Влияние инфракрасного света на рост салата.
Краткий обзор вышедшего в 2021 году исследования американских из университета Джорджии ученых по воздействию дальнего красного (или ближнего инфракрасного) на рост культуры салата. Ссылка на оригинал статьи: https://doi.org/10.3390/plants10010166
1. Введение
Светодиоды (LED) - это быстро развивающаяся технология освещения в сельском хозяйстве с контролируемой средой. Светодиодные светильники можно использовать для дополнительного освещения в теплицах или для единственного источника освещения на промышленных предприятиях. Снижение стоимости и повышение эффективности светодиодных светильников в сочетании с гибкостью в предоставлении различных диапазонов волн и контроля интенсивности света увеличили их долю на рынке.
Частично причина более высокой эффективности заключается в том, что светодиодные светильники работают при гораздо более низких температурах, чем старые технологии, теряя меньше энергии на тепловыделение. Более низкая температура и отсутствие лучистого тепла позволяет размещать светодиодные светильники намного ближе к растительному покрову. Эффективность светодиодных светильников может быть дополнительно увеличена за счет генерации света только в диапазоне фотосинтетически активного излучения (PAR), которое стимулирует фотосинтез. Способность светодиодных светильников обеспечивать определенные спектры света может быть использована для незапланированных морфологических реакций, таких как цветение, пути избегания тени, изменение метаболомов и повышение защитных сил растений, их размера и скорости роста. Светодиоды могут быть полезны даже после сбора урожая, поскольку послеуборочное применение различных световых спектров может повлиять на летучие соединения цветов и фруктов.
Дальнее красное излучение (FR, 700–800 нм) перспективно для включения в спектр светодиодных светильников для выращивания растений. Поскольку растения неподвижны, им необходимо приспосабливаться к окружающей среде, что частично происходит за счет определения качества света и реагирования на него. Дальнее красное излучение плохо поглощается листьями по сравнению с PAR (400–700 нм), что снижает соотношение красного к дальнему красному (R:FR) в тени под пологом растений. Уменьшение отношения R: FR может вызвать реакцию избегания тени или теневыносливости из-за способности растений обнаруживать изменения в соотношении R:FR через фитохромы. При воздействии низкого соотношения R:FR теневыносливые виды часто демонстрируют более тонкие и крупные листья с более высоким содержанием хлорофилла, чтобы улавливать больше света. В тех же условиях у видов, избегающих тени, стебли и листья часто удлиняются быстрее, чтобы пробиться сквозь навес и получить больше света. У растений также может быть более низкое содержание хлорофилла и сильное апикальное доминирование.
В дополнение к инициированию морфологических реакций, дальнее красное излучение может усилить фотосинтез. В то время как PAR обычно определяется как длина волны от 400 до 700 нм, дальний красный свет увеличивает фотосинтез синергическим образом со светом с более короткими длинами волн. Впервые описанный как эффект усиления Эмерсона, одновременное применение красного и дальнего красного света увеличивает скорость фотосинтеза по сравнению с независимым применением этих световых спектров.
Реакция теневыносливости развивающихся более крупных листьев увеличивает размер купола и, следовательно, падающий свет, что потенциально приводит к усилению фотосинтеза и роста площади купола.
Салат - экономически важная культура, которую часто выращивают в теплицах с дополнительным освещением. Некоторые сорта салата проявляют теневыносливую реакцию в ответ на дополнительный дальний красный свет, например, усиленное разрастание листьев и рост проростков. Обработка дальним красным светом может также увеличить свежий и сухой вес, разрастание листьев, площадь листьев, высоту побегов и длину междоузлий, накопление биоактивных соединений и деление митотических клеток в салате.
2. Результаты эксперимента
В эксперименте дальний красный градиент (4,9–28,0 мкмоль м -2 с -1 ) был установлен с использованием дальних красных светодиодов (пик на 735 нм) в камере для выращивания. PPFD с узким диапазоном (207 ± 13 мкмоль м −2 с −1) был обеспечен с использованием светодиодных панелей холодного белого цвета, чтобы минимизировать изменчивость PPFD. Выращивали шестьдесят растений салата «Green Salad Bowl», половину урожая собирали через 16 дней после прорастания (ранний), а остальные собирали через 25 дней после прорастания (поздно). Целью этого исследования было количественно оценить влияние различной интенсивности дополнительного дальнего красного света на морфологию, LUE и рост салата «Green Salad Bowl». Статистический анализ показал отсутствие значительного влияния различий PPFD на морфологические или физиологические реакции растений.
2.1. Морфология листьев
Дополнительный дальний красный свет повлиял на морфологию листьев как при раннем, так и при позднем урожае. На обоих сборах увеличение интенсивности дополнительного дальнего красного света увеличивало длину и ширину листа ( p ≤ 0,014; Рисунок 1 ). В начале уборки урожая длина листа увеличивалась на 0,99 мм на мкмоль м -2 с -1 дальнего красного света, а ширина листа увеличивалась на 0,75 мм на мкмоль м -2 с -1 . В конце уборки урожая длина листа увеличивалась на 1,1 мм на мкмоль м -2 с -1 , а ширина листа увеличивалась на 0,83 мм на мкмоль м -2 с -1 .
Рисунок 1. ( A ) Зависимость между интенсивностью дополнительного дальнего красного света и длиной листа и ( B ) шириной листа салата «Green Salad Bowl». Растения выращивали при плотности потока фотосинтетических фотонов 207 ± 13 мкмоль м -2 с -1 с добавлением различного количества дальнего красного. Ранний сбор урожая произошел через 16 дней после прорастания, а поздний урожай - через 25 дней после прорастания.
Также были проведены анализы прогнозируемого размера покрова, которые также положительно коррелируют с количеством дальнего красного света и с площадью листа.
С помощью регрессионного анализа был произведен замер общего количества падающего за день на растения света. Затем это значение было интегрировано для оценки общего количества полученного растениями света. Суммарный падающий свет положительно коррелировал с сухой массой растений в обоих урожаях ( p <0,0001). Увеличение площади листьев на 1 м 2 было связано с увеличением падающего света на 47 и 59 молей до раннего и позднего урожая, соответственно. Каждые 1 м2 увеличение PCS было связано с увеличением падающего света на 62 и 146 моль при раннем и позднем сборах соответственно. Сухая масса побегов увеличилась на 0,552 и 0,506 г на моль падающего света при раннем и позднем урожае соответственно.
Рисунок 2. Корреляция между ( A ) общей площадью листьев и ( B ) предполагаемым размером кроны (PCS) и общим кумулятивным падающим светом (400-800 нм) за период роста; ( C ) Корреляция между падающим светом и сухой массой . Растения выращивали при плотности потока фотосинтетических фотонов 207 ± 13 мкмоль м -2 с -1 с добавлением различных количеств дальнего красного. Ранний сбор урожая произошел через 16 дней после прорастания, а поздний урожай - через 25 дней после прорастания.
Важно учитывать, что слишком много дальнего красного света может отрицательно повлиять на качество и рост. Необходимы дальнейшие исследования, чтобы установить наилучшее соотношение дальнего красного света и PPFD. Максимальные наблюдаемые отношения PPFD к дальнему красному свету варьировались от 40,4 мкмоль м -2 с -1 PPFD на каждый 1 мкмоль м -2 с -1 дальнего красного света до 5,17 мкмоль м -2 с -1 PPFD на каждый 1 мкмоль м −2 с −1 дальнего красного света, аналогично отношению PPFD к дальнему красному фотону при солнечном свете. Морфологические реакции и реакции роста, наблюдаемые в исследованиях, были линейными во всех диапазонах используемого PPFD и дальнего красного света. Хотя для салата по-прежнему было выгодно соотношение PPFD и дальнего красного цвета, которое было аналогично солнечному свету, эффект дальнего красного света может варьироваться между видами и сортами, что требует исследований на других культурах. Также важно учитывать, что эти исследования проводились в среде с единственным источником освещения и могут быть неприменимы к условиям теплицы, где солнечный свет может обеспечивать значительное количество дальнего красного света. Однако для освещения от одного источника результаты показывают, что освещение с соотношением PPFD и дальнего красного света, аналогичным таковому при солнечном свете, увеличивают рост по сравнению с освещением с меньшей долей дальнего красного света.
Выводы
Дополнительный дальний красный свет оказывает сильное влияние на морфологию и рост салата. Дальний красный свет увеличивает расширение листьев и размер навеса, что вызывает увеличение кумулятивного падающего света и биомассы. Фотоны дальнего красного света более эффективны для увеличения падающего света, чем фотоны в области 400–700 нм. Влияние дальнего красного света было сильнее на более поздних этапах цикла выращивания, вероятно, из-за кумулятивного эффекта с течением времени. В исследовании растения не перекрывали друг друга, и эффекты дальнего красного света могут уменьшаться, когда растения конкурируют за свет. Исследование показывает, что дальний красный свет более эффективен для производства биомассы, чем свет из традиционного диапазона PAR (400–700 нм). Включая дальний красный свет в светодиодных светильниках для освещения от единственного источника, обеспечивая соотношения PAR и дальнего красного света, аналогичного солнечному свету, может способствовать росту салата. Реакция роста, наблюдаемая на дополнительный дальний красный свет, была линейной вплоть до максимума 30 мкмоль · м−2 с −1, наблюдаемого в эксперименте, и отрицательного влияния на качество не наблюдалось.