doi: 10.15389/agrobiology.2019.1.130rus
УДК 635.21:581.132:581.174.1:631.588.5
Работа выполнена в рамках государственного задания № 0574-2014-0009.
ДИНАМИКА ФОТОСИНТЕТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В УСЛОВИЯХ ПЕРЕМЕННОГО СПЕКТРАЛЬНОГО ОБЛУЧЕНИЯ РАСТЕНИЙ
Ю.Ц. МАРТИРОСЯН1, 2, Л.Ю. МАРТИРОСЯН1, 2, А.А. КОСОБРЮХОВ1, 3
В естественных условиях, наряду с изменениями интенсивности света в различные промежутки времени, меняется спектральный состав падающей радиации. Соотношение между синей и красной спектральными областями колеблется от ≈ 0,5 (прямое излучение солнца) до ≈ 0,95 (диффузное солнечное излучение) в зависимости от высоты стояния солнца и времени суток. В настоящей работе мы впервые определили особенности влияния синего и красного участков спектра на фоне облучения растений всей областью фотосинтетически активной радиации (ФАР) на активность первичных процессов и скорость фотосинтеза. Целью работы было определение активности фотосинтетического аппарата листьев картофеля в условиях длительного действия на растения света разного спектрального состава, а также в динамике при изменении спектра с преобладающим красным (ФАР + КС) или синим (ФАР + СС) облучением. Растения картофеля (Solanum tuberosum L.) сорта Жуковский ранний выращивали методом аэропоники в двух камерах фитотрона с преимущественным облучением растений светодиодами синего (λmax = 470 нм, СД СС) или красного света (λmax = 660 нм, СД КС) в области ФАР. В одной камере доля синего света при общей интенсивности облучения ФАР 400±28 мкмоль · м-2 · с-1 составляла 293,6 мкмоль · м-2 · с-1 , в другой доля красного света — 262,0 мкмоль · м-2 · с-1 . Измерения проводили на растениях, длительно выращиваемых при облучении ФАР + СС или ФАР + КС. Определяли зависимость скорости фотосинтеза при облученности 400 мкмоль · м-2 · с-1 , а также в диапазоне от 0 до 1200 мкмоль · м-2 · с-1 , последовательно повышая интенсивность света (световые кривые). Исследовали динамику фотосинтетических показателей в течение 3 ч при смене светового режима выращивания с ФАР + КС на ФАР + СС или с ФАР + СС на ФАР + КС. При облучении растений ФАР + КС была отмечена меньшая скорость фотосинтеза по сравнению с показателями у растений, выращенных в условиях ФАР + СС как при 400 мкмоль · м-2 · с-1 , так и при высокой облученности 1200 мкмоль · м-2 · с-1 . Изменение спектрального режима с ФАР + КС на ФАР + СС приводило к увеличению скорости фотосинтеза, некоторому повышению эффективного квантового выхода и усилению нефотохимического тушения. При изменении светового режима с ФАР + CC на ФАР + КС снижались скорость фотосинтеза, скорость электронного транспорта и нефотохимического тушения по сравнению с показателями у растений, облучаемых ФАР + СС, но не наблюдалось изменений максимального и эффективного квантового выхода. Выявленные нами закономерности дают возможность лучше понять механизмы приспособления растений в естественных условиях произрастания, а при применении светокультуры целевым образом использовать светодиодные источники различного спектрального состава с учетом времени действия синей или красной составляющей спектра облучения.
Ключевые слова: спектральный режим, фотосинтетический аппарат, скорость фотосинтеза, электронный транспорт, нефотохимическое тушение, светодиоды, Solanum tuberosum L., картофель.
DYNAMIC REGULATION OF PHOTOSYNTHETIC PROCESSES UNDER VARIABLE SPECTRAL LED IRRADIATION OF PLANTS
Yu.Ts. Martirosyan1, 2, L.Yu. Martirosyan1, 2, A.A. Kosobryukhov1, 3
In natural conditions of plant growth, along with changes in the intensity of light during different periods of time, there is a change in the spectral composition of the incident radiation. The ratio between the blue and red spectral regions changes from ≈ 0.50 for direct radiation of the sun, to ≈ 0.95 for diffuse solar radiation, depending on the height of the sun and the time of day. The work investigated the effect of light of different spectral composition on the functional characteristics of the photosynthetic apparatus of potato plants (Solanum tuberosum L.) of the Zhukovsky Early variety, grown by aeroponics in two vegetation chambers of a phytotron using LEDs sources with preferential irradiation of plants with blue light (LEDs BL, λmax = 470 nm) or red light (LEDs RL, λmax = 660 nm) of the spectral range of photosynthetically active radiation (PAR). With a total PAR intensity of 400±28 μmol · m-2 · s-1, the proportion of blue light was 293.6 μmol · m-2 · s-1 (chamber 1), and of red light it was 262.0 μmol · m-2 · s-1 (chamber 2). As a result, the ratio BL/RL (when comparing the intensities of radiation in the two chambers of the phytotron) was about 0.7. The measurements were carried out on plants grown for a long time under irradiation in the PAR rang with the predominant blue (PAR + BL) or red light (PAR + RL). The dynamics of photosynthetic indexes were investigated 0, 1, 2, and 3 hours after the light regime changed from PAR + RL to PAR + BL or from PAR + BL to PAR + RL. When plants were irradiated with a larger share of the red light PAR spectrum (PAR + RL), a lower rate of photosynthesis was observed compared to plants grown with PAR + BL, both at 400 μmol · m-2 · s-1 and at saturating light intensity (1200 μmol · m-2 · s-1 ). A change in the PAR + RL spectral mode for PAR + BL resulted in an increase in the rate of photosynthesis, a slight increase in the effective quantum yield and non-photochemical quenching. When the light mode changed from PAR + BL to PAR + RL, photosynthesis rate, electron transport speed, non-photochemical quenching decreased compared to plants irradiated with PAR + BL, but no change was observed in the maximum and effective quantum yield. The specific effects of blue and red light on the activity of light reactions in photosynthesis and the rate of photosynthesis in changing spectral composition after long-term plant exposure to environmental factors, which we detected for the first time in this work, make it possible to better understand the nature of plant adaptation in natural growth conditions. In plant growing with LED lighting, this allows directional use of LED emitters of different spectral composition, given the duration of predominantly blue or red irradiation.
Keywords: spectral regime, photosynthetic apparatus, rate of photosynthesis, electron transport, non-photochemical quenching, light-emitting diodes, Solanum tuberosum L., potato.
1ФГБНУ Всероссийский НИИ сельскохозяйственной |
Поступила в редакцию |
