1.1.Зависимость фотосинтеза пигментов и продуктивности растений от спектрального состава облучателя
Провели сравнительное исследование влияния излучения натриевой лампы и светодиодов с различным спектральным составом на рост и продуктивность томата обыкновенного (Solánum lycopérsicum). Выявлены зависимости интенсивности фотосинтеза пигментов ( хлорофилла, каротиноидов, антоцианов ), урожайности и питательной ценности томата от различных комбинаций УФ, синего, зеленого и красного света в суммарном спектре облучения. Установили, что синий свет играет роль стрессового фактора, инициирующего фотосинтез антоцианов в листьях и стеблях растения с максимумом полосы поглощения при 530 нм на стадии плодоношения, тем самым конкурируя с фотосинтезом других пигментов, что в конечном итоге сказывается на урожайности томата.
1.2. Регуляторная роль зеленого света в морфогенезе и гормональном статусе растений
Свет является источником энергии для фотосинтеза и сигналом, регулирующим жизнедеятельность растений. Выполняя регуляторную роль, свет переключает основные механизмы эндогенной регуляции. Последние обеспечивают адекватную реакцию растений, ведущих неподвижный образ жизни, на условия освещения, реализуя соответствующие программы развития ( фотоморфогенез и др. ) . В настоящее время формируется представление о механизмах трансляции светового сигнала в клетке. Считают, что после трансформированный световой сигнал транслируется по компонентам сети на уровне мембран, цитозоля и генома.
Среди растительных гормонов уникальным классом являются брассиностероиды (БР), нарушение синтеза которых ведёт к изменениям светозависимого развития растений. В настоящее время не выяснена роль БР в трансдукции сигнала ЗС. Среди растительных веществ стероидной природы является фитоэкдистероиды, представляющие интерес для медицины и сельскохозяйственной практики. Не изучена роль этих веществ в растении и не показана зависимость их содержания от ЗС.
Изучение этих проблем позволит расширить понимание фоторегуляторных и фотобиологических процессов, а также развитие световой технологии культуры растений.
Впервые исследовано действие ЗС на морфогенез на уровне листа, проростка и взрослого растения нескольких видов двудольных и однодольных. Показано, что замедлений развития растений на ЗС связано с изменением интенсивности ростовых процессов и фотосинтеза. Реакция на ЗС видоспецифична и зависит от его интенсивности.
Впервые обнаружено участие брассиностероидов ( 24-эпибрассинолида, 28-гомобрассинолида и брассинолида ), жасмоновой кислоты и экдистерона в регуляции морфогенезе на ЗС.
Индикаторами адаптационных изменений всего организма растений к свету служили морфофизиологические характеристики листа, проростков и целого растения разных таксономических групп.
В зависимости от условий освещения ( свет или темнота ) покрытосеменные растения реализуют специфические программы развития. В темноте осуществляется программа скотоморфогенеза, обусловливающая активацию удлинения клеток побега и, тем самым, движение к свету, достаточного для фотоавтотрофного роста. На свету реализуется программа фотоморфогенеза, определяющая морфологию растений, оптимально предназначенную для осуществления фотосинтеза. С позиций морфогенеза в темноте и на свету отмечены существенные различия однодольных и двудольных растений по строению зародыша и относительному росту его частей. Особенностью фотоморфогенеза однодольных является формирование мезокотиля, растяжение колеоптиля и свернутого в трубку листа. Для двудольных в темноте характерно растяжение гипокотиля и эпикотиля ( длительный рост в темноте ), образование осевой петли для защиты листа и отсутствие роста листа.
1.3. Применение светодиодного освещения на разных стадиях выращивания культурных растений
Известно, что свет является не только энергетическим ресурсом, но и регулирующим фактором, обуславливающим протекание физиологических процессов в растении в соответствии с его жизненным циклом [1, 2]. Влияние светодиодных осветительных приборов при обеспечении успешного роста и развития растений в теплицах в России изучается, в настоящее время в основном в процессе экспериментов [1-7]. По отношению к свету семена разных растений дифференцируют на три группы: с положительной, отрицательной и нулевой светочувствительностью. У ряда культурных видов всходы быстрее появляются в темноте, однако у большинства семена почти не обладают светочувствительностью и поэтому относятся к третьей группе. Детально исследовалось действие света различного спектра на прорастание семян салата Гранд Рапидс [5]. Наблюдалась положительная реакция семян на ближний красный свет (66нм), но после облучения семян дальним красным (730 нм), реакция исчезала. Известно, что эксперименты по активизации и торможению процесса прорастания семян при облучении их светом с различной длиной волны в красной области спектра проводились с использованием классических источников света [5].
Изучение влияния светового потока, испускаемого светодиодным источником, на произрастание растений связано в первую очередь с перспективами применения светодиодных систем освещения в сельском хозяйстве, в частности в условиях закрытого грунта. Возможности применения светодиодных элементов освещения теоретически позволяют получать высокие урожаи сельскохозяйственных растений. Светодиодные источники, из-за особенности своей конструкции, являются более энергоэффетивными, чем применяемые в тепличных хозяйствах лампы типа ДНаТ. Световая отдача светодиодных ламп составляет 140 лм/Вт относительно 90лм/Вт у натриевых. Еще одним важным фактором является эффект «старения» ламп ДНаТ. Практическое применение данного типа ламп показало, что после 400 часов работы световой поток лампы уменьшается на 20-30% в области фотосинтетической активной радиации, что делает использование данного типа ламп в качестве источника света нерентабельным. Светодиодная лампа данных недостатков лишена, срок службы такой лампы достигает 50 000 часов с незначительным падением световой эффективности в конце расчетного срока эксплуатации.
1.4. Физико-химические показатели при различных условиях освещения
Растительные масла являются традиционным пищевым продуктом с высокой физиологической ценностью, которая определяется в первую очередь высокой калорийностью растительных масел. Кроме того, растительные масла, как и животные жиры, входят в состав всех тканей организма. Растительные масла ñ богатый источник незаменимых жирных кислот (линолевой, линоленовой и арахидоновой). Они содержат ряд витаминов, фосфолипидов и стеринов, обладающих антиоксидантными, антихолестеринемическими, противовоспалительными, ранозаживляющими и другими ценными свойствами, а также способствуют регуляции обмена веществ в организме человека.
Для определения физико-химических показателей использовали семена сладкого перца, очищенные от плодовой мякоти, без учета сортовых характеристик. Для сравнения жирнокислотного состава были выбраны семена определенных сортов, наиболее сильно отличающиеся друг от друга по содержанию каротиноидов, а следовательно, и по внешнему виду в фазе технической спелости.
В настоящей работе впервые получена характеристика семян сладкого перца как масличного сырья. Семена перца, собранные в августеñсентябаре 2001 г., были отделены от гипантия вручную, измельчены на шнековой дробилке до размеров частиц 0,2ñ0,5 мм. Для каждого образца сырья были выделены гексановые экстракты по методу Сокслета, полученный шрот был дополнительно проэкстрагирован смесью метанола с хлороформом с целью более полного извлечения фосфолипидов. Растворители (гексан, диэтиловый эфир, петролейный эфир, ацетон и хлороформ квалификации «ч.») непосредственно перед использованием дополнительно перегоняли. Пищевой этиловый спирт использовали без дополнительной очистки.
Полученные данные позволяют оценить масло семян перца как полувысыхающее, с высоким содержанием эссенциальной линолевой кислоты и умеренным содержанием суммарных токоферолов. Высокое процентное содержание неомыляемого остатка можетпоставить масло перца по ранозаживляющим и противоаллергическим свойствам в один ряд с облепиховым маслом и маслом из зародышей пшеницы. Неомыляемый остаток, состоящий в основном из стериновых компонентов, несомненно, требует дальнейшего изучения, так как соотношение входящих соединений может определять различные виды активности и физиологический эффект.
Таким образом, семена сладкого перца - перспективное сырье, которое необходимо исследовать в динамике созревания плодов, а также расширить круг изучаемых сортов. Следует обратить внимание и на динамику показателей в процессе хранения масла семян перца, так как возможность его использования в качестве технического, пищевого или медицинского препарата зависит от полученных характеристик.
В рамках практической части проекта был разработан план эксперимента по исследованию зависимости показателей роста и развития Редьки посевной (Raphanus raphanistrum) от спектрального состава освещения.
Объект исследования: Редька посевная (Raphanus raphanistrum)
Предмет исследования: Показатели роста Редьки посевной при родном спектральном составе света.
2.1 План эксперимента
Методика
В 1 ёмкость положить семя, которое будет находиться под естественными условиями.
Во 2 ёмкость положить семя, но оно будет находиться и прорастать в темноте.
В 3,4,5 ёмкости положить семена, и они будут находиться под тремя различными светофильтрами
По мере прорастания семян планируется ежедневный контроль: ведение дневника, измерение высоты ростка, фотофиксация.
По истечение срока в 20 дней после посадки семян планируется проведение лабораторного исследования: условно-количественная оценка содержания углеводов, белков, нитратов и фосфатов в проростках.
Для выявления зависимости показателей роста и развития растения от спектрального состава освещения планируется составление таблиц и графиков со всеми полученными результатами и их анализ.
2.2 Создание продукта – написание статьи на Яндекс.Дзен
В качестве продукта проекта была создана статья на Яндекс.Дзен, доступная по ссылке:
Статья содержит результаты теоретического исследования (литературный обзор), а также разработанный план эксперимента.
Статья может быть использована в образовательных и научных целях.