Ми всі бачили кімнатні рослини, забиті в кутках далеко від вікон, або пишну зелень, що росла під густими кронами дерев. Тим не менш, ці рослини можуть рости і процвітати в тіні без прямого сонячного світла. Як вони це роблять? Нове дослідження показує, що затінені рослини вловлюють більше світла, ніж вважалося раніше. Вчені з Утрехтського університету та Wageningen University & Research (WUR) виявили, що ці рослини ефективно використовують світло за межами видимого спектру. Результати, опубліковані в журналі Plant Cell & Environment, можуть змінити дослідження фотосинтезу та практики тепличного садівництва.
«Коли ви краще розумієте, як різні кольори світла впливають на фотосинтез і ріст рослин, ви можете допомогти виробникам розробити розумні способи доповнити природне сонячне світло кольоровим світлом», — зазначили дослідники.
Затінені рослини вловлюють дальнє червоне світло
Затінені рослини отримують користь від світла, яке проникає крізь листя рослин над ними. Коли сонячне світло потрапляє на верхні листки рослин, вони поглинають більшу частину світла для фотосинтезу, але пропускають частину світла. Це непоглинуте світло в основному складається із зелених і дальніх червоних хвиль, які менш корисні для верхніх рослин, але стають вирішальними для рослин нижче.
Дальнє червоне світло, зокрема, потрапляє в діапазон 700–750 нм спектра світла. На відміну від видимого світла, яке рослини переважно використовують для фотосинтезу, раніше вважалося, що далеко-червоне світло мало впливає. Однак дослідження показує, що затінені рослини пристосувалися ефективно використовувати далеко-червоне світло для фотосинтезу, дозволяючи їм виживати та рости навіть в умовах слабкого освітлення. Ця здатність життєво важлива для рослин у густих лісах або тісно посаджених культурах, де прямих сонячних променів мало.
Фотосинтез у затінених рослин
«До цього часу дослідники рідко розглядали можливість того, що рослини використовують далеко-червоне світло для фотосинтезу», — сказав доктор філософії WUR Тінко Янс.
Традиційні експерименти показали, що фотосинтез покладається головним чином на видимі довжини хвиль (400–700 нм). Однак це дослідження показує, що далеко-червоне світло значно прискорює фотосинтез у поєднанні з невеликою кількістю видимого світла. Команда розробила новий метод вимірювання та моделювання цього внеску.
Рослини ростуть вище за допомогою дальнього червоного світла
Далеке червоне світло також впливає на поведінку рослин, викликаючи «реакцію уникнення тіні». «Багато рослин реагують на відносне збільшення дальнього червоного світла, виростаючи прямо вгору, щоб виграти конкуренцію за світло», — пояснив Янс.
Ця відповідь приносить користь садівникам, дозволяючи рослинам рости ближче одне до одного в обмеженому просторі. Останні досягнення в області світлодіодних технологій дозволили дослідникам більш ефективно вивчати далеко-червоне світло.
«У попередніх експериментах ми показали, що тіньові рослини ростуть швидше, якщо їх доповнюють далеко-червоним світлом від світлодіодів», — зазначив учений-еколог Утрехтського університету Хьюго де Бур, який ініціював дослідження.
Результати підкреслюють, як контрольоване освітлення може оптимізувати ріст рослин.
Враховуючи повний спектр світла
Вчені зіткнулися з проблемами у вивченні ролі дальнього червоного світла у фотосинтезі, оскільки існуючі моделі вважали лише видиме світло (400–700 нм) основним фактором росту рослин. Далеке червоне світло здебільшого не враховувалося в традиційних дослідженнях і розрахунках.
«Виявилося, що кількісно визначити вплив кольору на фотосинтез виявилося набагато складніше», — пояснив Гуго де Бур, оскільки попередні моделі та методи вимірювання не були розроблені для врахування впливу далекого червоного світла.
Щоб подолати це, дослідники адаптували широко використовувані моделі фотосинтезу для включення дальнього червоного світла. Вони поєднали вимірювання фотосинтезу з даними повного спектру світла, що досягає листя рослин. Цей оновлений підхід дозволив їм точно продемонструвати, як далеко-червоне світло, поєднане з видимим світлом, значно покращує фотосинтез і підтримує ріст рослин. Цей прорив підкреслює важливість розгляду повного спектру світла як у дослідженнях, так і в сільськогосподарській практиці.
Тепличне вирощування культур
Дослідження висвітлює раніше недооцінений фактор росту рослин: роль далекого червоного світла у фотосинтезі. Колись вважалося, що далеко-червоне світло мало сприяє фотосинтезу. Однак дослідження показує, що рослини можуть ефективно використовувати це світло, особливо в поєднанні з видимим світлом, для посилення свого росту.
Отримані дані містять значний потенціал для тепличного садівництва. Інтегруючи далеко-червоне світло в стратегії освітлення, виробники можуть оптимізувати ріст рослин навіть у затінених або багатолюдних середовищах, де сонячне світло обмежене. Цей підхід міг би підвищити врожайність, одночасно зменшивши енергію та простір, необхідні для вирощування.
Використання дальнього червоного світла пропонує розумніший і більш стійкий метод землеробства, дозволяючи рослинам процвітати в умовах, які раніше вважалися неоптимальними. Цей прогрес може змінити сучасне сільське господарство, зробивши його більш ефективним і екологічно чистим. Дослідження опубліковано в журналі Plant Cell & Environment.
