ผลกระทบของแสงต่อการเจริญเติบโตและพัฒนาการของพืช

แสงเป็นแหล่งพลังงานที่พืชต้องการสำหรับการสังเคราะห์แสง ทำให้พืชสามารถผลิตสารอินทรีย์ได้แปลงพลังงานระหว่างการเจริญเติบโตและพัฒนาการแสงเป็นแหล่งพลังงานที่จำเป็นสำหรับพืช และเป็นพื้นฐานสำหรับการแบ่งเซลล์และการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของเซลล์ การสังเคราะห์คลอโรฟิลล์ การเจริญเติบโตของเนื้อเยื่อ และการเคลื่อนไหวของปากใบ ความเข้มของแสง ช่วงเวลาการได้รับแสง และคุณภาพของแสงมีบทบาทสำคัญในกระบวนการเหล่านี้ การเผาผลาญน้ำตาลในพืชเกี่ยวข้องกับกลไกการควบคุมหลายอย่าง แสงเป็นหนึ่งในปัจจัยควบคุมที่มีผลต่อองค์ประกอบของผนังเซลล์ เม็ดแป้ง การสังเคราะห์ซูโครส และการสร้างกลุ่มท่อลำเลียง ในทำนองเดียวกัน ในบริบทของการเผาผลาญน้ำตาลที่ถูกควบคุมโดยแสง ชนิดของน้ำตาลและยีนก็ได้รับผลกระทบเช่นกัน เราได้ตรวจสอบฐานข้อมูลที่มีอยู่และพบว่ามีบทความวิจารณ์ที่เกี่ยวข้องเพียงไม่กี่บทความ ดังนั้น บทความนี้จึงสรุปผลกระทบของแสงต่อการเจริญเติบโตและการพัฒนาของพืช ตลอดจนการเผาผลาญน้ำตาล และอภิปรายกลไกของผลกระทบของแสงต่อพืชอย่างละเอียดมากขึ้น โดยให้ข้อมูลเชิงลึกใหม่เกี่ยวกับกลไกการควบคุมการเจริญเติบโตของพืชภายใต้สภาวะแสงที่แตกต่างกัน

แสงเป็นแหล่งพลังงานสำหรับกระบวนการสังเคราะห์แสงของพืช และทำหน้าที่เป็นสัญญาณสิ่งแวดล้อมที่ควบคุมสรีรวิทยาของพืชหลายด้าน พืชสามารถรับรู้การเปลี่ยนแปลงของสภาพแสงภายนอกผ่านตัวรับแสงต่างๆ เช่น ไฟโตโครมและโฟโตโทรปิน และสร้างเส้นทางการส่งสัญญาณที่เหมาะสมเพื่อควบคุมการเจริญเติบโตและการพัฒนาของพืช ภายใต้สภาพแสงน้อย ปริมาณมวลแห้งรวมของพืชจะลดลง เช่นเดียวกับอัตราการสังเคราะห์แสง อัตราการคายน้ำ การนำไฟฟ้าของปากใบ และเส้นผ่านศูนย์กลางลำต้น นอกจากนี้ ความเข้มของแสงยังเป็นตัวแปรสำคัญที่ควบคุมกระบวนการต่างๆ เช่น การงอกของเมล็ด การเจริญเติบโตและการขยายตัวของใบ การพัฒนาของปากใบ การสังเคราะห์แสง และการแบ่งเซลล์ คุณภาพของแสงที่ส่งผ่านตัวรับแสงควบคุมวงจรชีวิตทั้งหมดของพืช โดยคุณภาพของแสงที่แตกต่างกันจะมีผลต่อรูปร่างของพืช การสังเคราะห์แสง การเจริญเติบโต และการพัฒนาของอวัยวะแตกต่างกัน พืชสามารถควบคุมการเจริญเติบโตและการพัฒนาของตนเองเพื่อตอบสนองต่อช่วงเวลาของแสง ซึ่งส่งเสริมกระบวนการต่างๆ เช่น การงอกของเมล็ด การออกดอก และการสุกของผล นอกจากนี้ ยังมีส่วนเกี่ยวข้องกับการตอบสนองของพืชต่อปัจจัยที่ไม่พึงประสงค์ และการปรับตัวให้เข้ากับการเปลี่ยนแปลงตามฤดูกาลต่างๆ (Bao et al., 2024; Chen et al., 2024; Shibaeva et al., 2024)
น้ำตาลเป็นสารพื้นฐานที่จำเป็นต่อการเจริญเติบโตและพัฒนาการของพืช โดยมีกระบวนการขนส่งและสะสมที่ซับซ้อนซึ่งได้รับอิทธิพลและควบคุมจากหลายปัจจัย การเผาผลาญน้ำตาลในพืชครอบคลุมการสังเคราะห์ การสลาย การใช้ประโยชน์ และการเปลี่ยนแปลงของน้ำตาลในพืช รวมถึงการขนส่งซูโครส การส่งสัญญาณ และการสังเคราะห์แป้งและเซลลูโลส (Kudo et al., 2023; Li et al., 2023b; Lo Piccolo et al., 2024) การเผาผลาญน้ำตาลใช้ประโยชน์และควบคุมน้ำตาลอย่างมีประสิทธิภาพ มีส่วนร่วมในการปรับตัวของพืชต่อการเปลี่ยนแปลงของสิ่งแวดล้อม และให้พลังงานสำหรับการเจริญเติบโตและพัฒนาการของพืช แสงมีอิทธิพลต่อการเผาผลาญน้ำตาลในพืชผ่านกระบวนการสังเคราะห์แสง การส่งสัญญาณน้ำตาล และการควบคุมช่วงเวลาแสง โดยการเปลี่ยนแปลงของสภาพแสงทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในสารเมตาบอไลต์ของพืช (Lopes et al., 2024; Zhang et al., 2024) บทความนี้มุ่งเน้นไปที่ผลกระทบของแสงต่อประสิทธิภาพการสังเคราะห์แสง การเจริญเติบโตและพัฒนาการ และการเผาผลาญน้ำตาลของพืช บทความนี้ยังกล่าวถึงความก้าวหน้าในการวิจัยเกี่ยวกับผลกระทบของแสงต่อลักษณะทางสรีรวิทยาของพืช โดยมีเป้าหมายเพื่อเป็นพื้นฐานทางทฤษฎีสำหรับการใช้แสงในการควบคุมการเจริญเติบโตของพืช และปรับปรุงผลผลิตและคุณภาพ ความสัมพันธ์ระหว่างแสงและการเจริญเติบโตของพืชยังคงไม่ชัดเจน และชี้ให้เห็นถึงทิศทางการวิจัยที่เป็นไปได้
แสงมีคุณสมบัติหลายอย่าง แต่ความเข้มและคุณภาพของแสงมีผลกระทบต่อพืชมากที่สุด ความเข้มของแสงมักใช้ในการวัดความสว่างของแหล่งกำเนิดแสงหรือความแรงของลำแสง โดยพิจารณาจากความยาวคลื่น แสงสามารถแบ่งออกเป็นรังสีอัลตราไวโอเลต แสงที่มองเห็นได้ และรังสีอินฟราเรด แสงที่มองเห็นได้ยังแบ่งออกเป็นสีแดง ส้ม เหลือง เขียว น้ำเงิน คราม และม่วง พืชดูดซับแสงสีแดงและสีน้ำเงินเป็นหลักเพื่อใช้เป็นพลังงานหลักในการสังเคราะห์แสง (Liang et al., 2021)
อย่างไรก็ตาม การประยุกต์ใช้คุณภาพแสงที่แตกต่างกันในภาคสนาม การควบคุมช่วงเวลาการได้รับแสง และผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงความเข้มแสงต่อพืช เป็นปัญหาที่ซับซ้อนซึ่งจำเป็นต้องได้รับการแก้ไข ดังนั้น เราเชื่อว่าการใช้สภาพแสงอย่างมีเหตุผลสามารถส่งเสริมการพัฒนาแบบจำลองระบบนิเวศของพืชและการใช้ทรัพยากรและพลังงานอย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งจะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการเจริญเติบโตของพืชและประโยชน์ต่อสิ่งแวดล้อม การใช้ทฤษฎีการเพิ่มประสิทธิภาพเชิงนิเวศวิทยา ความสามารถในการปรับตัวของการสังเคราะห์แสงของพืชต่อแสงในระยะกลางและระยะยาวถูกรวมเข้าไว้ในแบบจำลองระบบโลกเพื่อลดความไม่แน่นอนของการสร้างแบบจำลองการสังเคราะห์แสงและปรับปรุงความแม่นยำของแบบจำลอง (Luo และ Keenan, 2020) พืชมีแนวโน้มที่จะปรับตัวเข้ากับแสงในระยะกลางและระยะยาว และความสามารถในการสังเคราะห์แสงและประสิทธิภาพการใช้พลังงานแสงในระยะกลางและระยะยาวสามารถปรับปรุงได้ ซึ่งจะช่วยให้บรรลุแบบจำลองเชิงนิเวศวิทยาของการเพาะปลูกในภาคสนามได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น นอกจากนี้ เมื่อทำการปลูกในภาคสนาม ความเข้มแสงจะถูกปรับตามชนิดของพืชและลักษณะการเจริญเติบโตเพื่อส่งเสริมการเจริญเติบโตของพืชอย่างแข็งแรง ในขณะเดียวกัน การปรับอัตราส่วนคุณภาพแสงและการจำลองวงจรแสงตามธรรมชาติ จะช่วยเร่งหรือชะลอการออกดอกและติดผลของพืช ทำให้สามารถควบคุมระบบนิเวศในแบบจำลองภาคสนามได้อย่างแม่นยำยิ่งขึ้น
การเผาผลาญน้ำตาลในพืชที่ถูกควบคุมด้วยแสงมีส่วนช่วยในการปรับปรุงการเจริญเติบโตและพัฒนาการของพืช การปรับตัว และความต้านทานต่อปัจจัยความเครียดจากสิ่งแวดล้อม น้ำตาลในฐานะโมเลกุลส่งสัญญาณ ควบคุมการเจริญเติบโตและพัฒนาการของพืชโดยการโต้ตอบกับโมเลกุลส่งสัญญาณอื่นๆ (เช่น ไฟโตฮอร์โมน) ซึ่งส่งผลต่อกระบวนการทางสรีรวิทยาของพืช (Mukarram et al., 2023) เราเชื่อว่าการศึกษาถึงกลไกการควบคุมที่เชื่อมโยงสภาพแวดล้อมของแสงกับการเจริญเติบโตและการเผาผลาญน้ำตาลของพืชจะเป็นกลยุทธ์ทางเศรษฐกิจที่มีประสิทธิภาพในการชี้นำการปรับปรุงพันธุ์และการผลิต ด้วยการพัฒนาของเทคโนโลยี การวิจัยในอนาคตเกี่ยวกับการเลือกแหล่งกำเนิดแสง เช่น เทคโนโลยีแสงประดิษฐ์และการใช้ LED สามารถดำเนินการเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการส่องสว่างและผลผลิตของพืช ซึ่งจะช่วยให้มีเครื่องมือควบคุมเพิ่มเติมสำหรับการวิจัยการเจริญเติบโตและพัฒนาการของพืช (Ngcobo and Bertling, 2024) อย่างไรก็ตาม ความยาวคลื่นแสงสีแดงและสีน้ำเงินเป็นความยาวคลื่นที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในการวิจัยปัจจุบันเกี่ยวกับผลกระทบของคุณภาพแสงต่อพืช ดังนั้น การศึกษาผลกระทบของแสงหลากหลายชนิด เช่น สีส้ม สีเหลือง และสีเขียว ต่อการเจริญเติบโตและพัฒนาการของพืช จะช่วยให้เราเข้าใจกลไกการทำงานของแหล่งกำเนิดแสงหลายชนิดต่อพืชได้ดียิ่งขึ้น และทำให้สามารถใช้แสงคุณภาพต่างๆ ในทางปฏิบัติได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น อย่างไรก็ตาม เรื่องนี้ยังต้องการการศึกษาและพัฒนาเพิ่มเติม กระบวนการเจริญเติบโตและพัฒนาการของพืชหลายอย่างถูกควบคุมโดยไฟโตโครมและไฟโตฮอร์โมน ดังนั้น อิทธิพลของการปฏิสัมพันธ์ระหว่างพลังงานสเปกตรัมและสารภายในพืชต่อการเจริญเติบโตจึงเป็นทิศทางสำคัญของการวิจัยในอนาคต ยิ่งไปกว่านั้น การศึกษาเชิงลึกเกี่ยวกับกลไกระดับโมเลกุลที่แสงชนิดต่างๆ ส่งผลต่อการเจริญเติบโตและพัฒนาการของพืช การเผาผลาญน้ำตาล ตลอดจนผลกระทบร่วมกันของปัจจัยแวดล้อมหลายอย่างต่อพืช จะช่วยส่งเสริมการพัฒนาและการใช้ศักยภาพของพืชหลากหลายชนิดให้เกิดประโยชน์สูงสุด ซึ่งจะช่วยให้สามารถนำไปประยุกต์ใช้ในด้านต่างๆ เช่น เกษตรกรรมและชีวการแพทย์ได้