Cahaya adalah faktor lingkungan dasar untuk pertumbuhan dan perkembangan tanaman. Ini bukan hanya sumber energi dasar untuk fotosintesis, tetapi juga pengatur penting pertumbuhan dan perkembangan tanaman. Pertumbuhan dan perkembangan tanaman tidak hanya dibatasi oleh kuantitas cahaya atau intensitas cahaya (densitas fluks foton, kerapatan fluks foton, PFD), tetapi juga oleh kualitas cahaya, yaitu panjang gelombang cahaya dan radiasi yang berbeda serta rasio komposisinya yang berbeda.
Spektrum matahari secara kasar dapat dibagi menjadi radiasi ultraviolet (ultraviolet, UV<400nm, including="" uv-a320~400nm;="" uv-b280~320nm;=""><280nm, 100~280nm),="" visible="" light="" or="" photosynthetically="" active="" radiation="" (par,="" 400~700nm,="" including="" blue="" light="" 400~500nm;="" green="" light="" 500~600nm;="" red="" light="" 600~700nm)="" and="" infrared="" radiation="" (700~800nm).="" due="" to="" the="" absorption="" of="" ozone="" in="" the="" stratosphere="" (the="" stratosphere),="" uv-c="" and="" most="" of="" the="" uv-b="" do="" not="" reach="" the="" earth's="" surface.="" the="" intensity="" of="" uv-b="" radiation="" reaching="" the="" ground="" changes="" due="" to="" geographic="" (altitude="" and="" latitude),="" time="" (day="" time,="" seasonal="" variation),="" meteorological="" (cloud="" presence,="" thickness,="" etc.)="" and="" other="" environmental="" factors="" such="" as="" air="">
Tanaman dapat mendeteksi perubahan halus dalam kualitas cahaya, intensitas cahaya, panjang cahaya, dan arah di lingkungan tumbuh, dan memulai perubahan fisiologis dan morfologi yang diperlukan untuk bertahan hidup di lingkungan ini. Cahaya biru, cahaya merah dan cahaya merah jauh memainkan peran kunci dalam mengendalikan fotomorfogenesis tanaman. Fotoreseptor (fitokrom, Phy), kriptokrom (Cry), dan fotoreseptor (fototropin, Phot) menerima sinyal cahaya dan menginduksi pertumbuhan dan perkembangan tanaman melalui transduksi sinyal.
Cahaya monokromatik seperti yang digunakan di sini mengacu pada cahaya dalam rentang panjang gelombang tertentu. Rentang panjang gelombang dari cahaya monokromatik yang sama yang digunakan dalam eksperimen yang berbeda tidak sepenuhnya konsisten, dan lampu monokromatik lain yang serupa dalam panjang gelombang sering tumpang tindih dengan luasan yang berbeda, terutama sebelum munculnya sumber cahaya LED monokromatik. Dengan cara ini, tentu saja akan ada hasil yang berbeda dan bahkan saling bertentangan.
Lampu merah (R) menghambat pemanjangan ruas, meningkatkan percabangan dan anakan lateral, menunda diferensiasi bunga, dan meningkatkan antosianin, klorofil, dan karotenoid. Lampu merah dapat menyebabkan gerakan cahaya positif pada akar Arabidopsis. Lampu merah memiliki efek positif pada ketahanan tanaman terhadap cekaman biotik dan abiotik.
Lampu merah jauh (FR) dapat melawan efek lampu merah dalam banyak kasus. Rasio R/FR yang rendah mengakibatkan penurunan kapasitas fotosintesis kacang merah. Di ruang pertumbuhan, lampu neon putih digunakan sebagai sumber cahaya utama, dan radiasi merah jauh (puncak emisi 734 nm) dilengkapi dengan LED untuk mengurangi kandungan antosianin, karotenoid dan klorofil, dan berat segar, berat kering, panjang batang, panjang daun dan daun yang dibuat. Lebarnya bertambah. Pengaruh FR tambahan pada pertumbuhan mungkin karena peningkatan penyerapan cahaya karena peningkatan luas daun. Arabidopsis thaliana yang ditanam di bawah kondisi R/FR rendah lebih besar dan lebih tebal daripada yang tumbuh di bawah R/FR tinggi, dengan biomassa besar dan kemampuan beradaptasi dingin yang kuat. Rasio R/FR yang berbeda juga dapat mengubah toleransi garam tanaman.
Secara umum, meningkatkan fraksi cahaya biru dalam cahaya putih dapat memperpendek ruas, mengurangi luas daun, mengurangi laju pertumbuhan relatif, dan meningkatkan rasio nitrogen/karbon (N/C).
Sintesis dan pembentukan klorofil tumbuhan yang tinggi serta kloroplas dengan rasio klorofil a/b tinggi dan kadar karotenoid rendah memerlukan cahaya biru. Di bawah lampu merah, laju fotosintesis sel alga secara bertahap menurun, dan laju fotosintesis pulih dengan cepat setelah beralih ke cahaya biru atau menambahkan beberapa cahaya biru di bawah lampu merah terus menerus. Ketika sel tembakau yang tumbuh gelap dipindahkan ke cahaya biru terus menerus selama 3 hari, jumlah total dan kandungan klorofil dari rubulosa-1, 5-bifosfat karboksilase/oksigenase (Rubisco) meningkat tajam. Konsisten dengan ini, berat kering sel dalam volume larutan kultur unit juga meningkat tajam, sementara itu meningkat sangat lambat di bawah lampu merah terus menerus.
Jelas, untuk fotosintesis dan pertumbuhan tanaman, hanya lampu merah saja tidak cukup. Gandum dapat menyelesaikan siklus hidupnya di bawah satu sumber LED merah, tetapi untuk mendapatkan tanaman tinggi dan biji dalam jumlah besar, jumlah cahaya biru yang sesuai harus ditambahkan (Tabel 1). Hasil tanaman selada, bayam dan lobak yang ditanam di bawah satu lampu merah lebih rendah daripada tanaman yang ditanam di bawah kombinasi merah dan biru, sedangkan hasil tanaman yang ditanam di bawah kombinasi merah dan biru dengan cahaya biru yang sesuai sebanding dengan tanaman yang tumbuh di bawah lampu neon putih dingin. Demikian pula, Arabidopsis thaliana dapat menghasilkan benih di bawah satu lampu merah, tetapi tumbuh di bawah kombinasi cahaya merah dan biru karena proporsi cahaya biru berkurang (10 persen menjadi 1 persen) dibandingkan dengan tanaman yang tumbuh di bawah lampu neon putih dingin. Pembautan tanaman, pembungaan dan hasil tertunda. Namun, hasil benih tanaman yang ditanam di bawah kombinasi cahaya merah dan biru yang mengandung 10 persen cahaya biru hanya setengah dari tanaman yang ditanam di bawah lampu neon putih dingin. Cahaya biru yang berlebihan menghambat pertumbuhan tanaman, memperpendek ruas, mengurangi percabangan, mengurangi luas daun, dan mengurangi berat kering total. Tumbuhan memiliki perbedaan spesies yang signifikan dalam kebutuhan cahaya biru.
Perlu dicatat bahwa meskipun beberapa penelitian menggunakan berbagai jenis sumber cahaya telah menunjukkan bahwa perbedaan morfologi dan pertumbuhan tanaman terkait dengan perbedaan proporsi cahaya biru dalam spektrum, kesimpulannya masih bermasalah karena komposisi non-biru. cahaya yang dipancarkan oleh berbagai jenis lampu yang digunakan berbeda-beda. Misalnya, meskipun berat kering tanaman kedelai dan sorgum yang ditanam di bawah lampu fluoresen cahaya yang sama dan laju fotosintesis bersih per satuan luas daun secara signifikan lebih tinggi daripada yang ditanam di bawah lampu natrium tekanan rendah, hasil ini tidak dapat sepenuhnya dikaitkan dengan cahaya biru di bawah lampu natrium tekanan rendah. Kurangnya, saya khawatir itu juga terkait dengan lampu kuning dan hijau di bawah lampu natrium tekanan rendah dan lampu merah oranye.
Bobot kering bibit tomat yang ditanam di bawah cahaya putih (mengandung cahaya merah, biru dan hijau) jauh lebih rendah dibandingkan dengan bibit yang ditanam di bawah cahaya merah dan biru. Deteksi spektral penghambatan pertumbuhan dalam kultur jaringan menunjukkan bahwa kualitas cahaya yang paling berbahaya adalah cahaya hijau dengan puncak pada 550 nm. Tinggi tanaman, berat segar dan kering marigold yang ditanam di bawah cahaya lampu hijau meningkat 30 persen hingga 50 persen dibandingkan dengan tanaman yang tumbuh di bawah cahaya spektrum penuh. Cahaya hijau penuh spektrum penuh cahaya menyebabkan tanaman menjadi pendek dan kering, dan berat segar berkurang. Menghapus lampu hijau memperkuat pembungaan marigold, sementara melengkapi lampu hijau menghambat pembungaan Dianthus dan selada.
Namun, ada juga laporan tentang lampu hijau yang mendorong pertumbuhan. Kim dkk. menyimpulkan bahwa lampu kombinasi merah-biru (LED) yang dilengkapi dengan lampu hijau menghasilkan kesimpulan bahwa pertumbuhan tanaman terhambat ketika lampu hijau melebihi 50 persen, sedangkan pertumbuhan tanaman meningkat ketika rasio lampu hijau kurang dari 24 persen. Meskipun berat kering bagian atas selada meningkat dengan lampu hijau yang ditambahkan oleh lampu neon hijau pada latar belakang cahaya kombinasi merah dan biru yang disediakan oleh LED, kesimpulan bahwa penambahan lampu hijau meningkatkan pertumbuhan dan menghasilkan lebih banyak. biomassa daripada cahaya putih dingin bermasalah: (1) Berat kering biomassa yang mereka amati hanya berat kering bagian atas tanah. Jika berat kering sistem akar bawah tanah disertakan, hasilnya mungkin berbeda; (2) bagian atas selada yang tumbuh di bawah lampu merah, biru dan hijau Tanaman yang tumbuh signifikan di bawah lampu fluorescent putih dingin cenderung memiliki lampu hijau (24 persen) yang terkandung dalam lampu tiga warna jauh lebih sedikit daripada hasilnya dari lampu fluorescent putih dingin (51 persen ), yaitu, efek penekanan cahaya hijau dari lampu fluorescent putih dingin lebih besar dari tiga warna. Hasil lampu; (3) Laju fotosintesis tanaman yang tumbuh di bawah kombinasi cahaya merah dan biru secara signifikan lebih tinggi daripada tanaman yang tumbuh di bawah lampu hijau, mendukung spekulasi sebelumnya.
Namun, merawat benih dengan laser hijau dapat membuat lobak dan wortel dua kali lebih besar dari kontrol. Pulsa hijau redup dapat mempercepat pemanjangan bibit yang tumbuh dalam gelap, yaitu, meningkatkan pemanjangan batang. Perlakuan bibit Arabidopsis thaliana dengan satu lampu hijau (525 nm ± 16 nm) pulsa (11,1 mol·m-2·s-1, 9 s) dari sumber LED mengakibatkan penurunan transkrip plastid dan peningkatan laju pertumbuhan batang.
Berdasarkan data penelitian fotobiologi tanaman selama 50 tahun terakhir, telah dibahas peran lampu hijau dalam perkembangan tanaman, pembungaan, pembukaan stomata, pertumbuhan batang, ekspresi gen kloroplas, dan regulasi pertumbuhan tanaman. Diyakini bahwa sistem persepsi lampu hijau selaras dengan sensor merah dan biru. Mengatur pertumbuhan dan perkembangan tanaman. Perhatikan bahwa dalam ulasan ini, lampu hijau (500~600nm) diperluas untuk menyertakan bagian spektrum kuning (580~600nm).
Cahaya kuning (580~600nm) menghambat pertumbuhan selada. Hasil kandungan klorofil dan berat kering untuk rasio yang berbeda dari cahaya merah, merah jauh, biru, ultraviolet dan kuning menunjukkan bahwa hanya cahaya kuning (580~600nm) yang dapat menjelaskan perbedaan efek pertumbuhan antara lampu sodium tekanan tinggi dan metal halide. lampu. Artinya, cahaya kuning menghambat pertumbuhan. Juga, cahaya kuning (puncak pada 595 nm) menghambat pertumbuhan mentimun lebih kuat daripada cahaya hijau (puncak pada 520 nm).
Beberapa kesimpulan tentang efek yang bertentangan dari cahaya kuning/hijau mungkin disebabkan oleh rentang panjang gelombang cahaya yang tidak konsisten yang digunakan dalam studi tersebut. Selain itu, karena beberapa peneliti mengklasifikasikan cahaya dari 500 hingga 600 nm sebagai cahaya hijau, hanya ada sedikit literatur tentang efek cahaya kuning (580-600 nm) pada pertumbuhan dan perkembangan tanaman.
Radiasi ultraviolet mengurangi luas daun tanaman, menghambat pemanjangan hipokotil, mengurangi fotosintesis dan produktivitas, dan membuat tanaman rentan terhadap serangan patogen, tetapi dapat menginduksi sintesis flavonoid dan mekanisme pertahanan. UV-B dapat mengurangi kandungan asam askorbat dan -karoten, tetapi dapat secara efektif meningkatkan sintesis antosianin. Radiasi UV-B menghasilkan fenotipe tanaman kerdil, daun kecil, tebal, tangkai daun pendek, cabang ketiak meningkat, dan perubahan rasio akar/mahkota.
Hasil investigasi pada 16 kultivar padi dari 7 daerah berbeda di China, India, Filipina, Nepal, Thailand, Vietnam dan Sri Lanka di rumah kaca menunjukkan bahwa penambahan UV-B mengakibatkan peningkatan total biomassa. Kultivar (hanya satu yang mencapai tingkat signifikan, dari Sri Lanka), 12 kultivar (6 di antaranya signifikan), dan kultivar dengan sensitivitas UV-B berkurang secara signifikan dalam luas daun dan ukuran anakan. Ada 6 kultivar dengan peningkatan kandungan klorofil (2 di antaranya mencapai tingkat signifikan); 5 kultivar dengan laju fotosintesis daun yang berkurang secara signifikan, dan 1 kultivar dengan peningkatan yang signifikan (total biomassanya juga signifikan)).
Rasio UV-B/PAR merupakan penentu penting respon tanaman terhadap UV-B. Misalnya, UV-B dan PAR bersama-sama mempengaruhi morfologi dan hasil minyak mint, yang membutuhkan cahaya alami tingkat tinggi tanpa filter.
Perlu dicatat bahwa studi laboratorium tentang efek UV-B, meskipun berguna dalam mengidentifikasi faktor transkripsi dan faktor molekuler dan fisiologis lainnya, adalah karena penggunaan tingkat UV-B yang lebih tinggi, tidak ada UV-A bersamaan dan Seringkali PAR latar belakang rendah, hasilnya biasanya tidak secara mekanis diekstrapolasi ke dalam lingkungan alam. Studi lapangan biasanya menggunakan lampu UV untuk menaikkan atau menggunakan filter untuk mengurangi tingkat UV-B.
