Svetlo poskytuje rastlinám energiu potrebnú na fotosyntézu, čo im umožňuje produkovať organickú hmotu apremieňajú energiu počas rastu a vývojaSvetlo poskytuje rastlinám potrebnú energiu a je základom pre delenie a diferenciáciu buniek, syntézu chlorofylu, rast tkanív a pohyb prieduchov. Intenzita svetla, fotoperióda a kvalita svetla zohrávajú v týchto procesoch dôležitú úlohu. Metabolizmus cukrov v rastlinách zahŕňa mnoho regulačných mechanizmov. Svetlo ako jeden z regulačných faktorov ovplyvňuje zloženie bunkovej steny, škrobových granúl, syntézu sacharózy a tvorbu cievnych zväzkov. Podobne sú v kontexte svetlom regulovaného metabolizmu cukrov ovplyvnené aj typy cukrov a gény. Preskúmali sme existujúce databázy a našli sme len málo relevantných recenzií. Preto tento článok sumarizuje účinky svetla na rast a vývoj rastlín, ako aj na metabolizmus cukrov a podrobnejšie rozoberá mechanizmy účinkov svetla na rastliny, čím poskytuje nové poznatky o regulačných mechanizmoch rastu rastlín za rôznych svetelných podmienok.
Svetlo poskytuje energiu pre fotosyntézu rastlín a pôsobí ako environmentálny signál regulujúci viacero aspektov fyziológie rastlín. Rastliny dokážu vnímať zmeny vonkajších svetelných podmienok prostredníctvom rôznych fotoreceptorov, ako sú fytochrómy a fototropíny, a vytvárať vhodné signálne dráhy na reguláciu svojho rastu a vývoja. Za slabého osvetlenia sa celkový obsah sušiny v rastlinách znižuje, rovnako ako rýchlosť fotosyntézy, rýchlosť transpirácie, vodivosť prieduchov a priemer stonky. Okrem toho je intenzita svetla kritickou premennou regulujúcou procesy, ako je klíčenie rastlín, proliferácia a rozširovanie listov, vývoj prieduchov, fotosyntéza a delenie buniek. Kvalita svetla prenášaného fotoreceptormi reguluje celý životný cyklus rastlín, pričom rôzna kvalita svetla má rôzne účinky na morfológiu rastlín, fotosyntézu, rast a vývoj orgánov. Rastliny dokážu regulovať svoj rast a vývoj v reakcii na fotoperiódu, ktorá podporuje procesy, ako je klíčenie semien, kvitnutie a dozrievanie plodov. Podieľa sa aj na reakciách rastlín na nepriaznivé faktory a prispôsobuje sa rôznym sezónnym zmenám (Bao a kol., 2024; Chen a kol., 2024; Shibaeva a kol., 2024).
Cukor, základná látka pre rast a vývoj rastlín, prechádza komplexným procesom transportu a akumulácie, ktorý je ovplyvnený a regulovaný viacerými faktormi. Metabolizmus cukrov v rastlinách zahŕňa syntézu, katabolizmus, využitie a transformáciu cukrov v rastlinách vrátane transportu sacharózy, prenosu signálov a syntézy škrobu a celulózy (Kudo a kol., 2023; Li a kol., 2023b; Lo Piccolo a kol., 2024). Metabolizmus cukrov efektívne využíva a reguluje cukry, podieľa sa na adaptácii rastlín na zmeny prostredia a poskytuje energiu pre rast a vývoj rastlín. Svetlo ovplyvňuje metabolizmus cukrov v rastlinách prostredníctvom fotosyntézy, signalizácie cukrov a regulácie fotoperiódy, pričom zmeny svetelných podmienok spôsobujú zmeny v metabolitoch rastlín (Lopes a kol., 2024; Zhang a kol., 2024). Táto recenzia sa zameriava na vplyv svetla na fotosyntetický výkon rastlín, rast a vývoj a metabolizmus cukrov. Článok tiež rozoberá pokrok vo výskume vplyvu svetla na fyziologické vlastnosti rastlín s cieľom poskytnúť teoretický základ pre využitie svetla na reguláciu rastu rastlín a zlepšenie výnosu a kvality. Vzťah medzi svetlom a rastom rastlín zostáva nejasný a naznačuje potenciálne smery výskumu.
Svetlo má mnoho vlastností, ale jeho intenzita a kvalita majú najväčší vplyv na rastliny. Intenzita svetla sa bežne používa na meranie jasu svetelného zdroja alebo sily lúča. Na základe vlnovej dĺžky možno svetlo rozdeliť na ultrafialové, viditeľné a infračervené. Viditeľné svetlo sa ďalej delí na červené, oranžové, žlté, zelené, modré, indigové a fialové. Rastliny primárne absorbujú červené a modré svetlo ako primárnu energiu pre fotosyntézu (Liang a kol., 2021).
Aplikácia rôznej kvality svetla v teréne, kontrola fotoperiódy a vplyv zmien intenzity svetla na rastliny sú však zložité problémy, ktoré je potrebné vyriešiť. Preto sa domnievame, že racionálne využívanie svetelných podmienok môže účinne podporiť rozvoj ekológie modelovania rastlín a kaskádové využívanie materiálov a energie, čím sa zlepší účinnosť rastu rastlín a environmentálne prínosy. Pomocou teórie ekologickej optimalizácie je adaptabilita fotosyntézy rastlín na strednodobé a dlhodobé svetlo začlenená do modelu zemského systému, aby sa znížila neistota modelovania fotosyntézy a zlepšila sa presnosť modelu (Luo a Keenan, 2020). Rastliny majú tendenciu prispôsobovať sa strednodobému a dlhodobému svetlu a ich fotosyntetická kapacita a účinnosť využívania svetelnej energie v strednodobom a dlhodobom horizonte sa dajú zlepšiť, čím sa efektívnejšie dosiahne ekologické modelovanie pestovania na poli. Okrem toho sa pri aplikácii poľnej výsadby intenzita svetla upravuje podľa druhu rastliny a rastových charakteristík, aby sa podporil zdravý rast rastlín. Zároveň úpravou pomeru kvality svetla a simuláciou prirodzeného svetelného cyklu je možné urýchliť alebo spomaliť kvitnutie a plodenie rastlín, čím sa dosiahne presnejšia ekologická regulácia modelovania poľa.
Svetlom regulovaný metabolizmus cukrov v rastlinách prispieva k zlepšeniu rastu a vývoja rastlín, adaptácii a odolnosti voči stresovým faktorom prostredia. Cukry ako signálne molekuly regulujú rast a vývoj rastlín interakciou s inými signálnymi molekulami (napr. fytohormónmi), čím ovplyvňujú fyziologické procesy rastlín (Mukarram a kol., 2023). Veríme, že štúdium regulačných mechanizmov spájajúcich svetelné prostredie s rastom rastlín a metabolizmom cukrov bude účinnou ekonomickou stratégiou na usmernenie šľachtiteľských a produkčných postupov. S rozvojom technológií je možné vykonávať budúci výskum výberu svetelných zdrojov, ako sú technológie umelého osvetlenia a používanie LED diód, s cieľom zlepšiť účinnosť osvetlenia a výnos rastlín, čím sa poskytne viac regulačných nástrojov pre výskum rastu a vývoja rastlín (Ngcobo a Bertling, 2024). Vlnové dĺžky červeného a modrého svetla sú však v súčasnom výskume vplyvu kvality svetla na rastliny najpoužívanejšie. Skúmaním vplyvu rozmanitejších svetelných kvalít, ako je oranžová, žltá a zelená, na rast a vývoj rastlín teda môžeme vyvinúť mechanizmy pôsobenia viacerých svetelných zdrojov na rastliny, a tým efektívnejšie využívať rôzne kvality svetla v praktických aplikáciách. To si vyžaduje ďalšie štúdium a zlepšovanie. Mnohé procesy rastu a vývoja rastlín sú regulované fytochrómami a fytohormónmi. Preto bude vplyv interakcie spektrálnej energie a endogénnych látok na rast rastlín kľúčovým smerom budúceho výskumu. Okrem toho, hĺbkové štúdium molekulárnych mechanizmov, ktorými rôzne svetelné podmienky ovplyvňujú rast a vývoj rastlín, metabolizmus cukrov, ako aj synergické účinky viacerých faktorov prostredia na rastliny, prispeje k ďalšiemu rozvoju a využitiu potenciálu rôznych rastlín, čo umožní ich uplatnenie v oblastiach ako poľnohospodárstvo a biomedicína.
Čas uverejnenia: 11. septembra 2025