З новою технологією світлодіодного освітлення для рослинництва та досліджень основна увага приділяється розробці світлових спектрів, які а) є найбільш енергоефективними та б) забезпечують найбільш швидкий вегетативний та генеративний розвиток рослини. У цьому відношенні у легкій промисловості для вирощування рослин переважають червоні та сині довжини хвиль. Однак виняток інших діапазонів хвиль обмежує можливість контролювати інші аспекти експресії генів та фізіології рослин. Найбільш вивченими з цих інших діапазонів хвиль є далекі червоні та ультрафіолетові хвилі. Ці довжини хвиль можуть значно вплинути на зростання та розвиток рослин, і ви можете прочитати про це у наших попередніх повідомленнях у блозі:

Співвідношення у світловому спектрі: короткий огляд

Різні види білого світлодіодного світла викликають різну реакцію рослин

Підходи до освітлення для прискорення зміни поколінь

Зелене світло (500-600 нм) зазвичай не береться до уваги, тому що вважалося, що воно не приносить багато користі для вегетативного та генеративного росту рослин. Традиційно вважалося, що зелене світло відбивається лише від поверхні листа, створюючи його зелений колір. Розвиток у напрямку безперервного (повного, широкого, широкого) спектру, що містить також зелену довжину хвилі, почався з експериментів з виробництва рослин на космічній станції НАСА, де червоне та синє світло вважалося невигідним, оскільки рослини під ним виглядали майже чорними, і було важко контролювати здоров'я рослин у цих умовах (Kim et al. 2004). У дослідженні, проведеному для космічного польоту, було виявлено, що додавання 24% зеленого світла (500-600 нм) до червоних та синіх світлодіодів (обробка RGB) посилює зростання салату, виробляючи більше біомаси, ніж просто червоне та синє світло (Kim et al 2004). Наявність безперервного спектру, що містить 0,1% УФА, 12% синього, 19% зеленого, 61% червоного та 8% далекого червоного (спектр AP673L), постійно показувало у внутрішніх випробуваннях Валойї, що він перевершує просте червоне та синє світло і, отже , Перевершує по спектру дуже просту натрієву лампу високого тиску (HPS). Також варто згадати, що цей спектр не є білим світлом, але у розвитку спектру кількості та співвідношення (R: Fr, B: G) було розроблено для стимулювання сильного вегетативного росту рослин. У випробуванні внутрішнього салату Valoya на 58% більше біомаси було накопичено під спектром AP673L, ніж під червоним та синім спектром (рис. 1). Червоний 61% і далекий червоний 8% (спектр AP673L) постійно показують у внутрішніх випробуваннях Valoya, що він перевершує просте червоне та синє світло і, отже, перевершує спектр дуже простої натрієвої лампи високого тиску (HPS). Також варто згадати, що цей спектр не є білим світлом, але у розвитку спектру кількості та співвідношення (R: Fr, B: G) було розроблено для стимулювання сильного вегетативного росту рослин. У випробуванні внутрішнього салату Valoya на 58% більше біомаси було накопичено під спектром AP673L, ніж під червоним та синім спектром (рис. 1). Червоний 61% і далекий червоний 8% (спектр AP673L) постійно показують у внутрішніх випробуваннях Valoya, що він перевершує просте червоне та синє світло і, отже, перевершує спектр дуже простої натрієвої лампи високого тиску (HPS). Також варто згадати, що цей спектр не є білим світлом, але у розвитку спектру кількості та співвідношення (R: Fr, B: G) було розроблено для стимулювання сильного вегетативного росту рослин. У випробуванні внутрішнього салату Valoya на 58% більше біомаси було накопичено під спектром AP673L, ніж під червоним та синім спектром (рис. 1).

Мал. 1 Результати випробувань салату, що описують криву росту при червоному та синьому світлі (RB), безперервному світлодіодному спектрі (Valoya AP673L) та натрієвих лампах високого тиску (HPS).

Вплив зеленого світла на рослини

Хоча фоторецептор, специфічний для зеленого світла, ще не знайдено, відомо, що зелене світло має ефекти, що не залежать від криптохрому, але знову ж таки також залежні від криптохрому, як і синє світло. Відомо, що зелене світло в умовах низької інтенсивності світла може посилювати далекий червоний колір, стимулюючи вироблення вторинних метаболітів у мікрозелені, а потім знову ж таки протидіє виробництву цих сполук в умовах високої інтенсивності світла (Kim et al. 2004). У багатьох випадках зелене світло сприяє фізіологічним змінам рослин, протилежним діям синього світла. У дослідженні Kim та ін. Нагромадження антоціанів, викликане синім світлом, інгібувало зеленим світлом. В іншому дослідженні було виявлено, що синє світло сприяє відкриттю продихів, тоді як зелене світло сприяє закриттю продихів (Frechilla et al. 2000). Синє світло перешкоджає ранньому подовженню стебла на стадії проростків, тоді як зелене світло сприяє цьому (Folta 2004). Крім того, синє світло призводить до індукції цвітіння, а зелене світло пригнічує його (Banerjee та інші. , 2007). Як ви можете бачити, зелене світло дуже тісно взаємодіє з синім світлом, і тому важлива не лише кількість цих двох довжин хвиль окремо, але й співвідношення (синє: зелене) між цими двома в розробленому спектрі. Крім того, було виявлено, що зелене світло впливає на подовження черешків та переорієнтацію листа вгору з модельною рослиною Arabidopsis thaliana, що є ознакою симптомів уникнення тіні (Zhang et al.2011), а також експресією генів у тій же рослині (Dhingra et. 2006 р.).

 

Зелений фотон, що просочується крізь навіс

Як згадувалося раніше, зелене світло викликає симптоми уникнення тіні, що досить інтуїтивно зрозуміло, зважаючи на природні умови, в яких ростуть рослини. Не все зелене світло відбивається від найвищого листя навісу в природі, але, за оцінками, більша його частина (50-90%) проникає через верхнє листя на рівні рослин ((Terashima, et al., 2009; Nishio, 2000)). , Що росте в підліску лісу, зелене світло є сигналом для рослини, що воно знаходиться в тіні більшої рослини.З іншого боку, рослини, що ростуть під безперешкодним сонячним світлом, можуть скористатися перевагами зелених фотонів, які можуть легше проникати. і сині фотони З фотосинтетичних пігментів вищих рослин хлорофіл має вирішальне значення для росту рослин. –600 нм) області. Вважається, що до 80% всього зеленого світла проходить через хлоропласт (Terashima et al. , 2009), і це дозволяє більшій кількості зелених фотонів проходити глибше в шар мезофілу л кулі, ніж червоним і синім фотонам. Коли зелене світло розсіюється у вертикальному профілі листа, його подорож подовжується, і тому фотони мають більше шансів потрапити у хлоропласти та поглинути їх при проходженні через лист до нижнього листя рослини.

Фотони PPFD (щільність потоку фотосинтетичних фотонів) захоплюються хлорофілом, викликаючи збудження електрона для переходу до більш високого енергетичного стану, в якому енергія негайно передається сусідній молекулі хлорофілу за допомогою резонансної передачі або вивільняється в ланцюг переносу електронів (PSII і PSI). Незважаючи на низький коефіцієнт екстинкції хлорофілу в зеленій ділянці 500-600 нм, слід зазначити, що поглинання може бути значним, якщо концентрація пігменту (хлорофілу) у листі досить висока.

Доступні дослідження ясно показують, що рослини використовують зелені хвилі для збільшення біомаси та врожайності (фотосинтетична активність), і що це важливий сигнал для довгострокового розвитку та короткострокової динамічної акліматизації (співвідношення синій: зелений) до навколишнього середовища. Його не слід скидати з рахунків, його слід вивчити докладніше, тому що він дає більше можливостей для контролю експресії генів рослин та фізіології у рослинництві.

РЕКОМЕНДАЦІЇ

Банерджи Р., Шлейхер Э., Мейер С. Виана Р.М., Покорны Р., Ахмад М., Биттл Р., Батшауэр. 2007. Состояние передачи сигналов криптохрома 2 Arabidopsis содержит семихинон флавина. Журнал биологической химии 282, 14916–14922.

Dhingra, A., Bies, DH, Lehner, KR, and Folta, KM 2006. Зеленый свет регулирует пластический транскриптом во время раннего фотоморфогенного развития. Plant Physiol. 142, 1256–1266.

Folta, KM 2004. Зеленый свет стимулирует раннее удлинение стебля, противодействуя опосредованному светом ингибированию роста. Plant Physiol. 135, 1407-1416.

Frechilla, S., Talbott, LD, Bogomolmi, RA, and Zeiger, E. 2000. Инверсия открытия устьиц, стимулированного синим светом, с помощью зеленого света. Physiol растительных клеток. 41, 171–176.

Ким, Х.Х., Гоинс, Г.Д., Уиллер, Р.М., и Сагер, Дж.С., 2004 г. Добавка зеленого света для ускоренного роста салата под действием красных и синих светодиодов. HortScience 39, 1617-1622.

Nishio, JN 2000. Почему высшие растения зеленые? Эволюция дополнения фотосинтетического пигмента высших растений. Растительные клетки и окружающая среда 23, 539–548.

Терашима И., Фудзита Т., Иноуэ Т., Чоу В.С., Огучи Р. 2009. Зеленый свет более эффективно управляет фотосинтезом листьев, чем красный свет при ярком белом свете: возвращаясь к загадочному вопросу о том, почему листья зеленые. Физиология растений и клетки 50, 684–697.

Чжан Т., Марухнич С.А. и Фолта К.М. 2011. Зеленый свет вызывает симптомы избегания тени. Plant Physiol. 157, 1528–156.