Өсімдіктердің өсуіне әсер ететін бес монохроматикалық шамдар

Жарық өсімдіктердің өсуі мен дамуының негізгі экологиялық факторы болып табылады. Бұл фотосинтездің негізгі энергия көзі ғана емес, сонымен қатар өсімдіктердің өсуі мен дамуының маңызды реттеушісі. Өсімдіктердің өсуі мен дамуы тек жарық мөлшерімен немесе жарық қарқындылығымен шектелмейді (фотон ағынының тығыздығы, фотон ағынының тығыздығы, PFD), сонымен қатар жарық сапасымен, яғни жарық пен сәулеленудің әртүрлі толқын ұзындығымен және олардың әртүрлі құрамдық қатынасымен.

Күн спектрін шамамен ультракүлгін сәулеленуге (ультракүлгін, УК

Өсімдіктер өсетін ортадағы жарық сапасының, жарық қарқындылығының, жарық ұзақтығының және бағытының нәзік өзгерістерін анықтай алады және осы ортада өмір сүруге қажетті физиологиялық және морфологиялық өзгерістерді бастайды. Көк жарық, қызыл жарық және алыс қызыл жарық өсімдіктердің фотоморфогенезін басқаруда шешуші рөл атқарады. Фоторецепторлар (фитохром, Phy), криптохром (Cry) және фоторецепторлар (фототропин, Phot) жарық сигналдарын қабылдайды және сигнал беру арқылы өсімдіктердің өсуі мен дамуын тудырады.

Мұнда қолданылатын монохроматикалық жарық белгілі бір толқын ұзындығы диапазонындағы жарықты білдіреді. Әртүрлі тәжірибелерде қолданылатын бірдей монохроматикалық жарықтың толқын ұзындығының диапазоны толығымен сәйкес келмейді және толқын ұзындығы бойынша ұқсас басқа монохроматикалық шамдар жиі әртүрлі дәрежеде, әсіресе монохроматикалық жарықдиодты жарық көзі пайда болғанға дейін қабаттасады. Осылайша, әрине, әртүрлі, тіпті қарама-қайшы нәтижелер болады.

Қызыл жарық (R) түйін аралық ұзаруды тежейді, бүйірлік тармақталу мен гүлденуге ықпал етеді, гүлдердің дифференциациясын кешіктіреді, антоцианиндер, хлорофилл және каротиноидтарды арттырады. Қызыл жарық арабидопсис тамырларында оң жарық қозғалысын тудыруы мүмкін. Қызыл жарық өсімдіктердің биотикалық және абиотикалық стресстерге төзімділігіне оң әсер етеді.

Қиыр қызыл жарық (FR) көптеген жағдайларда қызыл жарық әсеріне қарсы тұра алады. Төмен R/FR қатынасы бүйрек бұршақтарының фотосинтетикалық қабілетінің төмендеуіне әкеледі. Өсу камерасында ақ флуоресцентті лампа негізгі жарық көзі ретінде пайдаланылады, ал алыс қызыл сәулелену (шығарылу шыңы 734 нм) антоцианин, каротиноид және хлорофилл мазмұнын және жаңа салмақты азайту үшін жарықдиодтармен толықтырылады, құрғақ салмағы, сабақ ұзындығы, жапырақ ұзындығы және жапырақ жасалады. Ені ұлғайған. Қосымша FR өсуге әсері жапырақ алаңының ұлғаюына байланысты жарықты сіңірудің жоғарылауына байланысты болуы мүмкін. Төмен R/FR жағдайында өсірілген Arabidopsis thaliana жоғары R/FR жағдайында өсірілгендерге қарағанда үлкенірек және қалыңырақ болды, үлкен биомасса және күшті суық бейімделгіштік. R/FR әртүрлі қатынасы да өсімдіктердің тұзға төзімділігін өзгерте алады.

Тұтастай алғанда, ақ жарықта көгілдір жарықтың үлесін арттыру түйін аралықтарын қысқартуы, жапырақтың ауданын азайтуы, салыстырмалы өсу қарқынын азайтуы және азот/көміртек (N/C) қатынасын арттыруы мүмкін.

Өсімдіктің жоғары хлорофилл синтезі және хлоропласт түзілуі, сондай-ақ хлорофилл а/b қатынасы жоғары және каротиноид деңгейі төмен хлоропластар көк жарықты қажет етеді. Қызыл жарық астында балдыр жасушаларының фотосинтетикалық жылдамдығы бірте-бірте төмендеді, ал фотосинтез жылдамдығы көгілдір жарыққа өткеннен кейін немесе үздіксіз қызыл жарықта біраз көк жарық қосқаннан кейін тез қалпына келді. Қараңғы өсетін темекі жасушаларын 3 күн бойы үздіксіз көк жарыққа ауыстырған кезде рубулоза-1, 5-бисфосфат карбоксилаза/оксигеназа (Рубиско) жалпы мөлшері мен хлорофилл құрамы күрт өсті. Осыған сәйкес, біртекті культура ерітіндісінің көлеміндегі жасушалардың құрғақ салмағы да күрт артады, ал үздіксіз қызыл жарықта өте баяу өседі.

Өсімдіктердің фотосинтезі мен өсуі үшін тек қызыл жарық жеткіліксіз екені анық. Бидай өзінің өмірлік циклін бір қызыл жарық диодты көздің астында аяқтай алады, бірақ биік өсімдіктер мен көп тұқым алу үшін көк жарықтың тиісті мөлшерін қосу керек (1-кесте). Бір қызыл жарықта өсірілген салат, шпинат және шалғамның өнімділігі қызыл және көк түстің қосындысында өсірілген өсімдіктерге қарағанда төмен болды, ал қызыл және көк түстердің сәйкес көгілдір жарықпен үйлесуі кезінде өсірілген өсімдіктердің өнімділігі салыстырмалы түрде болды. салқын ақ флуоресцентті лампалардың астында өсірілген өсімдіктер. Сол сияқты, Arabidopsis thaliana бір қызыл жарықтың астында тұқым бере алады, бірақ ол қызыл және көк жарықтың үйлесімі астында өседі, өйткені салқын ақ флуоресцентті лампаларда өсірілген өсімдіктермен салыстырғанда көк жарықтың үлесі азаяды (10% -дан 1%). Өсімдіктерді бұрғылау, гүлдену және нәтижелер кешіктірілді. Алайда, құрамында 10% көгілдір жарық бар қызыл және көк жарық комбинациясы астында өсірілген өсімдіктердің тұқым өнімділігі суық ақ флуоресцентті лампаларда өсірілген өсімдіктердің тек жартысы ғана болды. Шамадан тыс көгілдір жарық өсімдіктердің өсуін тежейді, түйін аралықтарын қысқартады, тармақталуын азайтады, жапырақ алаңын азайтады және жалпы құрғақ салмақты азайтады. Өсімдіктер көгілдір жарыққа деген қажеттілікте айтарлықтай түр айырмашылықтарына ие.

Айта кету керек, жарық көздерінің әртүрлі түрлерін пайдаланатын кейбір зерттеулер өсімдіктердің морфологиясы мен өсуіндегі айырмашылықтар спектрдегі көк жарық үлесіндегі айырмашылықтармен байланысты екенін көрсеткенімен, қорытындылар әлі де проблемалық, өйткені көк емес жарық көздерінің құрамы. қолданылатын шамдардың әртүрлі түрлерінен шығатын жарық әртүрлі. Мысалы, бір жарық флуоресцентті лампада өсірілген соя және құмай өсімдіктерінің құрғақ салмағы және жапырақ бірлігінің таза фотосинтетикалық жылдамдығы төмен қысымды натрий лампаларында өсірілгеннен айтарлықтай жоғары болғанымен, бұл нәтижелерді толығымен көк жарықпен байланыстыруға болмайды. төмен қысымды натрий шамдары. Жетіспеушілік, бұл төмен қысымды натрий шамы мен қызғылт сары қызыл шамның астындағы сары және жасыл шамға да қатысты деп қорқамын.

Ақ жарықта (құрамында қызыл, көк және жасыл жарық бар) өсірілген қызанақ көшеттерінің құрғақ салмағы қызыл және көк жарықта өсірілген көшеттерге қарағанда айтарлықтай төмен болды. Тін мәдениетінде өсудің тежелуінің спектрлік анықталуы ең зиянды жарық сапасы 550 нм шыңы бар жасыл жарық екенін көрсетті. Жасыл жарықта өсірілген мариголдтың өсімдік биіктігі, жаңа және құрғақ салмағы толық спектрлі жарықта өсірілген өсімдіктермен салыстырғанда 30% -дан 50% -ға дейін өсті. Толық спектрлі жарықпен толтырылған жасыл жарық өсімдіктердің қысқа және құрғақ болуына әкеледі және жаңа салмақ азаяды. Жасыл жарықты алып тастау мариголдтың гүлденуін күшейтеді, ал жасыл жарық диантус пен салаттың гүлденуін тежейді.

Дегенмен, өсуге ықпал ететін жасыл жарық туралы есептер де бар. Ким және т.б. қызыл-көк аралас жарық (жарық диодтары) жасыл жарықпен толықтырылған жасыл жарық 50%-дан асқанда өсімдіктің өсуі тежеледі, ал жасыл жарық қатынасы 24%-дан аз болғанда өсімдіктің өсуі күшейеді деген қорытындыға келеді. Салаттың үстіңгі бөлігінің құрғақ салмағы жарықдиодты шаммен қамтамасыз етілген қызыл және көк біріктірілген жарық фонындағы жасыл флуоресцентті шаммен қосылған жасыл шаммен ұлғайғанымен, жасыл жарық қосу өсуді күшейтеді және көбірек шығарады деген қорытынды Салқын ақ жарыққа қарағанда биомасса проблемалы болып табылады: (1) Олар байқайтын биомассаның құрғақ салмағы жер үсті бөлігінің құрғақ салмағы ғана. Егер жер асты тамыр жүйесінің құрғақ салмағы қосылса, нәтиже басқаша болуы мүмкін; (2) қызыл, көк және жасыл шамдар астында өсірілген салаттың үстіңгі бөлігі Суық ақ флуоресцентті лампалардың астында айтарлықтай өсетін өсімдіктерде үш түсті лампадағы жасыл шам (24%) нәтижеден әлдеқайда аз болуы мүмкін. салқын ақ флуоресцентті лампаның (51%), яғни салқын ақ флуоресцентті лампаның жасыл жарықты басу әсері үш түстен үлкенірек. Шамның нәтижелері; (3) Қызыл және көк жарықтың қосындысында өсірілген өсімдіктердің фотосинтез жылдамдығы жасыл жарық астында өсірілген өсімдіктерге қарағанда айтарлықтай жоғары, бұл алдыңғы болжамды растайды.

Дегенмен, тұқымдарды жасыл лазермен өңдеу редис пен сәбізді бақылаудан екі есе үлкен етеді. Күңгірт жасыл импульс қараңғыда өсетін көшеттердің ұзаруын тездетуі мүмкін, яғни сабақтың ұзаруына ықпал етеді. Arabidopsis thaliana көшеттерін жарықдиодты көзден бір жасыл жарықпен (525 нм ± 16 нм) импульспен (11,1 мкмоль·м-2·с-1, 9 с) өңдеу пластидтік транскрипттердің азаюына және сабақ өсуінің артуына әкелді. мөлшерлемесі.

Өсімдіктердің фотобиологиясының соңғы 50 жылдағы зерттеу деректеріне сүйене отырып, жасыл жарықтың өсімдіктердің дамуындағы, гүлденуіндегі, устьицаның ашылуындағы, сабақтың өсуіндегі, хлоропласт генінің экспрессиясындағы және өсімдіктердің өсуін реттеудегі рөлі талқыланды. Жасыл жарықты қабылдау жүйесі қызыл және көк сенсорлармен үйлеседі деп саналады. Өсімдіктердің өсуі мен дамуын реттеу. Осы шолуда жасыл жарық (500~600нм) спектрдің сары бөлігін (580~600нм) қосу үшін кеңейтілгенін ескеріңіз.

Сары жарық (580~600нм) салаттың өсуін тежейді. Сәйкесінше қызыл, қызыл, көк, ультракүлгін және сары жарықтың әртүрлі қатынасы үшін хлорофилл мазмұны мен құрғақ салмақтың нәтижелері тек сары жарық (580~600нм) жоғары қысымды натрий шамы мен металл галогенді арасындағы өсу әсерлерінің айырмашылығын түсіндіре алатынын көрсетеді. шам. Яғни сары жарық өсуді тежейді. Сондай-ақ, сары жарық (595 нм шыңы) жасыл жарыққа қарағанда (520 нм шыңы) қиярдың өсуін қатты тежейді.

Сары/жасыл жарықтың қарама-қайшы әсерлері туралы кейбір тұжырымдар осы зерттеулерде пайдаланылған жарық толқын ұзындығының сәйкес келмейтін диапазонына байланысты болуы мүмкін. Оның үстіне кейбір зерттеушілер 500-ден 600 нм-ге дейінгі жарықты жасыл жарық деп жіктейтіндіктен, сары жарықтың (580-600 нм) өсімдіктердің өсуі мен дамуына әсері туралы әдебиеттер аз.

Ультракүлгін сәулелер өсімдік жапырақ аймағын азайтады, гипокотилдің ұзаруын тежейді, фотосинтез мен өнімділікті төмендетеді, өсімдіктерді патогендік шабуылға сезімтал етеді, бірақ флавоноидтар синтезі мен қорғаныс механизмдерін тудыруы мүмкін. УК-В аскорбин қышқылы мен β-каротиннің құрамын азайта алады, бірақ антоцианин синтезін тиімді түрде көтере алады. УК-В сәулеленуі ергежейлі өсімдік фенотипіне, кішкентай, қалың жапырақтарға, қысқа жапырақшаға, қолтық асты бұтақтарының ұлғаюына және тамыр/тәж арақатынасының өзгеруіне әкеледі.

Жылыжайда Қытайдың, Үндістанның, Филиппиннің, Непалдың, Таиландтың, Вьетнамның және Шри-Ланканың 7 түрлі аймағынан 16 күріш сортына жүргізілген зерттеулердің нәтижелері УК-В қосу жалпы биомассаның ұлғаюына әкелетінін көрсетті. Сорттар (оның тек біреуі ғана маңызды деңгейге жетті, Шри-Ланкадан), 12 сорт (оның ішінде 6 маңызды болды) және УК-В сезімталдығы бар сорттар жапырақ алаңы мен өскіннің өлшемі бойынша айтарлықтай қысқарды. Хлорофилл мөлшері жоғары 6 сорт бар (оның 2-і айтарлықтай деңгейге жетеді); Жапырақтың фотосинтетикалық жылдамдығы айтарлықтай төмендеген 5 сорт және айтарлықтай жақсарған 1 сорт (оның жалпы биомассасы да айтарлықтай) өседі).

УК-В/PAR арақатынасы УК-В-ға өсімдік реакциясының маңызды анықтаушысы болып табылады. Мысалы, UV-B және PAR бірге жалбыздың морфологиясы мен май шығымына әсер етеді, бұл сүзгісіз табиғи жарықтың жоғары деңгейін қажет етеді.

УК-В әсерлерінің зертханалық зерттеулері транскрипция факторларын және басқа молекулярлық және физиологиялық факторларды анықтауда пайдалы болғанымен, УК-В деңгейінің жоғарылауына, УК-А қатарлас болмауына және жиі төмен фондық PAR-ға байланысты екенін атап өткен жөн. нәтижелер әдетте табиғи ортаға механикалық экстраполяцияланбайды. Далалық зерттеулер әдетте УК-В деңгейін көтеру немесе азайту үшін сүзгілерді пайдалану үшін ультракүлгін шамдарды пайдаланады.