, видиме та інфрачервоне. Видиме світло також поділяється на червоне, помаранчеве, жовте, зелене, синє, індиго та фіолетове. Рослини в основному поглинають червоне та синє світло як основну енергію для фотосинтезу (Liang et al., 2021).
Однак, застосування різної якості світла в полі, контроль фотоперіоду та вплив змін інтенсивності світла на рослини – це складні проблеми, які потребують вирішення. Тому ми вважаємо, що раціональне використання світлових умов може ефективно сприяти розвитку екології моделювання рослин та каскадному використанню матеріалів та енергії, тим самим покращуючи ефективність росту рослин та переваги для навколишнього середовища. Використовуючи теорію екологічної оптимізації, адаптивність фотосинтезу рослин до середньо- та довгострокового світла включена в модель земної системи, щоб зменшити невизначеність моделювання фотосинтезу та підвищити точність моделі (Luo and Keenan, 2020). Рослини, як правило, адаптуються до середньо- та довгострокового світла, і їхня фотосинтетична здатність та ефективність використання світлової енергії в середньо- та довгостроковій перспективі можуть бути покращені, тим самим ефективніше досягаючи екологічного моделювання польового обробітку. Крім того, при застосуванні польового посіву інтенсивність світла регулюється відповідно до виду рослин та характеристик росту, щоб сприяти здоровому росту рослин. Водночас, регулюючи співвідношення якості світла та імітуючи природний світловий цикл, можна прискорити або уповільнити цвітіння та плодоношення рослин, тим самим досягаючи більш точного екологічного регулювання моделювання поля.
Світлорегульований метаболізм цукру в рослинах сприяє покращенню росту та розвитку рослин, адаптації та стійкості до стресових факторів навколишнього середовища. Цукри, як сигнальні молекули, регулюють ріст і розвиток рослин, взаємодіючи з іншими сигнальними молекулами (наприклад, фітогормонами), тим самим впливаючи на фізіологічні процеси рослин (Mukarram et al., 2023). Ми вважаємо, що вивчення регуляторних механізмів, що пов'язують світлове середовище з ростом рослин та метаболізмом цукру, буде ефективною економічною стратегією для керівництва селекційною та виробничою практикою. З розвитком технологій, майбутні дослідження щодо вибору джерел світла, таких як технології штучного освітлення та використання світлодіодів, можуть бути проведені для підвищення ефективності освітлення та врожайності рослин, забезпечуючи більше регуляторних інструментів для досліджень росту та розвитку рослин (Ngcobo and Bertling, 2024). Однак, червоні та сині довжини хвиль світла є найбільш широко використовуваними в сучасних дослідженнях впливу якості світла на рослини. Таким чином, досліджуючи вплив більш різноманітних якостей світла, таких як помаранчевий, жовтий та зелений, на ріст та розвиток рослин, ми можемо розробити механізми дії кількох джерел світла на рослини, тим самим ефективніше використовуючи різні якості світла в практичному застосуванні. Це вимагає подальшого вивчення та вдосконалення. Багато процесів росту та розвитку рослин регулюються фітохромами та фітогормонами. Тому вплив взаємодії спектральної енергії та ендогенних речовин на ріст рослин буде ключовим напрямком майбутніх досліджень. Більше того, поглиблене вивчення молекулярних механізмів, за допомогою яких різні світлові умови впливають на ріст і розвиток рослин, метаболізм цукру, а також синергетичний вплив багатьох факторів навколишнього середовища на рослини, сприятиме подальшому розвитку та використанню потенціалу різних рослин, що дозволить їх застосування в таких галузях, як сільське господарство та біомедицина.
Час публікації: 11 вересня 2025 р.