Синий спектр и его влияние на развитие растения

Введение

Синий спектр — область излучаемой радиации в диапазоне 400-500 нм. Для большинства растений пик поглощения приходится на 440-460 нм.  Синий свет считается вторым после красного по уровню влияния на интенсивность фотосинтеза. Кроме этого он принимает активное участие в процессах развития организма. Длина растения и переход в стадию цветения лишь немногие параметры, контролируемые данным спектром.

Чем растение видит синий свет?

Если обобщить имеющуюся информацию, то для восприятия синего спектра растение использует два типа рецепторов: фототропин и криптохром. В названии первого прослеживается четкая отсылка к фототропизму. Это явление, при котором части растения двигаются по направлению к источнику освещения. То есть растение способно менять положение в ответ на свет благодаря синему спектру. Помимо этого фототропин выполняет и ряд других функций, среди которых управление движением устьиц и хлоропластов. Второй рецептор - криптохром. Представляет собой пигмент синего цвета, ответственный за эффект ингибирования ростовых процессов.

Влияние на интенсивность фотосинтеза

На графике поглощения различных световых спектров видно, что хлорофиллы а и b больше всего усваивают область в диапазоне 425-460 нм, то есть, синий свет. Коэффициент поглощения в красной области значительно ниже. Исходя из этого, встает закономерный вопрос: почему традиционно основной вклад в фотосинтез приписывают красному спектру? 

Причина в особенности работы светособирающей системы. Дело в том, что синий свет более энергоемкий. То есть один квант в области 400-500 нм будет вмещать в себя больше энергии, чем квант 600-700 нм, который соответствует красному спектру. Молекула хлорофилла, получив за раз такую концентрацию энергии, не может достаточно эффективно ее использовать. Поэтому излишек поступившей энергии рассеивается в окружающем пространстве в виде тепла.
Хлорофиллы-и-каротиноидыG
Хлорофиллы и каротиноиды  
Это явление подтверждается на практике. В опытах с земляникой садовой, у которых соотношение красного к синему составляло 2:1, интенсивность фотосинтеза у большинства вариантов была ниже в сравнении с вариантом 8:1. Но по содержанию хлорофилла ситуация была обратной. Во первых, это говорит о том, что синий спектр способствует образованию большего количества зеленых пигментов. Во-вторых, показывает, что количество хлорофилла не влияет напрямую на интенсивность фотосинтеза.

Развитие организма под воздействием синего спектра

Кроме непосредственного участия в фотосинтезе синий свет, попадая на растение, запускает ряд генетических программ. И наиболее характерным откликом является ингибирование ростовых процессов. В том же опыте с земляникой было продемонстрировано, как изменяется габитус, то есть форма растения, в зависимости от доли синего спектра в облучении. Самые низкие экземпляры были получены на варианте с соотношением красного к синему 2:1. И здесь доля синего была максимальной. Помимо сокращения высоты, растения в целом становились более компактными. Это происходило за счет уменьшения длины черешка и площади листьев. По мнению Н.Н. Протасовой причина в том, что синий свет усиливает синтез ингибиторов роста, таких как абсцизовая и оксикоричная кислоты.

С другой стороны наблюдалось увеличение удельной поверхности плотности листа (УППЛ). Иначе говоря, лист формируется более толстым под воздействием синего спектра. Это, своего рода, компенсация в ответ на сокращающуюся площадь светособирающей поверхности. Ведь с утолщением листа увеличивается количество клеток, способных фотосинтезировать. А значит, интенсивность фотосинтеза тоже становится выше.
Синий спектр также участвует в регулировании степени открытости устьиц. В опытах с тремя декоративными растениями два из них - фикус бенджамина и глоксиния гибридная - показали ожидаемую реакцию. С увеличением доли синего спектра в общем потоке фотоактивной радиации, увеличивалась устьичная проводимость. Она, в свою очередь, зависит от того, насколько широко открыта устьичная щель. Стоит отметить, что данные, полученные в этом эксперименте, также подтверждают закономерность между увеличением доли синего спектра и толщиной листа. 

При выращивании важно, чтобы растения использовали воду наиболее эффективным образом. По сосудам ксилемы вода поднимается от корней к другим частям растения. Исследования из США, проведенные в конце 90-х годов, демонстрируют положительное влияние синего света на формирование вторичной ксилемы у перца. Это значит, что проводящая система становится более разветвленной, что улучшает снабжение органов растения в целом. Вместе с этим повышается эффективность водопотребления.Важно понимать, реакция растений на синий свет, ровно как и на другие спектры, носит видо- и сортоспецифичный характер. Но чтобы подобрать оптимальные световые условия для выращиваемой культуры, можно опираться на описанные выше сведения.

Не как у всех

Некоторые растения имеют отличные от большинства реакции на синий спектр. Ранее в статье говорилось, что синий свет не настолько эффективен по своему влиянию на скорость фотосинтеза, как красный. В эксперименте с каучуконосным растением кок-сагыз было показано, что оно способно усваивать коротковолновое излучение 400-500 нм не хуже, чем красную область спектра 600-700 нм. Исследователи сообщают, что при изменении светового режима с большей доли красного света на синий, происходит даже некоторое увеличение интенсивности фотосинтеза. Известно, что синий спектр в большей степени стимулирует накопление жиров и белков в растении, когда красный увеличивает синтез сахарозы. Это важно понимать при выращивании, целью которого не является получение как можно большего количества биомассы. Сахароза - основа для синтеза каучука. Поэтому в данном случае, несмотря на то что синий спектр ускорял фотосинтез, красный все равно важнее для подбора оптимальных условий освещения.
Для многих растений синий свет является лучшим стимулом для производства хлорофилла. Но не всегда. Показателен опыт, проведенный с базиликом. На пяти различных световых вариантах, от преобладающего синего до красного, проанализировали содержание хлорофилла в единице листовой поверхности и эффективность использования света в целом. Там, где доля синего была равна или больше доли красного, количество хлорофилла и скорости фотосинтеза оказались наименьшими. Исследователи также отметили низкую эффективность использования воды растениями на вариантах с высокой долей синего.

Накопление минеральных веществ

Выращивание продукции на ситифермах чаще всего основывается на полной светокультуре - таких условиях освещения, при которых полностью отсутствует солнечный свет. Плюсом такого подхода является возможность моделирования качества будущего урожая. Состав света, как показывают опыты, способен влиять не только на форму растения и скорость протекания фотосинтеза. Возможности здесь куда шире. Меняя спектральный состав излучения, возможно контролировать потребление и накопление минеральных веществ растением. 

Так, микрозелень брокколи, выращенная на синем свету, аккумулировала в тканях листьев больше P, K, Ca, Mg и Fe в сравнении с вариантами на смешанном красном и синем спектрах. Несколько иная картина складывается при световой обработке растения салат-латук. На синем спектре повышалось накопление K и Ca, когда на красном и смешанном спектре увеличивалось содержание Fe, P, Mg, и N.

Синтез вторичных метаболитов

Соединения, без которых растение способно завершить жизненный цикл, относятся к вторичным метаболитам. Организм в основном использует их, чтобы защищаться и размножаться. Синий спектр по длине волны очень близок к ультрафиолету А (300-400 нм), который, в свою очередь, воздействует как стрессор на живые объекты. И поэтому синий свет способен вызывать светозащитные реакции, такие как синтез антоцианов или стимулирование роста новых трихом.

На примере растения арабидопсис была выявлена закономерность накопления антоцианов в зависимости от уровня облученности синим спектром. Тот же эффект, как отмечают исследователи, был характерен и для многих других видов растений. Что немаловажно, антоцианы имеют медицинский потенциал. Употребляя их с пищей, организм человека лучше справляется со свободными радикалами. А это помогает предотвратить целый ряд заболеваний. Таким образом, с помощью синего спектра возможно регулировать синтез целевых соединений, которые особенно важны при выращивании медицинских растений.

Заключение

Синий спектр критически важен для нормального роста и развития растительного организма. С пониманием того, какое воздействие он может оказывать, открывается целый ряд возможностей: от получения максимального прироста биомассы до стимулирования синтеза целевых веществ.

Поможем со светом для ваших растений

Товар добавлен в корзину
Оформить заказ

Смотрите также
от