Влияние спектра светодиодного освещения на адаптацию микроклонов томата к условиям ex vitro

Актуальность. Необходима разработка эффективных методов адаптации микрорастений ex vitro, позволяющих повысить их устойчивость к неблагоприятным факторам внешней среды и обеспечить высокий выход качественного посадочного материала. Современные биотехнологии, основанные на использовании специализированных климатических камер и освещения различного спектрального состава, предоставляют уникальные возможности для оптимизации процесса адаптации, что крайне актуально в условиях современного сельского хозяйства, ориентированного на ресурсосбережение и экологичность.

Материалы и методы. Адаптацию томата двух сортов Гном и Челнок из коллекции лаборатории селекции и семеноводства пасленовых культур ФГБНУ ФНЦО осуществляли по традиционной технологии и в камере с автоматическим управлением климатическими параметрами производства ВИМ (Россия) к условиям ex vitro. Освещение характеризовалось спектром излучения 16B:42G:39R:3FR ммоль/м²·с (контроль) и 15B:1G:84R:0FR ммоль/м²с. Общая плотность фотонного потока (ПФП) для обоих вариантов равнялась 140 ммоль/м²с.

Результаты. С помощью климатических камер, оснащённых специализированными источниками света, удалось добиться значительных преимуществ в развитии растений по сравнению с традиционной технологией. В частности, светодиодное освещение CИД-W (16B:42G:39R:3FR) обеспечило максимальную длину побегов (20,3 см), тогда как CИД-RB (15B:1G:84R:0FR) способствовало наилучшему накоплению фотосинтетических пигментов (хлорофилл a – 1,3 мг/г, хлорофилл b – 0,56 мг/г, сумма a+b – 1,86 мг/г). При этом содержание каротиноидов выросло до 0,34-0,38 мг/г в климатических камерах, в то время как традиционная технология привела к минимальной концентрации (0,20-0,21 мг/г).

Заключение. Проведенные исследования подтвердили положительное влияние климатической камеры и специализированного светодиодного освещения на рост и развитие микрорастений томата. Оптимизация спектрального состава повысила длину побегов, увеличило число листьев и улучшило накопление фотосинтетических пигментов. Наблюдалось также различие в реакции сортов на разные спектры освещения, что подчеркивает необходимость специализированного подхода к каждому сорту. Перспективы дальнейших работ связаны с совершенствованием технологий адаптации и разработкой оптимальных спектральных режимов для повышения продуктивности томата.

1. Anwar A., Ashfaq M., Habib S., Ahmad M.S., Mazhar H.S.U.D., Müller-Xing R., Javed M.A. Improving the nutraceutical content of tomato (Lycopersicon esculentum) by advanced environmental conditions and agricultural practices. Advancements in Life Sciences. 2025;12(1):13-22.

2. Larkin P. Somaclonal variation: Origin and causes. In Encyclopedia of Plant and Crop Science; Goodman, R.M., Ed.; Marcel Dekker: New York, NY, USA, 2004; pp. 1158-1161.

3. Areche F.O., Gondal A.H., Sumarriva-Bustinza L.A., Zela-Payi N.O., Sumarriva-Hustinza I.M., Oscanoa-León R.H., Calcina-Sotelo A.F., Anguilar M.C.T.T.D., Lopez E.R.A., Julcahuanga-Dominguez I.A., Flores D.D.C., Huayapa M.A.C., Donayre E.M.F., Rodriguez A.R., Cruz Z.L.D.L., Huaman C.W.T., Gamarra F.B.L. Role of biotechnology in food security: A review. SABRAO J. Breed. Genet. 2023;55(5):1496-1509. http://doi.org/10.54910/sabrao2023.55.5.5

4. Jawad Z.A., Türker M., Özdemir F.A. Effect of different plant growth regulator on in vitro propagation of endangered plant; yellow tomato (Lycopersicon esculentum Mill.). Int. J. Agric. For. Life Sci. 2020;4(1):92-98.

5. Baye E., Matewos T., Belew D., Effect of 6-Benzyl Amino Purine on In Vitro Multiplication of Tomato (Lycopersicon esculentum Mill.) Varieties using Shoot Explant. J. Plant. Sci. Agric. Res. 2020;4:32.

6. Bаczek K., Pawełczak A., Przybył J.L., Kosakowska O., Węglarz Z. Secondary Metabolites of Various Eleuthero (Eleutherococcus Senticosus/Rupr. et Maxim./Maxim) Organs Derived from Plants Obtained by Somatic Embryogenesis. In Plant Cell and Tissue Differentiation and Secondary Metabolites: Fundamentals and Applications; Ramawat K.G., Ekiert H.M., Goyal S., Eds.; Springer International Publishing: Cham, Switzerland, 2021; pp. 433-466. ISBN 978-3-030-30185-9.

7. Ahmed S., Wan Azizan W.A.S., Akhond M.A.Y., Juraimi A.S., Ismail S.I., Ahmed R., M Hatta M.A. Optimization of In Vitro Regeneration Protocol of Tomato cv. MT1 for Genetic Transformation. Horticulturae. 2023;9:800. https://doi.org/10.3390/horticulturae9070800

8. El-Shafey N., Hassan N., Khodary S., Badr A. Differential In vitro Direct Regeneration of Tomato Genotypes on Various Combinations of Growth Regulators. Biotechnology. 2017;16:155-164. https://doi.org/10.3923/biotech.2017.155.164

9. Kumar N., Vijay Anand K.G., Reddy M.P. Plant regeneration of non-toxic Jatropha curcas-impacts of plant growth regulators, source and type of explants. Journal of plant biochemistry and biotechnology. 2011;20:125-133. https://doi.org/10.1007/s13562-011-0037-6

10. Zhu G., Ma C., Yu S., Zhang X., Jiang J., Liu X. Transcriptome Analyses Reveal the Key Regulators of Tomato Compound Leaf Development. Horticulturae. 2023;9:363. https://doi.org/10.3390/horticulturae9030363

11. Djibrilla A.S.M., Abdourahimou K.N., Issa S.M., Adamou H., Abdoulkadri A.M., Illyassou K.M., Raban A. Exploring the Role of Active Photosynthetic Pigments in Tomato (Solanum lycopersicum) Crop Growth Process. Journal of Scientific Research and Reports. 2024;30(6):289-301. http://doi.org/10.9734/jsrr/2024/v30i62044

12. Abdelkader M.M., Elsayed H.M. Biodiversity of Photosynthetic Pigments, Macronutrients Uptake and Fruit Quality of Tomato Genotypes. Russ J Plant Physiol. 2022;69:50. https://doi.org/10.1134/S1021443722030025

13. Ritz T., Damjanoviс A., Schulten K., Zhang J., Koyama Y. Efficient light harvesting through carotenoids. Photosynth. Res. 2000;66:125. https://doi.org/10.1023/a:1010750332320

14. Beatrice P., Chiatante D., Scippa G.S., Montagnoli A. Photoreceptors’ Gene Expression of Arabidopsis Thaliana Grown with Biophilic LED-Sourced Lighting Systems. PLoS ONE. 2022;17:e0269868. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0269868

15. Paradiso R., Proietti S. Light-Quality Manipulation to Control Plant Growth and Photomorphogenesis in Greenhouse Horticulture: The State of the Art and the Opportunities of Modern LED Systems. J. Plant Growth Regul. 2022;41:742-780. https://doi.org/10.1007/s00344-021-10337-y

16. Gupta D.S., Jatothu B. Fundamentals and applications of light-emitting diodes (LEDs) in in vitro plant growth and morphogenesis. Plant Biotechnol Rep. 2013;7:211-220. https://doi.org/10.1007/s11816-013-0277-0

17. Hwang H., An S., Lee B., Chun C. Improvement of Growth and Morphology of Vegetable Seedlings with Supplemental Far-Red Enriched LED Lights in a Plant Factory. Horticulturae. 2020;6(4):109. https://doi.org/10.3390/horticulturae6040109

18. Akimova S., Radzhabov A., Esaulko A., Samoshenkov E., Nechiporenko I., Kazakov P., Voskoboinikov Y., Matsneva A., Zubkov A., Aisanov T. Improvement of Ex Vitro Growing Completion of Highbush Blueberry (Vaccinium Corymbosum L.) in Containers. Forests. 2022;13:1550. https://doi.org/10.3390/f13101550

19. Kobori M.M.R.G., da Costa Mello S., de Freitas I.S., Silveira F.F., Alves M.C., Azevedo R.A. Supplemental Light with Different Blue and Red Ratios in the Physiology, Yield and Quality of Impatiens. Sci. Hortic. 2022;306:111424. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2022.111424

20. Poukh A.V., Kobrinets T.P., Ivanova O.S. Methodological recommendations for lighting modes for domestic plum growing at the stages of micro-propagation, in vitro rooting and ex vitro adaptation. Fruit Growing. 2022;34:178-187. https://doi.org/10.3390/horticulturae11020149

21. Zushi K., Suehara C., Shirai M. Effect of light intensity and wavelengths on ascorbic acid content and the antioxidant system in tomato fruit grown in vitro. Scientia Horticulturae. 2020;274:109673. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2020.109673

22. Tarakanov I.G., Kosobryukhov A.A., Tovstyko D.A., Anisimov A.A., Shulgina A.A., Sleptsov N.N., Kirakosyan R.N. Effects of light spectral quality on the micropropagated raspberry plants during ex vitro adaptation. Plants. 2021;10(10):2071. https://doi.org/10.3390/plants10102071

23. Nacheva L., Dimitrova N., Koleva-Valkova L., Tarakanov I., Vassilev A. Effect of LED lighting on the growth of raspberry (Rubus idaeus L.) plants in vitro. Agric. Sci. 2021;13:126-140. https://doi.org/10.22620/agrisci.2021.29.015

24. Mitrofanova I.V. Fundamentals of creating an in vitro gene bank of species, varieties, and forms of ornamental, aromatic, and fruit crops. Simferopol: IT "ARIAL", 2018. 260 p. (in Russ.) https://doi.org/10.32514/978-5-907118-87-4 https://www.elibrary.ru/yqbbfz

25. Lichtenthaler H.K. Chlorophylls and carotenoids: pigments of photosynthetic biomembranes. Methods in enzymology. Academic Press, 1987;148:350-382.

26. Tretyakov N. Practical training in plant physiology. Quantitative determination of pigments. Moscow: Agropromizdat, 1990. Pp. 86-94. (in Russ.)

27. Sarshayeva M., Tashkenbayeva A., Bilibayeva A., Irsaliyeva Zh., Ustemirova A.M. Technological aspects of in vitro propagation of organic strawberries. SABRAO J. Breed. Genet. 2024;56(1):246-257. http://doi.org/10.54910/sabrao2024.56.1.22

28. Panfilova O., Ryago N., Ondrasek G., Knyazeva I. V., Kahramanoğlu I., Vershinina O., Izmailov A.Yu., Dorokhov A.S. Optimizing Microclonal Propagation of Red Currant Cultivars: The Role of Nutrient Media, Sterilizers, and LED Lighting in Plant Adaptation. Horticulturae. 2025;11(2):149. https://doi.org/10.3390/horticulturae11020149

29. Salgado Pirata M., Correia S., Canhoto J. Ex Vitro Simultaneous Acclimatization and Rooting of In Vitro Propagated Tamarillo Plants (Solanum betaceum Cav.): Effect of the Substrate and Mineral Nutrition. Agronomy. 2022;12:1082. https://doi.org/10.3390/agronomy12051082