Зеленый спектр и его влияние на развитие растения

Введение

Приятный зеленый вид растений, обусловленный их способностью отражать зеленый свет в диапазоне длин волн 500-600 нм, создает обманчивое впечатление, будто такой спектр не важен в биологии. Но существует множество исследований, доказывающих обратное. Зеленый свет принимает активное участие не только в фотосинтезе, но и в регуляторных процессах растения. 

Растения всегда адаптировались к внешним условиям. К тем условиям, в которых доминирующим спектром был и остается зеленый свет, получаемый от солнца. Поэтому уже на данном этапе мы догадываемся об огромной роли зеленого света в жизни растений. Взглянем на спектральный состав света. Пик излучаемой солнцем радиации приходится именно на зеленый спектр. Даже красный, наиболее благоприятный для фотосинтеза свет, уступает зеленому в этом.
Спектральный-состав-солнечного-света
Спектральный состав солнечного света

Роль зеленого света в продукционном процессе

На деле только 10-50% спектра в зеленой области 500-600 нм отражается хлоропластами. Остальная энергия усваивается в процессе фотосинтеза и передается дальше — на нижние ярусы растения, которые обычно затенены.
То есть зеленый свет обладает повышенной пробивной способностью доносить энергию до обедненных светом участков растения. И подтверждение этому служит статья, опубликованная в журнале “Plant, Cell and Environment” в 2003 году. В поставленном эксперименте на растениях шпината с помощью радиоактивного изотопа углерода 14 ученые продемонстрировали, как усваивается энергия света, проходя сквозь толщу листа. За основу было взято 3 спектра: синий (450 ± 91 нм), красный (650 ± 10 нм) и зеленый (567 ± 24 нм), которые были применены одновременно. Выводом стало то, что красный и синий свет усваивались хлоропластами по большей части в верхних слоях листа. Но главное, что на более глубоких слоях фиксирующая способность углерода не падала. Это значит, что там, где синие и красные лучи перестают работать, именно зеленый свет вносит существенный вклад в фотосинтез.
Эта особенность делает зеленый спектр крайне востребованным при выращивании культур, формирующих плотный растительный покров, - например, базилик и кориандр, - или имеющих складчатую структуру листьев, таких как салат.

Особенности поглощения зеленого света растением

О таком пигменте как хлорофилл слышали многие. Но немногие знают о существовании его разных форм. Сейчас для понимания стоит рассмотреть только хлорофилл а и b. Они оба отвечают за светособирающую способность листа растения, каждый в своем световом диапазоне. И главная особенность в том, что хлорофилл b, в сравнении с хлорофиллом a, имеет сдвинутый вправо — в зеленую область — пик поглощения света. Это важная физиологическая особенность: растение в целом — это многоуровневая структура, в которой нижние листья имеют повышенную способность использовать зеленый свет благодаря усиленному синтезу хлорофилла b.
Хлорофиллы-и-каротиноидыG
Хлорофиллы и каротиноиды  
Говоря о светособирающих пигментах, участвующих в усвоении зеленого света, нельзя не упомянуть о каротиноидах. Они придают растениям желтые и красные цвета. Одна из ролей данных пигментов, наравне с хлорофиллом — улавливать свет, преобразуя его в энергию внутри растения. Что интересно, каротиноиды работают в двух полярных областях. С одной стороны, защищают хлорофилл от избыточного освещения, с другой — помогают эффективнее собирать световую энергию в условиях ее недостатка. И последнее как раз возможно, благодаря эффективному использованию каротиноидами спектра в зеленой области (500-550 нм).

Зеленый свет бывает разным

Подбор определенного сочетания спектров — так называемого светового рецепта — дело индивидуальное. Если обычная технологическая карта выращивания культуры распространяется на все сорта этой культуры, то со световыми рецептами дело обстоит сложнее. Зачастую реакция растений на свет носит сортоспецифичный характер. Например, проведенные исследования на базе Тимирязевской сельскохозяйственной академии показали, как сильно меняется реакция на условия освещения у разных сортов салата.

Одни показывают интенсивный прирост биомассы на высоком соотношении синего спектра к красному, другие же ровно наоборот. Эта особенность касается и зеленого спектра. Он важен для всех культур. Но также важен подбор правильного пика его излучения и доли в общем световом потоке наравне с синим и красным спектрами.
Зеленый свет — не панацея. Если его слишком много, то о большом урожае можно забыть. Это хорошо демонстрируют опыты, проведенные в условиях, где в качестве света был использован только зеленый спектр. Длительное культивирование растений в таком режиме оказывало ингибирующее, то есть тормозящее воздействие на рост и развитие растений. Причина в том, что обилие зеленого света, особенно в длинноволновой области с пиком 550 нм, нарушает процессы деления клеток. В результате образовываются тонкие и мелкие листья. 

Зеленый спектр также сильно воздействует на развитие растений. Из-за того, что зеленый свет при естественном освещении присутствует в изобилии в загущенных посевах, растение активно включает механизм избегания тени. То есть оно начинает вытягиваться, пытаясь вырваться из загущения. Это говорит о том, что, добавляя избыточное соотношение зеленого к остальным спектрам, можно навредить будущему урожаю, получив на выходе тонкие и ослабленные растения.

Помимо подбора правильной интенсивности, нужно понимать, что для растений важны и пики излучения в зеленой области. Так, длина волны с пиком 510 нм сильнее стимулирует фотосинтез, чем более длинноволновое излучение в 530 нм, которое в большей степени регулирует процессы развития организма. 

Для формирования более целостной картины, стоит повториться, для каждого растения нет однозначной реакции на этот участок электромагнитного излучения. В опытах с пшеницей мягкой было показано, как при высокой интенсивности зеленого света приросты биомассы были выше, чем на синем свету той же интенсивности. В этом же исследовании отмечалось, что для некоторых растений, помимо пшеницы, зеленый спектр может полностью обеспечить жизнедеятельность при условии высокой интенсивности облучения.

Защитная роль зеленого света

Зеленый спектр помимо влияния на биомассу растения и регулирования его развития, также может предохранять или, по крайней мере, уменьшать воздействие патогена. Так, исследователями было зафиксировано, что под влиянием зеленого света у растений земляники повышалась устойчивость к болезни земляничного антракноза. Это выражалось в уменьшении числа повреждений на листьях.

При любом поражении растения вредителем или болезнью важно своевременно выявить угрозу. Если в качестве освещения используются только красно-синие светодиоды, то происходит сильное искажение цветового восприятия. Визуальная диагностика проблем в таком случае затрудняется. Добавление зеленого света поможет лучше оценивать здоровье растений. Кроме этого, для рабочих, задействованных на производстве, создаются более безопасные и комфортные условия работы.

Применение зеленого света на практике

В условиях полной светокультуры, где не было задействовано солнечного освещения проводились эксперименты с растением перца сладкого. Среди различных комбинаций световых рецептов одним из наиболее продуктивных для урожая оказался вариант, где преобладал красный спектр с добавлением зеленого. Доля последнего составляла 18% от общего светового потока. За период жизненного цикла был получен урожай 6.1 кг/м2. Этот же вариант освещения оказался наиболее благоприятным для формирования мощной здоровой рассады.

В похожих условиях был поставлен опыт на томатах. Использовались два варианта светодиодных облучателей. Первый имел соотношения спектров синий: зеленый: красный + дальний красный, как 15:30:55 + 14. Второй 19:1:80 + 5. Средняя урожайность с одного растения в первом варианте составила 1974,24г, во втором 1136,16г. Как видно из опыта, там, где в умеренных количествах был применен зеленый спектр, урожай почти в 2 раза превышал классический вариант на красно-синих светодиодах.
tomato
Спектры в эксперименте - синий:зеленый:красный + дальний красный. 

Заключение

Зеленый свет в значительной степени способствует протеканию фотосинтеза. Этот спектр также имеет решающее значение для стимулирования накопления биомассы в более глубоких частях листа и нижней части растительного покрова, где синий и красный свет, по сравнению с зеленым, энергетически истощены. Зеленый спектр должен быть грамотно применен в световом рецепте, который желательно адаптировать под конкретную культуру и конкретный сорт. Но даже без тонкой настройки, для любого растения, умеренное добавление этого спектра в условия освещения поможет гармоничнее пройти фазы жизненного цикла. И в итоге это позволит собрать большие урожаи.

Поможем со светом для ваших растений

Товар добавлен в корзину
Оформить заказ

Смотрите также
от