窄带蓝色LED灯具有不同的峰值波长,它们在两种十字花科植物中同样能促进幼苗生长,并且其促进效果优于紫外A光和远红光

《Canadian Journal of Plant Science》:Narrowband blue LEDs with different peak wavelengths similarly promote seedling elongation and have greater promotion effects than ultraviolet A and far-red in two species of Brassicaceae

【字体: 时间:2025年09月25日 来源:Canadian Journal of Plant Science 1

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  蓝光LED光谱波长(405-455 nm)促进芝麻菜和芥菜幼苗茎伸长,抑制cotyledon展开,效果优于红光和远红光。暗处理诱导 skotomorphogenesis,蓝光通过低PPS激活phytochrome介导的遮荫反应(SARs)。UVA和FR抑制生长,与高PPS激活phylob或fr-HIR相关。不同蓝光波长效果一致,表明关键驱动因素为整体PPS而非单一波长

  植物对光照的响应是其生长发育过程中极为关键的一环,尤其在幼苗阶段,光照条件对植物形态的塑造具有深远影响。本研究聚焦于两种常见蔬菜——芝麻菜(Arugula)和芥菜(Mustard)幼苗在不同窄波段光谱处理下的生长反应,特别是纯蓝光(B)对茎伸长和遮荫避害反应(SARs)的影响。通过使用不同波长的LED光源,研究人员探讨了蓝光在不同峰值波长(405 nm、440 nm和455 nm)下对植物形态变化的差异性,同时与紫外线A(UVA)、红光(R)和远红光(FR)进行比较,以揭示这些光谱成分在植物生长调控中的作用机制。

研究发现,在所有实验处理中,纯蓝光(B)的三种波长处理(B1、B2、B3)对植物茎的伸长具有显著的促进作用。与红光(R)相比,B处理不仅增加了茎的伸长速率,还导致了子叶面积的减少和叶柄长度的增加,这些现象被认为是植物对光照条件的适应性反应。这种反应在芝麻菜中尤为明显,而芥菜则表现出较弱的反应。值得注意的是,B3处理对芥菜的鲜重产生了负面影响,这可能与该波长下植物的光合效率降低有关。

相比之下,UVA处理对茎的伸长产生了抑制作用,其效果在两种植物中均显著。尽管UVA和B都能激活隐花色素(CRY1),但UVA的光谱特性使其在促进植物伸长方面表现不佳。这可能是因为UVA处理下的光谱质量不同,导致其对植物的生理调控作用不如B处理。此外,UVA处理下的植物表现出与B处理不同的形态特征,例如子叶面积的变化趋势,这表明UVA在调控植物形态方面具有独特的机制。

远红光(FR)处理对植物茎的伸长抑制最为显著,其效果甚至超过了UVA处理。FR的光谱特性使得植物中的光敏色素(PHYs)活性降低,尤其是PHYA的激活,这在深荫蔽环境中可能对植物的生存策略产生重要影响。FR处理下的植物表现出子叶面积减小、茎部变短等特征,这与植物在深荫蔽条件下减少器官体积以节省能量的适应性策略一致。然而,FR对植物伸长的抑制作用在不同生长阶段可能有所差异,这需要进一步的研究来验证。

在黑暗处理(D)下,植物表现出典型的暗形态发生(skotomorphogenesis)特征,即茎部迅速伸长以寻找光源。然而,与纯蓝光处理相比,黑暗不仅导致了茎部的伸长,还影响了其他形态特征,如子叶面积的减少和叶柄长度的缩短。尽管两种处理都能促进茎的伸长,但其生理机制存在显著差异。纯蓝光处理下的植物伸长可能与低光敏色素光稳态(PPS)和低蓝光强度有关,而黑暗处理则依赖于植物自身的生长程序。

本研究还发现,纯蓝光处理在两种植物中都表现出类似的促进效果,尽管在芥菜中B3处理对鲜重产生了负面影响。这一结果可能与不同植物对光谱的敏感性有关,或者与B3处理下植物的光合效率降低有关。此外,纯蓝光处理下的植物形态变化与暗形态发生存在一定的相似性,例如茎部伸长和子叶面积减少,但纯蓝光处理下叶柄长度的增加和子叶颜色的变化则与暗形态发生不同,这表明纯蓝光处理可能通过不同的生理途径来调控植物的形态变化。

综上所述,纯蓝光处理在不同波长下对植物茎的伸长和形态变化具有相似的促进作用,而与其他光谱处理相比,其效果更为显著。这一发现对于优化植物生长环境,特别是在室内农业和植物工厂中,具有重要的应用价值。未来的研究可以进一步探讨不同波长蓝光对植物生长的具体机制,以及在不同植物种类和生长阶段中的表现差异。此外,还需要考虑光谱处理与其他环境因素(如温度、湿度和二氧化碳浓度)的相互作用,以全面理解植物对光照的响应机制。
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