Pengenalan
Intensiti cahaya dan kualiti spektrum merupakan faktor kritikal yang mempengaruhi fotosintesis tumbuhan, dengan tindak balas yang berbeza-beza merentasi spesies dan keadaan persekitaran. Analisis ini menggabungkan pandangan daripada pelbagai kajian berkaitan.
Intensiti Cahaya dan Fotosintesis
Spesies Perintis dan Cahaya Tinggi
Spesies perintis menunjukkan kadar fotosintesis yang lebih tinggi dalam keadaan cahaya tinggi disebabkan oleh penggunaan tenaga cahaya yang cekap. Ini disebabkan oleh keupayaan mereka untuk mengagihkan jumlah nitrogen daun yang lebih besar kepada Rubisco, meningkatkan kapasiti fotosintesis mereka (Junior et al., 2024).
Cahaya Rendah dan Kecekapan Fotosintesis
Keadaan cahaya rendah boleh menyebabkan pengurangan kecekapan fotosintesis dalam beberapa spesies. Sebagai contoh, dalam Arabidopsis thaliana, cahaya rendah mencetuskan tindak balas fisiologi tertentu, termasuk perubahan dalam kandungan klorofil dan kadar fotosintesis (Bailey et al., 2001).
Intensiti Cahaya dan Pertumbuhan
Intensiti cahaya yang lebih tinggi umumnya menggalakkan pertumbuhan dalam banyak spesies tumbuhan. Sebagai contoh, dalam tumbuhan jelatang, peningkatan intensiti cahaya meningkatkan pertumbuhan dan pengeluaran berat kering, sambil mempengaruhi pengumpulan metabolit sekunder (Coelho et al., 2021).
Kualiti Spektrum dan Fotosintesis
Cahaya Merah dan Fotosintesis
Cahaya merah sangat berkesan dalam meningkatkan fotosintesis. Kajian pada tanaman seperti tomato dan strawberi menunjukkan kadar fotosintesis yang lebih tinggi di bawah cahaya merah berbanding panjang gelombang lain (Inada et al., 1980).
Cahaya Biru dan Kandungan Pigmen
Cahaya biru telah terbukti meningkatkan kepekatan klorofil dan karotenoid dalam tumbuhan. Dalam mikrogreens, cahaya biru meningkatkan pengeluaran flavonoid dan antosianin, yang merupakan sebatian bermanfaat (Jasenovska et al., 2024).
Cahaya Putih dan Pertumbuhan
Cahaya putih, yang mengandungi spektrum luas, sering menggalakkan berat segar yang lebih tinggi dalam tumbuhan berbanding persekitaran monokromatik. Ini diperhatikan dalam spesies seperti salad dan bayam (Jasenovska et al., 2024).
Cahaya Hijau dan Pertumbuhan
Cahaya hijau, walaupun kurang berkesan daripada cahaya merah atau biru, masih menyumbang kepada pertumbuhan tumbuhan. Walau bagaimanapun, kesannya berbeza mengikut spesies dan intensiti. Sebagai contoh, dalam beberapa tumbuhan, cahaya hijau boleh menekan kadar pertumbuhan (Inada et al., 1980).
Kesan Interaktif Intensiti Cahaya dan Kualiti Spektrum
Intensiti Cahaya dan Taburan Spektrum
Keberkesanan spektrum cahaya yang berbeza boleh bergantung pada intensiti. Sebagai contoh, dalam beberapa kajian, kecekapan fotosintesis cahaya merah adalah lebih tinggi pada intensiti yang lebih rendah, manakala pada intensiti yang lebih tinggi, spektrum lain menjadi lebih berkesan (Inada et al., 1980).
Tempoh Cahaya dan Intensiti Cahaya
Masa dan tempoh pendedahan cahaya juga mempengaruhi fotosintesis. Dalam persekitaran tumbuhan dalaman, memanjangkan tempoh cahaya dan mengurangkan intensiti cahaya boleh meningkatkan pengumpulan biojisim dan penyerapan cahaya (Warner et al., 2023).
Kualiti Cahaya dan Metabolisme Tumbuhan
Kualiti cahaya boleh mencetuskan tindak balas metabolik tertentu. Sebagai contoh, dalam Kalanchoe fedtschenkoi, cahaya putih meningkatkan ekspresi gen berkaitan dengan pengikatan CO2 dan pengangkutan malat, meningkatkan pengumpulan asid (Zhang et al., 2020).
Tindak Balas Khusus Spesies
Spesies Perintis vs. Spesies Peringkat Akhir
Spesies perintis, seperti yang terdapat di hutan Amazon, menunjukkan kadar fotosintesis yang lebih tinggi dalam cahaya matahari penuh, manakala spesies peringkat akhir mungkin menunjukkan kecekapan yang berkurangan dalam keadaan cahaya tinggi (Junior et al., 2024).
Pokok Renek Mediterranean
Pokok renek Mediterranean menunjukkan tindak balas plastik terhadap intensiti cahaya, menyesuaikan kadar fotosintesis dan kandungan pigmen. Spesies separa luruh musim panas menunjukkan kepelbagaian yang lebih tinggi dalam tindak balas, memaksimumkan fotosintesis dalam keadaan cahaya yang berbeza (Díaz-Barradas et al., 2018).
Kultivar Barli
Genotip barli menunjukkan tindak balas yang berbeza terhadap spektrum cahaya. Beberapa kultivar menunjukkan pertumbuhan yang dipertingkatkan dalam keadaan cahaya tertentu, manakala yang lain mungkin mengalami tindak balas berkaitan dengan tekanan (Light Spectra Trigger Divergent Gene Expression in Barley Cultivars, 2022).
Keadaan Persekitaran dan Eksperimen
Persekitaran Dalaman vs. Luaran
Dalam persekitaran terkawal, seperti kilang tumbuhan, kualiti spektrum cahaya boleh memberi kesan signifikan terhadap hasil dan kandungan fitokimia. Sebagai contoh, nisbah merah-biru dalam spektrum cahaya memberi kesan secara berbeza terhadap kualiti mikrogreens dan kandungan fitokimia (Bantis, 2021).
Kecekapan Penggunaan Air
Kualiti cahaya boleh mempengaruhi kecekapan penggunaan air (WUE) dalam tumbuhan. Sebagai contoh, dalam tomato dan lisianthus, WUE dikurangkan di bawah rawatan cahaya LED tertentu berbanding pencahayaan tradisional (Lanoue et al., 2017).
Interaksi Suhu dan Cahaya
Suhu berinteraksi dengan intensiti cahaya untuk mempengaruhi fotosintesis. Dalam Arabidopsis, suhu yang lebih tinggi boleh mengurangkan kecekapan fotosintesis, manakala keadaan cahaya tertentu boleh meningkatkan toleransi terhadap turun naik suhu (Keller et al., 2019).
Kesimpulan
Kesan intensiti dan kualiti spektrum cahaya terhadap fotosintesis tumbuhan adalah kompleks dan bergantung pada spesies. Sementara intensiti cahaya yang lebih tinggi dan spektrum tertentu boleh meningkatkan pertumbuhan dan aktiviti metabolik dalam beberapa tumbuhan, yang lain mungkin menunjukkan kecekapan yang berkurangan atau tindak balas tekanan. Memahami interaksi ini adalah penting untuk mengoptimumkan pertumbuhan tumbuhan dalam pelbagai keadaan persekitaran.
| Spesies Tumbuhan | Keadaan Cahaya | Kesan pada Fotosintesis | Sumber |
|---|---|---|---|
| Spesies Perintis | Cahaya Matahari Penuh | Kadar fotosintesis lebih tinggi disebabkan pengagihan nitrogen yang cekap kepada Rubisco | (Junior et al., 2024) |
| Salad | Cahaya Putih | Peningkatan berat segar berbanding persekitaran monokromatik | (Jasenovska et al., 2024) |
| Jelatang | Intensiti Cahaya Tinggi | Pertumbuhan dipertingkatkan dan pengeluaran berat kering, peningkatan metabolit sekunder | (Coelho et al., 2021) |
| Kultivar Barli | Spektrum Cahaya Tertentu | Tindak balas berbeza, termasuk pertumbuhan dipertingkatkan dan ekspresi gen berkaitan tekanan | (Light Spectra Trigger Divergent Gene Expression in Barley Cultivars, 2022) |
| Kalanchoe fedtschenkoi | Cahaya Putih | Peningkatan ekspresi gen pengikatan CO2, peningkatan pengumpulan asid | (Zhang et al., 2020) |
| Pokok Renek Mediterranean | Intensiti Cahaya Berubah-ubah | Kadar fotosintesis dan kandungan pigmen disesuaikan, kepelbagaian yang lebih tinggi dalam tindak balas | (Díaz-Barradas et al., 2018) |
| Arabidopsis thaliana | Cahaya Rendah vs. Tinggi | Tindak balas fisiologi berbeza, termasuk perubahan dalam kandungan klorofil dan kecekapan | (Bailey et al., 2001) |
Jadual ini menyoroti tindak balas berbeza pelbagai spesies tumbuhan terhadap keadaan cahaya yang berbeza, menekankan kerumitan interaksi cahaya-tumbuhan.
Rujukan
Junior, A. da R. N., Maia, J. M. F., Martins, S. C., Nina, N. V. D. S., Costa, K. C. P. da, Carvalho, J. C. de, Mielke, M. S., Nunes-Nesi, A., Araújo, W. L., & Gonçalves, J. F. de C. (2024). Differential photosynthetic plasticity of Amazonian tree species in response to light environments. Plant Biology. https://doi.org/10.1111/plb.13632
Bailey, S., Walters, R. G., Jansson, S., & Horton, P. (2001). Acclimation of Arabidopsis thaliana to the light environment: the existence of separate low light and high light responses. Planta. https://doi.org/10.1007/S004250100556
Coelho, A. D., Souza, C. K. de, Bertolucci, S. K. V., Carvalho, A. A. de, Santos, G. C., Oliveira, T. de, Marques, É. A., Salimena, J. P., & Pinto, J. E. B. P. (2021). Wavelength and light intensity enhance growth, phytochemical contents and antioxidant activity in micropropagated plantlets of Urtica dioica L. Plant Cell Tissue and Organ Culture. https://doi.org/10.1007/S11240-020-01992-2
Inada, K., Funakoshi, T., Aoki, M., Fukui, M., & Katsura, N. (1980). Effect of Spectral Quality of Composite Lights on Photosynthesis of Crop Plants. Japanese Journal of Crop Science. https://doi.org/10.1626/JCS.49.34
Jasenovska, L., Brestic, M., Barboricova, M., Ferencova, J., Fila?ek, A., & Zivcak, M. (2024). Analysis of the effects of various light spectra on microgreen species. Folia Horticulturae. https://doi.org/10.2478/fhort-2023-0012
Warner, R., Wu, B. S., MacPherson, S., & Lefsrud, M. (2023). How the Distribution of Photon Delivery Impacts Crops in Indoor Plant Environments: A Review. Sustainability. https://doi.org/10.3390/su15054645
Zhang, J., Hu, R., Sreedasyam, A., Garcia, T. M., Lipzen, A., Wang, M., Yerramsetty, P., Liu, D., Ng, V., Schmutz, J., Schmutz, J., Cushman, J. C., Borland, A. M., Borland, A. M., Pasha, A., Provart, N. J., Chen, J.-G., Muchero, W., Tuskan, G. A., & Yang, X. (2020). Light-responsive expression atlas reveals the effects of light quality and intensity in Kalanchoë fedtschenkoi, a plant with crassulacean acid metabolism. GigaScience. https://doi.org/10.1093/GIGASCIENCE/GIAA018
Díaz-Barradas, M. C., Zunzunegui, M., Álvarez-Cansino, L., Esquivias, M. P., Valera, J., & Rodríguez, H. (2018). How do Mediterranean shrub species cope with shade? Ecophysiological response to different light intensities. Plant Biology. https://doi.org/10.1111/PLB.12661
Light spectra trigger divergent gene expression in barley cultivars. (2022). https://doi.org/10.22541/au.164864972.29013534/v1
Bantis, F. (2021). Light Spectrum Differentially Affects the Yield and Phytochemical Content of Microgreen Vegetables in a Plant Factory. https://doi.org/10.3390/PLANTS10102182
Lanoue, J., Leonardos, E. D., Ma, X., & Grodzinski, B. (2017). The Effect of Spectral Quality on Daily Patterns of Gas Exchange, Biomass Gain, and Water-Use-Efficiency in Tomatoes and Lisianthus: An Assessment of Whole Plant Measurements. Frontiers in Plant Science. https://doi.org/10.3389/FPLS.2017.01076
Keller, B., Matsubara, S., Rascher, U., Pieruschka, R., Steier, A., Kraska, T., & Muller, O. (2019). Genotype Specific Photosynthesis x Environment Interactions Captured by Automated Fluorescence Canopy Scans Over Two Fluctuating Growing Seasons. Frontiers in Plant Science. https://doi.org/10.3389/FPLS.2019.01482
Number of View :80
