Обнаружение влияния качества светодиодного света на фотосинтез и углеродный обмен

Виноградные лозы, необходимые для производства вина и изюма, несут убытки из-за плохой приживаемости и сокращения новых посаженных лоз. Достижения в управлении спектрами света в питомниках обещают сделать деревья более здоровыми, но точные механизмы неясны.

Исследования показывают, что качество света, контролируемое с помощью технологии светодиодного освещения, сильно влияет на рост растений и фотосинтез, но реакция варьируется в зависимости от вида и длины волны света.

Чтобы понять, как качество света влияет на рост и метаболизм виноградной лозы, необходимы комплексные исследования, объединяющие физиологический, биохимический и транскриптомный анализы, особенно для выявления молекулярной основы влияния света на фотосинтез и динамику углерода.

В августе 2023 г. Садоводческие исследования Опубликовать Стади Под названием «Виноградные растения реагируют на различное монохроматическое освещение, регулируя фотосинтез и распределение углерода».

Исследование выявило различную реакцию растений винограда на различное качество света. При зеленом и красном свете длина ног также увеличивалась, тогда как синий свет не оказывал существенного влияния. С другой стороны, площадь отдельных или целых листьев растений практически не менялась при разных качествах освещения.

Пространственные вариации содержания хлорофилла в листьях (значение SPAD) имели типичную картину. Зеленый свет уменьшал SPAD листьев в большинстве полос, а красный свет — в меньшей степени, тогда как синий свет увеличивал SPAD листьев в средних полосах кроны.

Качество света также влияло на интенсивность света листовой пластинки в зависимости от длины волны и протяженности листьев. В частности, сине-зеленый свет увеличивал интенсивность света в нижних полосах листьев. Фотосинтез (Pn) различался у листьев в разных положениях кроны: красный свет усиливал Pn в верхних листьях.

Газообмен листьев при разном освещении изучали с помощью кривых световой реакции. Синий свет значительно увеличивал максимальную скорость фотосинтеза (Pn_выше), особенно при высокой интенсивности света. В соответствии с увеличением Pn, синий свет также увеличивал устьичную проводимость и скорость транспирации, не влияя на эффективность использования воды (ЭВП).

Напротив, зеленый свет снижает Pn._выше, небольшое снижение устьичной проводимости, увеличение скорости транспирации и значительное снижение ЭИВ. Красный свет оказал незначительное влияние на эти параметры.

На распределение сухого вещества и содержание основных углеводов над землей и под землей влияло разное качество света. Синий свет подавлял чрезмерный рост, а удельный вес листьев значительно увеличивался на 38,29%. Красный свет увеличил сухую массу стебля на 53,60%, содержание крахмала в листьях на 53,63% и содержание сахарозы в стеблях на 230%.

Анализ транскриптома всего генома показал, что различные фотосинтетические признаки вызывают специфические генетические реакции в листьях, стеблях и корнях. Паттерны экспрессии генов, связанных с фотосинтезом, передачей световых сигналов и углеродным метаболизмом, сильно различались в зависимости от качества света. Примечательно, что такие гены, как VvCOP1, VvHY5, VvHYH и VvELIP, могут играть важную роль в передаче сигналов корневых отростков.

Кроме того, анализ ассоциативной сети выявил ключевые гены, связанные с физиологическими характеристиками, такими как скорость фотосинтеза и удельный вес листьев. Например, такие гены, как VvpsbS, VvHYH и VvALDA1, продемонстрировали сильную связь с этими признаками, что позволяет предположить их потенциальную роль в реакции на качество света и регулировании фотосинтеза растений и углеродного метаболизма.

В заключение, это исследование дает ценную информацию об оптимизации качества света для роста виноградной лозы, подчеркивая различные эффекты различного качества света на рост растений, фотосинтез, распределение углерода и экспрессию генов.

Результаты подчеркивают сложность реакции растений на свет и потенциал целенаправленной световой обработки для улучшения роста и качества винограда.