Спектр света и его влияние на рост растений

С развитием прогрессивного земледелия, в частности сферы домашнего растениеводства, искусственное освещение становится всё более важным аспектом. Всем понятно, что свет является одним из основных условий успешного выращивания растений, ведь процессы аккумулирования солнечной энергии, получившие название фотосинтез, проходят именно в условиях достаточной освещённости.

Когда-то светило русской ботаники Климент Тимирязев сказал, что лучик света, упавший на лист растения, навсегда утерян для человечества. Почему? Всё просто – растения являются единственными из всех живых организмов на Земле, которые способны превращать световую энергию в органику…

Далее вы узнаете, каким должен быть спектр света для культур, выращиваемых в гроубоксе, какие ещё пигменты кроме хлорофилла участвуют в поглощении энергии, а также какие именно спектры и как используются растениями.

Хлорофилл и другие пигменты участвующие в фотосинтезе

Основным в фотосинтезе является хлорофилл. При этом важно понимать, что кроме хлорофилла – зелёного пигмента на процессы фотосинтеза оказывают влияние так называемые каротиноиды, представляющие собой большую группу пигментов, решающих светособирательные задачи. Они придают растениям, соцветиям и плодам различные жёлто-оранжевые и красноватые оттенки. Например, каротин «окрашивает» морковь в её оранжевый цвет, а ликопин придаёт красный цвет томатам.

Кроме каротиноидов в фотосинтезе участвуют так называемые «фоторецепторы», представляющие собой белковые пигменты и выполняющие сугубо сигнальные функции. Это означает, что они не улавливают волновую энергию, а просто направляют импульсы, выполняющие для растения роль сигналов. К примеру, при сокращении продолжительности светового дня они сигнализируют растению, что пора перейти к цветению. Главными фоторецепторами являются фикобилины, фитохромы, а также криптохромы. На графике демонстрируются энергетические спектры, поглощаемые базовыми пигментами растения.

Итак, подытожим. Какой спектр светодиодной фитолампы наиболее полезен? В фотосинтезе участвуют следующие пигменты:

• Хлорофиллы: хлорофилл a и b – основные пигменты, поглощающие волны красного и синего спектра. Они играют ключевую роль в фотосинтезе, преобразовывая световую энергию в химическую.
• Каротиноиды: каротины и ксантофиллы – вспомогательные пигменты, поглощающие сине-зелёные и фиолетовые волны. Они осуществляют защиту хлорофилла от фотоповреждений и участвуют в переносе энергии к реакционным центрам фотосинтеза.
• Фикобилины: фикоэритрин и фикоцианин – пигменты, характерные для цианобактерий и красных водорослей. Поглощают зелёный и жёлтый спектры, передавая энергию молекулам хлорофилла.
• Фитохромы – чувствительны к красному и дальнему красному спектрам, регулируя множество процессов, включая прорастание семян, рост стебля и листвы, цветение.
• Криптохромы – чувствительны к синему и ультрафиолетовому спектрам и тоже принимают регулировании многих процессов.

Как выбрать спектр фитолампы для растений?

Теперь, когда с теорией разобрались, можно приступать и к практическим вопросам, ведь нас интересует спектр светильника для растений.

Считается, в фотосинтезе растениями используется лишь видимая часть света, получившая название «ФАР» – фотосинтетическая активная реакция или, вернее было бы сказать, «фотоактивное излучение» в диапазоне волн 400-700 нм. Однако надо учитывать, что есть и другие спектры, не входящие ФАР, но крайне важны для растений. В частности диапазоны ультрафиолетового и инфракрасного излучения в диапазоне 340-800 нм. К примеру, некоторые эфирномасличные растения, такие как укроп, эстрагон и др. без ультрафиолетового излучения теряют аромат. Обычно в исследованиях формируются универсальный спектр путём суммирования всех поглощаемых растением волн. Форма такого спектра указана на графике.

Рассмотрим подробнее, какие световые спектры используются растением и чему они способствуют.

Красный 600-700 нм

Начинающие гроверы часто задают вопрос, фитолампа красного спектра для чего используется?

Красный спектр ключевым в фотосинтезе. В его поглощении участвуют хлорофилл и фитохром, которые способствуют процессам:

– превращение углекислого газа (СО2) в глюкозу и кислород (О2);
– прорастания семян, роста стебля и листвы, а также развитию корней;
– боковых побегов и увеличения кустистости (фотоморфогенез);
– определения правильного времени для перехода к цветению в зависимости от продолжительности дня и ночи (фотопериодизм).

Дальний красный – 700-800 нм

Волны так называемого дальнего красного спектра не попадают в область ФАР и они менее эффективны для фотосинтеза по сравнению с красным светом, но при этом он играет определённую роль в росте и развитии растения. Они способствуют:

– регулированию интенсивности фотосинтеза, благодаря фитохромам, которые способны работать как тумблер, включающий и выключающий различные биологические процессы;
– вытягиванию стебля без уменьшения количества листьев(этиоляция), что есть не что иное, как конкуренция за свет;
– изменения угла отхождения листьев, что увеличивает их светособирающую поверхность;
– увеличению скорость перехода к цветению;
– формированию большей массы плодов, как в целом, так и по отдельности.

Учёными также доказано, что при дополнении длинноволнового красного света – 700 нм более коротковолновым – 650 нм увеличивается эффективность фотосинтеза (эффект Эмерсона).

Как видно на графике, несмотря на тот факт, что излучение с длиной волны 700 нм всё ещё остаётся в области ФАР, спектр цвета лампы, дополненный длинноволновыми зонами работает очень эффективно.

Синий – 400-500 нм

Для чего нужна фитолампа синего цвета? Синий – самый коротковолновый спектр в ФАР. Он поглощается фототропинами и криптохромами, являясь вторым после красного по влиянию на интенсивность процессов фотозинтеза и активно преобразовывая энергию световых волн в химическую для получения углеводов. Синий спектр способствует:

– ускорению формирования корней, стебля и листвы;
– активному росту побегов и формированию соцветий;
– замедлению удлинения стебля, делая растение компактным;
– укреплению клеточных структур;
– более эффективной реакции растения на изменения в окружающей среде, такие как конкуренция за свет, тень, сезонные изменения и дневной световой цикл;
– индуцированию фенологических ответов, таких как цветение, а также формирование плодов и семян;
– направленному росту растений на свет (фототропизм) и ориентации их в пространстве относительно источника света (фототаксис).

Зелёный – 500-600 нм

Многие гроверы считают, что лучшие лампы только красно-синего спектра, т.к. зелёный свет по сравнению с ними менее эффективен. Однако это не так и вот почему. Зелёный свет:

– проникает гораздо глубже в крону, что актуально при выращивании густых растений;
– способствует регулированию роста растений в условиях плотной посадки или затенения;
– помогает в адаптации к различным условиям освещения, например, при росте в тени других растений;
– синхронизирует процессы растения с суточными и сезонными изменениями освещения, что важно для координации процессов роста, цветения и других фенологических изменений.

Знания, как влияет тот или иной спектр света, позволяет подобрать самый оптимальный цвет фитолампы для правильного развития, цветения и плодоношения растений.