QUANG KỲ: Ở THỰC VẬT VÀ ĐỘNG VẬT - SINH HỌC - 2026

Chu kỳ quang kỳ là lượng sáng và tối trong chu kỳ 24 giờ. Ở khu vực đường xích đạo - nơi vĩ độ có giá trị bằng 0 - nó không đổi và bằng nhau, với 12 giờ ánh sáng và 12 giờ bóng tối.

Phản ứng với chu kỳ quang là một hiện tượng sinh học trong đó các sinh vật thay đổi một số đặc điểm của chúng - sinh sản, tăng trưởng, hành vi - tùy thuộc vào sự biến đổi của ánh sáng, các mùa và chu kỳ mặt trời.

Quang kỳ ảnh hưởng đến sự nảy mầm của hạt. Nguồn: pixabay.com

Nói chung, chu kỳ quang thường được nghiên cứu ở thực vật. Nó tìm cách hiểu các biến thể trong thông số chiếu sáng điều chỉnh quá trình nảy mầm, trao đổi chất, sản xuất hoa, khoảng thời gian ngủ của chồi hoặc một đặc điểm khác như thế nào.

Nhờ sự hiện diện của các sắc tố đặc biệt, được gọi là phytochromes, thực vật có thể phát hiện ra những thay đổi môi trường xảy ra trong môi trường xung quanh chúng.

Theo các bằng chứng, sự phát triển của các cây bị ảnh hưởng bởi số giờ nhận được. Ví dụ, ở các quốc gia có các mùa rõ rệt, cây cối có xu hướng chậm lại vào mùa thu, nơi chu kỳ quang kỳ ngắn hơn.

Hiện tượng mở rộng đến các thành viên của vương quốc động vật. Quang chu kỳ có khả năng ảnh hưởng đến quá trình sinh sản và hành vi của nó.

Quang chu kỳ được phát hiện vào năm 1920 bởi Garner và Allard. Các nhà nghiên cứu này đã chỉ ra rằng một số loài thực vật thay đổi sự ra hoa của chúng để đáp ứng với những thay đổi về độ dài trong ngày.

Tại sao xảy ra hiện tượng quang kỳ?

Khi chúng ta rời khỏi khu vực này, thời gian của ánh sáng và bóng tối thay đổi theo độ nghiêng của trục trái đất về phía mặt trời.

Khi chúng ta di chuyển từ xích đạo đến một trong hai cực, sự khác biệt giữa ánh sáng và bóng tối rõ ràng hơn - đặc biệt là ở các cực, nơi chúng ta tìm thấy 24 giờ ánh sáng hoặc bóng tối, tùy thuộc vào thời gian trong năm.

Ngoài ra, sự quay hàng năm của trái đất quanh mặt trời khiến chu kỳ quang thay đổi trong năm (ngoại trừ đường xích đạo). Do đó, ngày dài hơn vào mùa hè và ngắn hơn vào mùa đông.

Ưu điểm của phản ứng với quang chu kỳ

Khả năng phối hợp các quá trình phát triển nhất định với một thời điểm cụ thể trong năm, nơi có nhiều khả năng là các điều kiện thuận lợi hơn mang lại một số lợi thế. Điều này xảy ra ở thực vật, động vật và thậm chí cả một số loại nấm.

Đối với các sinh vật, thuận lợi là sinh sản vào các thời điểm trong năm mà các con non không phải đối mặt với các điều kiện khắc nghiệt của mùa đông. Điều này, chắc chắn sẽ làm tăng khả năng sống sót của con non, mang lại lợi thế thích nghi rõ ràng cho nhóm.

Nói cách khác, cơ chế chọn lọc tự nhiên sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho sự khuếch tán của hiện tượng này ở những sinh vật đã có được cơ chế cho phép chúng thăm dò môi trường và phản ứng với những thay đổi của chu kỳ quang.

Quang kỳ ở thực vật

Ở thực vật, độ dài ngày có ảnh hưởng rõ rệt đến nhiều chức năng sinh học của chúng. Dưới đây, chúng tôi sẽ mô tả các quá trình chính bị ảnh hưởng bởi độ dài của ngày và đêm:

Ra hoa

Trong lịch sử, thực vật được phân loại là thực vật dài ngày, ngắn ngày hoặc trung tính. Cơ chế thực vật để đo lường những kích thích này rất phức tạp.

Hiện nay, người ta đã xác định được rằng một loại protein gọi là CONSTANS có vai trò quan trọng trong quá trình ra hoa, được hoạt hóa thành một loại protein nhỏ khác di chuyển qua các bó mạch và kích hoạt chương trình phát triển ở mô phân sinh sinh sản và gây ra hoa.

Cây dài ngày và cây ngắn ngày

Cây dài ngày chỉ ra hoa nhanh hơn khi tiếp xúc với ánh sáng kéo dài trong một số giờ. Ở những loại thực vật này, sự ra hoa sẽ không xảy ra nếu thời gian của thời kỳ tối bị vượt quá một giá trị cụ thể. "Giá trị tới hạn" của ánh sáng thay đổi tùy theo loài.

Những loại cây này nở hoa vào mùa xuân hoặc đầu mùa hè, nơi giá trị ánh sáng đáp ứng yêu cầu tối thiểu. Củ cải, rau diếp và hoa huệ được xếp vào loại này.

Ngược lại, cây ngắn ngày yêu cầu tiếp xúc với ánh sáng thấp hơn. Ví dụ, một số cây nở hoa vào cuối mùa hè, mùa thu hoặc mùa đông là ngày ngắn. Trong số này, hoa cúc, hoa Giáng sinh hoặc ngôi sao và một số giống đậu nành nổi bật.

Độ trễ

Trạng thái tiềm ẩn rất hữu ích cho thực vật, vì chúng cho phép chúng đối phó với các điều kiện môi trường không thuận lợi. Ví dụ, thực vật sống ở vĩ độ Bắc sử dụng thời gian ngày giảm vào mùa thu như một cảnh báo về giá lạnh.

Bằng cách này, chúng có thể phát triển trạng thái ngủ đông giúp chúng đối phó với nhiệt độ đóng băng sắp tới.

Trong trường hợp của những loài bơi lội, chúng có thể sống sót trong sa mạc vì chúng sử dụng những ngày dài làm tín hiệu để đi vào trạng thái ngủ đông trong thời gian khô cằn.

Kết hợp với các yếu tố môi trường khác

Nhiều khi phản ứng của cây không được xác định bởi một yếu tố môi trường nào. Ngoài thời gian chiếu sáng, nhiệt độ, bức xạ mặt trời và nồng độ nitơ thường là những yếu tố quyết định đến sự phát triển.

Ví dụ, ở thực vật thuộc loài Hyoscyamus niger, quá trình ra hoa sẽ không xảy ra nếu nó không đáp ứng các yêu cầu của chu kỳ quang kỳ, và cũng như quá trình tiết hoa (lượng lạnh tối thiểu cần thiết).

Quang kỳ ở động vật

Như chúng ta đã thấy, độ dài của ngày và đêm cho phép động vật đồng bộ hóa các giai đoạn sinh sản của chúng với những thời điểm thuận lợi trong năm.

Động vật có vú và chim thường sinh sản vào mùa xuân, để đáp ứng với sự kéo dài của ngày, và côn trùng thường trở thành ấu trùng vào mùa thu, khi ngày ngắn lại. Thông tin liên quan đến phản ứng với quang chu kỳ ở cá, lưỡng cư và bò sát còn hạn chế.

Ở động vật, kiểm soát quang chu kỳ chủ yếu là nội tiết tố. Hiện tượng này xảy ra do sự tiết melatonin ở tuyến tùng, chất này bị ức chế mạnh khi có ánh sáng.

Nội tiết tố tiết ra nhiều hơn trong thời kỳ bóng tối. Do đó, các tín hiệu quang kỳ được dịch chuyển thành bài tiết melatonin.

Hormone này chịu trách nhiệm kích hoạt các thụ thể cụ thể nằm trong não và trong tuyến yên điều chỉnh nhịp điệu sinh sản, trọng lượng cơ thể, ngủ đông và di cư.

Kiến thức về phản ứng của động vật đối với những thay đổi của chu kỳ quang rất hữu ích cho con người. Ví dụ, trong chăn nuôi, các nghiên cứu khác nhau tìm cách tìm hiểu sản lượng sữa bị ảnh hưởng như thế nào. Cho đến nay nó đã được xác nhận rằng ngày dài tăng sản lượng nói.

Người giới thiệu

1. Campbell, NA (2001). Sinh học: Các khái niệm và mối quan hệ. Giáo dục Pearson.
2. Dahl, GE, Buchanan, BA, & Tucker, HA (2000). Ảnh hưởng quang chu kỳ đối với bò sữa: Đánh giá. Tạp chí khoa học sữa, 83 (4), 885-893.
3. Garner, WW & Allard, HA (1920). Ảnh hưởng của độ dài ngày đêm tương đối và các yếu tố khác của môi trường đến sinh trưởng và sinh sản ở thực vật. Đánh giá thời tiết hàng tháng, 48 (7), 415-415.
4. Hayama, R., & Coupland, G. (2004). Cơ sở phân tử của sự đa dạng trong phản ứng ra hoa quang chu kỳ của cây Arabidopsis và lúa. Sinh lý thực vật, 135 (2), 677-84.
5. Jackson, SD (2009). Phản ứng của thực vật với quang chu kỳ. New Phytologist, 181 (3), 517-531.
6. Lee, BD, Cha, JY, Kim, MR, Paek, NC và Kim, WY (2018). Hệ thống cảm biến quang kỳ để xác định thời điểm ra hoa ở thực vật. Báo cáo BMB, 51 (4), 163-164.
7. Romero, JM, & Valverde, F. (2009). Các cơ chế quang chu kỳ được bảo tồn tiến hóa ở thực vật: tín hiệu quang chu kỳ ở thực vật xuất hiện khi nào ?. Báo hiệu & hành vi của thực vật, 4 (7), 642-4.
8. Saunders, D. (2008). Quang kỳ ở côn trùng và động vật khác. Trong Photobiology (trang 389-416). Springer, New York, NY.
9. Walton, JC, Weil, ZM và Nelson, RJ (2010). Ảnh hưởng của quang kỳ đối với hormone, hành vi và chức năng miễn dịch. Biên giới trong thần kinh học nội tiết, 32 (3), 303-19.