Влияние монохроматического излучения разного спектра на прорастание семян (соплодий) свеклы сахарной (Beta vulgaris L. ssp. vulgaris var. saccharifera Alef.)

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.

1. Драгавцев 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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-X

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.2020.02.031

10. Мартиросян 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.2019.01.035

17. Зеленков 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.

18. 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.

19. 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.e03288

20. 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.

21. Попцов А.В., Некрасов В.И., Иванова И.А. Очерки по семеноведению. М.: Наука, 1981. 112 с.

22. Крокер В., Бартон Л. Физиология семян. М.: Наука, 1955. 399 с.

23. Леманн Е., Айхеле Ф. Физиология прорастания семян злаков. М., Л., 1936. 483 с

24. Физиология и биохимия покоя и прорастания семян. М.: Наука, 1982. 495 с.

25. Крамер П.Д., Козловский Т.Т. Физиология древесных растений. М.: Лесная промышленность, 1983. 464 с.

26. 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.

27. 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.