Принято считать, что зеленый свет растениям не нужен. Но имеющиеся исследования ясно показывают, что растения используют зеленые длины волн для увеличения биомассы с урожаем, и что это важнейший сигнал для долгосрочного развития и краткосрочной динамической акклиматизации к окружающей среде.
Агрономы и фитотехнологи уже два десятилетия разрабатывают ультимативный спектр света с двумя важными параметрами — он энергоэффективен и в тоже время обеспечивает наиболее быстрое вегетативное и генеративное развитие растений. В этом отношении красный и синий спектры доминируют в индустрии искусственного освещения растений.
Однако игнорирование прочих диапазонов волн ограничивает возможности агронома по управлению другими аспектами экспрессии генов и физиологии растений. Почему современному агроному нельзя отказываться от зеленого спектра нам рассказали специалисты по светодиодному освещению растений из «GoodGrow».
«Космический» прорыв
Дальний красный и ультрафиолетовый спектры изучены не столь подробно, как синий и обычный красный, но на порядок лучше спектра зеленого. Зеленый свет (500-600 нм) обычно отвергался, поскольку считалось, что он не приносит никакой пользы для вегетативного и генеративного роста растений. Традиционно считалось, что зеленый свет отражается от поверхности листа, обеспечивая его зеленый цвет для человеческого глаза.
Так было пока к исследованию непрерывного полного спектра не подключились агротехники и биологи из NASA, проводившие эксперименты по выращиванию растений на космической станции. В таких условиях красный и синий свет неблагоприятны, так как растения под ними выглядят почти черными, из-за чего трудно контролировать их состояние. Проблему решило добавление зеленого света.
В этом космическом исследовании было обнаружено, что 24% добавление зеленого света (от 500 до 600 нм) к красным и синим светодиодам усилило рост салата. Под таким спектром выход биомассы был выше, чем под сочетанием только красного и синего света.
Похожих результатов удалось добиться финской компании Valoya. В своем исследовании они сравнивали лампы ДНаТ (дуговые натриевые), светодиодные биколорные фитосветильники (только красный и синий свет) и полноспектральный прожектор (Синий — 12%, Зеленый — 19%, Красный — 61%, Дальний красный — 8%). Под последними светильниками биомасса салата-латук превышала остальных подопытных на 58%.
Действие зеленого света на растения
Несмотря на то, что фоторецептор, отвечающий за поглощение зеленого спектра, еще не найден, известно, что зеленый свет провоцирует в растении реакции, не зависящие от криптохрома. То есть все как и в синем свете. В условиях низкой интенсивности света зеленый спектр может усиливать дальний красный свет, стимулирующий производство вторичных метаболитов в микрозелени, а также противодействовать производству этих соединений в условиях высокой интенсивности света.
Во многих случаях физиологические изменения в растениях, вызванные зеленым светом, противоположны действию синего света. К примеру накопление антоцианов (пигменты, окрашивающие фрукты и овощи в яркие цвета), индуцированное синим светом, подавляется зеленым. Недавно было обнаружено, что синий свет способствует открытию устьев, в то время как зеленый свет способствует их закрытию.
Синий свет ингибирует раннее удлинение стебля на стадии проростков, тогда как зеленый свет способствует этому. Кроме того, синий свет приводит к индукции цветения, а зеленый свет подавляет его. Более того, было обнаружено, что зеленый свет влияет на удлинение черешков и переориентацию листьев вверх у модельного растения Arabidopsis thalianaboth (Резуховидка Таля), что является признаком симптомов избегания тени. Как видите, зеленый свет очень тесно взаимодействует с синим, поэтому важно не только валовое количество этих двух спектров по отдельности, но и соотношение (синий:зеленый) между ними в проектируемом спектре.
Зеленые фотоны на нижнем ярусе
Как уже упоминалось, зеленый свет вызывает симптомы избегания тени, что вполне логично, если принять во внимание естественные условия, в которых растут растения. В природе не весь зеленый свет отражается от самых верхних листьев куста. Большая его часть (50-90% по разным оценкам) проникает на нижний ярус.
Для растения, растущего в нижнем ярусе леса, зеленый свет является сигналом о том, что оно находится в тени более крупного растения. С другой стороны, растение, находящиеся под беспрепятственным солнечным светом, может воспользоваться преимуществами зеленых фотонов, которые легче проникают в верхние листья, чем красные и синие.
Из всех фотосинтетических пигментов хлорофилл имеет решающее значение для развития высоких растений. Хлорофилл a и b максимально абсорбируются в красной (λ600-700 нм) и синей (λ400-500 нм) областях спектра и с небольшими трудностями в зеленой (λ500-600 нм) области. Считается, что до 80% всего зеленого света проходит через хлоропласт. И это позволяет зеленым фотонам глубже проникать в мезофильный слой листа. То есть, когда зеленый свет рассеивается в вертикальном профиле листа, его путь удлиняется, и поэтому фотоны имеют больше шансов попасть в хлоропласты и быть поглощенными ими при прохождении через лист к нижним листьям растения.
Имеющиеся исследования ясно показывают, что растения используют зеленые длины волн для увеличения биомассы с урожаем, и что это важнейший сигнал для долгосрочного развития и краткосрочной динамической акклиматизации к окружающей среде. От этого спектра не следует отказываться — его следует детально изучать, поскольку он открывает большие возможности для контроля экспрессии генов и физиологии растений в растениеводстве.