La llum proporciona a les plantes l'energia necessària per a la fotosíntesi, permetent-los produir matèria orgànica iconvertir l'energia durant el creixement i el desenvolupamentLa llum proporciona a les plantes l'energia necessària i és la base de la divisió i diferenciació cel·lular, la síntesi de clorofil·la, el creixement dels teixits i el moviment estomàtic. La intensitat de la llum, el fotoperíode i la qualitat de la llum tenen un paper important en aquests processos. El metabolisme del sucre a les plantes implica molts mecanismes reguladors. La llum, com a un dels factors reguladors, afecta la composició de la paret cel·lular, els grànuls de midó, la síntesi de sacarosa i la formació de feixos vasculars. De la mateixa manera, en el context del metabolisme del sucre regulat per la llum, els tipus de sucre i els gens també es veuen afectats. Hem examinat les bases de dades existents i hem trobat poques revisions rellevants. Per tant, aquest article resumeix els efectes de la llum sobre el creixement i desenvolupament de les plantes, així com el metabolisme del sucre, i analitza els mecanismes dels efectes de la llum sobre les plantes amb més detall, proporcionant nous coneixements sobre els mecanismes reguladors del creixement de les plantes en diferents condicions de llum.
La llum proporciona energia per a la fotosíntesi de les plantes i actua com a senyal ambiental que regula múltiples aspectes de la fisiologia vegetal. Les plantes poden detectar canvis en les condicions de llum externa a través de diversos fotoreceptors com ara fitocroms i fototropines i establir vies de senyalització adequades per regular el seu creixement i desenvolupament. En condicions de poca llum, el contingut total de matèria seca de la planta disminueix, així com la taxa de fotosíntesi, la taxa de transpiració, la conductància estomatal i el diàmetre de la tija. A més, la intensitat de la llum és una variable crítica que regula processos com la germinació de les plantes, la proliferació i expansió de les fulles, el desenvolupament estomatal, la fotosíntesi i la divisió cel·lular. La qualitat de la llum transmesa a través dels fotoreceptors regula tot el cicle de vida de les plantes, i diferents qualitats de llum tenen efectes diferents sobre la morfologia de les plantes, la fotosíntesi, el creixement i el desenvolupament d'òrgans. Les plantes poden regular el seu creixement i desenvolupament en resposta al fotoperíode, cosa que promou processos com la germinació de les llavors, la floració i la maduració dels fruits. També participa en les respostes de les plantes a factors adversos, adaptant-se a diversos canvis estacionals (Bao et al., 2024; Chen et al., 2024; Shibaeva et al., 2024).
El sucre, una substància fonamental per al creixement i desenvolupament de les plantes, experimenta un procés complex de transport i acumulació que està influenciat i regulat per múltiples factors. El metabolisme del sucre a les plantes cobreix la síntesi, el catabolisme, la utilització i la transformació dels sucres a les plantes, incloent-hi el transport de sacarosa, la transducció de senyals i la síntesi de midó i cel·lulosa (Kudo et al., 2023; Li et al., 2023b; Lo Piccolo et al., 2024). El metabolisme del sucre utilitza i regula els sucres de manera eficient, participa en l'adaptació de les plantes als canvis ambientals i proporciona energia per al creixement i desenvolupament de les plantes. La llum influeix en el metabolisme del sucre a les plantes a través de la fotosíntesi, la senyalització del sucre i la regulació del fotoperíode, i els canvis en les condicions de llum provoquen canvis en els metabòlits de les plantes (Lopes et al., 2024; Zhang et al., 2024). Aquesta revisió se centra en els efectes de la llum sobre el rendiment fotosintètic, el creixement i el desenvolupament de les plantes, i el metabolisme del sucre. L'article també analitza els avenços en la recerca sobre els efectes de la llum en les característiques fisiològiques de les plantes, amb l'objectiu de proporcionar una base teòrica per utilitzar la llum per regular el creixement de les plantes i millorar el rendiment i la qualitat. La relació entre la llum i el creixement de les plantes continua sense estar clara i suggereix possibles línies de recerca.
La llum té moltes propietats, però la seva intensitat i qualitat són les que tenen el major impacte en les plantes. La intensitat de la llum s'utilitza habitualment per mesurar la brillantor d'una font de llum o la força d'un feix. Segons la longitud d'ona, la llum es pot dividir en ultraviolada, visible i infraroja. La llum visible es divideix a més en vermella, taronja, groga, verda, blava, anyil i violeta. Les plantes absorbeixen principalment la llum vermella i blava com a energia primària per a la fotosíntesi (Liang et al., 2021).
Tanmateix, l'aplicació de diferents qualitats de llum al camp, el control del fotoperíode i els efectes dels canvis d'intensitat lumínica sobre les plantes són problemes complexos que cal resoldre. Per tant, creiem que l'ús racional de les condicions de llum pot promoure eficaçment el desenvolupament de l'ecologia del modelatge vegetal i l'ús en cascada de materials i energia, millorant així l'eficiència del creixement de les plantes i els beneficis ambientals. Utilitzant la teoria de l'optimització ecològica, l'adaptabilitat de la fotosíntesi vegetal a la llum a mitjà i llarg termini s'incorpora al model del sistema terrestre per reduir la incertesa del modelatge de la fotosíntesi i millorar la precisió del model (Luo i Keenan, 2020). Les plantes tendeixen a adaptar-se a la llum a mitjà i llarg termini, i es pot millorar la seva capacitat fotosintètica i l'eficiència de l'ús de l'energia lumínica a mitjà i llarg termini, aconseguint així de manera més eficaç el modelatge ecològic del cultiu al camp. A més, quan s'aplica la sembra al camp, la intensitat de la llum s'ajusta segons l'espècie vegetal i les característiques de creixement per promoure un creixement saludable de les plantes. Alhora, ajustant la relació entre la qualitat de la llum i simulant el cicle de la llum natural, és possible accelerar o alentir la floració i la fructificació de les plantes, aconseguint així una regulació ecològica més precisa del modelatge de camp.
El metabolisme del sucre regulat per la llum en les plantes contribueix a la millora del creixement i desenvolupament de les plantes, l'adaptació i la resistència als factors d'estrès ambiental. Els sucres, com a molècules de senyalització, regulen el creixement i desenvolupament de les plantes interactuant amb altres molècules de senyalització (per exemple, fitohormones), influint així en els processos fisiològics de les plantes (Mukarram et al., 2023). Creiem que estudiar els mecanismes reguladors que vinculen l'entorn lumínic amb el creixement de les plantes i el metabolisme del sucre serà una estratègia econòmica eficaç per guiar les pràctiques de cria i producció. Amb el desenvolupament de la tecnologia, es poden dur a terme futures investigacions sobre la selecció de fonts de llum, com ara les tecnologies d'il·luminació artificial i l'ús de LED, per millorar l'eficiència de la il·luminació i el rendiment de les plantes, proporcionant més eines reguladores per a la investigació sobre el creixement i desenvolupament de les plantes (Ngcobo i Bertling, 2024). Tanmateix, les longituds d'ona de la llum vermella i blava són les més utilitzades en la investigació actual sobre els efectes de la qualitat de la llum sobre les plantes. Així, investigant els efectes de qualitats de llum més diverses com el taronja, el groc i el verd sobre el creixement i desenvolupament de les plantes, podem desenvolupar els mecanismes d'acció de múltiples fonts de llum sobre les plantes, utilitzant així de manera més eficaç diferents qualitats de llum en aplicacions pràctiques. Això requereix més estudis i millores. Molts processos de creixement i desenvolupament de les plantes estan regulats per fitocroms i fitohormones. Per tant, la influència de la interacció de l'energia espectral i les substàncies endògenes en el creixement de les plantes serà una direcció clau de la recerca futura. A més, l'estudi en profunditat dels mecanismes moleculars pels quals diferents condicions de llum afecten el creixement i desenvolupament de les plantes, el metabolisme del sucre, així com els efectes sinèrgics de múltiples factors ambientals sobre les plantes, contribuirà a un major desenvolupament i ús del potencial de diverses plantes, cosa que permetrà la seva aplicació en àrees com l'agricultura i la biomedicina.
Data de publicació: 11 de setembre de 2025