Ljus förser växter med den energi som behövs för fotosyntes, vilket gör att de kan producera organiskt material ochomvandla energi under tillväxt och utvecklingLjus förser växter med den nödvändiga energin och är grunden för celldelning och differentiering, klorofyllsyntes, vävnadstillväxt och stomatalrörelse. Ljusintensitet, fotoperiod och ljuskvalitet spelar en viktig roll i dessa processer. Sockermetabolism hos växter involverar många regleringsmekanismer. Ljus, som en av de reglerande faktorerna, påverkar cellväggens sammansättning, stärkelsegranuler, sackarossyntes och bildandet av kärlknippen. På liknande sätt påverkas även sockertyper och gener i samband med ljusreglerad sockermetabolism. Vi undersökte de befintliga databaserna och fann få relevanta översikter. Därför sammanfattar denna artikel ljusets effekter på växters tillväxt och utveckling samt sockermetabolism och diskuterar mekanismerna för ljusets effekter på växter mer i detalj, vilket ger nya insikter i de reglerande mekanismerna för växttillväxt under olika ljusförhållanden.
Ljus ger energi för växters fotosyntes och fungerar som en miljösignal som reglerar flera aspekter av växtfysiologin. Växter kan känna av förändringar i yttre ljusförhållanden genom olika fotoreceptorer såsom fytokromer och fototropiner och etablera lämpliga signalvägar för att reglera deras tillväxt och utveckling. Under svaga ljusförhållanden minskar den totala torrsubstanshalten i växterna, liksom fotosynteshastigheten, transpirationshastigheten, stomatal konduktans och stjälkdiametern. Dessutom är ljusintensiteten en kritisk variabel som reglerar processer som växtgroning, bladproliferation och expansion, stomatal utveckling, fotosyntes och celldelning. Ljuskvalitet som överförs genom fotoreceptorer reglerar hela växters livscykel, där olika ljuskvaliteter har olika effekter på växtmorfologi, fotosyntes, tillväxt och organutveckling. Växter kan reglera sin tillväxt och utveckling som svar på fotoperioden, vilket främjar processer som frögroning, blomning och fruktmognad. Det är också involverat i växters reaktioner på ogynnsamma faktorer och anpassar sig till olika säsongsförändringar (Bao et al., 2024; Chen et al., 2024; Shibaeva et al., 2024).
Socker, ett grundläggande ämne för växters tillväxt och utveckling, genomgår en komplex transport- och ackumuleringsprocess som påverkas och regleras av flera faktorer. Sockermetabolism i växter omfattar syntes, katabolism, användning och omvandling av sockerarter i växter, inklusive sackarostransport, signaltransduktion och syntes av stärkelse och cellulosa (Kudo et al., 2023; Li et al., 2023b; Lo Piccolo et al., 2024). Sockermetabolism utnyttjar och reglerar effektivt sockerarter, deltar i växters anpassning till miljöförändringar och ger energi för växters tillväxt och utveckling. Ljus påverkar sockermetabolismen i växter genom fotosyntes, sockersignalering och fotoperiodreglering, där förändringar i ljusförhållanden orsakar förändringar i växtmetaboliter (Lopes et al., 2024; Zhang et al., 2024). Denna översikt fokuserar på ljusets effekter på växters fotosyntetiska prestanda, tillväxt och utveckling samt sockermetabolism. Artikeln diskuterar även framstegen inom forskning om ljusets effekter på växters fysiologiska egenskaper, med syftet att ge en teoretisk grund för att använda ljus för att reglera växttillväxt och förbättra avkastning och kvalitet. Sambandet mellan ljus och växttillväxt är fortfarande oklart och föreslår potentiella forskningsinriktningar.
Ljus har många egenskaper, men dess intensitet och kvalitet har störst inverkan på växter. Ljusintensitet används ofta för att mäta ljusstyrkan hos en ljuskälla eller styrkan hos en stråle. Baserat på våglängd kan ljus delas in i ultraviolett, synligt och infrarött. Synligt ljus delas vidare in i rött, orange, gult, grönt, blått, indigo och violett. Växter absorberar främst rött och blått ljus som primär energi för fotosyntes (Liang et al., 2021).
Tillämpningen av olika ljuskvaliteter i fält, kontrollen av fotoperioden och effekterna av ljusintensitetsförändringar på växter är dock komplexa problem som behöver lösas. Därför anser vi att rationell användning av ljusförhållanden effektivt kan främja utvecklingen av växtmodelleringsekologi och kaskadanvändning av material och energi, vilket därigenom förbättrar växternas tillväxteffektivitet och miljöfördelar. Med hjälp av ekologisk optimeringsteorin införlivas växternas fotosyntes anpassningsförmåga till ljus på medellång och lång sikt i jordsystemmodellen för att minska osäkerheten i fotosyntesmodelleringen och förbättra modellens noggrannhet (Luo och Keenan, 2020). Växter tenderar att anpassa sig till ljus på medellång och lång sikt, och deras fotosyntetiska kapacitet och ljusenergianvändningseffektivitet på medellång och lång sikt kan förbättras, vilket mer effektivt uppnår ekologisk modellering av fältodling. Dessutom justeras ljusintensiteten vid fältplantering efter växtarten och tillväxtegenskaperna för att främja en sund växttillväxt. Samtidigt, genom att justera förhållandet mellan ljuskvalitet och simulera den naturliga ljuscykeln, är det möjligt att påskynda eller bromsa blomningen och fruktsättningen hos växter, och därigenom uppnå en mer exakt ekologisk reglering av fältmodellering.
Ljusreglerad sockermetabolism hos växter bidrar till förbättring av växters tillväxt och utveckling, anpassning och motståndskraft mot miljömässiga stressfaktorer. Sockerarter, som signalmolekyler, reglerar växters tillväxt och utveckling genom att interagera med andra signalmolekyler (t.ex. fytohormoner), och påverkar därmed växtfysiologiska processer (Mukarram et al., 2023). Vi tror att studier av de regleringsmekanismer som kopplar samman ljusmiljön med växttillväxt och sockermetabolism kommer att vara en effektiv ekonomisk strategi för att vägleda avels- och produktionsmetoder. Med teknikens utveckling kan framtida forskning om val av ljuskällor, såsom artificiell belysningsteknik och användning av lysdioder, genomföras för att förbättra belysningseffektiviteten och växtavkastningen, vilket ger fler regleringsverktyg för forskning om växttillväxt och utveckling (Ngcobo och Bertling, 2024). Röda och blå ljusvåglängder är dock de mest använda i aktuell forskning om effekterna av ljuskvalitet på växter. Genom att undersöka effekterna av mer olika ljuskvaliteter som orange, gult och grönt på växters tillväxt och utveckling kan vi således utveckla verkningsmekanismerna för flera ljuskällor på växter och därigenom mer effektivt använda olika ljuskvaliteter i praktiska tillämpningar. Detta kräver ytterligare studier och förbättringar. Många processer för växttillväxt och utveckling regleras av fytokromer och fytohormoner. Därför kommer inverkan av interaktionen mellan spektral energi och endogena ämnen på växttillväxt att vara en viktig inriktning för framtida forskning. Dessutom kommer djupgående studier av de molekylära mekanismer genom vilka olika ljusförhållanden påverkar växttillväxt och utveckling, sockermetabolism, samt de synergistiska effekterna av flera miljöfaktorer på växter, att bidra till vidareutveckling och användning av potentialen hos olika växter, vilket möjliggör deras tillämpning inom områden som jordbruk och biomedicin.
Publiceringstid: 11 sep-2025