Свет обеспечивает растения энергией, необходимой для фотосинтеза, позволяя им производить органические вещества ипреобразование энергии в процессе роста и развитияСвет обеспечивает растения необходимой энергией и является основой для деления и дифференциации клеток, синтеза хлорофилла, роста тканей и движения устьев. Интенсивность света, фотопериод и качество света играют важную роль в этих процессах. Метаболизм сахаров у растений включает множество регуляторных механизмов. Свет, как один из регуляторных факторов, влияет на состав клеточной стенки, крахмальных гранул, синтез сахарозы и формирование сосудистых пучков. Аналогично, в контексте регулируемого светом метаболизма сахаров также затрагиваются типы сахаров и гены. Мы изучили существующие базы данных и обнаружили лишь несколько релевантных обзоров. Поэтому в данной статье обобщается влияние света на рост и развитие растений, а также на метаболизм сахаров, и более подробно обсуждаются механизмы воздействия света на растения, предоставляя новые данные о регуляторных механизмах роста растений в различных условиях освещения.
Свет обеспечивает растения энергией для фотосинтеза и действует как сигнальный фактор окружающей среды, регулирующий множество аспектов физиологии растений. Растения могут воспринимать изменения внешних условий освещения с помощью различных фоторецепторов, таких как фитохромы и фототропины, и устанавливать соответствующие сигнальные пути для регулирования своего роста и развития. В условиях низкой освещенности общее содержание сухого вещества в растениях уменьшается, как и скорость фотосинтеза, скорость транспирации, устьичная проводимость и диаметр стебля. Кроме того, интенсивность света является критически важной переменной, регулирующей такие процессы, как прорастание растений, пролиферация и расширение листьев, развитие устьиц, фотосинтез и деление клеток. Качество света, передаваемого через фоторецепторы, регулирует весь жизненный цикл растений, при этом различное качество света по-разному влияет на морфологию растений, фотосинтез, рост и развитие органов. Растения могут регулировать свой рост и развитие в ответ на фотопериод, который способствует таким процессам, как прорастание семян, цветение и созревание плодов. Он также участвует в реакции растений на неблагоприятные факторы, адаптируясь к различным сезонным изменениям (Bao et al., 2024; Chen et al., 2024; Shibaeva et al., 2024).
Сахар, являющийся основополагающим веществом для роста и развития растений, подвергается сложному процессу транспорта и накопления, на который влияют и который регулируется множеством факторов. Метаболизм сахаров в растениях включает синтез, катаболизм, использование и трансформацию сахаров, в том числе транспорт сахарозы, передачу сигналов и синтез крахмала и целлюлозы (Kudo et al., 2023; Li et al., 2023b; Lo Piccolo et al., 2024). Метаболизм сахаров эффективно использует и регулирует сахара, участвует в адаптации растений к изменениям окружающей среды и обеспечивает энергию для роста и развития растений. Свет влияет на метаболизм сахаров в растениях посредством фотосинтеза, сахарной сигнализации и регуляции фотопериода, при этом изменения условий освещения вызывают изменения в метаболитах растений (Lopes et al., 2024; Zhang et al., 2024). Данный обзор посвящен влиянию света на фотосинтетическую активность растений, их рост и развитие, а также на метаболизм сахаров. В статье также обсуждается прогресс в исследованиях влияния света на физиологические характеристики растений с целью предоставления теоретической основы для использования света в регулировании роста растений и повышении урожайности и качества. Взаимосвязь между светом и ростом растений остается неясной и указывает на потенциальные направления исследований.
Свет обладает множеством свойств, но его интенсивность и качество оказывают наибольшее влияние на растения. Интенсивность света обычно используется для измерения яркости источника света или силы светового луча. В зависимости от длины волны свет можно разделить на ультрафиолетовый, видимый и инфракрасный. Видимый свет, в свою очередь, делится на красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, индиго и фиолетовый. Растения в основном поглощают красный и синий свет в качестве основной энергии для фотосинтеза (Liang et al., 2021).
Однако применение различного качества освещения в полевых условиях, контроль фотопериода и влияние изменений интенсивности света на растения представляют собой сложные проблемы, требующие решения. Поэтому мы считаем, что рациональное использование условий освещения может эффективно способствовать развитию экологического моделирования растений и каскадному использованию материалов и энергии, тем самым повышая эффективность роста растений и экологические преимущества. Используя теорию экологической оптимизации, адаптивность фотосинтеза растений к среднесрочному и долгосрочному освещению включена в модель земной системы для снижения неопределенности моделирования фотосинтеза и повышения точности модели (Luo and Keenan, 2020). Растения, как правило, адаптируются к среднесрочному и долгосрочному освещению, и их фотосинтетическая способность и эффективность использования световой энергии в среднесрочной и долгосрочной перспективе могут быть улучшены, что позволяет более эффективно осуществлять экологическое моделирование полевого выращивания. Кроме того, при полевых посадках интенсивность света регулируется в соответствии с видом растения и характеристиками роста для обеспечения здорового роста растений. В то же время, регулируя соотношение качества света и имитируя естественный световой цикл, можно ускорить или замедлить цветение и плодоношение растений, тем самым достигая более точного экологического регулирования при моделировании полевых условий.
Регулируемый светом метаболизм сахаров в растениях способствует улучшению роста и развития растений, их адаптации и устойчивости к стрессовым факторам окружающей среды. Сахара, как сигнальные молекулы, регулируют рост и развитие растений, взаимодействуя с другими сигнальными молекулами (например, фитогормонами), тем самым влияя на физиологические процессы растений (Mukarram et al., 2023). Мы считаем, что изучение механизмов регулирования, связывающих световую среду с ростом растений и метаболизмом сахаров, станет эффективной экономической стратегией для руководства селекционной и производственной практикой. С развитием технологий будущие исследования по выбору источников света, таких как технологии искусственного освещения и использование светодиодов, могут быть проведены для повышения эффективности освещения и урожайности растений, предоставляя больше инструментов регулирования для исследований роста и развития растений (Ngcobo and Bertling, 2024). Однако в современных исследованиях влияния качества света на растения наиболее широко используются длины волн красного и синего света. Таким образом, исследуя влияние более разнообразных качеств света, таких как оранжевый, желтый и зеленый, на рост и развитие растений, мы можем разработать механизмы действия множественных источников света на растения, тем самым более эффективно используя различные качества света в практических приложениях. Это требует дальнейшего изучения и совершенствования. Многие процессы роста и развития растений регулируются фитохромами и фитогормонами. Поэтому влияние взаимодействия спектральной энергии и эндогенных веществ на рост растений станет ключевым направлением будущих исследований. Более того, углубленное изучение молекулярных механизмов, посредством которых различные условия освещения влияют на рост и развитие растений, метаболизм сахаров, а также синергетическое воздействие множественных факторов окружающей среды на растения, будет способствовать дальнейшему развитию и использованию потенциала различных растений, что позволит применять их в таких областях, как сельское хозяйство и биомедицина.
Дата публикации: 11 сентября 2025 г.