страница загружается

ОСВЕЩЕНИЕ РАСТЕНИЙ ЗА ПРЕДЕЛАМИ ФОТОСИНТЕЗА

Дата публикации: 2018-10-07 12:13:01

Как свет влияет на развитие растений: фотоморфогенез

Мы знали, что свет в течение многих лет отвечает за рост растений посредством фотосинтеза; однако влияние света на развитие растений стало хорошо понятым только в прошлом веке. Цвет света (спектральное качество света) является не только важной переменной для фотосинтеза, но также служит пакетом информации, сигнализирующим о световых реакциях развития растений, таких как прорастание семян, удлинение стебля и цветение.

Термин, используемый для описания этих реакций у растений, называется фотоморфогенез (фото = свет, и морфогенез = процесс, который заставляет организм развивать свою форму). Морфология растений (архитектура растений) чрезвычайно важна в сельском хозяйстве с контролируемой средой, где вертикальное или горизонтальное пространство для выращивания может быть ограничено. В зависимости от архитектуры растения вы используете необходимый параметр PAR.

Фотосинтетически активное излучение (400 - 700 нм) в основном используется для фотосинтеза, однако растения могут воспринимать длину волны в диапазоне от УФ-С (260 нм) до ярко-красного (730 нм) с использованием отдельных фоторецепторов, которые не используются для фотосинтеза. Эти фоторецепторы направляют адаптивный отклик у растений в изменяющихся условиях окружающей среды, чтобы регулировать ключевые этапы развития растения, которые сильно зависят от спектра света, а в некоторых случаях от времени, периодичности и общего воздействия.

Фотосинтетически активное излучение обычно называется плотностью потока и измеряется в микромолях фотонов на квадратный метр поверхности. Есть очень низкие и высокие отклики, с соответствующими достаточными уровнями света, варьирующимися от уровней звездного света (для очень низких) до прямых солнечных лучей (для высоких). 

Целью данной статьи является описание фотоморфогенных реакций у растений, чтобы помочь вам рассмотреть.

КРАСНЫЙ И ДАЛЬНИЙ КРАСНЫЙ СВЕТ

Когда дело доходит до фотоморфогенеза, наиболее понятными процессами развития растений являются процессы, контролируемые красным и дальним красным светом (для целей данного обсуждения мы будем называть красный (R) свет как спектральную область около 660 нм и дальний красный (FR) свет около 730 нм). Чтобы лучше понять влияние, которое эти две спектральные области оказывают на развитие растений, необходимо сначала понять значение пигмента, известного как фитохром, который отвечает за опосредованные R и FR световые реакции.

LED-система освещения по сравнению с типичным натрием высокого давления (HPS)

Фитохром - это пигментный белок, который существует в двух взаимопревращающихся формах: - форма, поглощающая красный свет (Pr) и форма, поглощающая дальний красный (Pfr). Фитохром преобразуется из одной формы в другую при поглощении соответствующего света до тех пор, пока не будет установлено равновесие (фото-равновесие фитохрома), причем относительное количество каждой формы зависит главным образом от отношения света R к FR в спектре света. Иными словами, когда Pr поглощает R-свет, он преобразуется в Pfr, а когда Pfr поглощает FR-свет, он преобразуется в Pr (в спектрах обеих форм наблюдается некоторое совпадение, и фитохром также поглощает некоторое количество синего света). Поглотив свет, фитохром переходит из одной формы в другую.

Этот пигмент играет важную роль в ряде процессов, таких как цветение и прорастание семян. Помимо этого, он помогает устанавливать циркадные ритмы, регулирует размер, форму и количество листьев, синтез хлорофилла и расправление эпикотиля и гипокотиля в семенах двудольных растений. Однако это обсуждение заслуживает отдельно научной публикации и в данной статье рассматривать это не будем.

Распространенность той или иной формы (которая зависит от спектрального отношения R / FR) может стимулировать или ингибировать ряд процессов развития, таких как: прорастание семян, развертывание листьев, образование хлорофилла, и удлинение ствола. Кроме того, фитохром является контролирующим фактором, способствующим (или подавляющим) цветение у фотопериодических видов растений. Для краткости и для обсуждения важных применений, связанных с системами освещения для садоводства, мы сосредоточимся на влиянии, которое фитохром оказывает на цветение и удлинение стебля.

ФОТОПЕРИОДИЗМ

Есть растения с длинным днем (для цветения требуются короткие ночи), растения с коротким днем (требующие долгих ночей) и растения с нейтральным днем, у которых нет особых требований к фотопериоду. Эта зависимость от фотопериода называется фотопериодизмом, однако именно длина темного периода (скотопериод) регулирует цветение фотопериодических видов растений. В отсутствие света Pfr медленно превращается в Pr, а с увеличением скотопериода увеличивается и относительное количество Pr. Растения длинного дня (которые имеют короткий скотопериод) не будут цвести, если Pfr превращается в Pr в течение скотопериода, в то время как растения короткого дня (которые имеют длинный скотопериод) будут цвести только, если Pfr превращается в Pr в течение скотопериода. 

LED-система освещения полного спектра по сравнению с типичным «фиолетовым» светодиодом.

Фотопериодическая реакция фитохрома происходит в диапазоне низкой плотности (всего лишь 1 мкмоль/м2), поэтому может потребоваться лишь короткая вспышка R-света в течение скотопериода, чтобы вернуть Pr обратно в Pfr. 

Например, цветение растения длинного дня, может быть вызвано прерыванием ночи, используя серию коротких вспышек красного света с уровнями потока фотонов всего лишь несколько микромолей/м2/с. И наоборот, растения короткого дня можно побуждать к цветению с помощью одной вспышки с чистым светом FR в самом начале темного фотопериода, после выключения всех других источников света. Это эффективно добавляет пару часов к темному периоду с целью цветения, которое можно использовать для продления светлого периода роста и в результате оптимизировать урожайность растений. 

Переключение вышеуказанных методов для растений с противоположными требованиями к фотопериоду может задержать цветение, что иногда может быть желательным (например, для обеспечения цветов наилучшего качества по графику для определенных праздников). 

Используя серию коротких вспышек красного света с уровнями потока фотонов всего лишь несколько мкмоль/м2/с.

Хорошая стратегия энергосбережения (и, следовательно, экономии) заключается в использовании одного набора источников света для роста и другого для контроля фотопериода при необходимости. Поскольку реакция фитохрома находится в диапазоне низкой плотности потока, количество приборов, необходимых для контроля фотопериода, может быть намного меньше, чем у приборов, необходимых для роста. Кроме того, время работы, необходимое для контроля фотопериода, может быть намного короче, например, только минута за раз. Поскольку свет FR является лишь частично фотосинтетически активным, его использование в освещении для садоводства часто ограничено по соображениям энергоэффективности.

ИЗБЕЖАНИЕ ТЕНЕВОГО ОТВЕТА

Другая важная фотоморфогенная реакция R и FR, важная для систем освещения в садоводстве, называется реакцией избегания тени.

Дальний красный свет передается через ткани листьев в большей степени, чем красный свет, что вызывает обогащение дальнего красного света относительно красного света для растений, выращенных под навесами. 

Когда низкое соотношение R:FR воспринимается фитохромными пигментами, активируется реакция избегания оттенков, чтобы удлинить гипокотили или стебли в попытке превзойти соседние растения. Это очень важно, когда речь идет о спектральной составляющей системы освещения для растений. Фотопериодические источники света, которые обеспечивают низкое отношение R:FR для стимулирования обтекания, также могут вызывать реакцию уклонения от тени у растений, что может привести к нежелательной привычке роста (особенно, если предпочтительна компактная среда роста).

СИНИЙ И ЗЕЛЕНЫЙ СВЕТ

Реакция синего света

Два важных фоторецептора синего света - это криптохромы и фототропины. Синий свет важен для различных реакций растений, таких как: подавление удлинения стебля, фототропизм (изгиб к источнику света), движение хлоропластов в клетках, открытие устьиц и активация экспрессии генов (некоторые из них являются морфогенными, а другие нет).

Открытие устья и контроль высоты имеют особое значение для систем освещения растений. Низкое общее содержание синего света в спектре роста (например, менее 10% от общего потока фотонов) может привести к отеку листьев (набуханию листьев) и проблемам развития у некоторых видов растений. 

Абсолютное содержание синего света оказывает более сильное влияние на уменьшение высоты растений. Это может быть желательно в некоторых случаях (например, для производства более компактных саженцев и снижения транспортных расходов), но, как правило, приводит к снижению эффективности фотосинтеза света в отношении потребления энергии. Высокое относительное содержание синего света уменьшает площадь листьев растения и может быть нежелательным по этой причине. 

Ближний ультрафиолетовый свет имеет эффект, аналогичный синему свету, с дальнейшим снижением эффективности фотосинтеза, особенно ниже 400 нм (хотя другие эффекты могут быть более сильными по сравнению с ним). Он также влияет на биосинтез соединений, ответственных за вкус определенных фруктов, повышенную концентрацию антоцианов, а также на другие соединения, которые непосредственно не производятся одним фотосинтезом. Всякий раз, когда использование ближнего ультрафиолетового света необходимо для контроля соответствующего сенсорного механизма или производства конкретной молекулы, представляющей интерес для растения, необходимо использовать соответствующую длину волны в этом диапазоне.

Реакция зеленого света

Наименее изученным спектром, связанным с фотоморфогенными реакциями у растений, является зеленый свет (500-600 нм). 

Контрольные эффекты от зеленого света, как правило, противоположны эффектам красного и синего света. Например, было доказано, что зеленый свет обращает вспять вызванное синим светом уменьшение высоты растений и накопление антоцианов. Упомянутые ранее фоторецепторы фитохрома и криптохрома также реагируют на зеленый свет, хотя и в значительно меньшей степени, чем на красный или синий свет. Пока что все усилия исследователей по поиску фоторецепторов, реагирующих в основном на зеленый свет, не дали окончательных результатов. Тем не менее, следует отметить, что добавление зеленого света в спектр систем освещения для садоводства продемонстрировало свою эффективность для роста нескольких видов растений. 

Подобно дальнему красному свету, зеленый свет проникает глубже в листья и навесы, чем красный или синий свет, и может значительно увеличить скорость фотосинтеза. Добавление зеленого света также значительно улучшает индекс цветопередачи (CRI) систем освещения для садоводства, что позволяет производителям эффективно контролировать урожай на наличие болезней или симптомов дефицита/токсичности питательных веществ без использования специальных очков.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В системах освещения для садоводства есть несколько вариантов, особенно когда речь идет об использовании светодиодных ламп, которые могут варьироваться от узкополосной спектральной композиции (то есть розового или фиолетового) до широкого спектра (часто называемого белым). В зависимости от культуры, которую вы выращиваете, выбор светодиодной системы освещения для садоводства с соответствующим качеством освещения имеет решающее значение не только для стимулирования фотосинтеза, но и для достижения желаемых морфологических реакций. 

Наши осветительные системы были адаптированы для обеспечения наилучших фотосинтетических и фотоморфогенных реакций на различные виды растений. 

ProGrowTech также предоставляет пользовательские спектры света для запуска фотоморфогенных реакций.

© ProGrowTech. При копировании наших материалов обязательна прямая открытая для поисковых систем гиперссылка.
Ссылка должна быть размещена в независимости от полного либо частичного использования материалов.

Последние публикации
22
фев
СПЕКТРЫ ФИТО-СВЕТИЛЬНИКОВ Модельный ряд (LGS v.1) на базе диодов 3535
21
янв
как сделать правильный выбор
В данной публикации, мы расскажем Вам, как выбрать качественные фито-светильники, на что стоит обратить внимание и как избежать подделок.
14
дек
как правильно измерять PPFD
Осветительные компании, которые публикуют PPFD только в центральной точке зоны покрытия, сильно переоценивают истинную интенсивность света светильника.
Заказать обратный звонок
Фотосинтетически активная радиация - PAR

Фотосинтетически активная радиация, или, сокращённо, ФАР (PAR) — часть доходящей до биоценозов солнечной радиации в диапазоне от 400 до 700 нм, используемая растениями для фотосинтеза. Этот участок спектра более или менее соответствует области видимого излучения.

Фотосинтетический фотонный поток — суммарное число фотонов, излучаемых в секунду в диапазоне длин волн от 400 до 700 нм (мкмоль/с). Иногда эту величину выражают в эйнштейнах, то есть, мкЭ м−2 с−1, хотя эта единица не является стандартной и её использование часто неоднозначно. PAR можно выражать в единицах энергии (интенсивность излучения, Ватт/м2); это актуально при рассмотрении баланса энергии фотосинтезирующих организмов, но поскольку фотосинтез является квантовым процессом, то в физиологии растений PAR чаще всего выражают в единицах PPFD.

на заметку:

- в зависимости от спектрального состава параметры PPFD изменяются +/- 20%;

- каждой осветительной системе выдается технический паспорт.

  наименование стоимость 1 шт. кол-во кол. × цена 1 шт.
            
            
id: ((+id)), артикул: ((+vendor_code))
((+title))

((+price_single)) грн.

-      ((+quantity)) + ((+price_total)) грн.
      всего: ((+price)) грн.
В вашей корзине сейчас пусто :(
Самое время что то выбрать!