Продуктивность базилика сладкого (Ocimum basilicum L.) при выращивании в оранжереях с использованием светодиодного освещения

Acknowledgments : the work has been carried out within the framework of the State Assignment of the GBS RAS No. 122011400178-7.

Введение. Круглогодичное выращивание пряно-ароматичных культур широко практикуется уже длительное время. В средних умеренных широтах в зимний период естественный световой день длится 7–8 ч, что явно недостаточно для нормального роста и развития большинства растений, а за полярным кругом в это время естественное освещение. Для получения качественной зеленой массы нужна досветка 40–60 Вт на 1 м2 и продолжительность светового периода не менее 12 ч. В качестве источника освещения в последнее время широко применяют светодиод- ные лампы. Наряду с экономическими преимуществами (энергосбережение, длительный срок использования, быстрая окупаемость) в светодиодных панелях и лампах можно изменять качественный состав света. Различные сочетания узкоспектрального света дают возможность изменить направленность и интенсивность метаболических процессов в клетках растений. Это способствует активации адаптационного потенциала растений, формирования протекторных реакций, что в конечном итоге приводит к оптимизации продукционного процесса [1, 2]. Доми- нирование в спектре красного света стимулирует синтез хлорофилла и каротиноидов, влияет на активирование ферментов углеводного метаболизма, синтез вторичных метаболитов. Синий свет ингибирует растяжение клеток, снижает количество устьиц, то есть меняется габитус растений [3]. Эти изменения, безусловно, важны при выращивании зеленых и пряно-ароматических культур для увеличения количества качественной зеленой массы.

Кроме того, длинноволновое излучение (красный свет) способствует подавлению патогенов [4]. Таким образом, светодиодные панели не только позволяют продлить световой период, улучшить качество овощной продукции, но и способствуют экологически чистой борьбе с инфекцией.

Использование монохромного света может негативно сказаться на росте и развитии растений, а, следовательно, и на получении хороших урожаев зеленой массы [5]. В наших предыдущих работах мы использовали светодиодные панели в качестве досветки к естественному освещению [6].

Цель исследования – изучение действия освещения только светодными панелями с различным спектральным составом света на рост и развитие зеленолистового и краснолистового сортов базилика при выращивании в зимневесенний период (февраль – апрель).

Объекты и методы. В исследовании использовались два сорта с контрастными по окраске листьями базилика сладкого: зеленый базилик Анисовый аромат и красный базилик Опал. Семена базилика высевали в универсальный почвогрунт и на стадии второй пары настоящих листьев сеянцы переносили в камеру фитотрона при температуре 22 ± 3 °С и относительной влажности воздуха 65 ± 5 %, растения выращивали в условиях 16/8-часового света/темноты в двух режимах: контроль – освещение только белыми светодиодами (50 W, EPISTAR, Тайвань); вариант 1 – одновременное освещение белым светодиодным светом и светодиодными лампами (50 W, Е24 Sind 57-30, Китай) со спектрами излучения в двух максимумах (синяя область спектра (450 нм) : красная область спектра (660 нм) = 30 : 70 %). Лампы были размещены на высоте 85 см от верхнего края кассеты, плотность потока фотонов – 180 мкмоль/м²с.

• У контрольных и опытных растений после 30 и 60 дней подсветки измеряли физиологические

  и фотосинтетические параметры. Определяли высоту побега, массу листьев, площадь листа, содержание хлорофилла, каротиноидов, сумму флавоноидов, фенолкарбоновых кислот (хлорогеновой и кофейной) [7–9]. При статистической обработке результатов опыта использовали программы Excel 2010 и Past V 3.0. Определяли среднее значение показателей (М) 40 растений в выборке, стандартные ошибки средней (± SEM) и доверительный интервал при 95 % доверительного уровня. Различия между вариантами были достоверны при P ≤ 0,05.

Результаты и их обсуждение . Отмечено, что как у зеленого сорта Анисовый аромат, так и у красного сорта Опал досветка красно-синим светом в сочетании с белым светом не оказали существенного влияния на высоту растений. В то же время стадия учета урожая растений оказывает значительное влияние на высоту растений (p ≤ 0,05), при этом более высокие растения наблюдались в конце опыта. Так, высота растений зеленого базилика варианта сочетания белого и красно-синего света была в 1,1 раза выше, чем у растений контрольного варианта как в середине опыта (на 30-й день), так и в конце опыта. При этом высота растений за время опыта на контроле и варианте 1 увеличилась в 2,7 раза (табл. 1). Высота растений красного базилика варианта опыта была больше в 1,3 и 1,2 раза по сравнению с контролем в середине и в конце опыта соответственно. При этом скорость роста красного базилика была выше – за время опыта высота растений возросла в 2,85 раза как на контроле, так и в варианте сочетания белого и красно-синего света. Ускоренный рост базилика при использовании светодиодного освещения отмечался в ранее опубликованных работах как для базилика сладкого ( Ocimum basilicum L.), так и для базилика кустового ( Ocimum minimum L.) [1, 10–12].

У обоих сортов базилика сладкого наблюдалось значительное влияние досветки красносиним светом в сочетании с белым светом и фазы развития растений на площадь листа (p ≤ 0,001). Оптимальная площадь листа наблюдалась у растений как сорта Анисовый аромат, так и сорта Опал, выращенных под красносиними светодиодами, в конце опыта площадь листа растений варианта опыта возросла в 2,1 и 1,6 раза и превышала контрольные растения в 1,7 и 1,3 раза у зеленого базилика сорта Анисовый аромат и красного базилика сорта Опал соответственно (табл.).

Влияние разных источников света и фазы развития растений двух сортов базилика сладкого (Ocimum basilicum L.) на морфологические и физиологические параметры растений

Досветка красно-синим светом в сочетании с белым светом оказала несущественное влияние на сырую массу растений обоих сортов базилика сладкого. Максимальная масса наблюдалась у растений зеленого базилика сорта Анисовый аромат на обеих стадиях учета урожая растений, она была в 1,1 раза выше при досветке по сравнению с контролем. Тогда как масса растений красного базилика сорта Опал в варианте опыта с досветкой превышала контрольные растения только в 1,05 раза как в середине, так и в конце опыта.

Сравнение динамики накопления хлорофилла а и b при досветке красно-синим светом в сочетании с белым светом выявило сортовые различия (см. табл.). У растений зеленого базилика сорта Анисовый аромат в варианте опыта содержание хлорофилла а и b на обеих стадиях учета урожая растений было выше, чем у растений контроля. При этом ко второй фазе учета урожая растений на контроле зафиксировано снижение содержания хлорофилла а и b – в 1,06 раза. У растений красного базилика сорта Опал содержание хлорофилла а и b было выше у контрольных растений в 1,15 раза по сравнению с вариантом досветки красно-синим светом в сочетании с белым светом на 30-й день опыта. Однако к концу опыта содержание хлорофилла а и b в растениях красного базилика снизилось на контроле в 1,06 раза. А при досветке красно-синим светом в сочетании с белым светом зафиксировано увеличение содержания хлорофилла а и b в 1,18 раза (см. табл.).

Содержание каротиноидов в листьях контрольных растений обоих сортов базилика достоверно отличалось, оно было выше у растений красного базилика сорта Опал на обеих стадиях учета урожая растений (см. табл.). Досветка красно-синим светом в сочетании с белым светом также выявила сортовые различия в динамике изменения содержания каротиноидов, но при этом у обоих сортов происходило угнетение синтеза каротиноидов по сравнению с исходным контролем. У растений зеленого базилика к середине опыта содержание каротиноидов снизилось в 1,8 раза по сравнению с контролем, а у растений красного базилика – только в 1,2 раза. С увеличением продолжительности светового воздействия (к концу опыта) содержание каротиноидов возросло и наблюдалось у обоих сортов практически на уровне контроля.

Увеличение содержания каротиноидов в ответ на воздействие красно-синего света является важным адаптивным механизмом, присутствующим у растений базилика, так как каротиноиды являются эффективным защитным механизмом [13].

Что касается общего содержания суммы флавоноидов в листьях контрольных растений, сортовых различий не зафиксировано. У обоих сортов базилика содержание суммы флавоноидов находилось в диапазоне 4,5–4,9 мг/г (на 30-й день опыта), к концу опыта оно существенно снизилось в 2,8 (зеленый базилик) и 3,3 раза (красный базилик) и составило 1,6–1,5 мг/г (см. табл.). Досветка красно-синим светом в сочетании с белым светом растений зеленого базилика сорта Анисовый аромат к середине опыта в 1,8 раза снизила содержание флавоноидов по сравнению с контролем, у растений красного базилика сорта Опал такого снижения не зафиксировано – содержание суммы флавоноидов было на уровне контрольных растений. К концу опыта у опытных растений обоих сортов наблюдалось снижение содержания данного показателя, и оно было практически на уровне контрольных растений. Известно, что содержание флавоноидов положительно коррелирует с антиоксидантной активностью в растениях O. basilicum [14]. Снижение содержания флавоноидов у обоих сортов к концу опыта может свидетельствовать, что растения базилика защищены от воздействия света другими антиоксидантами, возможно, фенолкарбоновыми кислотами, которые тесно связаны с формированием адаптационных и протекторных реакций к условиям внешней среды [15].

Очевидно, что фенолкарбоновые, в частности хлорогеновая и кофейная, кислоты играют более важную роль у растений красного базилика сорта Опал – на обеих стадиях учета урожая растений при досветке красно-синим светом в сочетании с белым светом содержание хлорогеновой и особенно кофейной кислот выше, чем в контрольных растениях. У растений зеленого базилика фенолкарбоновые кислоты лишь частично участвуют в инициации протекторных механизмов.

Заключение. Таким образом, качество света оказало влияние на ростовые и физиологические характеристики двух сортов базилика сладкого. Использование для досветки красносинего света в сочетании с белым светодиод- ным светом показало очевидное преимущество по сравнению с использованием только белого светодиодного света. Растения зеленого базилика сорта Анисовый аромат и красного базилика сорта Опал на обеих стадиях учета урожая были выше, имели большую массу и более крупные листья при использовании для досвет-ки красно-синего света в сочетании с белым светом. Наши результаты согласуются с концепцией о важной роли каротиноидов, флавоноидов и фенолкарбоновых кислот в адаптации растений базилика к высокоинтенсивному свету. Высокое содержание каротиноидов, флавоноидов и хлорогеновой кислоты служит в качестве более эффективного фотозащитного механизма при длительном выращивании светолюбивых растений зеленого базилика с помощью только белых светодиодов. Напротив, эти же соединения обеспечивают высокий адаптационный потенциал растениям красного базилика сорта Опал при досветке красно-синим светом в сочетании с белым светом и особенно при длительном использовании узкополосного света.

Данное исследование имеет большое практическое применение для коммерческого производства базилика сладкого в районах, где естественного освещения недостаточно для оптимального роста и продуктивности светолюбивых растений.