Svetloba zagotavlja rastlinam energijo, potrebno za fotosintezo, kar jim omogoča proizvodnjo organskih snovi inpretvarjajo energijo med rastjo in razvojemSvetloba rastlinam zagotavlja potrebno energijo in je osnova za delitev in diferenciacijo celic, sintezo klorofila, rast tkiv in gibanje listnih rež. Intenzivnost svetlobe, fotoperioda in kakovost svetlobe igrajo pomembno vlogo v teh procesih. Presnova sladkorja v rastlinah vključuje številne regulativne mehanizme. Svetloba kot eden od regulativnih dejavnikov vpliva na sestavo celične stene, škrobnih granul, sintezo saharoze in nastanek žilnih snopov. Podobno so v kontekstu svetlobno regulirane presnove sladkorja prizadete tudi vrste sladkorjev in geni. Pregledali smo obstoječe baze podatkov in našli le malo ustreznih pregledov. Zato ta članek povzema učinke svetlobe na rast in razvoj rastlin ter na presnovo sladkorja ter podrobneje obravnava mehanizme vpliva svetlobe na rastline, kar ponuja nove vpoglede v regulativne mehanizme rasti rastlin v različnih svetlobnih pogojih.
Svetloba zagotavlja energijo za fotosintezo rastlin in deluje kot okoljski signal, ki uravnava številne vidike rastlinske fiziologije. Rastline lahko zaznavajo spremembe v zunanjih svetlobnih pogojih prek različnih fotoreceptorjev, kot so fitokromi in fototropini, ter vzpostavijo ustrezne signalne poti za uravnavanje svoje rasti in razvoja. V pogojih šibke svetlobe se skupna vsebnost suhe snovi v rastlinah zmanjša, prav tako pa tudi stopnja fotosinteze, stopnja transpiracije, prevodnost listnih rež in premer stebla. Poleg tega je intenzivnost svetlobe ključna spremenljivka, ki uravnava procese, kot so kalitev rastlin, proliferacija in širjenje listov, razvoj listnih rež, fotosinteza in delitev celic. Kakovost svetlobe, ki se prenaša skozi fotoreceptorje, uravnava celoten življenjski cikel rastlin, pri čemer ima različna kakovost svetlobe različne učinke na morfologijo rastlin, fotosintezo, rast in razvoj organov. Rastline lahko uravnavajo svojo rast in razvoj kot odziv na fotoperiod, kar spodbuja procese, kot so kalitev semen, cvetenje in zorenje plodov. Vključena je tudi v odzive rastlin na neugodne dejavnike in se prilagaja različnim sezonskim spremembam (Bao et al., 2024; Chen et al., 2024; Shibaeva et al., 2024).
Sladkor, temeljna snov za rast in razvoj rastlin, je podvržen kompleksnemu procesu transporta in kopičenja, na katerega vpliva in ga uravnava več dejavnikov. Presnova sladkorja v rastlinah zajema sintezo, katabolizem, izkoriščanje in transformacijo sladkorjev v rastlinah, vključno s transportom saharoze, prenosom signalov ter sintezo škroba in celuloze (Kudo et al., 2023; Li et al., 2023b; Lo Piccolo et al., 2024). Presnova sladkorja učinkovito izkorišča in uravnava sladkorje, sodeluje pri prilagajanju rastlin na okoljske spremembe in zagotavlja energijo za rast in razvoj rastlin. Svetloba vpliva na presnovo sladkorja v rastlinah s fotosintezo, signalizacijo sladkorja in regulacijo fotoperiode, pri čemer spremembe svetlobnih pogojev povzročajo spremembe v rastlinskih metabolitih (Lopes et al., 2024; Zhang et al., 2024). Ta pregled se osredotoča na vplive svetlobe na fotosintetsko delovanje rastlin, rast in razvoj ter presnovo sladkorja. Članek obravnava tudi napredek v raziskavah o vplivih svetlobe na fiziološke značilnosti rastlin, s ciljem zagotoviti teoretično osnovo za uporabo svetlobe za uravnavanje rasti rastlin ter izboljšanje pridelka in kakovosti. Razmerje med svetlobo in rastjo rastlin ostaja nejasno in nakazuje možne smeri raziskav.
Svetloba ima veliko lastnosti, vendar imata njena intenzivnost in kakovost največji vpliv na rastline. Intenzivnost svetlobe se običajno uporablja za merjenje svetlosti svetlobnega vira ali moči žarka. Glede na valovno dolžino lahko svetlobo delimo na ultravijolično, vidno in infrardečo. Vidna svetloba se nadalje deli na rdečo, oranžno, rumeno, zeleno, modro, indigo in vijolično. Rastline absorbirajo predvsem rdečo in modro svetlobo kot primarno energijo za fotosintezo (Liang et al., 2021).
Vendar pa so uporaba svetlobe različnih kakovosti na polju, nadzor fotoperiode in vplivi sprememb intenzivnosti svetlobe na rastline kompleksni problemi, ki jih je treba rešiti. Zato menimo, da lahko racionalna uporaba svetlobnih pogojev učinkovito spodbudi razvoj ekologije modeliranja rastlin in kaskadno uporabo materialov in energije, s čimer se izboljša učinkovitost rasti rastlin in koristi za okolje. Z uporabo teorije ekološke optimizacije je prilagodljivost fotosinteze rastlin srednjeročni in dolgoročni svetlobi vključena v model zemeljskega sistema, da se zmanjša negotovost modeliranja fotosinteze in izboljša natančnost modela (Luo in Keenan, 2020). Rastline se običajno prilagodijo srednjeročni in dolgoročni svetlobi, njihova fotosintetska sposobnost in učinkovitost rabe svetlobne energije pa se lahko izboljšata v srednjeročnem in dolgoročnem obdobju, s čimer se učinkoviteje doseže ekološko modeliranje poljske pridelave. Poleg tega se pri uporabi poljske sajenja intenzivnost svetlobe prilagaja glede na rastlinsko vrsto in značilnosti rasti, da se spodbudi zdrava rast rastlin. Hkrati je s prilagajanjem razmerja kakovosti svetlobe in simulacijo naravnega svetlobnega cikla mogoče pospešiti ali upočasniti cvetenje in plodovanje rastlin, s čimer se doseže natančnejša ekološka regulacija modeliranja polja.
Svetlobno regulirana presnova sladkorja v rastlinah prispeva k izboljšanju rasti in razvoja rastlin, prilagajanja in odpornosti na okoljske stresne dejavnike. Sladkorji kot signalne molekule uravnavajo rast in razvoj rastlin z interakcijo z drugimi signalnimi molekulami (npr. fitohormoni) in s tem vplivajo na fiziološke procese rastlin (Mukarram et al., 2023). Menimo, da bo preučevanje regulativnih mehanizmov, ki povezujejo svetlobno okolje z rastjo rastlin in presnovo sladkorja, učinkovita ekonomska strategija za usmerjanje žlahtnjenja in proizvodnih praks. Z razvojem tehnologije se lahko v prihodnje izvajajo raziskave o izbiri svetlobnih virov, kot so tehnologije umetne razsvetljave in uporaba LED diod, za izboljšanje učinkovitosti razsvetljave in pridelka rastlin, kar zagotavlja več regulativnih orodij za raziskave rasti in razvoja rastlin (Ngcobo in Bertling, 2024). Vendar pa se valovne dolžine rdeče in modre svetlobe najpogosteje uporabljajo v trenutnih raziskavah o vplivu kakovosti svetlobe na rastline. Tako lahko z raziskovanjem vplivov bolj raznolikih svetlobnih lastnosti, kot so oranžna, rumena in zelena, na rast in razvoj rastlin razvijemo mehanizme delovanja več svetlobnih virov na rastline in s tem učinkoviteje uporabimo različne lastnosti svetlobe v praktični uporabi. To zahteva nadaljnje študije in izboljšave. Številne procese rasti in razvoja rastlin uravnavajo fitokromi in fitohormoni. Zato bo vpliv interakcije spektralne energije in endogenih snovi na rast rastlin ključna smer prihodnjih raziskav. Poleg tega bo poglobljena študija molekularnih mehanizmov, s katerimi različni svetlobni pogoji vplivajo na rast in razvoj rastlin, presnovo sladkorjev, ter sinergistični učinki več okoljskih dejavnikov na rastline, prispevala k nadaljnjemu razvoju in izkoriščanju potenciala različnih rastlin, kar bo omogočilo njihovo uporabo na področjih, kot sta kmetijstvo in biomedicina.
Čas objave: 11. september 2025