О влиянии различных источников света на фотосинтетические параметры продукционного процесса у Cucumis sativus L. (гибрид Тристан F1) в условиях аэропонного фитотрона

О влиянии различных источников света на фотосинтетические параметры продукционного процесса у Cucumis sativus L. (гибрид Тристан F1) в условиях аэропонного фитотрона

Автор: Мартиросян Л.Ю., Кособрюхов А.А., Мартиросян В.В., Мартиросян Ю.Ц.

Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology

Рубрика: Светокультура

Статья в выпуске: 5 т.56, 2021 года.

Бесплатный доступ

Глобальные изменения климата и антропогенное загрязнение окружающей среды создают серьезные проблемы для сельскохозяйственных производителей, и последствия этих процессов влияют на производство продуктов как прямо, так и косвенно. Засуха или подтопление полей, появление новых болезней и вредителей, сокращение площадей для сельскохозяйственного производства создают серьезные проблемы в обеспечении продовольствием в условиях роста населения. При этом более половины населения мира проживает в городах, и ожидается, что к 2050 году эта доля увеличится до 67 %. Для удовлетворения потребностей мегаполисов необходимы нестандартные подходы и технологии для увеличения объемов производства свежих овощей, фруктов, ягод. Вертикальное растениеводство, или так называемая «городская ферма», - перспективный ресурсосберегающий способ компактного, многоярусного выращивания растений, особенно зеленных культур, овощей, лекарственных и декоративных растений. С использованием гидропоники и аэропоники становится возможным ведение сельского хозяйства нового типа (без применения почвы), которое сочетает в себе биотехнологию, промышленную архитектуру, дизайн, успешно интегрируется в городскую инфраструктуру. Существенное увеличение производства и повышение урожайности основных продовольственных овощных культур, особенно в условиях «городской фермы», невозможно без изучения потребностей растений в свете, минеральном питании и в других, не менее важных (температура, влажность, содержание СО2) факторах. В условиях фитотрона, имитирующего модель «городская ферма», мы исследовали возможности применения традиционных для защищенного грунта источников света (ДНаТ-600) и альтернативных светодиодных фитосветильников (СДО) для выращивания растений огурца ( Cucumis sativus L., гибрид Тристан F1) как коммерчески значимой культуры защищенного грунта (всего четыре варианта опыта). На примере реакции растений огурца изучали влияние светового излучения на фотосинтез и, в конечном итоге, на продукционный процесс. При интенсивности облучения 305 и 413 мкмоль фотонов∕м-2∕с-1 (во 2-м и 3-м вариантах опыта, соответственно светодиодный облучатель и лампы ДНаТ-600) и температуре 25 и 26°С формируется фотосинтетический аппарат, способный эффективно работать при повышении интенсивности света до 1200 мкмоль фотонов∕м-2∕с-1. Было показано, что СДО (2-й вариант) можно использовать как единственный источник света при выращивании растений огурца в условиях «городская ферма». Эти облучатели характеризуются меньшей долей синего (λmax = 450 нм) и дальнего красного (λmax = 730 нм) света и большей долей красного (λmax = 660 нм) света в спектре. Однако для получения раннего урожая предпочтительнее использовать ДНаТ-600 с применением стандартного приема приспускания стебля. Вегетационный период при облучении ДНаТ-600 в условиях аэропонного фитотрона, моделирующих «городскую ферму» (с ограничением по высоте размещения фитосветильника 1,5 м), без использования приема приспускания, заканчивался на 12 сут раньше, чем под светодиодными облучателями. Тем не менее выход урожая за время вегетации в варианте с ДНаТ-600 был выше, чем в вариантах опыта, где использовались светодиодные облучатели, при одинаковых энергозатратах. Полученные данные могут быть полезными для проектирования и создания современных биотехнологических предприятий типа «городская ферма» (производство продуктов питания) и предприятий, занимающихся биофармингом.

Еще

Cucumis sativus l., фотосинтетический аппарат, светодиодные фитосветильники, ростовые процессы, аэропонный фитотрон, городская ферма

Короткий адрес: https://sciup.org/142231391

IDR: 142231391   |   DOI: 10.15389/agrobiology.2021.5.934rus

Список литературы О влиянии различных источников света на фотосинтетические параметры продукционного процесса у Cucumis sativus L. (гибрид Тристан F1) в условиях аэропонного фитотрона

  • Ackerman K., Conard M., Culligan P., Plunz R., Sutto M. P., Whittinghill, L Sustainable food systems for future cities: THE potential of urban agriculture. The Economic and Social Review, 2014, 45(2): 189-206.
  • Qian M., Rosenqvist E., Flygare A.M., Kalbina I., Teng Y., Jansen M.A., Strid Å. UV-A light induces a robust and dwarfed phenotype in cucumber plants (Cucumis sativus L.) without affecting fruit yield. Scientia Horticulturae, 2020, 263: 109110 (doi: 10.1016/j.scienta.2019.109110).
  • Далькэ И.В., Григорай Е.Е., Головко Т.К. Эффективность использования световой энергии и продуктивность тепличной культуры огурца при досвечивании внутри ценоза. Известия ТСХА, 2014, 5: 13-23.
  • Batista D.S., Felipe S.H.S., Silva T.D., de Castro K.M., Mamedes-Rodrigues T.C., Miranda N.A., Otoni W.C. Light quality in plant tissue culture: does it matter? In Vitro Cellular & Developmental Biology-Plant, 2018, 54(3): 195-215 (doi: 10.1007/s11627-018-9902-5).
  • Hernández R., Kubota C. Physiological responses of cucumber seedlings under different blue and red photon flux ratios using LEDs. Environmental and Experimental Botany, 2016, 121: 66-74 (doi: 10.1016/j.envexpbot.2015.04.001).
  • Garcia C., Lopez R.G. Supplemental radiation quality influences cucumber, tomato, and pepper transplant growth and development. HortScience, 2020, 55(6): 804-811 (doi: 10.21273/HORTSCI14820-20).
  • Bantis F., Smirnakoub S., Ouzounisc T., Koukounarasa A., Ntagkase N., Radogloub K. Current status and recent achievements in the field of horticulture with the use of light-emitting diodes (LEDs). Scientia Horticulturae, 2018, 235: 437-45 (doi: 10.1016/j.scienta.2018.02.058).
  • Kaiser E., Weerheim K., Schipper R., Dieleman J.A. Partial replacement of red and blue by green light increases biomass and yield in tomato. Scientia Horticulturae, 2019, 249: 271-279 (doi: 10.1016/j.scienta.2019.02.005).
  • Мартиросян Ю.Ц., Полякова М.Н., Диловарова Т.А., Кособрюхов А.А. Фотосинтез и продуктивность растений картофеля в условиях различного спектрального облучения. Сельскохозяйственная биология, 2013, 1: 107-112 (doi: 10.15389/agrobiology.2013.1.107rus).
  • Hogewoning S.W., Trouwborst G., Maljaars H., Poorter H., van Ieperen W., Harbinson J. Blue light dose-responses of leaf photosynthesis, morphology, and chemical composition of Cucumis sativus grown under different combinations of red and blue light. Journal of Experimental Botany, 2010, 61(11): 3107-3117 (doi: 10.1093/jxb/erq132).
  • Lin K-H., Huang M.-Y., Huang W.-D., Hsu M.-H., Yang Z.-W., Yang C.-M. The effects of red, blue, and white light-emitting diodes on the growth, development, and edible quality of hydroponically grown lettuce (Lactuca sativa L. var. capitata). Scientia Horticulturae, 2013, 150: 86-91 (doi: 10.1016/j.scienta.2012.10.002).
  • Piovene C., Orsini F., Bosi S., Sanoubar R., Bregola V., Dinelli G., Gianquinto G. Optimal red: blue ratio in led lighting for nutraceutical indoor horticulture. Scientia Horticulturae, 2015, 193: 202-208 (doi: 10.1016/j.scienta.2015.07.015).
  • Xie J., Liu H., Song S., Sun G., Chen R. Effects of different LEDs on photosynthesis in greenhouse cucumber. Acta Horticulturae, 2015, 1107(12): 95-100 (doi: 10.17660/ActaHortic.2015.1107.12).
  • Kang W.H., Park J.S., Park K.S., Son J.E. Leaf photosynthetic rate, growth, and morphology under different fractions of red, blue, and green light from light emitting diodes (LEDs). Horticulture, Environment and Biotechnology, 2016, 57(6): 573-579 (doi: 10.1016/j.envexpbot.2015.04.001).
  • Chen X.-L., Xue X.-Z., Guo W.-Z., Wang L.-C., Qiao X.-J. Growth and nutritional properties of lettuce affected by mixed irradiation of white and supplemental light provided by light-emitting diode. Scientia Horticulturae, 2016, 200: 111-118 (doi: 10.1016/j.scienta.2016.01.007).
  • Li Q., Kubota C. Effects of supplemental light quality on growth and phytochemicals of baby leaf lettuce. Environmental and Experimental Botany, 2009, 67(1): 59-64 (doi: 10.1016/j.envexpbot.2009.06.011).
  • Tang Y., Guo S., Ai W., Qin L. Effects of red and blue light emitting diodes (LEDs) on the growth and development of lettuce (var. Youmaicai). SAE Technical Paper2009-01-2565, 2009: 6 (doi: 10.4271/2009-01-2565).
  • Тихомиров А.А., Шарупич В.П., Лисовский Г.М. Светокультура растений: биофизические и технологические основы. Новосибирск, 2000.
  • Kang S., Zhang Y., Zhang Y., Zou J., Yang Q., Li T. Ultraviolet-A radiation stimulates growth of indoor cultivated tomato (Solanum lycopersicum) seedlings. HortScience, 2018, 53(10): 1429-1433 (doi: 10.21273/HORTSCI13347-18).
  • Smith H. The ecological functions of the phytochrome family-clues to a transgenic program of crop improvement. Photochemistry and Photobiology, 1992, 56(5): 815-822 (doi: 10.1111/j.1751-1097.1992.tb02238.x).
  • Kreslavski V.D., Strokina V.V., Pashkovskiy P.P., Balakhnina T.I., Voloshin R.A., Alwaselc S., Kosobryukhov A.A., Allakhverdiev S.I. Deficiencies in phytochromes A and B and cryptochrome 1 affect the resistance of the photosynthetic аpparatus to high-intensity light in Solanum lycopersicum. Journal of Photochemistry & Photobiology, B: Biology, 2020, 210: 111976 (doi: 10.1016/j.jphotobiol.2020.111976).
  • Kreslavski V.D., Los D.A., Schmitt F.J., Zharmukhamedov S.K., Kuznetsov V.V., Allakhverdiev S.I. The impact of the phytochromes on photosynthetic processes. Biochim. Biophys. Acta Bioenerg., 2018, 1859(5): 400-408 (doi: 10.1016/j.bbabio.2018.03.003).
  • Johkan M., Shoji K., Goto F., Hahida S., Yoshihara T. Effect of green light wavelength and intensity on photomorphogenesis and photosynthesis in Lactuca sativa. Environmental and Experimental Botany, 2012, 75: 128-133 (doi: 10.1016/j.envexpbot.2011.08.010).
  • Полякова М.Н., Мартиросян Ю.Ц., Диловарова Т.А., Кособрюхов А.А. Фотосинтез и продуктивность растений базилика при облучении различными источниками света. Сельскохозяйственная биология, 2015, 50(1): 124-130 (doi: 10.15389/agrobiology.2015.1.124rus).
  • Мартиросян Ю.Ц., Мартиросян Л.Ю., Кособрюхов А.А. Динамика фотосинтетических процессов в условиях переменного спектрального облучения растений. Сельскохозяйственная биология, 2019, 54(1): 130-139 (doi: 10.15389/agrobiology.2019.1.130rus).
  • Kalantari F., Mohd Tahir O., Mahmoudi Lahijani A., Kalantari S. A review of vertical farming technology: a guide for implementation of building integrated agriculture in cities. Advanced Engineering Forum, 2017, 24: 76-91 (doi: 10.4028/www.scientific.net/aef.24.76).
  • Jishi T., Kimura K., Matsuda R., Fujiwara K. Effects of temporally shifted irradiation of blue and red LED light on lettuce growth and morphology. Scientia Horticulturae, 2016, 198: 227-232 (doi: 10.1016/j.scienta.2015.12.005).
  • Wang H., Gu M., Cui J., Shi K., Zhou Y., Yu J. Effects of light quality on CO2 assimilation, chlorophyll-fluorescence quenching, expression of Calvin cycle genes and carbohydrate accumulation in Cucumis sativus. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology, 2009, 96(1): 30-37 (doi: 10.1016/j.jphotobiol.2009.03.010).
  • Prioul J.L., Chartier P. Partitioning of transfer and carboxylation components of intracellular resistance to photosynthetic CO2 fixation: a critical analysis of the methods used. Annals of Botany, 1977, 41(174): 789-800.
  • Parsons R., Ogston S.A. Photosyn Assistant. Software for analysis of photosynthesis. Dundee Scientific, Scotland, UK, 1998.
  • Гольцев В.Н., Каладжи Х.М., Кузманова М.А. Аллахвердиев С.И. Переменная и замедленная флуоресценция хлорофилла а — теоретические основы и практическое приложение в исследовании растений. Ижевск-М., 2014.
  • Kowalczyk K., Gajc-Wolska J., Mirgos M., Geszprych A., Kowalczyk W., Sieczko L., Gajewski M. Mineral nutrients needs of cucumber and its yield in protected winter cultivation, with HPS and LED supplementary lighting. Scientia Horticulturae, 2020, 265: 109217 (doi: 10.1016/j.scienta.2020.109217).
  • Lighting comparison: LED vs high pressure sodium/low pressure sodium. Режим доступа: https://www.stouchlighting.com/blog/led-vs-hps-lps-high-and-low-pressure-sodium. Дата обращения: 10.06.2021.
  • Advanced thermal management for LED grow lights. Режим доступа: https://www.horti-growlight.com/en-gb/advanced-thermal-management-led-grow-lights. Дата обращения: 10.06.2021.
  • Чермных Л.Н., Чугунова Н.Г., Кособрюхов А.А., Карпилова И.Ф., Чермных Р.М. Взаимосвязь ростовых процессов и фотосинтеза в онтогенезе листа огурцов при действии пониженной ночной температуры. Физиология растений, 1980, 27(5): 1101-1109.
  • The DesignLights Consortium. Horticultural lighting qualified products list. Режим доступа: https://www.designlights.org/horticultural-lighting/. Дата обращения: 30.03.2020.
  • Pattison P.M., Hansen M., Tsao J.Y. LED lighting efficacy: status and directions. Comptes Rendus Physique, 2018, 19(3): 134-145 (doi: 10.1016/j.crhy.2017.10.013).
  • Jinxiu S., Qingwu M., Weifen D., Dongxian H. Effects of light quality on growth and development of cucumber seedlings in controlled environment. International Journal of Agricultural and Biological Engineering, 2017, 10(3): 312-318 (doi: 10.3965/j.ijabe.20171003.2299).
  • Randall W.C., Lopez R G. Comparison of supplemental lighting from high-pressure sodium lamps and light-emitting diodes during bedding plant seedling production. HortScience, 2014, 49(5): 589-595 (doi: 10.21273/HORTSCI.49.5.589).
  • Nelson J.A., Bugbee B. Economic analysis of greenhouse lighting: light emitting diodes vs. high intensity discharge fixtures. PLoS ONE, 2014, 9(6): e99010 (doi: 10.1371/journal.pone.0099010).
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp