Влияние разных спектров на ростки огурца.

Влияние светодиодов разного спектра на проростки огурца.   Краткий обзор вышедшего в апреле 2021г. исследования калифорнийских ученых на тему влияния монохроматических светодиодов разного спектра свечения на саженцы огурцов.Ссылка на оригинальную статью: https:/...
18.04.2024
Большую часть года, света для растений очень мало. И те, кто выращивают их круглогодично в закрытых помещениях, а не по сезонно на улице, сталкиваются из-за этого с большими проблемами.Единственный выход их решить — это использовать искусственные источники света. Какие из них луч...
18.04.2024
Влияние разных спектров на ростки огурца.

Влияние светодиодов разного спектра на проростки огурца.

   Краткий обзор вышедшего в апреле 2021г. исследования калифорнийских ученых на тему влияния монохроматических светодиодов разного спектра свечения на саженцы огурцов.Ссылка на оригинальную статью: https://doi.org/10.3390/plants10050824

Хотя свет обеспечивает энергию для фотосинтеза, он также направляет рост растений за счет использования фоторецепторов, таких как фитохром и криптохром, которые позволяют растениям реагировать на изменения спектрального качества в диапазоне от ультрафиолетового до дальнего красного. Эти реакции имеют значение для роста растений в естественных условиях, от лесной подстилки до полевых условий, а также в искусственных средах, таких как домашнее сельское хозяйство, полностью освещенное электрическим освещением.

Уже в 1970-х годах исследования показали, что световые волны различной длины по-разному влияют на фотосинтез на основе квантового выхода. В частности, было показано, что красные и синие длины волн приводят к большей скорости фотосинтеза, чем зеленые длины волн. Совсем недавно были изучены химические и структурные изменения стехиометрии и функции фотосистемы, связанные с фотосинтезом. Было обнаружено, что монохроматический красный свет приводит к плохому росту, характеризующемуся низкой фотосинтетической способностью, невосприимчивой устьичной проводимостью, низким удельным весом листа (масса листа, деленная на площадь листа) и низкой максимальной квантовой эффективностью фотосистемы. Однако добавление синего света блокирует эти негативные реакции, восстанавливая фотосинтетические и физиологические характеристики, сравнимые с растениями, выращенными в белом свете. Помимо фотосинтетических реакций, широко проявляется интерес к тому, как качество спектра меняет другие аспекты физиологии и развития.

Одна из часто встречающихся морфологических реакций - это удельный вес листа (SLW), также называемый площадью массы листа (LMA), который представляет собой массу листа, деленную на его площадь. Это связано с тем, что SLW представляет собой инвестиции растения на единицу созданной площади листьев, так что растения с одинаковым чистым фотосинтезом на уровне растения могут иметь очень разную площадь листьев из-за различий в SLW и разных скоростей чистого фотосинтеза на единицу площади листа. Предыдущие исследования показали, что SLW имеет тенденцию увеличиваться с увеличением доли синего света.

Многие исследования были посвящены роли красного, синего и комбинаций красного и синего света. Сравнительно мало исследований было проведено на тему зеленого света. Тем не менее, важно включать зеленый свет в исследования спектрального качества, поскольку физиологические реакции могут быть результатом взаимодействия между разными длинами волн, а также другими переменными окружающей среды. Импульсы зеленого света подавляли индуцированный синим светом фототропизм у выращенных в темноте проростков, в то же время усиливая индуцированный синим светом фототропизм у выращенных на свету проростков. Более ранние исследования показали, что зеленый свет обращает открытие устьиц, вызванное синим светом.

В настоящем исследовании огурец использовался в качестве модельного растения по нескольким причинам. Во-первых, документально подтверждено, что огурец обладает высокой чувствительностью к качеству света. Во-вторых, огурец является одной из наиболее выращиваемых культур в условиях защищенного выращивания во всем мире с использованием систем искусственного и дополнительного освещения. В-третьих, хотя реакция на красный и синий свет изучалась у огурцов довольно широко, реакция на зеленый свет и взаимодействие между синим, зеленым и красным светом изучены менее хорошо.

Цель исследования состояла  в том, чтобы охарактеризовать фотосинтетическую адаптацию огурца к различным спектрам, содержащим комбинации красного, зеленого и синего света, чтобы определить, как световые сигналы в сложных спектрах взаимодействуют, чтобы влиять на фотосинтез. Кроме того, стремились понять, как фотосинтетические различия влияют на накопление и морфологию биомассы.

      Экспериментальные образцы растений выращивались в отдельных камерах с разным типом освещения.


Рисунок 1. Спектры облучения:

 монохроматический синий (B) с пиком в 460нм,

монохроматический зеленый (G)-использовались белые светодиоды 15000К,

монохроматический красный (R) с пиком в 661нм,

зелено-синий (GB), красно-синий (RB), красно-зеленый (RG), красный-зеленый– синий (RGB) и красный – зеленый – синий с дальним красным (RGB + FR 744нм).



Рисунок 2. Профиль и изображения сверху типичных растений, выбранных путем выбора растения, которое было наиболее близко по сухой массе и высоте к среднему значению выборки. Это изображение является составным, чтобы можно было визуально сравнить разные виды облучения.  Белая полоса вверху посередине составляет 10 см для изображений профиля, а желтая полоса внизу посередине - 10 см для изображений над головой.


Рисунок 3. Зависимость высоты побегов от спектра облучения. Дальний красный свет увеличил высоту растений, причем обработка RGB + FR была значительно выше, чем обработка RGB. И наоборот, дополнительный синий свет уменьшал высоту растений. Однако растения, выращенные в варианте B, были выше, чем во всех других вариантах, кроме RGB + FR. Обработки RGB + FR и B, помимо того, что они были самыми высокими, также имели самую низкую долю сухой массы листа (сухой вес листа, деленный на сухой вес побегов).

Рисунок 4. Зависимость толщины ствола от спектра. Не было четких тенденций для диаметра стебля, за исключением того, что диаметр стебля увеличивался дальним красным светом, при этом растения в обработке RGB + FR имели значительно больший диаметр стебля, чем растения в обработке RGB.


Рисунок 5. Площадь листа. Обработка RGB + FR привела к значительно большей площади листа, чем обработка RGB. Из-за высокой внутригрупповой изменчивости других значимых тенденций в площади листьев не было, хотя при большем размере выборки может наблюдаться тенденция к уменьшению площади листьев с дополнительным синим светом.


Рисунок 6.Удельный вес листа (SLW), сухой вес листа, разделенный на его площадь, действительно демонстрирует четкую тенденцию с синим светом, значительно увеличивающим SLW. Более высокие удельные веса листьев наблюдались при обработках с добавлением синего. Дальний красный свет уменьшил SLW, при этом обработка RGB + FR имела значительно более низкую SLW, чем обработка RGB.

Выводы

Было показано, что монохроматический красный и синий свет влияют на фотосинтез и морфологию огурца. Менее ясно, как зеленый свет влияет на фотосинтетические характеристики или морфологию, сам по себе или вместе с другими длинами волн. В этом исследовании огурец ( Cucumis sativus ) выращивался в монохроматическом синем, зеленом и красном свете, двухцветном сине-зеленом, красно-синем и красно-зеленом свете, а также в свете, содержащем красный, зеленый и синий длины волн, с или без дополнительного дальнего красного света. Данные фотосинтеза, собранные при обработке спектров в условиях ограничения света, показали, что и красный, и зеленый свет усиливают фотосинтез. Однако фотосинтетические данные, собранные с помощью фотонов 90% красного, 10% синего, 1000 мкмоль м -2 с -1, насыщающий свет показывает значительно более низкий фотосинтез при обработке зеленым, красным и красно-зеленым, что указывает на усиление синего света из-за стехиометрических различий фотосистем. Обработка красным – зеленым и зеленым светом показывает улучшенную фотосинтетическую способность по сравнению с красным светом, что указывает на частичное восстановление зеленым светом. Несмотря на более низкую квантовую эффективность и самые низкие уровни фотосинтеза в окружающей среде, обработка монохроматическим синим цветом дает самые высокие и массивные растения с наибольшей площадью листьев и самыми толстыми стеблями.


Растения адаптируются к световым сигналам, регулируя стехиометрию фотосистемы. В монохроматическом красном свете это снижает фотосинтетическую способность растения в широком спектре и в условиях насыщенного света. Однако этот стехиометрический дисбаланс не наблюдается в спектрах, содержащих синий свет, и частично устраняется спектрами, содержащими зеленый свет. Несмотря на это наблюдение в условиях насыщенного света, монохроматический зеленый свет имел более низкую чистую скорость фотосинтеза, чем монохроматический красный свет в условиях окружающей среды. Тем не менее, другие факторы, такие как морфологические адаптации, такие как высота, площадь листа и SLW, по-видимому, способствуют накоплению биомассы в той или иной степени, чем чистый фотосинтез на единицу площади листа, учитывая, что растения, выращенные в монохроматическом синем свете, были привязаны к самой низкой чистой скорости фотосинтеза в окружающей среде. с монохроматическим зеленым светом.


Обратный звонок