Как красный свет влияет на рост растений?
Введение в красную светодиодную лампу для роста и выращивания растений
Как дальний красный свет влияет на растения?
Технология дальнего красного света воздействует на растения по-разному — иногда запутанно, неправильно и даже противоречиво. Тем не менее, он остается важнейшей темой для тех, кто занимается выращиванием растений в закрытом грунте и стремится оптимизировать процессы фотосинтеза и цветения. Понимание того, как дальний красный свет взаимодействует с красным, также помогает ответить на распространенный среди садоводов вопрос: почему красный свет полезен для растений и как дальний красный свет расширяет эти эффекты?
Недавно мы проанализировали несколько исследований и статей о дальнем красном свете и решили обобщить наиболее практичные выводы для растениеводов и дизайнеров освещения.
- Что такое дальний красный свет и как он связан с эффектом Эмерсона
- ＷПочему красный свет полезен для растений?
- Как красный свет влияет на рост растений — и где красный цвет вписывается в этот процесс
- Дальний красный свет и узкое место (PSII, PSI)
- Что показывают реальные эксперименты с дальним красным светом?
- Дальний красный и удлинение стебля
- Дальний красный свет и дозревание семян
- Дальне-красный и сезонный рост
- Дальний красный цвет не всегда означает увеличение урожайности
- Far-Red может помочь, но его нужно понять
- Дальний красный светодиодный светильник для выращивания: От исследований к практическому применению
Рис. 1 Растение и свет
Что такое дальний красный свет и как он связан с эффектом Эмерсона
Откуда взялись все эти идеи о пользе дальнего красного света? Эффект Эмерсона, открытый Робертом Эмерсоном в 1950-х годах, описывает, как фотосинтез может усиливаться у растений при одновременном воздействии света с двумя разными длинами волн красного света.
Короче говоря, Эмерсон обнаружил, что добавление дальнего красного света (~700 нм) к красному свету (~653 нм) дает гораздо лучший результат, чем совокупность результатов тестирования каждого цвета в отдельности.
- Красный свет (653 нм) выход = 53
- Дальний красный свет (700 нм) выход = 10
- Выход красного + дальнего света =72
(результат в кислороде на квант поглощенного света)
Рис. 2 Роберт Эмерсон
Тот факт, что результаты теста «красный+дальний красный» были лучше, чем объединенные результаты отдельных тестов (красный и дальний красный), произвел революцию в нашем понимании механизмов фотосинтеза.
Эмерсон предположил, что вместо того, чтобы одна система складывала эффекты двух длин волн света, должны существовать две отдельные системы, работающие вместе, одна из которых усиливает другую — впоследствии они стали известны как PSII и PSI.
ＷПочему красный свет полезен для растений?
Красный свет играет фундаментальную роль в фотосинтезе, стимулируя производство энергии в растениях более эффективно, чем большинство других длин волн. В экспериментах Эмерсона красный свет с длиной волны около 653 нм показал самую высокую отдачу при поглощении фотосистемой II (PSII), первичным реакционным центром, который инициирует фотосинтетическую активность. Это объясняет, почему красный свет полезен для растений — он возбуждает молекулы хлорофилла, отвечающие за преобразование света в химическую энергию.
Однако когда к красному свету добавили дальний красный свет (~700 нм), общая эффективность фотосинтеза значительно возросла, что свидетельствует о том, что дальний красный свет дополняет красный свет, а не заменяет его. Это открытие привело к идентификации двух световых систем, PSII и PSI, которые работают вместе, чтобы максимизировать преобразование энергии в растениях.
Как красный свет влияет на рост растений — и где красный цвет вписывается в этот процесс
Красный свет играет доминирующую роль в развитии растений, поскольку он стимулирует фотосинтез и регулирует такие важные процессы, как цветение, прорастание семян и удлинение стебля. В садоводстве хорошо известно, что красный свет с длиной волны около 660 нм активизирует поглощение хлорофилла, который помогает преобразовывать световую энергию в сахара, способствующие росту растений. Это объясняет, как красный свет влияет на рост растений и почему красные светодиоды стали основополагающим компонентом большинства систем растущего света.
Однако исследования показали, что растения реагируют еще более эффективно, когда наряду с красным светом вводится дальний красный свет. Сочетание обеих длин волн повышает скорость фотосинтеза благодаря механизму, впервые продемонстрированному в «Эффекте Эмерсона». Дальний красный свет (~700 нм) дополняет красный свет, стимулируя фотосистему I (PSI), которая работает в тандеме с фотосистемой II (PSII) — системой, чувствительной к красному свету, — чтобы сбалансировать весь процесс преобразования энергии.
Современные конструкции дальних красных ламп для выращивания используют эту синергию для более равномерного освещения навеса, ускорения цветения и улучшения производства биомассы. Вместо того, чтобы заменять красный свет, дальние красные волны расширяют его преимущества, создавая полную спектральную стратегию, которая отражает баланс, существующий в естественном солнечном свете.
Дальний красный свет и узкое место (PSII, PSI)
PSII и PSI — это подсистемы, расположенные в тилакоидной мембране, замурованной в растительных клетках (Вы можете прочитать об этом здесь). Вы можете думать о них как о станциях на фабрике, которая производит запасы энергии, называемые АТФ и NADPH, которые в конечном итоге используются для производства сахара.
Рисунок 3a Фотосинтез происходит в тилакоидной мембране, расположенной глубоко в растительной клетке.
Рисунок 3b Тилакоидная мембрана и станции PSII, PSI
Синий и красный свет поглощается как в PSII, так и в PSI и важен для осуществления фотосинтеза.
Кроме того, PSII особенно эффективно поглощает красный свет при 680 нм.
Кроме того, PSI особенно эффективно поглощает дальний красный свет с длиной волны 700 нм.
Если у Вас много синего и красного света от Ваших ростовых ламп, фотосинтез будет происходить, но будет узкое место в PSI. Почему?
В PSI существует естественная резервная копия, потому что обработка данных там по своей природе медленнее. Поскольку PSI лучше поглощает дальний свет, добавление дальнего света к Вашим лампам для выращивания должно помочь продвинуться вперед.
Короче говоря, дальний красный свет НЕ ЯВЛЯЕТСЯ волшебным эликсиром роста, как некоторые люди могут подумать, основываясь на экспериментах, демонстрирующих чудесные результаты, — он просто помогает процессу, протекающему в PSII и PSI.
При выращивании на открытом воздухе у Вас не возникнет проблем с «узким местом», потому что на солнце много дальнего красного света (Рисунок 4).
Рисунок 4 Спектр Солнца показывает большое количество дальнего красного света (>700 нм).
Что показывают реальные эксперименты с дальним красным светом?
Мы проанализировали три исследования, в которых изучался дополнительный дальний красный свет, и обнаружили следующие результаты.
- Исследование 1: увеличение сухой массы на 39,4%, 19,0% и 0,0% для трех образцов салата-латука.
- Исследование 2: увеличение сухого веса на 46-77% и площади листьев на 58-75% для салата-латука.
- Исследование 3: 31,72% увеличение фотосинтеза листьев при использовании дальнего красного света.
(см. ссылки в конце.)
Несмотря на то, что эти исследования показали значительные результаты, мы должны еще раз подчеркнуть, что эти выводы не говорят о том, что дополнительный дальний красный свет — это волшебная возможность для роста, они просто подтверждают, что фермерское выращивание может получить пользу от дополнительного дальнего красного света.
Дальний красный и удлинение стебля
Под пологом леса синего и красного света становится меньше, но зато в изобилии присутствует дальний красный свет, проникающий сквозь листья (см. Рисунок 5). Это служит сигналом для прорастающих внизу растений удлинить свои стебли и потянуться к лучшему солнечному свету, что иначе называется «избеганием тени».
При выращивании в закрытом грунте Вы можете использовать дальний красный свет и удлинение стеблей в качестве преимуществ.
Рис. 5 — Измерения спектрометра сделаны под листом во время полуденного солнца.
Положительным аспектом удлинения стеблей является выращивание клубники. Производители могут использовать дальний красный свет, чтобы помочь увеличить стебли, что обеспечивает лучшую вентиляцию и предотвращает появление плесени и грибка. Кроме того, с более длинными стеблями плоды легче увидеть и собрать.
Рис. 6 — Дальний красный свет стимулирует рост стеблей для лучшей вентиляции
Однако в некоторых случаях дальний красный свет для усиления роста стеблей может быть нежелателен — возможно, Вы хотите, чтобы Ваши продукты были короткими и коренастыми для визуальной привлекательности (например, салат-латук).
Кроме того, в некоторых статьях говорится о том, что сахара, используемые для роста стеблей, влияют на урожайность и качество плодов на плодоносящих растениях.
Рисунок 7 — Цвет в свете и размер растения — Фото предоставлено Al Gracian на Albopepper.com
Дальний красный свет и дозревание семян
Семена часто можно найти на земле под навесом. Они также могут ощущать свое присутствие в затененных местах, реагируя на дальний красный свет, но в отличие от ростка, семя будет находиться в спящем состоянии, ожидая более подходящего случая для прорастания.
Рисунок 8 — Семена реагируют на дальний красный свет, впадая в состояние покоя
Дальне-красный и сезонный рост
Если у Вас есть растения во дворе или на балконе, Вы, вероятно, замечаете коллективный бурный рост, особенно весной/летом: новые стебли, свежие листья и цветы. Дальне-красный и красный свет влияют на это волшебное превращение, воздействуя на структуру молекулы фитохрома.
Дневные и ночные часы считаются равными, фитохром достигает своего рода стазиса. Но с наступлением весны/лета дневные часы становятся длиннее, что приводит к изменению влияния дальнего и красного света на состояние фитохромов — и это запускает сезонный рост.
Вы можете прочитать все о сезонном росте здесь.
Рис. 9 — Молекула фитохрома, ключ к сезонному росту.
Рисунок 10 — Сезонный рост определяется продолжительностью светового дня
Дальний красный цвет не всегда означает увеличение урожайности
Конечным продуктом фотосинтеза является сахар. Но то, что Вы получаете большое количество сахара благодаря дополнительному дальнему красному свету, не означает увеличения урожайности растений.
ДНК в ядре растения проходит через контрольный список пунктов (контроль контрольных точек), прежде чем сочтет нужным запустить рост. Он оценивает температуру, влажность, наличие гормонов, доступность воды, стресс растений и т.д. По сути, если у Вас есть синий, красный и дальний свет для адекватного стимулирования фотосинтеза, Вы все равно можете не добиться желаемых результатов.
Рис. 11 — Ядро растительной клетки контролирует все функции клеточного деления.
Рисунок 12 — 4-я стадия клеточного цикла — деление клетки (Митоз) — автор Али Зифан (wikipedia-CCBY-SA 4.0)
И помните, что каждое растение отличается от другого
У каждого вида растений есть свои причуды. То, что идеально подходит одному, может быть не идеальным для другого. Их особенности лежат глубоко в ДНК ядра как часть генерального плана эволюции, выживания сильнейших.
Рис. 13 — Измерения дальнего, красного и ультрафиолетового света с помощью спектрального PAR-метра.
Far-Red может помочь, но его нужно понять
В этой статье мы постарались охватить все аспекты дальнего красного света
Но мы обнаружили, что это не так просто — включить дальний красный свет и повысить урожайность, поскольку необходимо учитывать множество аспектов дальнего красного света: узкие места PSI, удлинение стебля, сезонный рост, а также ядро/ДНК.
Кроме того, все растения имеют свои особенности — если Вы когда-нибудь пробовали выращивать растения, Вы быстро поймете, что то, что хорошо для одного растения, может не подойти для другого. Тем не менее, понимание нюансов дальнего красного света дает гроверам больше шансов добиться дальнего красного результата, экспериментируя и настраивая параметры.
Все данные измерений, приведенные в этой статье, были получены с помощью спектрального PAR-метра UPRtek.
Дальний красный светодиодный светильник для выращивания: От исследований к практическому применению
В то время как научные исследования помогают нам понять сложное поведение дальнего красного света, производители полагаются на системы дальнего красного светодиодного света для выращивания, чтобы воплотить эти научные знания в измеримые результаты.
Современные технологии светодиодных ламп для выращивания теперь имеют точную спектральную настройку, позволяющую пользователям сбалансировать красные и дальние длины волн для определенных культур или стадий роста.
Используя красную светодиодную лампу для выращивания, производители могут воспроизвести естественные условия освещения, которые способствуют эффективности фотосинтеза, закладке цветков и накоплению биомассы. Однако это не универсальная формула — каждый вид по-разному реагирует на дальнее красное излучение, и точная настройка спектральных соотношений остается крайне важной.
Именно поэтому точные инструменты для измерения спектра, такие как UPRtek PG200N Spectral PAR Meter, незаменимы. Они позволяют исследователям и фермерам анализировать и оптимизировать работу дальнего красного цвета, обеспечивая, чтобы стратегии освещения основывались на данных, а не на пробах и ошибках.
Получите свою БЕСПЛАТНУЮ копию UPRtek Grow Light Handbook!
Изучите, как освещение влияет на рост растений - от настройки спектра до измерительных инструментов. Идеально подходит для садоводов, исследователей и специалистов по освещению в садоводстве. Просто введите свой e-mail, чтобы мгновенно скачать.
PG200N Spectral PAR Meter
Измерение спектрального PAR позволяет фермерам и исследователям воспользоваться преимуществами экспертного освещения при настройке цветовых параметров для улучшения качества, сроков и количества производимой продукции.
Читать дальше: PG200N Спектральный PAR-метр
Похожие посты
- Что такое фитолампа? Как это работает? Сравнение ламп для выращивания с обычными лампами накаливания
- Какой цвет лампы для выращивания лучше всего подходит? Почему лампы для выращивания фиолетовые?
- В чем разница между лампами для выращивания и солнечным светом? Могут ли они заменить солнце?
- Светильники для закрытого овощного сада: Как выбрать правильный светильник
- Светильники для рассады: Какой свет лучше всего подходит для выращивания рассады?
Другие
- Эффект Эмерсона и красная капля | Neela Bakore Tutorials | 2015 | |https://www.youtube.com/watch?v=yqJBdNOHY5E
- Световые реакции и эффект усиления Эмерсона | Fluence | 2023 | https://www.youtube.com/watch?v=oIf_XwWVIq8
- Более пристальный взгляд на дальнее красное излучение | Erik Runkle | Michigan State U | chrome-extension://efaidnbmnnnibpcajpcglclefindmkaj/https://www.canr.msu.edu/uploads/resources/pdfs/fr-radiation.pdf
- Влияние дальнего света на рост и морфологию латука при выращивании в закрытом грунте зависит от сорта | Jun Liu1,* и Marc W. van Iersel2 | NIH |2022 Oct 14 | https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC9611250/
- Добавление дальнего света к красно-синему свету светодиодов повышает урожайность латука при различной плотности посадки | Wenqing Jin, Jorge Leigh Urbina, Ep Heuvelink, Leo F.M. Marcelis | Frontiersin.org | Jan 15, 2021
- Дальний красный свет модулирует рост виноградной лозы, повышая эффективность фотосинтеза листьев и вызывая органоспецифическую перестройку транскриптома | 6. Джунхуа Конг, 6. Ян Чжао, 6. Peige Fan, 6. Yongjian Wang, 6. Сяобо Сюй, 6. Лицзюнь Ванг, 6. Шаохуа Ли, 6. Вэй Дуань, 6. Чжэньчан Лян, 6. Zhanwu Dai | BMC | март 2024 | https://bmcplantbiol.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12870-024-04870-7
- Как красный спектр света влияет на растения? } California Lightworks | Август 2019 } https://californialightworks.com/blog/how-does-the-far-red-light-spectrum-affect-plants/
Горячий продукт
серия справочников
Руководство по мерцанию
Все, что вам нужно знать о мерцании, коварном и потенциально серьезном световом артефакте, влияющем на визуальную безопасность в общественных местах, таких как больницы, офисы, библиотеки и т. д.
О сайте UPRtek
United Power Research and Technology
UPRtek (дата основания 2010 г.) является производителем портативных, высокоточных приборов для измерения освещенности; портативные спектрометры, PAR-метры, спектрорадиометры, решения для калибровки света.
UPRtek Штаб-квартира, отдел исследований и разработок и производство находятся на Тайване, а всемирное представительство осуществляется через наших сертифицированных глобальных реселлеров.
Последние статьи
Категория
0 Комментариев