ovoshchiОвощи РоссииVegetable crops of Russia2072-91462618-7132Федеральный научный центр овощеводства10.18619/2072-9146-2024-1-92-97ovoshchi-2337Research ArticleМЕЛИОРАЦИЯ, ВОДНОЕ ХОЗЯЙСТВО И АГРОФИЗИКАIRRIGATION ENGINEERING, WATER MANAGEMENT AND AGROPHYSICSВлияние монохроматического излучения разного спектра на прорастание семян (соплодий) свеклы сахарной (Beta vulgaris L. ssp. vulgaris var. saccharifera Alef.)Effect of photons of the far red region in the spectrum of LED radiation on the growth and development of sugar beet plants (Beta vulgaris L. ssp. vulgaris var. saccharifera Alef.)https://orcid.org/0000-0001-5481-2723ЗеленковВ. Н.ZelenkovV. N.

Валерий Николаевич Зеленков – кандидат хим. наук, доктор с.-х. наук, проф., гл. научный сотрудник

117216, г. Москва, ул. Грина, д. 7

140153, Московская область, Раменский район, д. Верея, стр. 500

Valery N. Zelenkov – Dr. Sci. (Agriculture), Prof., Senior Researcher

7, Grina str., Moscow, 117216 

p. 500, Vereya village, Ramensky district, Moscow region, 140153

zelenkov-raen@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1406-8965ЛатушкинВ. В.LatushkinV. V.

Вячеслав Васильевич Латушкин – кандидат с.-х. наук, вед. научный сотрудник

107031, г. Москва, ул. Петровка, д. 15/13, стр. 5 

Vyacheslav V. Latushkin – Cand. Sci. (Agriculture), Leading Researcher

 5/13, bldg. 5, Petrovka str., Moscow, 107031 

slavalat@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5850-7654ГавриловС. В.GavrilovS. V.

Сергей Викторович Гаврилов – начальник отдела телеметрии 

107031, г. Москва, ул. Петровка, д. 15/13, стр. 5 

Sergey V. Gavrilov – Head of the Telemetry Department 

15/13, bldg. 5, Petrovka str., Moscow, 107031 

gavrilovrial@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5850-7654ВерникП. А.VernikP. A.

Петр Аркадьевич Верник – директор института 

107031, г. Москва, ул. Петровка, д. 15/13, стр. 5 

Petr A. Vernik – Director 

15/13, bldg. 5, Petrovka str., Moscow, 107031 

petr@zolshar.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7326-2157ИвановаМ. И.IvanovaM. I.

Мария Ивановна Иванова – доктор с.-х. наук, проф. РАН, гл. научный сотрудник 

140153, Московская область, Раменский район, д. Верея, стр. 500 

Maria I. Ivanova – Dr. Sci. (Agriculture), Prof., Senior Researcher 

p. 500, Vereya village, Ramensky district, Moscow region, 140153 

ivanova_170@mail.ruФедеральное государственное бюджетное научное учреждение «Всероссийский научно-исследовательский институт лекарственных и ароматических растений» ; Всероссийский научно-исследовательский институт овощеводства – филиал Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Федеральный научный центр овощеводства» (ВНИИО – филиал ФГБНУ ФНЦО)РоссияAll-Russian Scientific Research Institute of Medicinal and Aromatic Plants ; All-Russian Research Institute of Vegetable Growing – branch of the Federal State Budgetary Scientific Institution "Federal Scientific Vegetable Center"Russian FederationАвтономная некоммерческая организация «Институт стратегий развития»РоссияIndependent NPO Institute for Socio-Economic Strategies and Development Technologies (Institute for Development Strategies)Russian FederationВсероссийский научно-исследовательский институт овощеводства – филиал Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Федеральный научный центр овощеводства» (ВНИИО – филиал ФГБНУ ФНЦО)РоссияAll-Russian Research Institute of Vegetable Growing – branch of the Federal State Budgetary Scientific Institution "Federal Scientific Vegetable Center"Russian Federation202415022024019297Copyright © Зеленков В.Н., Латушкин В.В., Гаврилов С.В., Верник П.А., Иванова М.И., 20242024Зеленков В.Н., Латушкин В.В., Гаврилов С.В., Верник П.А., Иванова М.И.Zelenkov V.N., Latushkin V.V., Gavrilov S.V., Vernik P.A., Ivanova M.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vegetables.su/jour/article/view/2337

Актуальность и методология. Задача управления ростом и развитием растений свеклы сахарной с помощью светотехнических устройств представляет интерес с точки зрения выявления биологических особенностей культуры и в селекционной практике. Цель исследований – определить ответную реакцию растений на воздействие низкоэнергетического монохромного излучения на начальном этапе онтогенеза (прорастание семян (соплодий) свеклы сахарной). В этой связи семена гибрида Смена проращивали в темноте (контроль) и при разных вариантах непрерывного светодиодного освещения с длинами волн 380 нм, 440 нм, 525 нм, 660 нм и 730 нм.

Результаты. Реакция семян и ростков свеклы сахарной на освещение монохроматическим светом зависит от длины волны. Проращивание семян при облучении монохроматическим дальним красным светом приводит к снижению энергии прорастания на 23%, всхожести семян на 39%, высоты ростков и надземной биомассы на 21,8% по сравнению с контролем (темновое проращивание). Близкие показатели наблюдали по отрицательному эффекту красного света. Воздействие УФ-А света (380 нм) приводило к повышению энергии прорастания на 4%, однако всхожесть, наоборот, снижалась на 12%. Снижалась также (на 9,9%) наземная биомасса ростков. Облучение зеленым и синим светом благоприятно сказывалось на росте: наземная биомасса увеличилась на 19,8% при зеленом спектре и на 7,3% – синем. При этом не наблюдали снижения энергии прорастания и всхожести по сравнению с контролем. Энергия прорастания под влиянием синего света даже возрастала на 12%. При темновом проращивании на 10 сутки формировались вытянувшиеся этиолированные ростки, тогда как в вариантах зеленого, синего и УФ-А облучения – гармонично развитые темно-зеленые ростки.

Relevance and methodology. The task of controlling the growth and development of sugar beet plants with the help of lighting devices is of interest from the point of view of identifying biological features of the culture and in breeding practice. The purpose of the research is to determine the response of plants to the effects of low–energy monochrome radiation at the initial stage of ontogenesis (germination of seeds (coplodia) sugar beet). In this regard, the seeds of the hybrid Smena were germinated in the dark (control) and under different variants of continuous illumination with wavelengths of 380 nm, 440 nm, 525 nm, 660 nm and 730 nm.

Results. The reaction of sugar beet seeds and sprouts to illumination with monochromatic light depends on the wavelength Germination of seeds when irradiated with monochromatic far-red light leads to a decrease in germination energy by 23%, seed germination by 39%, the height of sprouts and aboveground biomass by 21.8% compared with the control (dark germination). Similar indicators were observed for the negative effect of red light. Exposure to UV-A light (380 nm) led to an increase in germination energy by 4%, but germination, on the contrary, decreased by 12%. The terrestrial biomass of sprouts also decreased (by 9.9%). Irradiation with green and blue light had a positive effect on growth: the terrestrial biomass of sprouts increased by 19.8% with a green spectrum and 7.3% blue. At the same time, there was no decrease in germination energy and germination compared to the control. The germination energy under the influence of blue light even increased by 12%. With dark germination, elongated etiolated plants were formed on the 10th day, whereas in the variants of green, blue and UV-A irradiation, harmoniously developed dark green shoots were formed.

монохроматическое излучениеспектральный состав светасахарная свеклапрорастание семянсинерготронбиометрические показателиmonochromatic radiationspectral composition of lightsugar beetseed germinationsynergotronbiometric indicatorsReferencesДрагавцев В.А. Новая регуляция у растений и необходимость создания селекционного фитотрона в РФ. Журнал технической физики. 2018;88(9):1331-1335. DOI 10.21883/JTF.2018.09.46416.26-18. EDN YWBPRR.Dragavtsev V.A. New regulation in plants and the need to create a breeding phytotron in the Russian Federation. Journal of Technical Physics. 2018;88(9):1331-1335. DOI 10.21883/JTF.2018.09.46416.26-18. EDN YWBPRR. (In Russ.)Зеленков В.Н., Верник П.А. Создание замкнутых агробиотехносистем на базе цифровых технологий – новые возможности научного познания культур клеток и высших растений. Актуальная биотехнология. 2018;3(26):50-54. EDN ZASEKT.Zelenkov V.N., Vernik P.A. Creation of closed agrobiotechnological systems based on digital technologies – new opportunities for scientific knowledge of cell cultures and higher plants. Current biotechnology. 2018;3(26):50-54. EDN ZASEKT. (In Russ.)Landi M., Zivcak M., Sytar O., Brestic M., Allakhverdiev S.I.. Plasticity of photosynthetic processes and the accumulation of secondary metabolites in plants in response to monochromatic light environments: A review. Biochimica et Biophysica Acta (BBA). Bioenergetics. 2020;1861(2):148131. DOI: 10.1016/j.bbabio.2019.148131.Landi M., Zivcak M., Sytar O., Brestic M., Allakhverdiev S.I.. Plasticity of photosynthetic processes and the accumulation of secondary metabolites in plants in response to monochromatic light environments: A review. Biochimica et Biophysica Acta (BBA). Bioenergetics. 2020;1861(2):148131. DOI: 10.1016/j.bbabio.2019.148131.Li-li Chen, Kai Zhang, Xiao-chen Gong, Hao-ying Wang, Yue-gao Hu. Effects of different LEDs light spectrum on the growth, leaf anatomy, and chloroplast ultrastructure of potato plantlets in vitro and minituber production after transplanting in the greenhouse. Journal of Integrative Agriculture. 2020;19(1):108-119. https://doi.org/10.1016/S2095-3119(19)62633-XLi-li Chen, Kai Zhang, Xiao-chen Gong, Hao-ying Wang, Yue-gao Hu. Effects of different LEDs light spectrum on the growth, leaf anatomy, and chloroplast ultrastructure of potato plantlets in vitro and minituber production after transplanting in the greenhouse. Journal of Integrative Agriculture. 2020;19(1):108-119. https://doi.org/10.1016/S2095-3119(19)62633-XFrąszczak B., Kula-Maximenko M. The preferences of different cultivars of lettuce seedlings (Lactuca sativa L.) for the spectral composition of light. Agronomy. 2021;11(6):1211. DOI: 10.3390/agronomy11061211.Frąszczak B., Kula-Maximenko M. The preferences of different cultivars of lettuce seedlings (Lactuca sativa L.) for the spectral composition of light. Agronomy. 2021;11(6):1211. DOI: 10.3390/agronomy11061211.Stutte G.W., Edney S., Skerritt T. Photoregulation of bioprotectant content of red leaf lettuce with light-emitting diodes. HortScience. 2009;44(1):79–82. DOI:10.21273/HORTSCI.44.1.79.Stutte G.W., Edney S., Skerritt T. Photoregulation of bioprotectant content of red leaf lettuce with light-emitting diodes. HortScience. 2009;44(1):79–82. DOI:10.21273/HORTSCI.44.1.79.Bantis F., Ouzounis T., Radoglou K. Artificial LED lighting enhances growth characteristics and total phenolic content of Ocimum basilicum, but variably affects transplant success. Sci. Hortic. 2016;(198):277–283. DOI:10.1016/j.scienta.2015.11.014.Bantis F., Ouzounis T., Radoglou K. Artificial LED lighting enhances growth characteristics and total phenolic content of Ocimum basilicum, but variably affects transplant success. Sci. Hortic. 2016;(198):277–283. DOI:10.1016/j.scienta.2015.11.014.Наконечная О.В., Холин А.С., Субботин Е.П., Бурковская Е.В., Хроленко Ю.А., Графицкая И.В., Орловская И.Ю., Бурдуковский М.Л., Михеева А.В., Кульчин Ю.Н. Влияние светодиодного освещения разного спектра на развитие салата листового (Lactuca sativa). Известия РАН, серия биологическая. 2023;(3):278–286. DOI 10.31857/S1026347022600406. EDN MIAMYV.Nakonechnaya O.V., Kholin A.S., Subbotin E.P., Burkovskaya E.V., Khrolenko Yu.A., Grafitskaya I.V., Orlovskaya I.Yu., Burdukovsky M.L., Mikheeva A.V., Kulchin Yu.N. The influence of led lights of different spectrum on the development of Lactuca sativa. Proceedings of the Russian Academy of Sciences. Biological series. 2023;(3):278–286. DOI 10.31857/S1026347022600406. EDN MIAMYV. (In Russ.)Xiaoyan Zhang, Zhonghua Bian, Xingxing Yuan, Xin Chen, Chungui Lu. A review on the effects of light-emitting diode (LED) light on the nutrients of sprouts and microgreens. Trends in Food Science & Technology. 2020;(99):203-216. DOI:10.1016/j.tifs.2020.02.031Xiaoyan Zhang, Zhonghua Bian, Xingxing Yuan, Xin Chen, Chungui Lu. A review on the effects of light-emitting diode (LED) light on the nutrients of sprouts and microgreens. Trends in Food Science & Technology. 2020;(99):203-216. DOI:10.1016/j.tifs.2020.02.031Мартиросян Ю.Ц., Диловарова Т.А., Мартиросян В.В., Креславский В.Д., Кособрюхов А.А. Действие светодиодного облучения разного спектрального состава на фотосинтетический аппарат растений картофеля (Solanum tuberosum l.) в культуре in vitro. Сельскохозяйственная биология. 2016;51(5):680–687. http://doi.org/10.15389/agrobiology.2016.5.680rus. EDN WZJQJN.Martirosyan Yu.Ts., Dilovarova T.A., Martirosyan V.V., Kreslavsky V.D., Kosobryukhov A.A. The effect of LED irradiation of different spectral composition on the photosynthetic apparatus of potato plants (Solanum tuberosum L.) in culture in vitro. Agricultural Biology. 2016;51(5):680-687. doi: http://doi.org/10.15389/agrobiology.2016.5.680rus. EDN WZJQJN. (In Russ.)Wang J., Lu W., Tong Y., Yang Q. Leaf morphology, photosynthetic performance, chlorophyll fluorescence, stomatal development of lettuce (Lactuca sativa L.) exposed to different ratios of red light to blue light. Frontiers in Plant Science. 2016;(7):64–73. DOI:10.3389/fpls.2016.00250.Wang J., Lu W., Tong Y., Yang Q. Leaf morphology, photosynthetic performance, chlorophyll fluorescence, stomatal development of lettuce (Lactuca sativa L.) exposed to different ratios of red light to blue light. Frontiers in Plant Science. 2016;(7):64–73. DOI:10.3389/fpls.2016.00250.Якушенкова Т.П. Биохимические особенности Brassica oleracea var. sabellica, Ocimum basilicum, Petroselinum crispum при выращивании на различных спектрах света. Сборник тезисов Всероссийской научной конференции с международным участием, Казань 19-21 сентября 2019. Казань: Изд-во Казанского университета. 2019. 495 с. DOI: 10.26907/978-5-00130-204-9-2019-495. EDN EMJVPA.Yakushenkova T.P. Biochemical features of Brassica oleracea var. sabellica, Ocimum basilicum, Petroselinum crispum when grown on different light spectra. Collection of abstracts of the All–Russian Scientific Conference with international participation, Kazan, September 19-21, 2019. Kazan: Publishing House of Kazan University. 2019. 485 p. DOI: 10.26907/978-5-00130-204-9-2019-495. EDN EMJVPA. (In Russ.)Шеин Е.В., Гончаров В.М. Агрофизика. 2-e издание, дополненное и переработанное. М.: "КДУ", "Добросвет", 2019. 184 с. ISBN 978-5-7913-1119-1. – DOI 10.31453/kdu.ru.91304.0090. EDN IJXETL.Shein E.V., Goncharov V.M. Agrophysics. 2nd edition, supplemented and revised. M.: "KDU", "Dobrosvet", 2019. 184 p. ISBN 978-5-7913-1119-1. – DOI 10.31453/kdu.ru.91304.0090. EDN IJXETL. (In Russ.)Kim H.H., Wheeler R.M., Sager J.C., Gains G.D., Naikane J.H. Evaluation of lettuce growth using supplemental green light with red and blue light-emitting diodes in a controlled environment - A review of research at Kennedy Space Center. Acta Horticulturae. June 2006;711(711):111-119. DOI:10.17660/ActaHortic.2006.711.11.Kim H.H., Wheeler R.M., Sager J.C., Gains G.D., Naikane J.H. Evaluation of lettuce growth using supplemental green light with red and blue light-emitting diodes in a controlled environment - A review of research at Kennedy Space Center. Acta Horticulturae. June 2006;711(711):111-119. DOI:10.17660/ActaHortic.2006.711.11.Мишанов А.П., Маркова А.Е., Ракутько С.А., Бровцин В.Н., Ракутько Е.Н. Влияние соотношения долей зеленого и красного излучения на биометрические показатели салата. Сб. науч. трудов. ИАЭП. 2015;(87):264–271.Mishanov A.P., Markova A.E., Rakutko S.A., Brovtsin V.N., Rakutko E.N. The effect of the ratio of green and red radiation on biometric indicators of lettuce. Collection of scientific works. IAEP. 2015;(87):264–271. (In Russ.)Rutao Z., Guangrong H., Lihong W., Qing Z., Xiaohua H.. Effects of elevated ultraviolet-B radiation on root growth and chemical signaling molecules in plants. Ecotoxicology and Environmental Safety. 2019;(17130):683-690. DOI: 10.1016/j.ecoenv.2019.01.035Rutao Z., Guangrong H., Lihong W., Qing Z., Xiaohua H.. Effects of elevated ultraviolet-B radiation on root growth and chemical signaling molecules in plants. Ecotoxicology and Environmental Safety. 2019;(17130):683-690. DOI: 10.1016/j.ecoenv.2019.01.035Зеленков В.Н., Лапин А.А., Латушкин В.В., Карпачев В.В. Влияние ультрафиолетового облучения на биохимические свойства растений. Бутлеровские сообщения. 2020;63(8):134-140. DOI 10.37952/ROI-jbc-01/20-63-8-134. EDN EGLQEH.Zelenkov V.N., Lapin A.A., Latushkin V.V., Karpachev V.V. Effect of ultraviolet radiation on plant biochemical properties. Butlerov Communications. 2020;63(8):134-140. DOI 10.37952/ROI-jbc-01/20-63-8-134. EDN EGLQEH. (In Russ.)Marcos E.V.A., Eloiny G.B., Rodrigo S.L.A. Physiological and sanitary quality of castor oil plant seeds due to ultraviolet-C radiation. Industrial Crops and Products. 2020;(137):9-15. DOI:10.1016/j.indcrop.2019.05.014.Marcos E.V.A., Eloiny G.B., Rodrigo S.L.A. Physiological and sanitary quality of castor oil plant seeds due to ultraviolet-C radiation. Industrial Crops and Products. 2020;(137):9-15. DOI:10.1016/j.indcrop.2019.05.014.Dyshlyuk O., Babich A., Prosekov S., Ivanova T. Chaplygina. The effect of postharvest ultraviolet irradiation on the content of antioxidant compounds and the activity of antioxidant enzymes in tomato. Heliyon. January 2020;6(1):e03288. DOI:10.1016/j.heliyon.2020.e03288Dyshlyuk O., Babich A., Prosekov S., Ivanova T. Chaplygina. The effect of postharvest ultraviolet irradiation on the content of antioxidant compounds and the activity of antioxidant enzymes in tomato. Heliyon. January 2020;6(1):e03288. DOI:10.1016/j.heliyon.2020.e03288Caldwell C.R., Britz S.J. Effect of supplemental ultraviolet radiation on the carotenoid and chlorophyll composition of greenhouse-grown leaf lettuce (Lactuca sativa L.) cultivars. J. Food Compos. Anal. 2006;19(6–7):637–644. DOI:10.1016/j.jfca.2005.12.016.Caldwell C.R., Britz S.J. Effect of supplemental ultraviolet radiation on the carotenoid and chlorophyll composition of greenhouse-grown leaf lettuce (Lactuca sativa L.) cultivars. J. Food Compos. Anal. 2006;19(6–7):637–644. DOI:10.1016/j.jfca.2005.12.016.Попцов А.В., Некрасов В.И., Иванова И.А. Очерки по семеноведению. М.: Наука, 1981. 112 с.Poptsov A.V., Nekrasov V.I., Ivanova I.A. Essays on seed science. M.: Nauka, 1981. 112 p. (In Russ.)Крокер В., Бартон Л. Физиология семян. М.: Наука, 1955. 399 с.Crocker V., Barton L. Physiology of seeds. M.: Nauka, 1955. 399 p. (In Russ.)Леманн Е., Айхеле Ф. Физиология прорастания семян злаков. М., Л., 1936. 483 сLehmann E., Eichele F. Physiology of germination of grain seeds. M., L., 1936. 483 p. (In Russ.)Физиология и биохимия покоя и прорастания семян. М.: Наука, 1982. 495 с.Physiology and biochemistry of rest and germination of seeds. Moscow: Nauka, 1982. 495 p. (In Russ.)Крамер П.Д., Козловский Т.Т. Физиология древесных растений. М.: Лесная промышленность, 1983. 464 с.Kramer P.D., Kozlovsky T.T. Physiology of woody plants. M.: Forest industry, 1983. 464 p. (In Russ.)Blaszczak U.J., Abdel Aziz D., Gryko L. Influence of the spectral composition of LED lighting system on plants cultivation in a darkroom. Conference: Photonics Applications in Astronomy, Communications, Industry, and HighEnergy Physics Experiments 2017. August 2017. DOI:10.1117/12.2281023.Zelenkov V.N. Latushkin V.V., Vernik P.A., Ivanova M.I. Germination of sugar beet seeds under low-energy monochrome irradiation in the range of 380-730 nm. Current State, Problems and Prospects for the Development of Agrarian Science [Electronic resource]: Proceedings of the VIII International Scientific and Practical Conference, Simferopol, 25-29 September 2023. Ed. by V. S. Pashtetsky. Electron. dan. Simferopol : IT "ARIAL", 2023.P/65-66. Electron. Version. ISBN 978-5-907742-75-8. DOI 10.5281/zenodo.8268094. EDN XBENGX. (In Russ.)Зеленков В.Н. Латушкин В.В., Верник П.А., Иванова М.И.Проращивание семян сахарной свеклы в условиях низкоэнергетического монохромного облучения в области 380-730 нм. Современное состояние, проблемы и перспективы развития аграрной науки [Электронный ресурс] : материалы VIII международной научно-практической конференции, Симферополь, 25-29 сентября 2023 г. Электрон. дан. Симферополь : ИТ «АРИАЛ», 2023. С. 65-66. Электрон. версия. ISBN 978-5-907742-75-8. DOI 10.5281/zenodo.8268094. EDN XBENGX.Зеленков В.Н. Латушкин В.В., Верник П.А., Иванова М.И.Проращивание семян сахарной свеклы в условиях низкоэнергетического монохромного облучения в области 380-730 нм. Современное состояние, проблемы и перспективы развития аграрной науки [Электронный ресурс] : материалы VIII международной научно-практической конференции, Симферополь, 25-29 сентября 2023 г. Электрон. дан. Симферополь : ИТ «АРИАЛ», 2023. С. 65-66. Электрон. версия. ISBN 978-5-907742-75-8. DOI 10.5281/zenodo.8268094. EDN XBENGX.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.