Влияние спектрального состава световой среды на фотосинтетические, электро- и морфофизиологические показатели редиса в условиях светокультуры

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

В работе рассмотрены особенности влияния источников света, имитирующих солнечное освещение с различным спектральным составом с соотношением синего : зеленого : красного диапазонов 11% : 35% : 54% (AFI-3000), 19% : 38% : 43% (AFI-4000) и 25% : 38% : 37% (AFI-5000), на морфометрические, биохимические, фотосинтетические и электрогенные параметры редиса (Raphanus sativus L.) для светокультуры сорта Петербургский фиолетовый. Проведенные исследования выявили достоверное увеличение урожая корнеплодов (3.45 кг/м2 за 28 суток вегетации), содержания сухого вещества до 8.9% и фотосинтетических пигментов, уменьшение количества нитратов до 1206 мг/кг у растений редиса, освещаемых светильниками AFI-5000 со спектром, близким к солнечному излучению в полдень. В данном варианте наблюдали повышение коэффициентов эффективного квантового фотохимического выхода фотосистемы ФС II Y (II) = 0.206, фотохимического qP = 0.304 и нефотохимического qN = 0.415 тушения флуоресценции, а также высокую генерацию разности потенциалов до 532 мВ в корнеобитаемой среде по сравнению с AFI-3000, моделирующим свет солнца у горизонта, при освещении которым наблюдалась высокая доля рассеяния света листом (R800 = 1.716), и AFI-4000 со спектром, приближенным к утреннему свету. Вариант AFI-4000 показал наихудший результат – повышенные нерегулируемые потери энергии возбуждения Y (NO) = 0.712 и пропускание света листовой поверхностью 7.5%. Применение источника света AFI-5000 способствовало получению более высоких показателей, характеризующих как выход растительной продукции, так и активность фотосинтетического аппарата и интенсивность электрогенных процессов в корнеобитаемой среде, что позволяет рекомендовать светильник данного типа для выращивания корнеплодных культур в условиях светокультуры. Вероятно, этот положительный эффект связан с наличием в спектре большей доли синего света, влияющего на развитие корневой системы.

全文:

受限制的访问

作者简介

Т. Кулешова

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Агрофизический научно-исследовательский институт

编辑信件的主要联系方式.
Email: piter.ru@bk.ru
俄罗斯联邦, Санкт-Петербург

П. Желначева

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Агрофизический научно-исследовательский институт

Email: piter.ru@bk.ru
俄罗斯联邦, Санкт-Петербург

Е. Эзерина

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Агрофизический научно-исследовательский институт

Email: piter.ru@bk.ru
俄罗斯联邦, Санкт-Петербург

В. Вертебный

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Агрофизический научно-исследовательский институт

Email: piter.ru@bk.ru
俄罗斯联邦, Санкт-Петербург

Ю. Хомяков

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Агрофизический научно-исследовательский институт

Email: piter.ru@bk.ru
俄罗斯联邦, Санкт-Петербург

Г. Панова

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Агрофизический научно-исследовательский институт

Email: piter.ru@bk.ru
俄罗斯联邦, Санкт-Петербург

А. Кочетова

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Агрофизический научно-исследовательский институт

Email: piter.ru@bk.ru
俄罗斯联邦, Санкт-Петербург

Н. Синявина

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Агрофизический научно-исследовательский институт

Email: piter.ru@bk.ru
俄罗斯联邦, Санкт-Петербург

参考

  1. Naikoo N.B., Kanth R.H., Bahar F.A., Bhat M.A., Nazir A., Mahdi S.S., Amin Z., Singh L., Raja W., Saad A.A., Bhat T.A., Palmo T., Ahngar T.A. Vertical farming: The future of agriculture: A review // Pharma Innovation. 2022. V. 11. Р. 1175.
  2. Kozai T., Niu G. Role of the plant factory with artificial lighting (PFAL) in urban areas // Plant Factory / Eds. Kozai T. et al. Burlington: Academic Press, 2020. Р. 7. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-816691-8.00002-9
  3. Goto E. Plant production in a closed plant factory with artificial lighting // Acta Hortic. 2012. V. 956. P. 37. https://doi.org/10.17660/ActaHortic.2012.956.2
  4. Kozai T., Niu G., Takagaki M. Plant Factory: an Indoor Vertical Farming System for Efficient Quality Food Production. Cambridge, UK: Academic Press, 2019. 487 p.
  5. Панова Г.Г., Черноусов И.Н., Удалова О.Р., Александров А.В., Карманов И.В., Аникина Л.М., Судаков В.Л., Якушев В.П. Научно-технические основы круглогодичного получения высоких урожаев качественной растительной продукции при искусственном освещении // Докл. РАСХН. Т. 4. С. 17.
  6. Csambalik L., Diveky-Ertsey A., Gal I., Madaras K., Sipos L., Szekely G., Pusztai P. Sustainability perspectives of organic farming and plant factory systems – from divergences towards synergies // Horticulturae. 2023. V. 9. Р. 895. https://doi.org/10.3390/horticulturae9080895
  7. Wong C. E., Teo Z. W. N., Shen L., Yu H. Seeing the lights for leafy greens in indoor vertical farming // Trends Food Sci. Technol. 2020. V. 106. Р. 48. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2020.09.031
  8. Samantara K., Bohra A., Mohapatra S.R., Prihatini R., Asibe F., Singh L., Reyes V.P., Tiwari A., Maurya A.K., Croser J.S., Wani S.H., Siddique K.H.M., Varshney R.K. Breeding more crops in less time: a perspective on speed breeding // Biology. 2022. V. 11. Р. 275. https://doi.org/10.3390/biology11020275
  9. Kochetov A.A., Mirskaya G.V., Sinyavina N.G., Egorova K.V. Transgressive breeding: A methodology for accelerated creation of new forms of plants with a predictable complex of economically valuable traits // Russ. Agric. Sci. 2021. V. 47. Р. 40. https://doi.org/10.3103/S1068367422010050
  10. Ермаков Е.И., Черноусов И.Н. Регулируемая агроэкосистема как основа изучения и управления продукционным процессом растений // Матер. Всерос. конф. “Управление продукционным процессом растений в регулируемых условиях”. Санкт-Петербург: АФИ, 1996. С. 14.
  11. Paradiso R., Proietti S. Light-quality manipulation to control plant growth and photomorphogenesis in greenhouse horticulture: The state of the art and the opportunities of modern LED systems // J. Plant Growth Regul. 2022. V. 41. Р. 742. https://doi.org/10.1007/s00344-021-10337-y
  12. Кулешова Т.Э., Удалова О.Р., Балашова И.Т., Аникина Л.М., Конончук П.Ю., Мирская Г.В., Дубовицкая В.И., Вертебный В.Е., Хомяков Ю.В., Панова Г.Г. Особенности влияния спектра излучения на продуктивность и биохимический состав тестовых плодовых и листовых овощных культур // Журн. техн. физ. 2022. Т. 92. С. 1060. https://doi.org/10.21883/JTF.2022.07.52663.343-21
  13. Протасова Н.Н. Светокультура как способ выявления потенциальной продуктивности растений // Физиология растений.1987. Т. 34. С. 812.
  14. Тихомиров А.А., Шарупич В.П., Лисовский Г.М. Светокультура растений: биофизические и биотехнологические основы. Новосибирск, 2000. 213 c.
  15. Avercheva O.V., Berkovich Y.A., Erokhin A.N., Zhigalova T.V., Pogosyan S.I., Smolyanina S.O. Growth and photosynthesis of Chinese cabbage plants grown under light-emitting diode-based light source // Russ. J. Plant Physiol. 2009. V. 56. P. 14. https://doi.org/10.1134/S1021443709010038
  16. Прикупец Л.Б., Боос Г.В., Терехов В.Г., Тараканов И.Г. Исследование влияния излучения в различных диапазонах области ФАР на продуктивность и биохимический состав биомассы салатно-зеленных культур // Светотехника. 2018. Т. 5. С. 6.
  17. Wu B.S., Hitti Y., MacPherson S., Orsat V., Lefsrud M.G. Comparison and perspective of conventional and LED lighting for photobiology and industry applications // Environ. Exp. Bot. 2020. V. 171. P. 103953. https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2019.103953
  18. Кулешова Т.Э., Удалова О.Р., Балашова И.Т., Аникина Л.М., Конончук П.Ю., Мирская Г.В., Панова Г.Г. Влияние различных источников света на продукционный процесс томата в интенсивной светокультуре // Овощи России. 2021. Т. 4. С. 65. https://doi.org/10.18619/2072-9146-2021-4-65-70
  19. Santin M., Ranieri A., Castagna A. Anything new under the sun? An update on modulation of bioactive compounds by different wavelengths in agricultural plants // Plants. 2021. V. 10. Р. 1485. https://doi.org/10.3390/plants10071485
  20. Tang Y., Jia M., Mei Y., Yu Y., Zhang J., Tang R., Song K. 3D intelligent supplement light illumination using hybrid sunlight and LED for greenhouse plants // Optik. 2019. V. 183. Р. 367. https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2019.02.002
  21. Zhuo Y., Zhu H., Shen C., Sun G., Liu J.G. Violet chip excited white LEDs for sun-like lighting and horticulture lighting // Proc. 16th China International Forum on Solid State Lighting & International Forum on Wide Bandgap Semiconductors (25–27 November 2019). China, Shenzhen). 2019. Р. 85. https://doi.org/10.1109/SSLChinaIFWS49075.2019.9019777
  22. Massa G.D., Kim H.H., Wheeler R.M., Mitchell C.A. Plant productivity in response to LED lighting // HortScience. 2008. V. 43. Р. 1951. https://doi.org/10.21273/HORTSCI.43.7.1951
  23. Menendez-Velazquez A., Morales D., Garcia-Delgado A.B. Sunlike white light-emitting diodes based on rare-earth-free luminescent materials // Materials. 2022. V. 15. Р. 1680. https://doi.org/10.3390/ma15051680
  24. Jie Z., Cheng-bo Z., Hong X., Rui-feng C., Qi-chang Y., Tao L. The effect of artificial solar spectrum on growth of cucumber and lettuce under controlled environment // J. Integr. Agric. 2020. V. 19. Р. 2027. https://doi.org/10.1016/S2095-3119(20)63209-9
  25. Романенко С.А., Туранов С.Б. Исследование влияния спектрального состава облучения на рост и развитие тепличного редиса // Матер. XIII Всерос. науч.-техн. конф. с междунар. участием в рамках IV Всерос. светотехнического форума с междунар. участием. Саранск, 2017. С. 284.
  26. Miler N., Kulus D., Wozny A., Rymarz D., Hajzer M., Wierzbowski K., Nelke R., Szeffs L. Application of wide-spectrum light-emitting diodes in micropropagation of popular ornamental plant species: A study on plant quality and cost reduction // In Vitro Cell. Dev. Biol.– Plant. 2019. V. 55. Р. 99. https://doi.org/10.1007/s11627-018-9939-5
  27. Sinyavina N.G., Kochetov A.A., Kocherina N.V., Egorova K.V., Kurina A.B., Panova G.G., Chesnokov Y.V. Breeding approaches for controlled conditions of artificial light culture for small radish and radish (Raphanus sativus L.) // Horticulturae. 2023. V. 9. P. 678. https://doi.org/10.3390/horticulturae9060678
  28. Кочетов А.А., Синявина Н.Г. РФ Патент 11518, 2021.
  29. Panova G.G., Udalova O.R., Kanash E.V., Galushko A.S., Kochetov A.A., Priyatkin N.S., Arkhipov M.V., Chernousov I.N. Fundamentals of physical modeling of “ideal” agroecosystems // Tech. Phys. 2020. V. 65. P. 1563. https://doi.org/ 10.1134/S1063784220100163
  30. King D.L., Kratochvil J.A., Boyson W.E. Measuring solar spectral and angle-of-incidence effects on photovoltaic modules and solar irradiance sensors // Conf. Rec.26th IEEE Photovoltaic Specialists Conference. USA, CA, Anaheim, 1997. P. 1113. https://doi.org/10.1109/PVSC.1997.654283
  31. Ермаков А.И. Методы биохимического исследования растений. Л.: Агропромиздат, 1987. 429 с.
  32. Методические указания по определению нитратов и нитритов в продукции растениеводства. М.: МЗ РСФСР, 1990. 49 с.
  33. Скурихин И.М., Тутельян В.А. Руководство по методам анализа качества и безопасности пищевых продуктов. Москва: Изд-во Медицина, 1998. 342 с.
  34. ПНД Ф 16.2.2:2.3.71-2011. Количественный химический анализ почв. Методика измерений массовых долей металлов в осадках сточных вод, донных отложениях, образцах растительного происхождения спектральными методами. ФБУ ФЦАО, 2011. 45 с. https://gostrf.com/normadata/1/4293793/4293793107.htm?ysclid=lox20vb89u875180587
  35. Sims D.A., Gamon J.A. Relationships between leaf pigment content and spectral reflectance across a wide range of species, leaf structures and developmental stages // Remote Sens. Environ. 2002. V. 81. P. 337. https://doi.org/10.1016/S0034-4257(02)00010-X
  36. Penuelas J., Barret F., Filella I. The reflectance at the 950–970 nm region as an indicator of plant water status // Int. J. Remote Sens. 1993. V. 14. P. 1887. https://doi.org/10.1080/01431169308954010
  37. Gamon J.A., Serrano L., Surfus J.S. The photochemical reflectance index: an optical indicator of photosynthetic radiation use efficiency across species, functional types, and nutrient levels // Physiol. Comp. Oecol. 1997. V. 112. P. 492. https://doi.org/10.1007/s004420050337
  38. MINI-PAM Photosynthesis Yield Analyzer Manual. Edition 3, Heinz Walz GmbH, 2018. 197 p.
  39. Kitajima M., Butler W.L. Quenching of chlorophyll fluorescence and primary photochemistry in chloroplasts by dibromothymoquinone // BBA, Biochim. Biophys. Acta, Bioenerg. 1975. V. 376. P. 105. https://doi.org/10.1016/0005-2728(75)90209-1
  40. Genty B., Briantais J.M., Baker N.R. The relationship between the quantum yield of photosynthetic electron transport and quenching of chlorophyll fluorescence // BBA, Biochim. Biophys. Acta, Gen. Subj. 1989. V. 990. P. 87. https://doi.org/10.1016/S0304-4165(89)80016-9
  41. Schreiber U., Schliwa U., Bilger W. Continuous recording of photochemical and non-photochemical chlorophyll fluorescence quenching with a new type of modulation fluorometer // Photosynth. Res. 1986. V. 10. P. 51. https://doi.org/10.1007/BF00024185
  42. Kramer D.M. Johnson G., Kiirats O., Edwards G.E. New fluorescence parameters for the determination of QA redox state and excitation energy fluxes // Photosynth. Res. 2004. V. 79. P. 209. https://doi.org/10.1023/B:PRES.0000015391.99477.0d
  43. Bilger W., Bjorkman O. Role of the xanthophyll cycle in photoprotection elucidated by measurements of light-induced absorbance changes, fluorescence and photosynthesis in leaves of Hedera canariensis // Photosynth. Res. 1990. V. 25. P. 173. https://doi.org/10.1007/BF00033159
  44. Genty B, Harbinson J., Cailly A.L., Rizza F. Fate of excitation at PS II in leaves: the non-photochemical side //Proc. 3rd BBSRC Robert Hill Symposium on Photosynthesis (March 31 – April 3, 1996), University of Sheffield, Western Bank, Sheffield, UK. Abstract P28.
  45. Kuleshova T.E., Bushlyakova A.V., Gall N.R. Noninvasive measurement of bioelectric potentials of plants // Tech. Phys. Lett. V. 45. P. 190. https://doi.org/10.21883/10.1134/S1063785019030106
  46. Wang J., Lu W., Tong Y., Yang Q. Leaf morphology, photosynthetic performance, chlorophyll fluorescence, stomatal development of lettuce (Lactuca sativa L.) exposed to different ratios of red light to blue light // Front. Recent Dev. Plant Sci. 2016. V. 7. P. 64. https://doi.org/10.3389/fpls.2016.00250
  47. Наконечная О.В., Холин А.С., Субботин Е.П., Бурковская, Е.В., Хроленко Ю.А., Гафицкая И.В., Орловская И.Ю., Бурдуковский, М.Л., Михеева А.В., Кульчин Ю.Н. Влияние светодиодного освещения разного спектра на развитие салата листового (Lactuca sativa) // Изв. РАН. Сер. биол. 2023. Т. 3. С. 278. https://doi.org/10.31857/S1026347022600406
  48. Brazaityte A., Miliauskiene J., Vastakaite-Kairiene V., Sutuliene R., Lauzike K., Duchovskis P., Malek S. Effect of different ratios of blue and red led light on Brassicaceae microgreens under a controlled environment // Plants. 2021. V. 10. P. 801. https://doi.org/10.3390/plants10040801
  49. Yorio N.C., Goins G.D., Kagie H.R., Wheeler R.M., Sager J.C. Improving spinach, radish, and lettuce growth under red light-emitting diodes (LEDs) with blue light supplementation // HortScience. 2001. V. 36. P. 380. https://doi.org/10.21273/HORTSCI.36.2.380

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载
2. Fig. 1. Content of potassium, calcium, phosphorus, magnesium, sodium in leaves (a) and roots (c) of radish; iron, zinc, manganese, copper in leaves (b) and roots (d) of radish when grown using light sources of different spectral composition: 1 – AFI-3000, 2 – AFI-4000, 3 – AFI-5000.

下载 (170KB)
索引源数据
3. Fig. 2. Fluorescence parameters during radish cultivation using light sources with different spectral compositions: 1 – AFI-3000, 2 – AFI-4000, 3 – AFI-5000. Fv/Fm – maximum photochemical yield of PS II; Y(II) – effective photochemical yield of PS II; qP – coefficient of photochemical fluorescence quenching in light; qL – coefficient of photochemical fluorescence quenching in case of interconnected PS II antennas; qN – coefficient of non-photochemical fluorescence quenching; NPQ – coefficient of non-photochemical fluorescence quenching calculated according to the Stern-Volmer equation; Y(NO) – unregulated excitation energy losses; Y(NPQ) – regulated excitation energy losses due to heat dissipation with the participation of ΔpH- and zeaxanthin-dependent mechanisms.

下载 (116KB)
索引源数据
4. Fig. 3. Reflectance indices for radish cultivation using light sources of different spectral composition: 1 – AFI-3000, 2 – AFI-4000, 3 – AFI-5000. ChlRI – chlorophyll reflectance index; SIPI – ratio of sum of carotenoids to sum of chlorophylls; R800/20 – light scattering intensity index divided by 20 relative units for scale; PRI*20 – index of photochemical activity of photosynthetic apparatus multiplied by 20 relative units for scale.

下载 (65KB)
索引源数据
5. Fig. 4. Formation of potential difference in the root environment of radish during its cultivation using light sources of different spectral composition: 1 – AFI-5000, 2 – AFI-4000, 3 – AFI-3000, 4 – control without plant.

下载 (125KB)
索引源数据
6. Tab. 1, fig. 1

下载 (31KB)
索引源数据
7. Tab. 1, fig. 2

下载 (28KB)
索引源数据
8. Tab. 1, fig. 3

下载 (29KB)
索引源数据
9. Tab. 2, fig. 1

下载 (108KB)
索引源数据
10. Tab. 2, fig. 2

下载 (107KB)
索引源数据
11. Tab. 1, fig. 3

下载 (99KB)
索引源数据

版权所有 © Russian Academy of Sciences, 2024

##common.cookie##