La luce fornisce alle piante l'energia necessaria per la fotosintesi, consentendo loro di produrre materia organica econvertire l'energia durante la crescita e lo sviluppoLa luce fornisce alle piante l'energia necessaria ed è alla base della divisione e della differenziazione cellulare, della sintesi della clorofilla, della crescita dei tessuti e del movimento degli stomi. L'intensità luminosa, il fotoperiodo e la qualità della luce svolgono un ruolo importante in questi processi. Il metabolismo degli zuccheri nelle piante coinvolge molti meccanismi regolatori. La luce, come uno dei fattori regolatori, influenza la composizione della parete cellulare, i granuli di amido, la sintesi del saccarosio e la formazione dei fasci vascolari. Analogamente, nel contesto del metabolismo degli zuccheri regolato dalla luce, anche i tipi di zuccheri e i geni ne sono influenzati. Abbiamo esaminato i database esistenti e trovato poche revisioni pertinenti. Pertanto, questo articolo riassume gli effetti della luce sulla crescita e lo sviluppo delle piante, nonché sul metabolismo degli zuccheri, e discute i meccanismi degli effetti della luce sulle piante in modo più dettagliato, fornendo nuove informazioni sui meccanismi regolatori della crescita delle piante in diverse condizioni di luce.
La luce fornisce energia per la fotosintesi delle piante e agisce come un segnale ambientale che regola molteplici aspetti della fisiologia vegetale. Le piante possono percepire i cambiamenti nelle condizioni di luce esterna attraverso vari fotorecettori come fitocromi e fototropine e stabilire percorsi di segnalazione appropriati per regolare la loro crescita e sviluppo. In condizioni di scarsa illuminazione, il contenuto totale di sostanza secca delle piante diminuisce, così come il tasso di fotosintesi, il tasso di traspirazione, la conduttanza stomatica e il diametro del fusto. Inoltre, l'intensità luminosa è una variabile critica che regola processi come la germinazione delle piante, la proliferazione e l'espansione delle foglie, lo sviluppo stomatico, la fotosintesi e la divisione cellulare. La qualità della luce trasmessa attraverso i fotorecettori regola l'intero ciclo vitale delle piante, con diverse qualità di luce che hanno effetti diversi sulla morfologia della pianta, sulla fotosintesi, sulla crescita e sullo sviluppo degli organi. Le piante possono regolare la loro crescita e il loro sviluppo in risposta al fotoperiodo, che promuove processi come la germinazione dei semi, la fioritura e la maturazione dei frutti. È inoltre coinvolto nelle risposte delle piante a fattori avversi, adattandosi a vari cambiamenti stagionali (Bao et al., 2024; Chen et al., 2024; Shibaeva et al., 2024).
Lo zucchero, una sostanza fondamentale per la crescita e lo sviluppo delle piante, subisce un complesso processo di trasporto e accumulo influenzato e regolato da molteplici fattori. Il metabolismo degli zuccheri nelle piante comprende la sintesi, il catabolismo, l'utilizzo e la trasformazione degli zuccheri, inclusi il trasporto del saccarosio, la trasduzione del segnale e la sintesi di amido e cellulosa (Kudo et al., 2023; Li et al., 2023b; Lo Piccolo et al., 2024). Il metabolismo degli zuccheri utilizza e regola in modo efficiente gli zuccheri, partecipa all'adattamento delle piante ai cambiamenti ambientali e fornisce energia per la crescita e lo sviluppo. La luce influenza il metabolismo degli zuccheri nelle piante attraverso la fotosintesi, la segnalazione degli zuccheri e la regolazione del fotoperiodo, con variazioni delle condizioni di luce che causano alterazioni nei metaboliti vegetali (Lopes et al., 2024; Zhang et al., 2024). Questa revisione si concentra sugli effetti della luce sulle prestazioni fotosintetiche delle piante, sulla crescita e sullo sviluppo e sul metabolismo degli zuccheri. L'articolo discute anche i progressi della ricerca sugli effetti della luce sulle caratteristiche fisiologiche delle piante, con l'obiettivo di fornire una base teorica per l'utilizzo della luce per regolare la crescita delle piante e migliorarne resa e qualità. La relazione tra luce e crescita delle piante rimane poco chiara e suggerisce potenziali direzioni di ricerca.
La luce ha molte proprietà, ma la sua intensità e qualità hanno il maggiore impatto sulle piante. L'intensità luminosa è comunemente utilizzata per misurare la luminosità di una sorgente luminosa o la potenza di un fascio. In base alla lunghezza d'onda, la luce può essere suddivisa in ultravioletta, visibile e infrarossa. La luce visibile è ulteriormente suddivisa in rossa, arancione, gialla, verde, blu, indaco e violetta. Le piante assorbono principalmente la luce rossa e blu come energia primaria per la fotosintesi (Liang et al., 2021).
Tuttavia, l'applicazione di diverse qualità di luce sul campo, il controllo del fotoperiodo e gli effetti delle variazioni di intensità luminosa sulle piante sono problemi complessi che devono essere risolti. Pertanto, crediamo che l'uso razionale delle condizioni di luce possa promuovere efficacemente lo sviluppo di un'ecologia di modellazione delle piante e l'uso a cascata di materiali ed energia, migliorando così l'efficienza di crescita delle piante e i benefici ambientali. Utilizzando la teoria dell'ottimizzazione ecologica, l'adattabilità della fotosintesi delle piante alla luce a medio e lungo termine viene incorporata nel modello del sistema Terra per ridurre l'incertezza della modellazione della fotosintesi e migliorarne l'accuratezza (Luo e Keenan, 2020). Le piante tendono ad adattarsi alla luce a medio e lungo termine e la loro capacità fotosintetica e l'efficienza nell'uso dell'energia luminosa a medio e lungo termine possono essere migliorate, ottenendo così una modellazione ecologica più efficace della coltivazione in pieno campo. Inoltre, quando si applica la semina in pieno campo, l'intensità luminosa viene regolata in base alla specie vegetale e alle caratteristiche di crescita per promuovere una crescita sana delle piante. Allo stesso tempo, regolando il rapporto della qualità della luce e simulando il ciclo naturale della luce, è possibile accelerare o rallentare la fioritura e la fruttificazione delle piante, ottenendo così una regolazione ecologica più precisa della modellazione del campo.
Il metabolismo degli zuccheri regolato dalla luce nelle piante contribuisce al miglioramento della crescita e dello sviluppo, dell'adattamento e della resistenza delle piante ai fattori di stress ambientale. Gli zuccheri, in quanto molecole di segnalazione, regolano la crescita e lo sviluppo delle piante interagendo con altre molecole di segnalazione (ad esempio, i fitormoni), influenzandone così i processi fisiologici (Mukarram et al., 2023). Riteniamo che lo studio dei meccanismi regolatori che collegano l'ambiente luminoso alla crescita delle piante e al metabolismo degli zuccheri costituisca una strategia economica efficace per orientare le pratiche di miglioramento genetico e produzione. Con lo sviluppo della tecnologia, la ricerca futura sulla selezione delle fonti luminose, come le tecnologie di illuminazione artificiale e l'uso dei LED, potrà essere condotta per migliorare l'efficienza dell'illuminazione e la resa delle piante, fornendo maggiori strumenti di regolazione per la ricerca sulla crescita e lo sviluppo delle piante (Ngcobo e Bertling, 2024). Tuttavia, le lunghezze d'onda della luce rossa e blu sono le più ampiamente utilizzate nella ricerca attuale sugli effetti della qualità della luce sulle piante. Pertanto, studiando gli effetti di diverse qualità di luce, come arancione, giallo e verde, sulla crescita e lo sviluppo delle piante, possiamo sviluppare i meccanismi d'azione di molteplici fonti luminose sulle piante, utilizzando così in modo più efficace diverse qualità di luce nelle applicazioni pratiche. Questo richiede ulteriori studi e miglioramenti. Molti processi di crescita e sviluppo delle piante sono regolati da fitocromi e fitormoni. Pertanto, l'influenza dell'interazione tra energia spettrale e sostanze endogene sulla crescita delle piante sarà una direzione chiave della ricerca futura. Inoltre, uno studio approfondito dei meccanismi molecolari attraverso i quali diverse condizioni di luce influenzano la crescita e lo sviluppo delle piante, il metabolismo degli zuccheri, nonché gli effetti sinergici di molteplici fattori ambientali sulle piante, contribuirà all'ulteriore sviluppo e utilizzo del potenziale di diverse piante, consentendone l'applicazione in settori come l'agricoltura e la biomedicina.
Data di pubblicazione: 11-09-2025