– Известно, что оптимальное освещение растений способствует повышению урожайности. Но освещать растения светом высокой интенсивности невыгодно экономически. Оказалось, что вместо этого для достижения тех же результатов можно увеличить продолжительность освещения, снизив при этом интенсивность. Однако, длительное непрерывное освещение даже при невысокой интенсивности может вызывать у растений стресс. Хотя и его можно обернуть на пользу, так как в ответ на стресс растения начинают вырабатывать антиоксидантные защитные вещества, что повышает пищевую ценность продукции, например, листовых овощей или микрозелени. Кроме того, даже два-три дня круглосуточного освещения приводят к снижению содержания нитратов в растениях, что повышает их биобезопасность, – объяснила Татьяна Шибаева, ведущий научный сотрудник лаборатории экологической физиологии растений Института биологии КарНЦ РАН.
Однако не все культуры хорошо переносят непрерывное световое воздействие. У растений может снижаться интенсивность фотосинтеза, часть видов заметно повреждается: наблюдается пожелтение листьев (хлороз) и отмирание тканей.
– Чтобы лучше понимать реакцию растений на круглосуточное освещение, нам было важно изучить механизмы реакций растений в природе. Мы задались вопросом, почему в условиях постоянного искусственного освещения растения повреждаются, но этого не происходит в естественных условиях во время полярного дня, когда они подвергаются постоянному воздействию света в течение более чем трех месяцев, — рассказала физиолог.
Ученые совершили ряд экспедиций в Полярно-альпийский ботанический сад-институт КНЦ РАН, где изучили реакцию на естественное круглосуточное освещение, а впоследствии и на искусственное в климатических камерах, у растений-аборигенов, издавна произрастающих на севере, и интродуцированных растений, завезенных в Кировск из Гималаев и с Балканского полуострова.
Измерение устьичной проводимости — степени открытия устьиц — структур, через которые происходит газообмен у растений. В кадре Татьяна Шибаева
и Наталья Шмакова, главный научный сотрудник ПАБСИ КНЦ РАН.
Александра Рубаева, аспирант ИБ КарНЦ РАН и Наталья Шмакова определяют содержание фотосинтетических пигментов в листьях растений
Объектами исследования стали два вида герани — лесная и гималайская, два вида гравилата — речной и коралловый, два вида лапчатки — прямостоячая и темно-кроваво-красная. Пары видов подбирали по принципу: один вид из местной флоры и вид того же биологического рода, интродуцированный в условиях Субарктики.
Физиологи предположили, что местные растения в ходе длительной эволюции смогли адаптироваться к условиям полярного дня, а интродуценты не должны быть адаптированы.
Результаты работы опубликованы в международном журнале Plants. Установлено, что у обеих групп растений отсутствуют специфические механизмы устойчивости к воздействию круглосуточного освещения и защитные реакции носят общий неспецифический характер. Хотя у аборигенных растений активнее работает защита за счет выработки фенольных соединений.
— В климатических камерах при постоянных условиях среды искусственный непрерывный свет вызывает повреждения листьев вследствие окислительного стресса. Мы пришли к выводу, что его основной причиной является циркадная асинхрония — несоответствие между внутренними ритмами растения и внешними свето-темновыми циклами. Это похоже на ускоренное старение, когда в клетках накапливаются необратимые повреждения. В условиях климатических камер при непрерывном освещении такие изменения были заметны уже через две недели, — отметила Татьяна Шибаева.
В природе растения не подвергаются фотоповреждению в течение полярного дня, поскольку внутренние ритмы поддерживаются за счет суточных колебаний факторов окружающей среды: интенсивности солнечного излучения, спектрального состава света, температуры и влажности воздуха. Кроме того, спектральный состав солнечного света растениям подходит лучше для гармоничного развития по сравнению со светом фитоламп, который чаще всего настроен на максимизацию интенсивности фотосинтеза.
Еще одна статья карельских ученых в журнале Plants посвящена влиянию аномальных свето-темновых циклов на рост и развитие растений семейства Solanaceae (Паслёновые).
Показано, что удлиненные циклы “свет/темнота” (24/12 ч, 48/24 ч, 96/48 ч, 120/60 ч и 360/0 часов) влияют на рост, содержание пигментов и антиоксидантный статус растений. Эффекты варьировали в зависимости от вида растений и продолжительности светового/темного циклов. Так, выращивание рассады томатов и перца при 48/24 ч, 96/48 ч и 120/60 ч привели впоследствии к повышению урожайности плодов по сравнению с обычным фотопериодом (16/8 ч).
Ученые предполагают, что удлиненные циклы свет/темнота могут повысить эффективность использования света по сравнению с обычным фотопериодом и, следовательно, снизить стоимость продукции, но для практического применения необходимо более детально изучить эффект для отдельных видов растений или даже сортов.
