CC BY
31
ФИЗИОЛОГИЯ И БИОХИМИЯ РАСТЕНИЙ
ДЕЙСТВИЕ СПЕКТРАЛЬНОГО СОСТАВА ИЗЛУЧЕНИЯ НА СОДЕРЖАНИЕ ФОТОСИНТЕТИЧЕСКИХ ПИГМЕНТОВ У РАСТЕНИЙ LEPIDIUM SATIVUM
Федоренко Марта Петровна
ассистент кафедры биотехнологии, УО «Полесский государственный университет», Республика Беларусь, г. Пинск E-mail: marta. vod@yandex. ru
Янковец Янина Александровна
ст^удент 3 курса, УО «Полесский государственный университет», Республика Беларусь, г. Пинск E-mail: [email protected]
EFFECT OF THE SPECTRAL COMPOSITION OF RADIATION ON THE CONTENT OF PHOTOSYNTHETIC PIGMENTS IN LEPIDIUM SATIVUM PLANTS
Fedarenka Marta
Assistant at the Department of Biotechnology Polessky State University Republic of Belarus, Pinsk
Yankavets Yanina
Student, Polessky State University, Republic of Belarus, Pinsk
АННОТАЦИЯ
В статье представлены результаты сравнительного анализа изменчивости содержания фотосинтетических пигментов у растений кресс-салата (Lepidium sativum), выращенного в условиях разного спектрального состава излучения.
ABSTRACT
The article presents the results of a comparative analysis of the variability of the content of photosynthetic pigments in garden cress plants (Lepidium sativum) grown under conditions of different spectral composition of radiation.
Ключевые слова: кресс-салат, светодиодное освещение, светодиодные источники освещения. Keywords: garden cress, LED-lighting, LED lighting sources.
Введение. При производстве овощей и зеленных культур в условиях защищенного грунта огромное количество электроэнергии затрачивается на искусственное освещение. Одним из главных путей снижения энергозатрат на дополнительное освещение растений, в настоящее время рассматривают плавный переход на современные энергоэффективные и долговечные светодиодные источники освещения [1, 4, 5, 8]. Однако темпы внедрения данных источников освещения в сферу растениеводства нельзя сравнить с тем, какими темпами они закрепляются в различных сферах нашей жизни: в сфере уличного, архитектурного, производственного,
офисного освещения [4, 5, 8]. Это связано с наличием специфических реакцией разных растений на спектральный состав излучения, который может разительно отличаться у разных светодиодных источников освещения. Одним из показателей благоприятного действия излучения на растения является количественный состав и соотношение основных фотосинтетических пигментов, т.к. фотосинтетическая активность растений напрямую зависит от состояния фотосинтезирующего аппарата.
Кресс-салат - Lepidium sativum (клоповник посевной) семейства крестоцветных однолетнее скороспелое травянистое растение, относится к зеленным культурам, неприхотлив в выращивании, быстро
Библиографическое описание: Федоренко М.П., Янковец Я.А. Действие спектрального состава излучения на содержание фотосинтетических пигментов у растений LEPIDIUM SATIVUM // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. 2021. 8(86). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/12162
растет, не требует большого количества тепла, хорошо переносит заморозки. В своем составе содержит сахара, аскорбиновую кислоту, каротин, белки, клетчатку, флавоноиды, жирные кислоты, аминокислоты, витамины группы В, РР, А, Е, D, К, макро-и микроэлементы [2, 3, 6, 10]. Кресс-салат употребляют в свежем виде, а также добавляют в холодные и горячие блюда, показана целесообразность применения сухого порошка листьев кресс-салата при производстве хлеба в целях обогащения его химического состава [7].
Постоянно растущие цены на электроэнергию, высокий спрос населения на свежую зелень в течение всего года, в связи с растущей популярностью здорового питания доказывают актуальность изучения данного вопроса.
Целью работы было установление закономерностей изменчивости количественного содержания
фотосинтетических пигментов у растений кресс-салата при разном спектральном составе излучения, но одинаковой интенсивности фотосинтетического потока фотонов.
Материалы и методы исследований. В настоящей работе использовали один люминесцентный (вариант ЛЮМ, энергопотребление 75Вт) и два светодиодных источника освещения (варианты СД1 и СД2, энергопотребление 30 и 33 Вт соответственно), излучающих свет спектральных диапазонов видимого света (400 - 800 нм) с различным соотношением между ними (таблица 1). Замер спектральных характеристик источников освещения и плотности потока фотонов (ППФ) проводили с помощью портативного спектрометра PAR PG200N (производитель UPRtek, Тайвань). ППФ при всех вариантах освещения составлял 80-90 мкмоль/м2-с.
Таблица 1.
Спектральные характеристики источников освещения
Вариант освещения Плотность Потока Фотонов в диапазоне 400-799 нм, % Соотношение диапазонов спектра
400-499 нм 500-599 нм 600-699 нм 700-799 нм К/ С К/ДК К/З С/З
ЛЮМ (контроль) 19,3 26,6 42,2 10,5 2,2 4,0 1,6 0,7
СД1 25,7 1,7 72,3 0,3 2,8 241,0 42,5 15,1
СД2 20,0 21,0 57,6 1,4 2,9 41,1 2,7 0,9
Примечание. К - красный свет (600 - 699 нм); С - синий З - зеленый свет (500 -599 нм).
Анализ спектральных характеристик данных источников освещения позволил выявить некоторые закономерности. ППФ в диапазоне 400 - 499 нм (фиолетово-синий) трех вариантов освещения находился в пределах 19,3-25,7 % от всего светового потока в области 400-799 нм, и не имел значительных различий между вариантами. Доля зелено-желтой области (500 -599 нм) спектра для вариантов ЛЮМ и СД2 имела близкие значения - 26,6 и 21% соответственно, в то время как у варианта СД1 она практически отсутствовала. В оранжево-красном диапазоне спектра (600-699 нм) уровень ППФ был достаточно высоким для всех вариантов - 42,2-72,3% с максимальным значением для варианта СД2. Дальний красный свет (700-750 нм) в спектрах вариантов СД1 и СД2 практически отсутствовал, в то время как в у варианта ЛЮМ на его доля приходилось 10,5%. Наиболее близким к контрольному люминесцентному освещению по спектральным характеристикам был вариант СД2, существенные различия между ними можно отметить лишь в области дальнего красного света.
Посев семян кресс-салата сорта "Звычайная" производили по 100 шт. в емкости, заполненные увлажненным почвогрунтом. На 22 день после посева отбирали образцы листьев для экстракции фотосинтетических пигментов. Содержание пигментов определяли в лабораторных условиях в 4 аналитических повторностях по оптической плотности экстракта в 80% ацетоне [9] на спектрофотометре МйеПесИ 8Р-8001. Общий математический анализ
(400 - 499 нм); ДК - дальний красный свет (700 -750 нм);
данных проводили с помощью пакета анализа данных MS Excel.
Результаты и обсуждение. Анализ количественного содержания пигментов выявил прямую зависимость содержания пигментов от доли синего и красного спектров излучения. Так, у варианта СД1 по сравнению с вариантом ЛЮМ содержание хлорофилла а было больше на 5,7% , хлорофилла b - на 44,6% (достоверно при P<0,05), каротиноидов - на 16,5 % за счет большей на 6,4 и 30,0% доли в спектре излучения синей и красной составляющей соответственно. Растения варианта СД2 по сравнению с вариантом ЛЮМ также содержали на 23,2, 10 и 27,8% больше хлорофилла а, b и каротиноидов соответственно, главным образом за счет большей на 15,4% доли красного света (таблица 1, 2). При этом, максимальное содержание хлорофилла b зафиксировано для СД1 (таблица 2), имеющего максимальную долю синего спектра среди всех вариантов освещения (таблица 1), т.к. удельный коэффициент поглощения данного пигмента максимален именно в синей области спектра, причем максимум поглощения данного пигмента совпадал со спектральным пиком излучения в данной области. Максимальное накопление хлорофилла а и каротиноидов отмеченное для варианта СД2 (таблица 2) можно объяснить не только большей долей красной области спектра (по сравнению с вариантом ЛЮМ), соответствием спектральных пиков излучения максимумам поглощения пигментов (как в СД1), но и наличием желто-зеленой и оранжевой области спектра (как в ЛЮМ).
Таблица 2.
Содержание фотосинтетических пигментов в листьях растений кресс-салата мг/г сырого веса
Вариант освещения Хлорофилл а Хлорофилл b Каротиноиды
ЛЮМ (контроль) 0,595±0,064 0,139±0,012 0,158±0,025
СД1 0,629±0,024 0,201±0,02* 0,184±0,016
СД2 0,733±0,047 0,153±0,025 0,202±0,009
НСР 05 0,18 0,04 0,06
HCP01 0,27 0,07 0,08
Примечание: данные представлены как среднее арифметическое ± стандартная ошибка средней; НСРо,05 - наименьшая существенная разница при Р<0,05; НСРо,01 - наименьшая существенная разница при Р<0,01. Полужирным шрифтом выделены значения, достоверно отличающиеся от контроля.
Таким образом, для увеличения содержания фотосинтетических пигментов в растениях кресс-салата целесообразно подбирать спектр, имеющий спектральные пики соответствующие максимумам поглощения фотосинтетических пигментов, с наличием желто-зеленой и оранжевой области спектра,
которая обладает высокой проникающей способностью к листьям нижнего яруса, тем самым повышая их фотосинтетическую активность. К тому же при использовании данных светодиодных источников освещения достигается экономия электроэнергии в 2,3-2,5 раза.
Список литературы:
1. Морозов, В.Ю. Светодиоды для электродосвечивания в теплицах / В.Ю. Морозов // Гавриш - 2013. - №4. -С. 34-39.
2. Орловская, Т.В. Изучение жирнокислотного состава липидов семян клоповника посевного / Т.В. Орловская, // Вестник Воронеж гос. ун-та. Серия: Химия. Биология. Фармация. - 2006. - № 2. - C. 334-335.
3. Орловская Т.В. Изучение аминокислотного состава семян клоповника посевного. Дальневосточный медицинский журнал, 2006, № 2, сс. 73-74.
4. Прокофьев, Д.С. Перспективы использования светодиодных светильников в тепличных электротехнологиях / Д.С. Прокофьев, Д.А. Семенов // Вестник ВИЭСХ - 2012. - №3 (8). - С. 40-42.
5. Савкова, Т.Н. Современное состояние и перспективы развития осветительных устройств на основе белых светодиодов / Т.Н. Савкова, А.И. Кравченко, Ю.Н. Колесник, Г.И. Селиверстов // Вестник Гомел. гос. техн. Ун-та им. П.О. Сухого - 2020. - №3/4 (82-83). - С. 54-59.
6. Циунель, М.М. Кресс-салат / М.М Циунель // Гавриш - 2006. - №6. - C. 8-9.
7. Чижикова, О.Г. Кресс-салат и мята как перспективное сырье для хлебобулочных изделий / О.Г. Чижикова // Известия Дальневосточного федерального университета. Экономика и управление. - 2017. - № 1 (81). - С. 113-118.
8. Юсупов, С. Создание эффективных светодиодных фитосветильников / С. Юсупов, М. Червинский, Е. Ильина // Полупроводниковая светотехника. - 2016. - № 6. - С. 56-64.
9. Lichtenthaler H.K., Wellburn A.R. Determinations of total carotenoids and chlorophylls a and b of leaf extracts in different solvents // Biochem. Soc. Trans. - 1983. - V. 603. - P. 591.
10. Solomon G, Aman D., Bachheti R. Fatty acids, metal composition, nutritional value and physicochemical parameters of Lepidium sativium seed oil collected from Ethiopia. International Food Research Journal. - 2016. - Vol. 23 (2). -P. 827-831.
