Ánh sáng cung cấp cho thực vật năng lượng cần thiết cho quá trình quang hợp, cho phép chúng tạo ra chất hữu cơ vàchuyển hóa năng lượng trong quá trình tăng trưởng và phát triểnÁnh sáng cung cấp cho thực vật năng lượng cần thiết và là cơ sở cho sự phân chia và biệt hóa tế bào, tổng hợp chất diệp lục, tăng trưởng mô và vận động khí khổng. Cường độ ánh sáng, chu kỳ quang hợp và chất lượng ánh sáng đóng vai trò quan trọng trong các quá trình này. Quá trình chuyển hóa đường ở thực vật liên quan đến nhiều cơ chế điều chỉnh. Ánh sáng, như một trong những yếu tố điều chỉnh, ảnh hưởng đến thành phần của vách tế bào, hạt tinh bột, tổng hợp sucrose và sự hình thành bó mạch. Tương tự, trong bối cảnh chuyển hóa đường được điều chỉnh bởi ánh sáng, các loại đường và gen cũng bị ảnh hưởng. Chúng tôi đã xem xét các cơ sở dữ liệu hiện có và thấy rất ít bài đánh giá liên quan. Do đó, bài báo này tóm tắt các tác động của ánh sáng đối với sự sinh trưởng và phát triển của thực vật cũng như quá trình chuyển hóa đường và thảo luận chi tiết hơn về các cơ chế tác động của ánh sáng lên thực vật, cung cấp những hiểu biết mới về các cơ chế điều chỉnh sự sinh trưởng của thực vật trong các điều kiện ánh sáng khác nhau.
Ánh sáng cung cấp năng lượng cho quá trình quang hợp của thực vật và đóng vai trò là tín hiệu môi trường điều chỉnh nhiều khía cạnh sinh lý của cây. Thực vật có thể cảm nhận sự thay đổi điều kiện ánh sáng bên ngoài thông qua các thụ thể ánh sáng khác nhau như phytochromes và phototropins và thiết lập các con đường tín hiệu thích hợp để điều chỉnh sự sinh trưởng và phát triển của chúng. Trong điều kiện ánh sáng yếu, tổng hàm lượng chất khô của cây giảm, cũng như tốc độ quang hợp, tốc độ thoát hơi nước, độ dẫn khí khổng và đường kính thân cây. Ngoài ra, cường độ ánh sáng là một biến số quan trọng điều chỉnh các quá trình như nảy mầm, sinh sản và mở rộng lá, phát triển khí khổng, quang hợp và phân chia tế bào. Chất lượng ánh sáng truyền qua các thụ thể ánh sáng điều chỉnh toàn bộ vòng đời của cây, với chất lượng ánh sáng khác nhau có tác động khác nhau đến hình thái cây, quang hợp, sinh trưởng và phát triển cơ quan. Thực vật có thể điều chỉnh sự sinh trưởng và phát triển của chúng để đáp ứng với chu kỳ ánh sáng, thúc đẩy các quá trình như nảy mầm hạt, ra hoa và chín quả. Nó cũng tham gia vào phản ứng của thực vật đối với các yếu tố bất lợi, thích nghi với các thay đổi theo mùa khác nhau (Bao et al., 2024; Chen et al., 2024; Shibaeva et al., 2024).
Đường, một chất cơ bản cho sự sinh trưởng và phát triển của thực vật, trải qua một quá trình vận chuyển và tích lũy phức tạp, chịu ảnh hưởng và được điều chỉnh bởi nhiều yếu tố. Quá trình chuyển hóa đường ở thực vật bao gồm tổng hợp, dị hóa, sử dụng và chuyển hóa đường, bao gồm vận chuyển sucrose, truyền tín hiệu và tổng hợp tinh bột và cellulose (Kudo et al., 2023; Li et al., 2023b; Lo Piccolo et al., 2024). Quá trình chuyển hóa đường sử dụng và điều chỉnh đường một cách hiệu quả, tham gia vào sự thích nghi của thực vật với những thay đổi môi trường và cung cấp năng lượng cho sự sinh trưởng và phát triển của thực vật. Ánh sáng ảnh hưởng đến quá trình chuyển hóa đường ở thực vật thông qua quang hợp, truyền tín hiệu đường và điều hòa chu kỳ ánh sáng, với những thay đổi trong điều kiện ánh sáng gây ra những thay đổi trong các chất chuyển hóa của thực vật (Lopes et al., 2024; Zhang et al., 2024). Bài tổng quan này tập trung vào tác động của ánh sáng đến hiệu suất quang hợp, sinh trưởng và phát triển, cũng như quá trình chuyển hóa đường của thực vật. Bài báo cũng thảo luận về tiến trình nghiên cứu ảnh hưởng của ánh sáng đến các đặc điểm sinh lý của thực vật, nhằm mục đích cung cấp cơ sở lý thuyết cho việc sử dụng ánh sáng để điều chỉnh sự sinh trưởng của cây trồng và cải thiện năng suất cũng như chất lượng. Mối quan hệ giữa ánh sáng và sự sinh trưởng của cây trồng vẫn chưa rõ ràng và gợi ý những hướng nghiên cứu tiềm năng.
Ánh sáng có nhiều đặc tính, nhưng cường độ và chất lượng của nó có tác động lớn nhất đến thực vật. Cường độ ánh sáng thường được sử dụng để đo độ sáng của nguồn sáng hoặc cường độ của chùm tia. Dựa trên bước sóng, ánh sáng có thể được chia thành tia cực tím, ánh sáng nhìn thấy và tia hồng ngoại. Ánh sáng nhìn thấy được chia nhỏ hơn nữa thành đỏ, cam, vàng, xanh lá cây, xanh dương, chàm và tím. Thực vật chủ yếu hấp thụ ánh sáng đỏ và xanh dương làm nguồn năng lượng chính cho quá trình quang hợp (Liang và cộng sự, 2021).
Tuy nhiên, việc ứng dụng các chất lượng ánh sáng khác nhau trong thực địa, kiểm soát chu kỳ quang hợp và ảnh hưởng của sự thay đổi cường độ ánh sáng lên cây trồng là những vấn đề phức tạp cần được giải quyết. Do đó, chúng tôi tin rằng việc sử dụng hợp lý các điều kiện ánh sáng có thể thúc đẩy hiệu quả sự phát triển của sinh thái mô hình hóa thực vật và việc sử dụng theo chuỗi vật chất và năng lượng, từ đó nâng cao hiệu quả sinh trưởng của cây trồng và lợi ích môi trường. Bằng cách sử dụng lý thuyết tối ưu hóa sinh thái, khả năng thích ứng của quá trình quang hợp của cây trồng với ánh sáng trung và dài hạn được tích hợp vào mô hình hệ thống Trái đất để giảm sự không chắc chắn trong mô hình hóa quang hợp và nâng cao độ chính xác của mô hình (Luo và Keenan, 2020). Cây trồng có xu hướng thích nghi với ánh sáng trung và dài hạn, và khả năng quang hợp cũng như hiệu quả sử dụng năng lượng ánh sáng của chúng trong trung và dài hạn có thể được cải thiện, từ đó đạt được hiệu quả hơn trong việc mô hình hóa sinh thái canh tác ngoài đồng. Ngoài ra, khi áp dụng trồng trọt ngoài đồng, cường độ ánh sáng được điều chỉnh theo loài cây và đặc điểm sinh trưởng để thúc đẩy sự phát triển khỏe mạnh của cây. Đồng thời, bằng cách điều chỉnh tỷ lệ chất lượng ánh sáng và mô phỏng chu kỳ ánh sáng tự nhiên, có thể đẩy nhanh hoặc làm chậm quá trình ra hoa và kết trái của cây, từ đó đạt được sự điều tiết sinh thái chính xác hơn trong mô hình hóa thực địa.
Quá trình chuyển hóa đường được điều hòa bởi ánh sáng ở thực vật góp phần cải thiện sự sinh trưởng và phát triển, khả năng thích nghi và chống chịu với các yếu tố gây căng thẳng môi trường. Đường, với vai trò là các phân tử tín hiệu, điều hòa sự sinh trưởng và phát triển của thực vật bằng cách tương tác với các phân tử tín hiệu khác (ví dụ: phytohormone), từ đó ảnh hưởng đến các quá trình sinh lý của thực vật (Mukarram và cộng sự, 2023). Chúng tôi tin rằng việc nghiên cứu các cơ chế điều hòa liên kết môi trường ánh sáng với sự sinh trưởng và chuyển hóa đường của thực vật sẽ là một chiến lược kinh tế hiệu quả để định hướng các hoạt động chọn giống và sản xuất. Với sự phát triển của công nghệ, các nghiên cứu trong tương lai về việc lựa chọn nguồn sáng, chẳng hạn như công nghệ chiếu sáng nhân tạo và sử dụng đèn LED, có thể được thực hiện để cải thiện hiệu quả chiếu sáng và năng suất cây trồng, cung cấp thêm các công cụ điều hòa cho nghiên cứu về sự sinh trưởng và phát triển của thực vật (Ngcobo và Bertling, 2024). Tuy nhiên, bước sóng ánh sáng đỏ và xanh lam là những bước sóng được sử dụng rộng rãi nhất trong các nghiên cứu hiện nay về ảnh hưởng của chất lượng ánh sáng đến thực vật. Do đó, bằng cách nghiên cứu ảnh hưởng của nhiều chất lượng ánh sáng đa dạng hơn như cam, vàng và xanh lá cây đến sự sinh trưởng và phát triển của thực vật, chúng ta có thể phát triển các cơ chế hoạt động của nhiều nguồn sáng khác nhau đối với thực vật, từ đó sử dụng hiệu quả hơn các chất lượng ánh sáng khác nhau trong các ứng dụng thực tế. Điều này đòi hỏi nghiên cứu và cải tiến sâu hơn. Nhiều quá trình sinh trưởng và phát triển của thực vật được điều chỉnh bởi phytochromes và phytohormones. Do đó, ảnh hưởng của sự tương tác giữa năng lượng quang phổ và các chất nội sinh đến sự sinh trưởng của thực vật sẽ là hướng nghiên cứu trọng điểm trong tương lai. Hơn nữa, nghiên cứu chuyên sâu về các cơ chế phân tử mà các điều kiện ánh sáng khác nhau ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của thực vật, quá trình chuyển hóa đường, cũng như tác động hiệp đồng của nhiều yếu tố môi trường lên thực vật, sẽ góp phần phát triển và sử dụng tiềm năng của nhiều loại thực vật, cho phép ứng dụng chúng trong các lĩnh vực như nông nghiệp và y sinh học.
Thời gian đăng bài: 11/09/2025