Lys gir planter energien de trenger for fotosyntese, slik at de produserer organisk materiale ogomdanner energi under vekst og utviklingLys gir planter den nødvendige energien og er grunnlaget for celledeling og -differensiering, klorofyllsyntese, vevsvekst og stomatal bevegelse. Lysintensitet, fotoperiode og lyskvalitet spiller en viktig rolle i disse prosessene. Sukkermetabolisme i planter involverer mange reguleringsmekanismer. Lys, som en av de reguleringsfaktorene, påvirker sammensetningen av celleveggen, stivelsesgranuler, sukrosesyntese og dannelsen av karbunter. På samme måte påvirkes også sukkertyper og gener i sammenheng med lysregulert sukkermetabolisme. Vi undersøkte de eksisterende databasene og fant få relevante oversikter. Derfor oppsummerer denne artikkelen effekten av lys på plantevekst og -utvikling, samt sukkermetabolisme, og diskuterer mekanismene for lyseffekter på planter mer detaljert, noe som gir ny innsikt i de reguleringsmekanismene for plantevekst under forskjellige lysforhold.
Lys gir energi til plantefotosyntese og fungerer som et miljøsignal som regulerer flere aspekter av plantefysiologi. Planter kan sanse endringer i eksterne lysforhold gjennom ulike fotoreseptorer som fytokromer og fototropiner, og etablere passende signalveier for å regulere vekst og utvikling. Under svake lysforhold reduseres det totale tørrstoffinnholdet i plantene, i likhet med fotosyntesehastigheten, transpirasjonshastigheten, stomatal konduktans og stilkdiameteren. I tillegg er lysintensitet en kritisk variabel som regulerer prosesser som plantespiring, bladproliferasjon og -ekspansjon, stomatal utvikling, fotosyntese og celledeling. Lyskvalitet som overføres gjennom fotoreseptorer regulerer hele plantens livssyklus, der ulik lyskvalitet har ulik effekt på plantemorfologi, fotosyntese, vekst og organutvikling. Planter kan regulere veksten og utviklingen sin som respons på fotoperioden, noe som fremmer prosesser som frøspiring, blomstring og fruktmodning. Det er også involvert i planters respons på ugunstige faktorer, og tilpasser seg ulike sesongmessige endringer (Bao et al., 2024; Chen et al., 2024; Shibaeva et al., 2024).
Sukker, et grunnleggende stoff for plantevekst og -utvikling, gjennomgår en kompleks transport- og akkumuleringsprosess som påvirkes og reguleres av flere faktorer. Sukkermetabolisme i planter dekker syntese, katabolisme, utnyttelse og transformasjon av sukker i planter, inkludert sukrosetransport, signaltransduksjon og syntese av stivelse og cellulose (Kudo et al., 2023; Li et al., 2023b; Lo Piccolo et al., 2024). Sukkermetabolisme utnytter og regulerer sukker effektivt, deltar i planters tilpasning til miljøendringer og gir energi til plantevekst og -utvikling. Lys påvirker sukkermetabolismen i planter gjennom fotosyntese, sukkersignalering og regulering av fotoperiode, der endringer i lysforhold forårsaker endringer i plantemetabolitter (Lopes et al., 2024; Zhang et al., 2024). Denne gjennomgangen fokuserer på effekten av lys på planters fotosyntetiske ytelse, vekst og utvikling, og sukkermetabolisme. Artikkelen drøfter også fremdriften i forskning på effekten av lys på plantefysiologiske egenskaper, med mål om å gi et teoretisk grunnlag for bruk av lys til å regulere plantevekst og forbedre avling og kvalitet. Forholdet mellom lys og plantevekst er fortsatt uklart og antyder potensielle forskningsretninger.
Lys har mange egenskaper, men intensiteten og kvaliteten har størst innvirkning på planter. Lysintensitet brukes ofte til å måle lysstyrken til en lyskilde eller styrken til en stråle. Basert på bølgelengde kan lys deles inn i ultrafiolett, synlig og infrarødt. Synlig lys er videre delt inn i rødt, oransje, gult, grønt, blått, indigo og fiolett. Planter absorberer primært rødt og blått lys som primærenergi for fotosyntese (Liang et al., 2021).
Imidlertid er bruk av ulik lyskvalitet i felten, kontroll av fotoperiode og effektene av lysintensitetsendringer på planter komplekse problemer som må løses. Derfor tror vi at rasjonell bruk av lysforhold effektivt kan fremme utviklingen av plantemodelleringsøkologi og kaskadebruk av materialer og energi, og dermed forbedre planteveksteffektiviteten og miljøfordelene. Ved hjelp av økologisk optimaliseringsteori er tilpasningsevnen til planters fotosyntese til mellomlang og langsiktig lys innlemmet i jordsystemmodellen for å redusere usikkerheten i fotosyntesemodellering og forbedre modellens nøyaktighet (Luo og Keenan, 2020). Planter har en tendens til å tilpasse seg mellomlang og langsiktig lys, og deres fotosyntetiske kapasitet og lysenergibrukseffektivitet på mellomlang og lang sikt kan forbedres, og dermed oppnå økologisk modellering av feltdyrking mer effektivt. I tillegg justeres lysintensiteten i henhold til plantearten og vekstegenskapene når man bruker feltplanting for å fremme sunn plantevekst. Samtidig, ved å justere forholdet mellom lyskvalitet og simulere den naturlige lyssyklusen, er det mulig å akselerere eller bremse blomstringen og fruktingen til planter, og dermed oppnå mer presis økologisk regulering av feltmodellering.
Lysregulert sukkermetabolisme i planter bidrar til forbedring av plantevekst og -utvikling, tilpasning og motstand mot miljømessige stressfaktorer. Sukkerarter, som signalmolekyler, regulerer plantevekst og -utvikling ved å samhandle med andre signalmolekyler (f.eks. fytohormoner), og påvirker dermed plantefysiologiske prosesser (Mukarram et al., 2023). Vi tror at det å studere reguleringsmekanismene som knytter lysmiljøet til plantevekst og sukkermetabolisme, vil være en effektiv økonomisk strategi for å veilede avls- og produksjonspraksis. Med utviklingen av teknologi kan fremtidig forskning på valg av lyskilder, som kunstig belysningsteknologi og bruk av LED-lys, utføres for å forbedre belysningseffektiviteten og planteavkastningen, noe som gir flere reguleringsverktøy for forskning på plantevekst og -utvikling (Ngcobo og Bertling, 2024). Imidlertid er røde og blå lysbølgelengder de mest brukte i dagens forskning på effekten av lyskvalitet på planter. Ved å undersøke effekten av mer forskjellige lyskvaliteter som oransje, gul og grønn på plantevekst og -utvikling, kan vi dermed utvikle virkningsmekanismene til flere lyskilder på planter, og dermed bruke forskjellige lyskvaliteter mer effektivt i praktiske anvendelser. Dette krever ytterligere studier og forbedring. Mange prosesser for plantevekst og -utvikling reguleres av fytokromer og fytohormoner. Derfor vil påvirkningen av samspillet mellom spektral energi og endogene stoffer på plantevekst være en sentral retning for fremtidig forskning. Videre vil en grundig studie av de molekylære mekanismene som ulike lysforhold påvirker plantevekst og -utvikling, sukkermetabolisme, samt de synergistiske effektene av flere miljøfaktorer på planter, bidra til videreutvikling og bruk av potensialet til ulike planter, noe som vil muliggjøre deres anvendelse innen områder som landbruk og biomedisin.
Publisert: 11. september 2025