Licht liefert Pflanzen die für die Photosynthese benötigte Energie und ermöglicht ihnen so die Produktion organischer Stoffe.Energie während des Wachstums und der Entwicklung umwandelnLicht liefert Pflanzen die notwendige Energie und ist die Grundlage für Zellteilung und -differenzierung, Chlorophyllsynthese, Gewebewachstum und Spaltöffnungsbewegung. Lichtintensität, Photoperiode und Lichtqualität spielen dabei eine wichtige Rolle. Der Zuckerstoffwechsel in Pflanzen ist von zahlreichen Regulationsmechanismen geprägt. Licht beeinflusst als einer dieser Faktoren die Zusammensetzung der Zellwand, der Stärkekörner, die Saccharosesynthese und die Bildung von Leitbündeln. Auch Zuckerarten und -gene werden im Kontext des lichtregulierten Zuckerstoffwechsels beeinflusst. Wir haben die bestehenden Datenbanken durchsucht und nur wenige relevante Übersichtsartikel gefunden. Daher fasst dieser Artikel die Auswirkungen von Licht auf Pflanzenwachstum und -entwicklung sowie den Zuckerstoffwechsel zusammen und erörtert die Mechanismen der Lichtwirkung auf Pflanzen detaillierter. Er liefert neue Erkenntnisse zu den Regulationsmechanismen des Pflanzenwachstums unter verschiedenen Lichtbedingungen.
Licht liefert die Energie für die Photosynthese und fungiert als Umweltsignal, das zahlreiche Aspekte der Pflanzenphysiologie reguliert. Pflanzen können Veränderungen der äußeren Lichtverhältnisse mithilfe verschiedener Photorezeptoren wie Phytochrom und Phototropin wahrnehmen und entsprechende Signalwege aktivieren, um ihr Wachstum und ihre Entwicklung zu steuern. Bei geringer Lichtintensität sinken der Trockenmassegehalt der Pflanze sowie die Photosyntheserate, die Transpirationsrate, die Stomata-Leitfähigkeit und der Stammdurchmesser. Darüber hinaus ist die Lichtintensität eine entscheidende Variable, die Prozesse wie Keimung, Blattproliferation und -expansion, Stomataentwicklung, Photosynthese und Zellteilung reguliert. Die durch die Photorezeptoren übertragene Lichtqualität beeinflusst den gesamten Lebenszyklus der Pflanzen, wobei unterschiedliche Lichtqualitäten unterschiedliche Auswirkungen auf Pflanzenmorphologie, Photosynthese, Wachstum und Organentwicklung haben. Pflanzen können ihr Wachstum und ihre Entwicklung in Abhängigkeit von der Photoperiode regulieren, wodurch Prozesse wie Samenkeimung, Blüte und Fruchtreife gefördert werden. Sie ist auch an den Reaktionen der Pflanzen auf widrige Faktoren beteiligt und passt sich verschiedenen saisonalen Veränderungen an (Bao et al., 2024; Chen et al., 2024; Shibaeva et al., 2024).
Zucker, ein essenzieller Stoff für Pflanzenwachstum und -entwicklung, durchläuft einen komplexen Transport- und Akkumulationsprozess, der von zahlreichen Faktoren beeinflusst und reguliert wird. Der Zuckerstoffwechsel in Pflanzen umfasst die Synthese, den Abbau, die Verwertung und die Umwandlung von Zuckern, einschließlich des Saccharosetransports, der Signaltransduktion sowie der Stärke- und Cellulosesynthese (Kudo et al., 2023; Li et al., 2023b; Lo Piccolo et al., 2024). Er ermöglicht die effiziente Verwertung und Regulierung von Zuckern, trägt zur Anpassung der Pflanzen an Umweltveränderungen bei und liefert Energie für Wachstum und Entwicklung. Licht beeinflusst den Zuckerstoffwechsel über Photosynthese, Zuckersignalisierung und Photoperiodenregulation, wobei Veränderungen der Lichtverhältnisse Veränderungen der Pflanzenmetaboliten bewirken (Lopes et al., 2024; Zhang et al., 2024). Dieser Übersichtsartikel konzentriert sich auf die Auswirkungen von Licht auf die Photosyntheseleistung, das Wachstum und die Entwicklung sowie den Zuckerstoffwechsel von Pflanzen. Der Artikel erörtert zudem die Fortschritte in der Forschung zu den Auswirkungen von Licht auf physiologische Pflanzenmerkmale mit dem Ziel, eine theoretische Grundlage für den Einsatz von Licht zur Regulierung des Pflanzenwachstums und zur Verbesserung von Ertrag und Qualität zu schaffen. Der Zusammenhang zwischen Licht und Pflanzenwachstum ist weiterhin unklar und deutet auf mögliche Forschungsrichtungen hin.
Licht besitzt viele Eigenschaften, doch seine Intensität und Qualität haben den größten Einfluss auf Pflanzen. Die Lichtintensität wird üblicherweise verwendet, um die Helligkeit einer Lichtquelle oder die Stärke eines Lichtstrahls zu messen. Basierend auf der Wellenlänge lässt sich Licht in ultraviolettes, sichtbares und infrarotes Licht unterteilen. Sichtbares Licht wird weiter in Rot, Orange, Gelb, Grün, Blau, Indigo und Violett unterteilt. Pflanzen absorbieren vorwiegend rotes und blaues Licht als primäre Energiequelle für die Photosynthese (Liang et al., 2021).
Die Anwendung unterschiedlicher Lichtqualitäten im Freiland, die Steuerung der Photoperiode und die Auswirkungen von Lichtintensitätsänderungen auf Pflanzen stellen jedoch komplexe, zu lösende Probleme dar. Wir sind daher überzeugt, dass die rationale Nutzung der Lichtverhältnisse die Entwicklung der pflanzenökologischen Modellierung und die kaskadenartige Nutzung von Material und Energie effektiv fördern und somit die Pflanzenwachstumseffizienz und den Umweltnutzen verbessern kann. Mithilfe der ökologischen Optimierungstheorie wird die Anpassungsfähigkeit der Pflanzenphotosynthese an mittel- und langfristiges Licht in das Erdsystemmodell integriert, um die Unsicherheit der Photosynthesemodellierung zu reduzieren und die Genauigkeit des Modells zu verbessern (Luo und Keenan, 2020). Pflanzen neigen dazu, sich an mittel- und langfristiges Licht anzupassen, wodurch ihre Photosynthesekapazität und Lichtenergienutzungseffizienz mittel- und langfristig verbessert werden können. Dies ermöglicht eine effektivere ökologische Modellierung des Freilandanbaus. Darüber hinaus wird bei der praktischen Anwendung im Freilandanbau die Lichtintensität an die Pflanzenart und ihre Wachstumseigenschaften angepasst, um ein gesundes Pflanzenwachstum zu fördern. Gleichzeitig ist es durch die Anpassung des Verhältnisses der Lichtqualität und die Simulation des natürlichen Lichtzyklus möglich, die Blüte und Fruchtbildung von Pflanzen zu beschleunigen oder zu verlangsamen und so eine präzisere ökologische Steuerung der Feldmodellierung zu erreichen.
Der lichtregulierte Zuckerstoffwechsel in Pflanzen trägt zur Verbesserung von Wachstum und Entwicklung sowie zur Anpassung und Resistenz gegenüber Umweltstressfaktoren bei. Zucker regulieren als Signalmoleküle Wachstum und Entwicklung durch Interaktion mit anderen Signalmolekülen (z. B. Phytohormonen) und beeinflussen so physiologische Prozesse (Mukarram et al., 2023). Wir sind überzeugt, dass die Erforschung der Regulationsmechanismen zwischen Lichtverhältnissen und Pflanzenwachstum sowie Zuckerstoffwechsel eine effektive Strategie für die Pflanzenzüchtung und -produktion darstellt. Mit dem technologischen Fortschritt können zukünftige Forschungen zur Auswahl von Lichtquellen, wie z. B. künstliche Beleuchtungstechnologien und der Einsatz von LEDs, die Lichteffizienz und den Pflanzenertrag verbessern und so weitere Instrumente zur Steuerung von Pflanzenwachstum und -entwicklung bereitstellen (Ngcobo und Bertling, 2024). Aktuell werden jedoch vor allem rote und blaue Lichtwellenlängen in der Forschung zu den Auswirkungen der Lichtqualität auf Pflanzen verwendet. Durch die Untersuchung der Auswirkungen verschiedener Lichtqualitäten wie Orange, Gelb und Grün auf Pflanzenwachstum und -entwicklung können wir die Wirkungsmechanismen mehrerer Lichtquellen auf Pflanzen erforschen und so unterschiedliche Lichtqualitäten in praktischen Anwendungen effektiver nutzen. Dies erfordert weitere Forschung und Optimierung. Viele Prozesse des Pflanzenwachstums und der -entwicklung werden durch Phytochromen und Phytohormone reguliert. Daher wird der Einfluss der Wechselwirkung von spektraler Energie und endogenen Substanzen auf das Pflanzenwachstum ein zentraler Forschungsschwerpunkt zukünftiger Studien sein. Darüber hinaus wird die eingehende Untersuchung der molekularen Mechanismen, durch die unterschiedliche Lichtbedingungen Pflanzenwachstum und -entwicklung, den Zuckerstoffwechsel sowie die synergistischen Effekte mehrerer Umweltfaktoren auf Pflanzen beeinflussen, zur Weiterentwicklung und Nutzung des Potenzials verschiedener Pflanzen beitragen und deren Anwendung in Bereichen wie Landwirtschaft und Biomedizin ermöglichen.
Veröffentlichungsdatum: 11. September 2025