Свет и морфология растений
Как изменяется окраска растений под светодиодным освещением
Как интенсивность фотонного потока и применение ультрафиолета влияют на окраску салата
В ситифермах, где применяют искусственные источники света важно собирать данные о разных видах растений, чтобы обеспечить правильный спектр и интенсивность света для вегетативного и генеративного роста. Световые спектры также могут использоваться для манипулирования циклом роста растений или содержанием вторичных метаболитов: антоцианов, флавоноидов, антиоксидантов, полифенолов.
Абиотический стресс — это негативное воздействие неживых факторов на растения
Почему салат становится красным?
При выращивании листового салата в "темницах" без естественного освещения качество и количество искусственного света играют ключевую роль в производстве продукта хорошего качества. В случае с красным листовым салатом необходимо получить насыщенный цвет, обусловленный повышенным содержанием антоцианов, не нарушая при этом других качеств листовой зелени. Накопление антоцианов обычно связано с абиотическим стрессом, который испытывает растение, или же это способ защиты от травоядных и патогенных микроорганизмов. Например, в условиях высокой освещенности антоцианы служат растению оптическим фильтром, перенаправляя избыточный свет в сторону от насыщенной фотосинтетической электронно-транспортной цепи. Это означает, что антоцианы защищают листья растений от вредных структурных повреждений фотосистем. Поэтому повышение интенсивности света — эффективный способ увеличить содержание антоцианов в листьях.
При выращивании листового салата в "темницах" без естественного освещения качество и количество искусственного света играют ключевую роль в производстве продукта хорошего качества. В случае с красным листовым салатом необходимо получить насыщенный цвет, обусловленный повышенным содержанием антоцианов, не нарушая при этом других качеств листовой зелени. Накопление антоцианов обычно связано с абиотическим стрессом, который испытывает растение, или же это способ защиты от травоядных и патогенных микроорганизмов. Например, в условиях высокой освещенности антоцианы служат растению оптическим фильтром, перенаправляя избыточный свет в сторону от насыщенной фотосинтетической электронно-транспортной цепи. Это означает, что антоцианы защищают листья растений от вредных структурных повреждений фотосистем. Поэтому повышение интенсивности света — эффективный способ увеличить содержание антоцианов в листьях.
Использование УФ-А для выращивания салата
Ранее этот вопрос изучали Ли и Кубота (2009), и в своем исследовании они пришли к выводу, что оба спектра с усиленным синим и УФ-А светом увеличивают содержание антоцианов в листьях салата сорта "Красный крест", а дальний красный и зеленый свет оказывают противоположный эффект, снижая производство антоцианов. Таким образом, в конце цикла выращивания в закрытом грунте только усиление синего и/или ультрафиолетового спектра света приведет к тому, что красный листовой салат начнет вырабатывать антоцианы, которые придают ему особую бордово-красную окраску. Использование светодиодов — простой и энергоэффективный способ получить быстрые результаты по образованию антоцианов в закрытой среде.
Компания Valoya провела внутренние испытания, в которых использовались два спектра света для проверки этого эффекта качества освещения: Спектр №1 — белый свет с пиком в синей области + УФ-А с пиком 385 нм и стандартный спектр для вегетативного роста листовой зелени №2. Уровни интенсивности света были приняты во внимание и проверены в предварительном испытании. Количество антоцианов было измерено в конце эксперимента с помощью оптического прибора для измерения полифенолов (Dualex, ForceA). Эксперимент проводился с двумя сортами красного листового салата: 'Sadawi' и 'Diablotin', с очень похожими результатами.
Обработка светом проводилась двумя спектрами, а в случае Спектра №2 — различными интенсивностями. Данные были проанализированы в программе SPSS с помощью двустороннего критерия Anova. Однородность вариаций анализировали с помощью теста Левена, а нормальность распределения данных — с помощью теста Шапиро-Уилка.
Ранее этот вопрос изучали Ли и Кубота (2009), и в своем исследовании они пришли к выводу, что оба спектра с усиленным синим и УФ-А светом увеличивают содержание антоцианов в листьях салата сорта "Красный крест", а дальний красный и зеленый свет оказывают противоположный эффект, снижая производство антоцианов. Таким образом, в конце цикла выращивания в закрытом грунте только усиление синего и/или ультрафиолетового спектра света приведет к тому, что красный листовой салат начнет вырабатывать антоцианы, которые придают ему особую бордово-красную окраску. Использование светодиодов — простой и энергоэффективный способ получить быстрые результаты по образованию антоцианов в закрытой среде.
Компания Valoya провела внутренние испытания, в которых использовались два спектра света для проверки этого эффекта качества освещения: Спектр №1 — белый свет с пиком в синей области + УФ-А с пиком 385 нм и стандартный спектр для вегетативного роста листовой зелени №2. Уровни интенсивности света были приняты во внимание и проверены в предварительном испытании. Количество антоцианов было измерено в конце эксперимента с помощью оптического прибора для измерения полифенолов (Dualex, ForceA). Эксперимент проводился с двумя сортами красного листового салата: 'Sadawi' и 'Diablotin', с очень похожими результатами.
Обработка светом проводилась двумя спектрами, а в случае Спектра №2 — различными интенсивностями. Данные были проанализированы в программе SPSS с помощью двустороннего критерия Anova. Однородность вариаций анализировали с помощью теста Левена, а нормальность распределения данных — с помощью теста Шапиро-Уилка.
Красный листовой салат 'Sadawi', выращенный под спектром №1 синий+УФ-А с интенсивностью света 200 μmol/m²/s (слева), стандартным широким спектром №2 с 200 μmol/m²/s (посередине) и спектром №2 с интенсивностью 400 μmol/m²/s (справа).
Результаты по накоплению антоцианов подтвердили гипотезу о том, что усиленный синий и УФ-А спектр увеличит выработку антоцианов в листьях красного листового салата до аналогичного количества, как и при высокоинтенсивной обработке. Увеличение интенсивности спектра №2 с 200 до 400 μmol/m²/s имело линейный тренд с усилением окраски растения.
Индекс антоцианов в различных частях растения при воздействии разными спектрами одной интенсивности
Индекс антоцианов в различных частях растения при воздействии одного спектра различной интенсивности
В итоге
Данный эксперимент — хороший пример того, как продвинутый фермер может влиять не только на скорость роста листовой зелени, но и на ее качество без больших затрат на энергию. Выбор правильного спектра в нужное время производственного цикла повышает ценность конечного продукта, а кроме цвет продукта с помощью света можно повлиять, на вкус, запах и содержание питательных веществ в листовой зелени.
Источники:
Burns, I. G.; Zhang, K.; Turner, M. K.; Meacham, M.; Al‐Redhiman, K.; Lynn, J.; Broadley, M. R.; Hand, P. & Pink, P. 2006. Screening for genotype and environment effects on nitrate accumulation in 24 species of young lettuce. Wiley Online Library. Journal of the Science of Food and Agriculture. 91: 553-62 https://doi.org/10.1002/jsfa.4220
Li, Q & Kubota, C. 2009. Effects of supplemental light quality on growth and phytochemicals of baby leaf lettuce. Scientia Horticulturae. 179: 78-84.
EUR-LAX, Comission Regulation (EC) No. 1881/2006, 2006 Setember. Data available from: https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/PDF/?uri=CELEX:02006R1881-20180319&qid=1528106171286&from=EN
Gould, K. S. 2004 Nature’s Swiss Army Knife: The Diverse Protective Roles of Anthocyanins in Leaves. Hindawi Publishing Corporation Journal or Biomedicine and Biotechnology. 5: 314-320.
Valoya