С новой технологией светодиодного освещения для растениеводства и исследований основное внимание уделяется разработке световых спектров, которые а) являются наиболее энергоэффективными и б) обеспечивают наиболее быстрое вегетативное и генеративное развитие растения. В этом отношении в легкой промышленности для выращивания растений преобладают красные и синие длины волн. Однако исключение других диапазонов волн ограничивает возможность контролировать другие аспекты экспрессии генов и физиологии растений. Наиболее изученными из этих других диапазонов волн являются далекие красные и ультрафиолетовые волны. Эти длины волн могут значительно повлиять на рост и развитие растений, и вы можете прочитать об этом в наших предыдущих сообщениях в блоге: 

Соотношения в световом спектре: краткий обзор

Различные виды белого светодиодного света вызывают разную реакцию растений

Подходы к освещению для ускорения смены поколений

Зеленый свет (500–600 нм) обычно не принимается во внимание, потому что считалось, что он не приносит много пользы для вегетативного и генеративного роста растений. Традиционно считалось, что зеленый свет отражается только от поверхности листа, создавая его зеленый цвет. Развитие в направлении непрерывного (полного, широкого, широкого) спектра, содержащего также зеленую длину волны, началось с экспериментов по производству растений на космической станции НАСА, где красный и синий свет считался невыгодным, поскольку растения под ним выглядели почти черными, и было трудно контролировать здоровье растений под в этих условиях (Kim et al. 2004). В исследовании, проведенном для космического полета, было обнаружено, что добавление 24% зеленого света (500-600 нм) к красным и синим светодиодам (обработка RGB) усиливает рост салата, производя больше биомассы, чем просто красный и синий свет (Kim et al. 2004). Наличие непрерывного спектра, содержащего 0,1% УФА, 12% синего, 19% зеленого, 61% красного и 8% дальнего красного (спектр AP673L), постоянно показывало во внутренних испытаниях Валойи, что он превосходит простой красный и синий свет и, следовательно, превосходит по спектру очень простую натриевую лампу высокого давления (HPS). Также стоит упомянуть, что этот спектр не является белым светом, но в развитии спектра количества и соотношения (R: Fr, B: G) были разработаны для стимулирования сильного вегетативного роста растений. В испытании внутреннего салата Valoya на 58% больше биомассы было накоплено под спектром AP673L, чем под красным и синим спектром (рис. 1). Красный 61% и дальний красный 8% (спектр AP673L) постоянно показывают во внутренних испытаниях Valoya, что он превосходит простой красный и синий свет и, следовательно, превосходит спектр очень простой натриевой лампы высокого давления (HPS). Также стоит упомянуть, что этот спектр не является белым светом, но в развитии спектра количества и соотношения (R: Fr, B: G) были разработаны для стимулирования сильного вегетативного роста растений. В испытании внутреннего салата Valoya на 58% больше биомассы было накоплено под спектром AP673L, чем под красным и синим спектром (рис. 1). Красный 61% и дальний красный 8% (спектр AP673L) постоянно показывают во внутренних испытаниях Valoya, что он превосходит простой красный и синий свет и, следовательно, превосходит спектр очень простой натриевой лампы высокого давления (HPS). Также стоит упомянуть, что этот спектр не является белым светом, но в развитии спектра количества и соотношения (R: Fr, B: G) были разработаны для стимулирования сильного вегетативного роста растений. В испытании внутреннего салата Valoya на 58% больше биомассы было накоплено под спектром AP673L, чем под красным и синим спектром (рис. 1).

Рис. 1 Результаты испытаний салата, описывающие кривую роста при красном и синем свете (RB), непрерывном светодиодном спектре (Valoya AP673L) и натриевых лампах высокого давления (HPS).

Воздействие зеленого света на растения

Хотя фоторецептор, специфичный для зеленого света, еще не найден, известно, что зеленый свет имеет эффекты, не зависящие от криптохрома, но, опять же, также зависимые от криптохрома, как и синий свет. Известно, что зеленый свет в условиях низкой интенсивности света может усиливать дальний красный цвет, стимулируя выработку вторичных метаболитов в микрозелени, а затем опять же противодействует производству этих соединений в условиях высокой интенсивности света (Kim et al. 2004). Во многих случаях зеленый свет способствует физиологическим изменениям растений, противоположным действиям синего света. В исследовании Kim et al. Накопление антоцианов, вызванное синим светом, ингибировалось зеленым светом. В другом исследовании было обнаружено, что синий свет способствует открытию устьиц, тогда как зеленый свет способствует закрытию устьиц (Frechilla et al. 2000). Синий свет препятствует раннему удлинению стебля на стадии проростков, тогда как зеленый свет способствует этому (Folta 2004). Кроме того, синий свет приводит к индукции цветения, а зеленый свет подавляет его (Banerjeeи другие. , 2007). Как вы можете видеть, зеленый свет очень тесно взаимодействует с синим светом, и поэтому важно не только количество этих двух длин волн по отдельности, но и соотношение (синий: зеленый) между этими двумя в разработанном спектре. Кроме того, было обнаружено, что зеленый свет влияет на удлинение черешков и переориентацию листа вверх с модельным растением Arabidopsis thaliana, что является признаком симптомов избегания тени (Zhang et al.2011), а также экспрессией генов в том же растении (Dhingra et al. 2006 г.).

 

Зеленый фотон, просачивающийся сквозь навес

Как упоминалось ранее, зеленый свет вызывает симптомы избегания тени, что довольно интуитивно понятно, если учесть естественные условия, в которых растут растения. Не весь зеленый свет отражается от самых высоких листьев навеса в природе, но, по оценкам, большая его часть (50-90%) проникает через верхние листья на уровне растений ((Terashima et al. , 2009; Nishio, 2000) . Для растения, растущего в подлеске леса, зеленый свет является сигналом для растения, что оно находится в тени более крупного растения. С другой стороны, растения, растущие под беспрепятственным солнечным светом, могут воспользоваться преимуществами зеленых фотонов, которые могут легче проникать. верхние листья, чем красные и синие фотоны. Из фотосинтетических пигментов высших растений хлорофилл имеет решающее значение для роста растений. Растворенный хлорофилл а иb поглощают максимально в красной (λ600–700 нм) и синей (λ400–500 нм) областях спектра, но не так легко в зеленой (λ500–600 нм) области. Считается, что до 80% всего зеленого света проходит через хлоропласт (Terashima et al. , 2009), и это позволяет большему количеству зеленых фотонов проходить глубже в слой мезофилла листа, чем красным и синим фотонам. Когда зеленый свет рассеивается в вертикальном профиле листа, его путешествие удлиняется, и поэтому фотоны имеют больше шансов попасть в хлоропласты и поглотить их при прохождении через лист к нижним листьям растения.

Фотоны PPFD (плотность потока фотосинтетических фотонов) захватываются хлорофиллом, вызывая возбуждение электрона для перехода в более высокое энергетическое состояние, в котором энергия немедленно передается соседней молекуле хлорофилла посредством резонансной передачи или высвобождается в цепь переноса электронов (PSII и PSI). Несмотря на низкий коэффициент экстинкции хлорофилла в зеленой области 500–600 нм, необходимо отметить, что поглощение может быть значительным, если концентрация пигмента (хлорофилла) в листе достаточно высока.

Доступные исследования ясно показывают, что растения используют зеленые волны для увеличения биомассы и урожайности (фотосинтетическая активность), и что это важный сигнал для долгосрочного развития и краткосрочной динамической акклиматизации (соотношение синий: зеленый) к окружающей среде. Его не следует сбрасывать со счетов, его следует изучить подробнее, потому что он дает больше возможностей для контроля экспрессии генов растений и физиологии в растениеводстве.

РЕКОМЕНДАЦИИ

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.