Өсүмдүктөрдүн өсүшүнө таасир этүүчү беш монохроматтык жарыктар

Жарык - өсүмдүктөрдүн өсүшү жана өнүгүшү үчүн негизги экологиялык фактор. Бул фотосинтездин негизги энергия булагы гана эмес, ошондой эле өсүмдүктөрдүн өсүшүнүн жана өнүгүшүнүн маанилүү жөнгө салуучусу. Өсүмдүктөрдүн өсүшү жана өнүгүүсү жарыктын саны же жарык интенсивдүүлүгү (фотон агымынын тыгыздыгы, фотон агымынын тыгыздыгы, PFD) менен гана чектелбестен, жарыктын сапаты, башкача айтканда, жарыктын жана нурлануунун ар кандай толкун узундуктары жана алардын курамынын ар кандай катыштары менен да чектелет.

Күн спектрин болжол менен ультра кызгылт көк нурлануу (ультра кызгылт көк, УК

Өсүмдүктөр өсүп жаткан чөйрөдө жарыктын сапатынын, жарыктын интенсивдүүлүгүнүн, жарыктын узундугунун жана багытындагы тымызын өзгөрүүлөрдү байкай алышат жана бул чөйрөдө жашоо үчүн зарыл болгон физиологиялык жана морфологиялык өзгөрүүлөрдү башташат. Көк жарык, кызыл жарык жана алыскы кызыл жарык өсүмдүктөрдүн фотоморфогенезин башкарууда негизги ролду ойнойт. Фоторецепторлор (фитохром, Phy), криптохром (Ыйлоо) жана фоторецепторлор (фототропин, Фот) жарык сигналдарын кабыл алып, сигналды өткөрүү аркылуу өсүмдүктөрдүн өсүшүнө жана өнүгүшүнө түрткү берет.

Бул жерде колдонулган монохроматтык жарык белгилүү бир толкун узундугу диапазонундагы жарыкты билдирет. Ар кандай эксперименттерде колдонулган бир эле монохроматтык жарыктын толкун узундуктарынын диапазону толугу менен шайкеш келбейт жана толкун узундугу боюнча окшош болгон башка монохроматтык жарыктар көп учурда, айрыкча, монохроматтык LED жарык булагы пайда болгонго чейин, ар кандай деңгээлде бири-бирине дал келет. Ушундай жол менен, албетте, ар кандай, ал тургай, карама-каршы натыйжалар болот.

Кызыл жарык (R) түйүндөр аралык узартууга бөгөт коёт, капталдан бутактанууга жана өстүрүүгө көмөктөшөт, гүлдөрдүн дифференциациясын кечеңдетет жана антоцианиндерди, хлорофиллди жана каротиноиддерди көбөйтөт. Кызыл жарык Арабидопсис тамырында оң жарык кыймылын жаратышы мүмкүн. Кызыл жарык өсүмдүктөрдүн биотикалык жана абиотикалык стресстерге туруктуулугуна оң таасирин тийгизет.

Алыскы кызыл жарык (FR) көп учурларда кызыл жарыктын таасирине каршы тура алат. Төмөн R/FR катышы бөйрөк буурчактарынын фотосинтетикалык жөндөмдүүлүгүнүн төмөндөшүнө алып келет. Өсүү камерасында ак флуоресценттүү лампа жарыктын негизги булагы катары колдонулат, ал эми алыскы кызыл нурлануу (чыгаруу чокусу 734 нм) антоцианиндин, каротиноиддин жана хлорофиллдин мазмунун жана жаңы салмакты азайтуу үчүн LED менен толукталат. кургак салмагы, сабак узундугу, жалбырак узундугу жана жалбырак жасалат. туурасы көбөйөт. Өсүү боюнча кошумча FR таасири жалбырак аянтынын көбөйүшүнө байланыштуу жарык сиңирүүнүн көбөйүшүнө байланыштуу болушу мүмкүн. Төмөн R/FR шарттарында өстүрүлгөн Arabidopsis thaliana жогорку R/FR шартында өстүрүлгөндөрдөн чоңураак жана жоон болгон, чоң биомасса жана күчтүү суукка ыңгайлашкан. R/FR ар кандай катыштары да өсүмдүктөрдүн тузга чыдамдуулугун өзгөртө алат.

Жалпысынан алганда, ак жарыкта көк жарыктын үлүшүн көбөйтүү түйүндөр аралыктарды кыскартат, жалбырактардын аянтын азайтат, салыштырмалуу өсүү темптерин азайтат жана азот/көмүртек (N/C) катышын жогорулатат.

Өсүмдүктөрдүн хлорофиллинин жогорку синтези жана хлоропласттын пайда болушу, ошондой эле хлорофиллдин а/б катышы жогору жана каротиноиддердин деңгээли төмөн хлоропласттар көк жарыкты талап кылат. Кызыл жарыктын астында балыр клеткаларынын фотосинтетикалык ылдамдыгы акырындык менен төмөндөп, көгүлтүр жарыкка өткөндөн кийин же үзгүлтүксүз кызыл жарыкта бир аз көк жарык кошкондон кийин фотосинтез ылдамдыгы тез калыбына келген. Карангы өскөн тамеки клеткалары 3 күн бою үзгүлтүксүз көк жарыкка которулганда, рубулоза-1, 5-бисфосфат карбоксилаза/оксигеназанын (Рубиско) жалпы көлөмү жана хлорофиллдин курамы кескин жогорулаган. Ушуга ылайык, бирдик культура эритмесинин көлөмүндө клеткалардын кургак салмагы да кескин өсөт, ал эми үзгүлтүксүз кызыл жарык астында өтө жай көбөйөт.

Өсүмдүктөрдүн фотосинтези жана өсүшү үчүн бир гана кызыл жарык жетишсиздиги анык. Буудай өзүнүн жашоо циклин бир кызыл LED булагы астында бүтүрө алат, бирок бийик өсүмдүктөрдү жана көп сандагы үрөндөрдү алуу үчүн көк жарыктын тиешелүү көлөмүн кошуу керек (1-таблица). Жалгыз кызыл жарыкта өстүрүлгөн салат жалбырагы, шпинат жана чамгырдын түшүмү кызыл менен көктүн айкалышында өстүрүлгөн өсүмдүктөргө караганда төмөн болсо, кызыл менен көктүн айкалышында өстүрүлгөн өсүмдүктөрдүн түшүмү туура көк жарык менен салыштырылган. салкын ак флуоресценттик лампалардын астында өстүрүлгөн өсүмдүктөр. Ошо сыяктуу эле, Arabidopsis thaliana бир кызыл жарык астында уруктарды бере алат, бирок ал салкын ак флуоресценттик лампаларда өстүрүлгөн өсүмдүктөргө салыштырмалуу көк жарыктын үлүшү азайгандыктан, кызыл жана көк жарыктын айкалышында өсөт. Өсүмдүктөрдү болтурбоо, гүлдөө жана натыйжалары кечиктирилди. Бирок, 10% көгүш жарыкты камтыган кызыл жана көк жарыктын айкалышында өстүрүлгөн өсүмдүктөрдүн үрөн түшүмү муздак ак флуоресценттик лампалардын астында өстүрүлгөн өсүмдүктөрдүн уруктарынын жарымын гана түзгөн. Ашыкча көк жарык өсүмдүктөрдүн өсүшүнө тоскоол болот, түйүндөр аралыктары кыскарат, бутактары азаят, жалбырактын аянты кыскарат жана жалпы кургак салмак азаят. Өсүмдүктөр көк жарык муктаждыгы боюнча олуттуу түр айырмачылыктарга ээ.

Белгилей кетчү нерсе, жарык булактарынын ар кандай түрлөрүн колдонуу менен кээ бир изилдөөлөр өсүмдүктөрдүн морфологиясы менен өсүшүндөгү айырмачылыктар спектрдеги көк жарыктын үлүшүнүн айырмачылыктары менен байланыштуу экенин көрсөтсө да, тыянактар ​​дагы эле көйгөйлүү, анткени көк эмес жарыктын курамы колдонулган лампалардын ар кандай түрлөрү чыгарган жарык ар кандай болот. Мисалы, бир эле жарык флуоресценттик лампа астында өстүрүлгөн соя жана сорго өсүмдүктөрүнүн кургак салмагы жана жалбырак бирдигинин аянтына таза фотосинтетикалык ылдамдыгы төмөн басымдагы натрий лампаларында өстүрүлгөнгө караганда бир кыйла жогору болсо да, бул натыйжаларды толугу менен көк жарык менен байланыштырууга болбойт. төмөнкү басым натрий лампалары. Жетишсиздиги, мен ошондой эле төмөнкү басымдагы натрий лампасынын астында сары жана жашыл жарыкка жана кызгылт сары кызыл жарыкка байланыштуу деп корком.

Ак жарыкта өстүрүлгөн (кызыл, көк жана жашыл жарыкты камтыган) помидор көчөттөрүнүн кургак салмагы кызыл жана көк жарыкта өстүрүлгөн көчөттөрдөн бир кыйла төмөн болгон. Кыртыш маданиятында өсүү бөгөт коюу спектралдык аныктоо жарыктын эң зыяндуу сапаты 550 нм чокусу менен жашыл жарык экенин көрсөттү. Жашыл жарыкта өстүрүлгөн мариголддун бийиктиги, жаңы жана кургак салмагы толук спектрдеги жарыкта өстүрүлгөн өсүмдүктөргө салыштырмалуу 30%дан 50%ке чейин өскөн. Толук спектрдеги жарык менен толтурулган жашыл жарык өсүмдүктөрдүн кыска жана кургак болушуна алып келет жана жаңы салмагы азаят. Жашыл жарыкты алып салуу мариголддун гүлдөшүн бекемдейт, ал эми жашыл жарык диант жана салат жалбырактын гүлдөшүнө тоскоол болот.

Бирок, ошондой эле жашыл жарык өсүшүнө өбөлгө түзөт кабарлар бар. Ким жана башкалар. кызыл-көк аралаш жарык (LED) менен толукталган жашыл жарыктын натыйжасында жашыл жарык 50% ашканда өсүмдүктүн өсүшү токтойт, ал эми жашыл жарык катышы 24% дан аз болгондо өсүмдүктүн өсүшү жакшырат деген жыйынтыкка келген. Салаттын үстүнкү бөлүгүнүн кургак салмагы LED тарабынан берилген кызыл жана көк түстөгү аралаш жарык фонунда жашыл флуоресценттик жарык менен кошулган жашыл жарык менен көбөйсө да, жашыл жарыктын кошулушу өсүүнү күчөтөт жана көбүрөөк өндүрөт деген тыянак муздак ак жарыкка караганда биомасса көйгөй жаратат: (1) Алар байкаган биомассанын кургак салмагы жер үстүндөгү бөлүгүнүн кургак салмагы гана. жер астындагы тамыр системасынын кургак салмагы киргизилген болсо, натыйжасы башкача болушу мүмкүн; (2) кызыл, көк жана жашыл жарыктардын астында өскөн салаттын үстүнкү бөлүгү Муздак ак флуоресценттик лампалардын астында олуттуу өскөн өсүмдүктөрдө үч түстүү лампадагы жашыл жарык (24%) натыйжадан алда канча азыраак болушу мүмкүн. муздак ак флуоресценттүү лампанын (51%), башкача айтканда, муздак ак флуоресценттүү лампанын жашыл жарыкты басуу эффектиси үч түстөн чоңураак. Лампанын натыйжалары; (3) Кызыл жана көк жарыктын айкалышында өскөн өсүмдүктөрдүн фотосинтез ылдамдыгы жашыл жарыкта өскөн өсүмдүктөргө караганда бир топ жогору, бул мурунку божомолдорду колдойт.

Бирок, уруктарды жашыл лазер менен дарылоо, редиска менен сабизди контролдон эки эсе чоң кыла алат. Күңүрт жашыл импульс караңгыда өскөн көчөттөрдүн узарышын тездетет, башкача айтканда, сабактын узарышына өбөлгө түзөт. Arabidopsis thaliana көчөттөрүн LED булагынан бир жашыл жарык (525 нм ± 16 нм) импульс (11,1 мкмоль · м-2 · с-1, 9 с) менен дарылоо пластиддик транскрипттердин азайышына жана сабактын өсүшүнүн өсүшүнө алып келди. чен.

Өсүмдүк фотобиологиясынын акыркы 50 жылдык изилдөө маалыматтарына таянып, жашыл жарыктын өсүмдүктөрдүн өнүгүүсүндөгү, гүлдөөдөгү, стоматикалык ачылышындагы, сабактын өсүшүндөгү, хлоропласт генинин экспрессиясында жана өсүмдүктөрдүн өсүшүн жөнгө салуудагы ролу талкууланды. Жашыл жарыкты кабыл алуу системасы кызыл жана көк сенсорлор менен шайкеш келет деп ишенишет. Өсүмдүктөрдүн өсүшүн жана өнүгүшүн жөнгө салуу. Бул кароодо жашыл жарык (500 ~ 600 нм) спектрдин сары бөлүгүн (580 ~ 600 нм) камтуу үчүн узартылганын белгилеңиз.

Сары жарык (580~600нм) салаттын өсүшүнө тоскоол болот. Кызыл, алыс кызыл, көк, ультра кызгылт көк жана сары жарыктын ар кандай катышы үчүн хлорофиллдин мазмунунун жана кургак салмагынын натыйжалары сары жарык гана (580 ~ 600 нм) жогорку басымдагы натрий лампасынын жана металл галогенидинин ортосундагы өсүү эффекттеринин айырмасын түшүндүрө аларын көрсөтүп турат. чырак. Башкача айтканда, сары жарык өсүшүнө тоскоол болот. Ошондой эле, сары жарык (595 нм чокусу) жашыл жарыкка (520 нм чокусу) караганда бадыраңдын өсүшүнө катуу тоскоол болгон.

Сары/жашыл жарыктын карама-каршы таасирлери жөнүндө кээ бир тыянактар ​​ошол изилдөөлөрдө колдонулган жарыктын толкун узундуктарынын ыраатсыз диапазонуна байланыштуу болушу мүмкүн. Андан тышкары, кээ бир изилдөөчүлөр 500дөн 600 нмге чейинки жарыкты жашыл жарык деп бөлүшкөндүктөн, сары жарыктын (580-600 нм) өсүмдүктөрдүн өсүшүнө жана өнүгүүсүнө тийгизген таасири жөнүндө адабияттар аз.

Ультрафиолет нурлануусу өсүмдүк жалбырактарынын аянтын азайтат, гипокотилдин созулушуна бөгөт коёт, фотосинтезди жана өндүрүмдүүлүктү төмөндөтөт жана өсүмдүктөрдү патогендик чабуулга кабылтат, бирок флавоноиддердин синтезин жана коргонуу механизмдерин индукциялай алат. UV-B аскорбин кислотасынын жана β-каротиндин мазмунун азайтышы мүмкүн, бирок антоцианин синтезин эффективдүү өбөлгө түзөт. UV-B нурлануунун натыйжасында эргежээл өсүмдүк фенотиби, кичинекей, жоон жалбырактары, кыска жалбырактары, колтук бутактарынын көбөйүшү жана тамыр/таажынын катышы өзгөрөт.

Күнөсканада Кытайдын, Индиянын, Филиппиндердин, Непалдын, Таиланддын, Вьетнамдын жана Шри-Ланканын 7 түрдүү регионунан келген 16 күрүч сорту боюнча жүргүзүлгөн изилдөөлөрдүн натыйжалары UV-B кошулуусу жалпы биомассанын көбөйүшүнө алып келгенин көрсөттү. Сорттордун (алардын бирөөсү гана олуттуу деңгээлге жеткен, Шри-Ланкадан), 12 сорттун (анын ичинен 6сы маанилүү болгон) жана UV-B сезгичтиги бар сорттордун жалбырак аянты жана эгүүчү өлчөмү бир топ кыскарган. Хлорофиллдин курамы жогорулаган 6 сорт бар (алардын 2си олуттуу деңгээлге жетет); жалбырактын фотосинтезинин ылдамдыгы бир кыйла төмөндөгөн 5 сорт жана бир кыйла жакшырган 1 сорт (анын жалпы биомассасы да олуттуу) көбөйөт).

UV-B/PAR катышы өсүмдүктүн UV-Bге реакциясын аныктоочу маанилүү фактор болуп саналат. Мисалы, UV-B жана PAR чогуу жалбыздын морфологиясына жана май түшүмдүүлүгүнө таасир этет, бул үчүн фильтрленбеген табигый жарыктын жогорку деңгээлин талап кылат.

Белгилей кетчү нерсе, UV-B эффекттеринин лабораториялык изилдөөлөрү, транскрипция факторлорун жана башка молекулярдык жана физиологиялык факторлорду аныктоодо пайдалуу болсо да, UV-B жогорку деңгээлдеринин колдонулушу менен шартталган, UV-A менен коштолбогон жана Көбүнчө төмөнкү фон PAR, натыйжалар, адатта, механикалык түрдө табигый чөйрөгө экстраполяцияланбайт. Талаа изилдөөлөрү, адатта, UV-B деңгээлин жогорулатуу үчүн же чыпкаларды колдонуу үчүн UV лампаларын колдонушат.