eng
Выпуск #6/2024
О. В. Шелепова, Е. Н. Баранова, К. А. Судариков, Л. С. Олехнович, Л. Н. Коновалова, В. В. Латушкин, А. А. Гулевич, П. А. Верник
Оценка использования светодиодного освещения в сочетании с применением γ-PGA SAP пептида на рост и развитие растений мяты перечной в условиях закрытой биосистемы
Оценка использования светодиодного освещения в сочетании с применением γ-PGA SAP пептида на рост и развитие растений мяты перечной в условиях закрытой биосистемы
Просмотры: 1205
DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2024.18.6.486.498
В статье исследована возможность регуляции биомассы и продуктивности Mentha piperita L. при выращивании в условиях закрытой системы Синерготрон. Приведены результаты модуляции световых параметров культивирования и использование обработок низкими концентрациями пептида за счет изменения интенсивности роста и формирования вегетативной массы. Установлено, что закрытая система позволяет выявлять тонкие механизмы изменения растений и их морфологии и метаболизма при применении вегетационных индексов GLI, EXG, VARI и традиционных критериев продуктивности, открывая новые возможности в разработке современных подходов в биотехнологии эфиромасличных растений.
В статье исследована возможность регуляции биомассы и продуктивности Mentha piperita L. при выращивании в условиях закрытой системы Синерготрон. Приведены результаты модуляции световых параметров культивирования и использование обработок низкими концентрациями пептида за счет изменения интенсивности роста и формирования вегетативной массы. Установлено, что закрытая система позволяет выявлять тонкие механизмы изменения растений и их морфологии и метаболизма при применении вегетационных индексов GLI, EXG, VARI и традиционных критериев продуктивности, открывая новые возможности в разработке современных подходов в биотехнологии эфиромасличных растений.
Оценка использования светодиодного освещения в сочетании с применением
γ-PGA SAP пептида на рост и развитие растений мяты перечной в условиях закрытой биосистемы
О. В. Шелепова 1, Е. Н. Баранова 1, К. А. Судариков 2, 3, Л. С. Олехнович 1, Л. Н. Коновалова 1, В. В. Латушкин 2, 3, А. А. Гулевич 4, П. А. Верник 2
1) Главный ботанический сад Н. В. Цицина Российской академии наук, Москва, Россия.
АНО Институт стратегии развития, Москва, Россия.
2) Московская сельскохозяйственная академия имени Тимирязева Российский государственный аграрный университет, Москва, Россия.
3) Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии, Москва, Россия.
В статье исследована возможность регуляции биомассы и продуктивности Mentha piperita L. при выращивании в условиях закрытой системы Синерготрон. Приведены результаты модуляции световых параметров культивирования и использование обработок низкими концентрациями пептида за счет изменения интенсивности роста и формирования вегетативной массы. Установлено, что закрытая система позволяет выявлять тонкие механизмы изменения растений и их морфологии и метаболизма при применении вегетационных индексов GLI, EXG, VARI и традиционных критериев продуктивности, открывая новые возможности в разработке современных подходов в биотехнологии эфиромасличных растений.
Ключевые слова: светодиодное освещение, вегетационные индексы, обработка изображений, Mentha piperita L.
Статья получена: 09.07.2024
Статья принята: 05.08.2024
ВВЕДЕНИЕ
Мята перечная (мята английская, мята холодная) (Mentha piperita L.) – многолетнее травянистое растение семейства яснотковых (Lamiaceae), ценное эфиромасличное и лекарственное растение. Из свежесобранной надземной массы получают эфирное масло, которое обладает успокаивающим и спазмолитическим действием и используется как освежающее и антисептическое средство. Из эфирного масла выделяют ментол – обезболивающее средство, входящее в состав многих комплексных препаратов, используемых в виде масляных и спиртовых настоек [1]. Кроме того, листья и соцветия мяты перечной широко применяются в кондитерской и ликероводочной промышленности, а также в кулинарии многих народов как пряно-ароматическое и пряно-вкусовое растение. Входящие в ее состав физиологически активные вещества улучшают вкусовые качества продуктов и усиливают их усвояемость, благоприятно влияют на обмен веществ, деятельность нервной и сердечно-сосудистой систем человека [2]. Наиболее крупными производителями мяты перечной и продуктов ее переработки являются аграрии Индии, Китая, Японии, Северной Кореи, США, Парагвая, Таиланда, Тайваня и Вьетнама. Лидером в производстве эфирного масла является Индия. Прогнозируемый рост производства масла мяты и связанных с ним продуктов, спрос на которые неуклонно растет, будет увеличиваться в пределах 3–5% в год [3].
Для обеспечения круглогодичного потребления свежей зеленой массы мяты в большинстве районов Российской Федерации оптимальным является выращивание растений в условиях защищенного грунта, благодаря развитию современных агротехнологий и использованию специального оборудования с контролируемым микроклиматом по параметрам освещения, влажности, подачи питательного раствора и углекислого газа, надлежащей аэрации и т. д. [4]. При этом важнейшим лимитирующим фактором остается освещение, влияющее как на продуктивность, так и на качественные характеристики. Установлен ряд фундаментальных положений о роли спектра и интенсивности фотосинтетически активной радиации в формировании наиболее важных составляющих продукционного процесса [5, 6].
Количество и качество света (в особенности интенсивность, спектральный состав и фотопериод) влияют на проявление свойств определенного генотипа, экспрессию его генов, рост и метаболизм растений, биосинтез вторичных метаболитов и во взаимодействии с другими важными параметры среды культивирования определяют физиологическое состояние и продуктивность растений [1, 7].
В контролируемых условиях закрытых систем фитотронов имитацию солнечного спектра осуществляют за счет использования специальных фотоламп, спектральный состав которых обладает максимальным фотосинтетическим воздействием на растения и способствует активации адаптационного потенциала растений, регуляции метаболизма, что в конечном итоге приводит к оптимизации продукционного процесса [8]. Также следует отметить, что световое модулирование может повысить биомассу и улучшить пищевую ценность потребляемой человеком продукции [9]. Минимальным требованием для выращивания зеленных культур считается смесь синего (B) и красного (R) света с длинами волн 660 и 450 нм [10]. Однако длительное освещение исключительно красным светом может привести к «синдрому красного света», который характеризуется понижением фотосинтетической активности, низким максимальным квантовым выходом флуоресценции хлорофилла (Fv / Fm) и нарушением накопления содержания углеводов, приводящим к снижению роста [11]. Добавление синего спектра может эффективно предотвращать такие нарушения [12]. Таким образом, красный и синий спектры взаимодополняют друг друга, способствуя формированию высокопродуктивных растений. Красный свет благоприятствует вегетативным процессам, тогда как синий усиливает синтез различных фитохимических веществ, таких как полифенолы, антоцианы, витамин С и другие метаболиты [13]. В настоящее время в промышленных светодиодных фитосветильниках в качестве основных используются светодиоды синего и красного света, что считается экономически наиболее выгодным [14]. Тем не менее мнение специалистов о том, какие технологии освещения и длины волн света лучше всего подходят для выращивания растений пока не окончательно сформировано. Вероятно, это вызвано тем, что исследования фотобиологии, изучающие влияние различных длин волн света на продуктивность растений, в течение нескольких десятилетий давали противоречивые результаты [15].
Считается, что наиболее благоприятные результаты могут быть достигнуты за счет коррекции или расширения спектрального диапазона, использования белого света и сочетания R, B, G и FR [16]. Так, добавление FR-излучения 730 нм перед сбором урожая увеличивает скорость роста и содержание антиоксидантов, синтез других биологически активных соединений [17]. Широкий спектр облучения, распространяющийся на зеленый (G) диапазон волн, становится возможен в связи с использованием белых светодиодов для повышения эффективности фотосинтеза, а УФ-А излучение стимулирует выработку биоактивных молекул и снижает содержание нитратов [18]. Белый свет с дополнительным красным светом является перспективным световым спектром для повышения эффективности фотосинтеза сельскохозяйственных культур, учитывая ключевую роль красного света в обеспечении роста и сигнальных функций растений. По данным [19] выращивание растений капусты с использованием белых светодиодов более эффективно, чем со стандартными сине-красными светодиодами. Исследования [20] по выращиванию зеленого лука показали, что добавление к белому свету синего в пропорции 3 : 1 более эффективно, чем освещение только белым светом, тогда как монохроматический синий значительно снизил скорость фотосинтеза и фенестрированный слой ткани. В целом вопрос об оптимальном спектральном составе и видах освещения (белый свет, полноспектральное освещение, комбинация разных видов монохроматического излучения) с учетом индивидуальных особенностей разных культур и сортов все еще остается открытым и требует глубокого изучения.
Другим способом повышения урожайности является применение биостимуляторов. Поли-γ-глутаминовая кислота (γ-PGA) и poly-γ-glutamic acid super absorbent polymer (γ-PGA SAP) представляют собой полипептид, полученный путем микробной ферментации. Предыдущие исследования сообщили о положительном влиянии использования γ-PGA и γ-PGA SAP на растения пшеницы, кукурузы, шпината. Их использование увеличило урожайность культур и повысило выживаемость растений в условиях абиотического стресса [21–23]. Однако применение γ-PGA SAP при выращивании эфиромасличных культур остается ограниченным, а информация об их относительной эффективности отсутствует.
Чтобы решить эту проблему, в данном исследовании поставлена задача оценить влияние действия освещения в сочетании с дополнительным применением биостимулятора на пигментный состав листьев мяты, урожайность и как следствие выхода эфирного масла растений мяты перечной сорта Ароматное наслаждение.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Растения Mentha piperita L. сорта Ароматное наслаждение выращивали в контейнерах при двух типах освещения (белый свет (W I и W II, соответственно с обработкой пептидом γ-PGA SAP и без обработки) и узкополосный спектральный свет (рис. 1, 2), имитирующий естественное освещение (F I и F II – с обработкой пептидом γ-PGA SAP и без обработки) со световым днем 16 / 8 и температурными условиями 26 / 22 °C в модуле Синерготрон ИСР11.02.140 (ИСР, Москва).
Интенсивность облучения PFD по всем спектральным линиям в опыте и контроле составляла в контроле 955,1, в опыте 905,5 мкмоль / м2 / с (табл. 1). Фотосинтетическая часть спектра PPFD составила соответственно 765,3 и 824,5 мкмоль / м2 / с. Интенсивность по отдельным спектрам представлена в табл. 1.
В ходе проведения испытаний светильника нами были выделены основные характеристики освящения влияющих на фотосинтез.
PPFD (плотность потока фотосинтетических фотонов) измеряет количество фотонов в секунду, падающих на квадратный метр площади поверхности. Имеет решающее значение для определения интенсивности света, доступного для фотосинтеза. Выражается в мкмоль / м2 / с.
PFD (плотность фотосинтетического потока) –измерения спектра, который охватывает PPFD и другие длины волн света. Это важно для оценки общей освещенности, влияющей на рост растений. Выражается в мкмоль / м2 / с.
IRR (инфракрасное излучение длины волн от 760 нм до 1 мм) – относится к той части электромагнитного спектра, которую растения не используют для фотосинтеза, но которая может косвенно влиять на здоровье и рост растений, например, влияя на регулирование температуры. Высокая температура окружающего воздуха, влажность и низкий уровень воздушной циркуляции могут в сочетании с лучистым теплом вызвать тепловой стресс, потенциально приводящий к тепловым повреждениям.
Пик на длине волны 450 нм в белых светодиодах обусловлен внутренними свойствами полупроводникового материала нитрида индия-галлия InGaN, используемого в конструкции светодиода. Добавление люминофорного покрытия позволяет светодиоду преобразовывать значительную часть синего света в более длинные волны, что приводит к восприятию белого света. Этот процесс позволяет создавать эффективные, универсальные и экономичные световые решения, которые точно имитируют естественный свет.
В контейнерах культивировали по 5 растений для каждого режима (W I и W II; F I и F II) и поддерживали одинаковые режимы подкормки и полива на протяжении всего эксперимента. Половина растений мяты на стадии вегетации методом внекорневой подкормки были двукратно обработаны (интервал между обработками 10 суток) раствором пептида γ-PGA SAP в концентрации 10–4. Растения выращивали в контролируемых условиях до начала цветения. На 10‑й день после второй обработки (1 периода) и перед уборкой урожая (2 период) проводили определение спектральных характеристик растений мяты.
Фенотипические характеристики мяты перечной использовали для определения расчетных количественных показателей по окраске надземных органов. Прижизненное определение спектральных характеристик надземных органов мяты проводили сразу после извлечения из закрытой системы. Для оценки использовали три рандомизированно выбранных контейнера, содержащих одно растение каждого варианта. Для расчета визуальных индексов использовали средние значения, полученные при сканировании растений на основе анализа RGB-изображений. Для получения изображений использовали Феносканер Синерготрон ИСР02–01 (ИСР, Москва, Россия). Для оценки состояния растений рассчитывали индексы на основе предложенных ранее. Для расчета индексов состояния использовали усредненные показатели RGB: VARI – алгоритмы дистанционной оценки доли растительности [24]; EXG – цветовые показатели условий освещенности для идентификации растений [25]; и GLI – документирование воздействия выпаса [26].
Указанные индексы GLI, EXG и VARI рассчитывали на основе средних значений, полученных при сканировании растений на основе анализа RGB-изображений [27, 28]. Для получения изображений использовали Феносканер Синерготрон ИСР02-01 (ИСР, Москва, Россия). В эти же сроки на живых препаратах проводили биометрический анализ железистых трихом на листьях мяты с использованием цифрового микроскопа a Keyence VHX‑1000E digital microscope (Itasca, IL, USA). Урожайность и выход эфирного масла растений мяты проводили согласно модифицированной методике [29].
При статистической обработке результатов опыта использовали программы Microsoft Exсel и Past V 3.0. Определяли среднее значение показателей (М), стандартные ошибки средней (±SEM) и доверительный интервал при 95% доверительного уровня. Различия между вариантами были достоверны при P ≤ 0,05.
Для получения графика спектральной составляющей используемого освещения был использован Spectral PAR Meter PG100N – Портативный измеритель, который измеряет дальность действия источников света в нескольких режимах, вы сможете создать подробный отчет об испытаниях спектра, который поможет оптимизировать среду роста растений за счет эффективного управления освещением. С его помощью были получены индексы PPFD, PFD и IRR.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Растения мяты F I и W I исходных (контрольных) линий не имели статистически значимых различий по размерам и габитусу надземной части. Однако растения W I и W II имели немного более длинные междоузлия и более зеленую листву по сравнению с растениями F I и в идентичных условиях выращивания (рис. 3). Двукратная внекорневая подкормка пептидом γ-PGA SAP растений мяты линий как F II, так и W II привела к некоторым видимым изменениям – увеличились размеры растений по сравнению с контрольными линиями W I и F I, однако это рост был статистически не достоверным. Наиболее заметные различия заключались в изменении в цвете листовой пластинки, что показано в индексах цвета RGB на каждом изображении.
Сравнительная оценка состояния контрольных и обработанных γ-PGA SAP пептидом растений, выращенных при двух типах освещения, проведенная с использованием расчета трех вегетационных индексов, позволяет достоверно выявить изменения состояния растений после воздействия обработки пептидом (рис. 4). Все три показателя показали существенные различия между состоянием растений выращенных при освещении белым светом и узкополосным спектральным светом. Обработка γ-PGA SAP пептидом растений, выращенных при освещении узкополосным спектральным светом, улучшила фотохимические показатели растений, рост индексов GLI, EXG и VARI к моменту уборки урожая растений мяты составил от 57 до 71%. Тогда как у растений, выращенных при белом свете, к моменту уборки урожая обработка γ-PGA SAP пептидом растений практически нивелировалась, показатели вегетационных индексов GLI и VARI остались на первоначальном уровне. И только индекс EXG увеличился на 11,5%.
Анализ данных показывает, что индексы GLI и EXG позволяют достоверно различать состояние контрольных и обработанных γ-PGA SAP пептидом растений при всех изученных параметрах. А индекс VARI менее эффективен для различия контрольных и опытных растений.
Если сравнить изменения спектральных характеристик растений, выращенных при двух типах освещения, а также после обработки γ-PGA SAP пептидом, то наиболее стабильным показателем оказался синий спектр, который практически не изменился во всех четырех вариантах опыта. Показатели интенсивности в красном спектре снизились у обработанных γ–PGA SAP пептидом растений как у образцов W II, так и у образцов F II, причем снижение у растений, выращенных при узкоспектральном свете было существенно больше. Контрольные растения, выращенные как при белом спектре, так и при узкополосном спектральном свете, показали более высокую чувствительность интенсивности окраски в зеленом диапазоне, которая снижалась после обработки γ-PGA SAP пептидом, при этом уровень интенсивности зеленого цвета варианта F II становился сравнимым со значением у растений варианта W II.То есть обработанные γ-PGA SAP пептидом растения мяты сохраняли целостность структур фотосистемы, что способствовало нормальному протеканию биохимических процессов в растениях.
Эфирное масло генерируется и хранится в секреторных железах во всех органах надземной части растений мяты (стеблях, листьях, чашечке, венчике). Причем максимальное их количество расположено на цветках, листьях среднего и верхнего ярусов, минимальное количество – на стеблях растений. С ростом и увеличением размеров листьев и цветков формируются все новые железы, при этом развитие желез достаточно быстрый процесс. На листьях мяты формировались железы несколько меньших размеров, чем на венчике цветков мяты (табл. 2). Причем на абаксиальной стороне листа у контрольных растений варианта FI диаметр желез был больше, чем у растений WI. Обработка γ-PGA SAP пептидом растения мяты обоих вариантов нивелировала данное расхождение – диаметр желез был в целом аналогичный.
Плотность желез на листьях верхнего яруса растений как в 1 период, так и во 2 период отбора образцов, выращенных при узкополосном спектральном свете, было существенно выше, чем у растений, выращенных при белом свете. Максимальная плотность секреторных желез при их больших размерах, зафиксированная у растений вариантов FI и FII, обусловила более высокий выход эфирного масла у образцов мяты – в 1,1 раза по сравнению с растениями WI и WII. Обработка γ-PGA SAP пептидом растения мяты обоих вариантов привела увеличению урожайности (на 9,4% в варианте FII и 7,0% в варианте WII) и к увеличению выхода эфирного масла на 11,6 и 11,0% соответственно.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
По нашим данным, использование закрытых биологических систем позволяет оптимизировать исследования воздействия оптического излучения в сочетании с использованием биохимических препаратов на процесс выращивания эфиромасличных растений. Освещение растений мяты узкополосным светом полного спектра позволяет сформироваться на листьях верхнего яруса эфиромасличным железам более крупного диаметра и более высокой плотности, что обеспечивает увеличение выхода эфирного масла. Обработка растений мяты γ-PGA SAP пептидом также повышает урожайность и способствует увеличению продуктивности растений.
БЛАГОДАРНОСТЬ
Работа над данной статьей проводилась в рамках выполнения государственного задания ГБС РАН (№ 122042700002-6) («Биологическое разнообразие природной и культурной флоры: фундаментальные и прикладные вопросы изучения и сохранения») и ВНИИСБ (№ 0431-2022-0003). Результаты работы получены с использованием модулей «Синерготрон ИСР11.02.140» (АНО «Институт стратегии развития).
REFERENCES
Shelepova O. V., Baranova E. N., Tkacheva E. V., Evdokimenkova Y.B, Ivanovskii A. A., Konovalova L. N., Gulevich A. A. Aromatic Plants Metabolic Engineering: A review. Agronomy, 2022, 12, 3131. DOI: 10.3390/agronomy12123131
Malysheva A. G., Shelepova O. V., Yudin S. M. Transformation of the component structure of essential oil and volatile allocation of plants under the impact of artificial lighting. Gigiena i Sanitariya.2019; 98(11): 1228–1234. DOI: 10.18821/0016‑9900‑2019‑98‑11‑1228‑1234.
Малышева А. Г, Шелепова О. В., Юдин С. М. Трансформация компонентного состава эфирного масла и летучих выделений растений под влиянием искусственного освещения. Гигиена и санитария. 2019;98(11):1228–1234. DOI: 10.18821/0016‑9900‑2019‑98‑11‑1228‑1234).
Gupta S., Kumar A., Gupta A. K., Jnanesha A. C. et al. Industrial mint crop revolution, new opportunities, and novel cultivation ambitions: A review. Ecological Genetics and Genomics. 2023; 27: 100174. https://doi.org/10.1016/j.egg.2023.100174.
Sharma A., Hazarika M., Heisnam P. et al. Controlled Environment Ecosystem: A plant growth system to combat climate change through soilless culture. Crop Design. 2024; 3: 100044. https://doi.org/10.1016/j.cropd.2023.100044
Al Murad M., Razi K., Jeong B. R. et al. Light emitting diodes (LEDs) as agricultural lighting: Impact and its potential on improving physiology, flowering, and secondary metabolites of crops. Sustainability. 2021; 13(4): 1985. DOI: 10.3390/su13041985
Nájera C., Gallegos-Cedillo V.M., Ros M., Pascual J. A. Role of spectrum-light on productivity, and plant quality over vertical farming systems: bibliometric analysis. Horticulturae. 2023; 9(1): 63. https://doi.org/10.3390/horticulturae9010063
Sena S., Soni Kumari S., Kumar V., Husen A. Light emitting diode (LED) lights for the improvement of plant performance and production: A comprehensive review. Current Research in Biotechnology. 2024; 7: 100184. https://doi.org/10.1016/j.crbiot.2024.100184
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. Journal of Plant Growth Regulation, 2022; 41(2): 742–780. DOI: 10.1007/s00344‑021‑10337‑y
Liu R. H. Health-Promoting Components of Fruits and Vegetables in the Diet. Advances in Nutrition. 2013; 4(3): 384S‑392S. https://doi.org/10.3945/an.112.003517
Ahmed H. A., Yu-Xin T., Qi-Chang Y. Optimal control of environmental conditions affecting lettuce plant growth in a controlled environment with artificial lighting: a review. South African Journal of Botany. 2020; 130: 75–89.
Miao Y., Chen Q., Qu M., Gao L., Hou L. Blue light alleviates ‘red light syndrome’ by regulating chloroplast ultrastructure, photosynthetic traits and nutrient accumulation in cucumber plants Scientia Horticulturae. 2019; 257: 108680. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2019.108680
Zha L., Liu W., Yang Q. et al. Regulation of ascorbate accumulation and metabolism in lettuce by the red: blue ratio of continuous light using LEDs. Frontiers in Plant Science. 2020; 11.
Wong C. E., Teo Z. W.N., L. Shen L. H. Yu Seeing the lights for leafy greens in indoor vertical farming. Trends Food Science and Technology. 2020; 106: 48–63. 10.1016/j.tifs.2020.09.031
Boros I. F., Székely G., Balázs L., Csambalik L., Sipos L. Effects of LED lighting environments on lettuce (Lactuca sativa L.) in PFAL systems – A review. Scientia Horticulturae. 2023; 321: 112351. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2023.112351
Wu B.-S., Mansoori M., Schwalb M. et al. Light emitting diode effect of red, blue, and amber light on photosynthesis and plant growth parameters. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology. 2024; 256: 112939. https://doi.org/10.1016/j.jphotobiol.2024.112939
Nozue H., Gomi M. Usefulness of broad-spectrum white LEDs to envision future plant factory T. Kozai (Ed.), Smart Plant Factory: The Next Generation Indoor Vertical Farms, Springer, Singapore (2018), pp. 197–210, https://doi.org/10.1007/978-981-13-1065-2_13
Lee M.-J., Park S.-Y., Oh M.-M. Growth and cell division of lettuce plants under various ratios of red to far-red light-emitting diodes. Horticultural and Environmental Biotechnology. 2015; 56: 186–194. https://doi.org/10.1007/s13580-015-0130-1
Thilini Deepashika Perera W.P, Navaratne S., Wickramasinghe I. Impact of spectral composition of light from light-emitting diodes (LEDs) on postharvest quality of vegetables: a review. Postharvest Biology and Technology. 2022; 191: 111955.
Metallo R. M., Kopsell D. A., Sams C. E., Bumgarner N. R. Influence of blue/red vs. white LED light treatments on biomass, shoot morphology, and quality parameters of hydroponically grown kale. Scientia Horticulturae. 2018; 235: 189–197. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2018.02.061
Gao S., Wang K., Li N. et al. The growth and photosynthetic responses of white LEDs with supplemental blue light in green onion (Allium fistulosum L.) unveiled by Illumina and single-molecule real-time (SMRT) RNA-sequencing. Environmental and Experimental Botany. 2022; 197: 104835. https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2022.104835
Sasani M., Ahmadzade M., Besharati H., Mirzadi Gohari A. Optimization of gamma polyglutamic acid (γ-PGA) production by Bacillus velezensis and its effect on increasing wheat growth and biocontrol of Bipolaris sorokiniana causal agent of common root rot of wheat. Biological Control of Pests and Plant Diseases, 2022, 11(2), 69–82. https://doi.org/10.22059/JBIOC.2023.364379.322
Wang, Z.; Yang, R.; Liang, Y.; Zhang, S.; Zhang, Z.; Sun, C.; Yang, Q. Comparing efficacy of different biostimulants for hydroponically grown lettuce (Lactuca sativa L.). Agronomy. 2022; 12(4): 786. DOI: 10.3390/agronomy12040786
Guo J., Zhang J., Zhang K., Li S., Zhang Y. Effect of γ-PGA and γ-PGA SAP on soil microenvironment and the yield of winter wheat. Plos one, 2023, 18(7), e0288299. DOI: 10.1371/journal.pone.0288299
Gitelson A. A., Kaufman Y. J., Stark R., Rundquist D. Novel algorithms for remote estimation of vegetation fraction. Remote Sensing Environment. 2002, 80, 76–87.
Woebbecke D. M., Meyer G. E., VonBargen K., Mortensen D. A. Color indicators for weed identification under various soil, residue, and lighting conditions. Transactions ASAE 1995; 38: 259–269.
Louhaichi M., Borman M. M., Johnson D. E. Spatially located platform and aerial photography for documentation of grazing impacts on wheat. Geocarto International 2001; 16: 65–70.
Baranova E. N.; Kononenko N. V.; Lapshin P. V.; Nechaev T. L. et al. Superoxide Dismutase Premodulates Oxidative Stress in Plastids for Protection of Tobacco Plants from Cold Damage Ultrastructure Damage. International Journal of Molecular Sciences. 2024; 25(10): 5544. DOI: 10.3390/ijms25105544
Baranova E. N., Shelepova O. V., Zolotukhina A. A., Nesterov G. V., Sudarikov K. A., Latushkin V. V., Gulevich A. A. Application of optical methods for assessing physiological damage to wheat flag leaves. Photonics Russia. 2024; 18(4): 320–330. DOI: 10.22184/1993‑7296.FRos.2024.18.4.320.330
Баранова Е. Н., Шелепова О. В., Золотухина А. А., Нестеров Г. В., Судариков К. А., Латушкин В. В., Гулевич А. А. Применение оптических методов для оценки физиологических повреждений флаговых листьев пшеницы. Фотоника. 2024; 18(4): 320–330. DOI: 10.22184/1993‑7296.FRos.2024.18.4.320.330
Shelepova O. V.; Olekhnovich L. S., Konovalova L. N., Khusnetdinova T. I., Gulevich A. A., Baranova E. N. Assessment of essential oil yield in three mint species in the climatic conditions of Central Russia. Agronomy Research, 2021, 19(4), 1970–1980. DOI 10.15159/AR.21.113
АВТОРЫ
О. В. Шелепова, к. б. н., в. н. с., Главный ботанический сад им. Н. В. Цицина РАН, Москва, Россия. ORCID: 0000-0003-2011-6054
Е. Н. Баранова, к. б. н., в. н. с., н. с., Главный ботанический сад им. Н. В. Цицина РАН, Москва, Россия.
ORCID: 0000-0001-8169-9228
К. А. Судариков, инженер- исследователь, АНО Институт стратегии развития, Москва, Россия.
ORCID: 0009-0005-8734-1223
Л. С. Олехнович, к. б. н., н. с., Главный ботанический сад им. Н. В. Цицина РАН, Москва, Россия.
Л. Н. Коновалова, н. с., Главный ботанический сад им. Н. В. Цицина РАН, Москва, Россия.
В. В. Латушкин, к. б. н., c. н. с., АНО Институт стратегии развития, Москва, Россия.
ORCID: 0000-0003-1406-8965
П. А. Верник, в. н. с., АНО Институт стратегии развития, Москва, Россия.
ORCID: 0000-0001-5850-7654
А. А. Гулевич, к. б. н., c. н. с., Всероссийский научно- исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии, Москва, Россия.
ORCID: 0000-0003-4399-2903
КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ
Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов. Все авторы приняли участие в написании статьи и дополнили рукопись в части своей работы.
ВКЛАД ЧЛЕНОВ АВТОРСКОГО КОЛЛЕКТИВА
Статья подготовлена на основе работы всех членов авторского коллектива.
γ-PGA SAP пептида на рост и развитие растений мяты перечной в условиях закрытой биосистемы
О. В. Шелепова 1, Е. Н. Баранова 1, К. А. Судариков 2, 3, Л. С. Олехнович 1, Л. Н. Коновалова 1, В. В. Латушкин 2, 3, А. А. Гулевич 4, П. А. Верник 2
1) Главный ботанический сад Н. В. Цицина Российской академии наук, Москва, Россия.
АНО Институт стратегии развития, Москва, Россия.
2) Московская сельскохозяйственная академия имени Тимирязева Российский государственный аграрный университет, Москва, Россия.
3) Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии, Москва, Россия.
В статье исследована возможность регуляции биомассы и продуктивности Mentha piperita L. при выращивании в условиях закрытой системы Синерготрон. Приведены результаты модуляции световых параметров культивирования и использование обработок низкими концентрациями пептида за счет изменения интенсивности роста и формирования вегетативной массы. Установлено, что закрытая система позволяет выявлять тонкие механизмы изменения растений и их морфологии и метаболизма при применении вегетационных индексов GLI, EXG, VARI и традиционных критериев продуктивности, открывая новые возможности в разработке современных подходов в биотехнологии эфиромасличных растений.
Ключевые слова: светодиодное освещение, вегетационные индексы, обработка изображений, Mentha piperita L.
Статья получена: 09.07.2024
Статья принята: 05.08.2024
ВВЕДЕНИЕ
Мята перечная (мята английская, мята холодная) (Mentha piperita L.) – многолетнее травянистое растение семейства яснотковых (Lamiaceae), ценное эфиромасличное и лекарственное растение. Из свежесобранной надземной массы получают эфирное масло, которое обладает успокаивающим и спазмолитическим действием и используется как освежающее и антисептическое средство. Из эфирного масла выделяют ментол – обезболивающее средство, входящее в состав многих комплексных препаратов, используемых в виде масляных и спиртовых настоек [1]. Кроме того, листья и соцветия мяты перечной широко применяются в кондитерской и ликероводочной промышленности, а также в кулинарии многих народов как пряно-ароматическое и пряно-вкусовое растение. Входящие в ее состав физиологически активные вещества улучшают вкусовые качества продуктов и усиливают их усвояемость, благоприятно влияют на обмен веществ, деятельность нервной и сердечно-сосудистой систем человека [2]. Наиболее крупными производителями мяты перечной и продуктов ее переработки являются аграрии Индии, Китая, Японии, Северной Кореи, США, Парагвая, Таиланда, Тайваня и Вьетнама. Лидером в производстве эфирного масла является Индия. Прогнозируемый рост производства масла мяты и связанных с ним продуктов, спрос на которые неуклонно растет, будет увеличиваться в пределах 3–5% в год [3].
Для обеспечения круглогодичного потребления свежей зеленой массы мяты в большинстве районов Российской Федерации оптимальным является выращивание растений в условиях защищенного грунта, благодаря развитию современных агротехнологий и использованию специального оборудования с контролируемым микроклиматом по параметрам освещения, влажности, подачи питательного раствора и углекислого газа, надлежащей аэрации и т. д. [4]. При этом важнейшим лимитирующим фактором остается освещение, влияющее как на продуктивность, так и на качественные характеристики. Установлен ряд фундаментальных положений о роли спектра и интенсивности фотосинтетически активной радиации в формировании наиболее важных составляющих продукционного процесса [5, 6].
Количество и качество света (в особенности интенсивность, спектральный состав и фотопериод) влияют на проявление свойств определенного генотипа, экспрессию его генов, рост и метаболизм растений, биосинтез вторичных метаболитов и во взаимодействии с другими важными параметры среды культивирования определяют физиологическое состояние и продуктивность растений [1, 7].
В контролируемых условиях закрытых систем фитотронов имитацию солнечного спектра осуществляют за счет использования специальных фотоламп, спектральный состав которых обладает максимальным фотосинтетическим воздействием на растения и способствует активации адаптационного потенциала растений, регуляции метаболизма, что в конечном итоге приводит к оптимизации продукционного процесса [8]. Также следует отметить, что световое модулирование может повысить биомассу и улучшить пищевую ценность потребляемой человеком продукции [9]. Минимальным требованием для выращивания зеленных культур считается смесь синего (B) и красного (R) света с длинами волн 660 и 450 нм [10]. Однако длительное освещение исключительно красным светом может привести к «синдрому красного света», который характеризуется понижением фотосинтетической активности, низким максимальным квантовым выходом флуоресценции хлорофилла (Fv / Fm) и нарушением накопления содержания углеводов, приводящим к снижению роста [11]. Добавление синего спектра может эффективно предотвращать такие нарушения [12]. Таким образом, красный и синий спектры взаимодополняют друг друга, способствуя формированию высокопродуктивных растений. Красный свет благоприятствует вегетативным процессам, тогда как синий усиливает синтез различных фитохимических веществ, таких как полифенолы, антоцианы, витамин С и другие метаболиты [13]. В настоящее время в промышленных светодиодных фитосветильниках в качестве основных используются светодиоды синего и красного света, что считается экономически наиболее выгодным [14]. Тем не менее мнение специалистов о том, какие технологии освещения и длины волн света лучше всего подходят для выращивания растений пока не окончательно сформировано. Вероятно, это вызвано тем, что исследования фотобиологии, изучающие влияние различных длин волн света на продуктивность растений, в течение нескольких десятилетий давали противоречивые результаты [15].
Считается, что наиболее благоприятные результаты могут быть достигнуты за счет коррекции или расширения спектрального диапазона, использования белого света и сочетания R, B, G и FR [16]. Так, добавление FR-излучения 730 нм перед сбором урожая увеличивает скорость роста и содержание антиоксидантов, синтез других биологически активных соединений [17]. Широкий спектр облучения, распространяющийся на зеленый (G) диапазон волн, становится возможен в связи с использованием белых светодиодов для повышения эффективности фотосинтеза, а УФ-А излучение стимулирует выработку биоактивных молекул и снижает содержание нитратов [18]. Белый свет с дополнительным красным светом является перспективным световым спектром для повышения эффективности фотосинтеза сельскохозяйственных культур, учитывая ключевую роль красного света в обеспечении роста и сигнальных функций растений. По данным [19] выращивание растений капусты с использованием белых светодиодов более эффективно, чем со стандартными сине-красными светодиодами. Исследования [20] по выращиванию зеленого лука показали, что добавление к белому свету синего в пропорции 3 : 1 более эффективно, чем освещение только белым светом, тогда как монохроматический синий значительно снизил скорость фотосинтеза и фенестрированный слой ткани. В целом вопрос об оптимальном спектральном составе и видах освещения (белый свет, полноспектральное освещение, комбинация разных видов монохроматического излучения) с учетом индивидуальных особенностей разных культур и сортов все еще остается открытым и требует глубокого изучения.
Другим способом повышения урожайности является применение биостимуляторов. Поли-γ-глутаминовая кислота (γ-PGA) и poly-γ-glutamic acid super absorbent polymer (γ-PGA SAP) представляют собой полипептид, полученный путем микробной ферментации. Предыдущие исследования сообщили о положительном влиянии использования γ-PGA и γ-PGA SAP на растения пшеницы, кукурузы, шпината. Их использование увеличило урожайность культур и повысило выживаемость растений в условиях абиотического стресса [21–23]. Однако применение γ-PGA SAP при выращивании эфиромасличных культур остается ограниченным, а информация об их относительной эффективности отсутствует.
Чтобы решить эту проблему, в данном исследовании поставлена задача оценить влияние действия освещения в сочетании с дополнительным применением биостимулятора на пигментный состав листьев мяты, урожайность и как следствие выхода эфирного масла растений мяты перечной сорта Ароматное наслаждение.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Растения Mentha piperita L. сорта Ароматное наслаждение выращивали в контейнерах при двух типах освещения (белый свет (W I и W II, соответственно с обработкой пептидом γ-PGA SAP и без обработки) и узкополосный спектральный свет (рис. 1, 2), имитирующий естественное освещение (F I и F II – с обработкой пептидом γ-PGA SAP и без обработки) со световым днем 16 / 8 и температурными условиями 26 / 22 °C в модуле Синерготрон ИСР11.02.140 (ИСР, Москва).
Интенсивность облучения PFD по всем спектральным линиям в опыте и контроле составляла в контроле 955,1, в опыте 905,5 мкмоль / м2 / с (табл. 1). Фотосинтетическая часть спектра PPFD составила соответственно 765,3 и 824,5 мкмоль / м2 / с. Интенсивность по отдельным спектрам представлена в табл. 1.
В ходе проведения испытаний светильника нами были выделены основные характеристики освящения влияющих на фотосинтез.
PPFD (плотность потока фотосинтетических фотонов) измеряет количество фотонов в секунду, падающих на квадратный метр площади поверхности. Имеет решающее значение для определения интенсивности света, доступного для фотосинтеза. Выражается в мкмоль / м2 / с.
PFD (плотность фотосинтетического потока) –измерения спектра, который охватывает PPFD и другие длины волн света. Это важно для оценки общей освещенности, влияющей на рост растений. Выражается в мкмоль / м2 / с.
IRR (инфракрасное излучение длины волн от 760 нм до 1 мм) – относится к той части электромагнитного спектра, которую растения не используют для фотосинтеза, но которая может косвенно влиять на здоровье и рост растений, например, влияя на регулирование температуры. Высокая температура окружающего воздуха, влажность и низкий уровень воздушной циркуляции могут в сочетании с лучистым теплом вызвать тепловой стресс, потенциально приводящий к тепловым повреждениям.
Пик на длине волны 450 нм в белых светодиодах обусловлен внутренними свойствами полупроводникового материала нитрида индия-галлия InGaN, используемого в конструкции светодиода. Добавление люминофорного покрытия позволяет светодиоду преобразовывать значительную часть синего света в более длинные волны, что приводит к восприятию белого света. Этот процесс позволяет создавать эффективные, универсальные и экономичные световые решения, которые точно имитируют естественный свет.
В контейнерах культивировали по 5 растений для каждого режима (W I и W II; F I и F II) и поддерживали одинаковые режимы подкормки и полива на протяжении всего эксперимента. Половина растений мяты на стадии вегетации методом внекорневой подкормки были двукратно обработаны (интервал между обработками 10 суток) раствором пептида γ-PGA SAP в концентрации 10–4. Растения выращивали в контролируемых условиях до начала цветения. На 10‑й день после второй обработки (1 периода) и перед уборкой урожая (2 период) проводили определение спектральных характеристик растений мяты.
Фенотипические характеристики мяты перечной использовали для определения расчетных количественных показателей по окраске надземных органов. Прижизненное определение спектральных характеристик надземных органов мяты проводили сразу после извлечения из закрытой системы. Для оценки использовали три рандомизированно выбранных контейнера, содержащих одно растение каждого варианта. Для расчета визуальных индексов использовали средние значения, полученные при сканировании растений на основе анализа RGB-изображений. Для получения изображений использовали Феносканер Синерготрон ИСР02–01 (ИСР, Москва, Россия). Для оценки состояния растений рассчитывали индексы на основе предложенных ранее. Для расчета индексов состояния использовали усредненные показатели RGB: VARI – алгоритмы дистанционной оценки доли растительности [24]; EXG – цветовые показатели условий освещенности для идентификации растений [25]; и GLI – документирование воздействия выпаса [26].
Указанные индексы GLI, EXG и VARI рассчитывали на основе средних значений, полученных при сканировании растений на основе анализа RGB-изображений [27, 28]. Для получения изображений использовали Феносканер Синерготрон ИСР02-01 (ИСР, Москва, Россия). В эти же сроки на живых препаратах проводили биометрический анализ железистых трихом на листьях мяты с использованием цифрового микроскопа a Keyence VHX‑1000E digital microscope (Itasca, IL, USA). Урожайность и выход эфирного масла растений мяты проводили согласно модифицированной методике [29].
При статистической обработке результатов опыта использовали программы Microsoft Exсel и Past V 3.0. Определяли среднее значение показателей (М), стандартные ошибки средней (±SEM) и доверительный интервал при 95% доверительного уровня. Различия между вариантами были достоверны при P ≤ 0,05.
Для получения графика спектральной составляющей используемого освещения был использован Spectral PAR Meter PG100N – Портативный измеритель, который измеряет дальность действия источников света в нескольких режимах, вы сможете создать подробный отчет об испытаниях спектра, который поможет оптимизировать среду роста растений за счет эффективного управления освещением. С его помощью были получены индексы PPFD, PFD и IRR.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Растения мяты F I и W I исходных (контрольных) линий не имели статистически значимых различий по размерам и габитусу надземной части. Однако растения W I и W II имели немного более длинные междоузлия и более зеленую листву по сравнению с растениями F I и в идентичных условиях выращивания (рис. 3). Двукратная внекорневая подкормка пептидом γ-PGA SAP растений мяты линий как F II, так и W II привела к некоторым видимым изменениям – увеличились размеры растений по сравнению с контрольными линиями W I и F I, однако это рост был статистически не достоверным. Наиболее заметные различия заключались в изменении в цвете листовой пластинки, что показано в индексах цвета RGB на каждом изображении.
Сравнительная оценка состояния контрольных и обработанных γ-PGA SAP пептидом растений, выращенных при двух типах освещения, проведенная с использованием расчета трех вегетационных индексов, позволяет достоверно выявить изменения состояния растений после воздействия обработки пептидом (рис. 4). Все три показателя показали существенные различия между состоянием растений выращенных при освещении белым светом и узкополосным спектральным светом. Обработка γ-PGA SAP пептидом растений, выращенных при освещении узкополосным спектральным светом, улучшила фотохимические показатели растений, рост индексов GLI, EXG и VARI к моменту уборки урожая растений мяты составил от 57 до 71%. Тогда как у растений, выращенных при белом свете, к моменту уборки урожая обработка γ-PGA SAP пептидом растений практически нивелировалась, показатели вегетационных индексов GLI и VARI остались на первоначальном уровне. И только индекс EXG увеличился на 11,5%.
Анализ данных показывает, что индексы GLI и EXG позволяют достоверно различать состояние контрольных и обработанных γ-PGA SAP пептидом растений при всех изученных параметрах. А индекс VARI менее эффективен для различия контрольных и опытных растений.
Если сравнить изменения спектральных характеристик растений, выращенных при двух типах освещения, а также после обработки γ-PGA SAP пептидом, то наиболее стабильным показателем оказался синий спектр, который практически не изменился во всех четырех вариантах опыта. Показатели интенсивности в красном спектре снизились у обработанных γ–PGA SAP пептидом растений как у образцов W II, так и у образцов F II, причем снижение у растений, выращенных при узкоспектральном свете было существенно больше. Контрольные растения, выращенные как при белом спектре, так и при узкополосном спектральном свете, показали более высокую чувствительность интенсивности окраски в зеленом диапазоне, которая снижалась после обработки γ-PGA SAP пептидом, при этом уровень интенсивности зеленого цвета варианта F II становился сравнимым со значением у растений варианта W II.То есть обработанные γ-PGA SAP пептидом растения мяты сохраняли целостность структур фотосистемы, что способствовало нормальному протеканию биохимических процессов в растениях.
Эфирное масло генерируется и хранится в секреторных железах во всех органах надземной части растений мяты (стеблях, листьях, чашечке, венчике). Причем максимальное их количество расположено на цветках, листьях среднего и верхнего ярусов, минимальное количество – на стеблях растений. С ростом и увеличением размеров листьев и цветков формируются все новые железы, при этом развитие желез достаточно быстрый процесс. На листьях мяты формировались железы несколько меньших размеров, чем на венчике цветков мяты (табл. 2). Причем на абаксиальной стороне листа у контрольных растений варианта FI диаметр желез был больше, чем у растений WI. Обработка γ-PGA SAP пептидом растения мяты обоих вариантов нивелировала данное расхождение – диаметр желез был в целом аналогичный.
Плотность желез на листьях верхнего яруса растений как в 1 период, так и во 2 период отбора образцов, выращенных при узкополосном спектральном свете, было существенно выше, чем у растений, выращенных при белом свете. Максимальная плотность секреторных желез при их больших размерах, зафиксированная у растений вариантов FI и FII, обусловила более высокий выход эфирного масла у образцов мяты – в 1,1 раза по сравнению с растениями WI и WII. Обработка γ-PGA SAP пептидом растения мяты обоих вариантов привела увеличению урожайности (на 9,4% в варианте FII и 7,0% в варианте WII) и к увеличению выхода эфирного масла на 11,6 и 11,0% соответственно.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
По нашим данным, использование закрытых биологических систем позволяет оптимизировать исследования воздействия оптического излучения в сочетании с использованием биохимических препаратов на процесс выращивания эфиромасличных растений. Освещение растений мяты узкополосным светом полного спектра позволяет сформироваться на листьях верхнего яруса эфиромасличным железам более крупного диаметра и более высокой плотности, что обеспечивает увеличение выхода эфирного масла. Обработка растений мяты γ-PGA SAP пептидом также повышает урожайность и способствует увеличению продуктивности растений.
БЛАГОДАРНОСТЬ
Работа над данной статьей проводилась в рамках выполнения государственного задания ГБС РАН (№ 122042700002-6) («Биологическое разнообразие природной и культурной флоры: фундаментальные и прикладные вопросы изучения и сохранения») и ВНИИСБ (№ 0431-2022-0003). Результаты работы получены с использованием модулей «Синерготрон ИСР11.02.140» (АНО «Институт стратегии развития).
REFERENCES
Shelepova O. V., Baranova E. N., Tkacheva E. V., Evdokimenkova Y.B, Ivanovskii A. A., Konovalova L. N., Gulevich A. A. Aromatic Plants Metabolic Engineering: A review. Agronomy, 2022, 12, 3131. DOI: 10.3390/agronomy12123131
Malysheva A. G., Shelepova O. V., Yudin S. M. Transformation of the component structure of essential oil and volatile allocation of plants under the impact of artificial lighting. Gigiena i Sanitariya.2019; 98(11): 1228–1234. DOI: 10.18821/0016‑9900‑2019‑98‑11‑1228‑1234.
Малышева А. Г, Шелепова О. В., Юдин С. М. Трансформация компонентного состава эфирного масла и летучих выделений растений под влиянием искусственного освещения. Гигиена и санитария. 2019;98(11):1228–1234. DOI: 10.18821/0016‑9900‑2019‑98‑11‑1228‑1234).
Gupta S., Kumar A., Gupta A. K., Jnanesha A. C. et al. Industrial mint crop revolution, new opportunities, and novel cultivation ambitions: A review. Ecological Genetics and Genomics. 2023; 27: 100174. https://doi.org/10.1016/j.egg.2023.100174.
Sharma A., Hazarika M., Heisnam P. et al. Controlled Environment Ecosystem: A plant growth system to combat climate change through soilless culture. Crop Design. 2024; 3: 100044. https://doi.org/10.1016/j.cropd.2023.100044
Al Murad M., Razi K., Jeong B. R. et al. Light emitting diodes (LEDs) as agricultural lighting: Impact and its potential on improving physiology, flowering, and secondary metabolites of crops. Sustainability. 2021; 13(4): 1985. DOI: 10.3390/su13041985
Nájera C., Gallegos-Cedillo V.M., Ros M., Pascual J. A. Role of spectrum-light on productivity, and plant quality over vertical farming systems: bibliometric analysis. Horticulturae. 2023; 9(1): 63. https://doi.org/10.3390/horticulturae9010063
Sena S., Soni Kumari S., Kumar V., Husen A. Light emitting diode (LED) lights for the improvement of plant performance and production: A comprehensive review. Current Research in Biotechnology. 2024; 7: 100184. https://doi.org/10.1016/j.crbiot.2024.100184
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. Journal of Plant Growth Regulation, 2022; 41(2): 742–780. DOI: 10.1007/s00344‑021‑10337‑y
Liu R. H. Health-Promoting Components of Fruits and Vegetables in the Diet. Advances in Nutrition. 2013; 4(3): 384S‑392S. https://doi.org/10.3945/an.112.003517
Ahmed H. A., Yu-Xin T., Qi-Chang Y. Optimal control of environmental conditions affecting lettuce plant growth in a controlled environment with artificial lighting: a review. South African Journal of Botany. 2020; 130: 75–89.
Miao Y., Chen Q., Qu M., Gao L., Hou L. Blue light alleviates ‘red light syndrome’ by regulating chloroplast ultrastructure, photosynthetic traits and nutrient accumulation in cucumber plants Scientia Horticulturae. 2019; 257: 108680. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2019.108680
Zha L., Liu W., Yang Q. et al. Regulation of ascorbate accumulation and metabolism in lettuce by the red: blue ratio of continuous light using LEDs. Frontiers in Plant Science. 2020; 11.
Wong C. E., Teo Z. W.N., L. Shen L. H. Yu Seeing the lights for leafy greens in indoor vertical farming. Trends Food Science and Technology. 2020; 106: 48–63. 10.1016/j.tifs.2020.09.031
Boros I. F., Székely G., Balázs L., Csambalik L., Sipos L. Effects of LED lighting environments on lettuce (Lactuca sativa L.) in PFAL systems – A review. Scientia Horticulturae. 2023; 321: 112351. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2023.112351
Wu B.-S., Mansoori M., Schwalb M. et al. Light emitting diode effect of red, blue, and amber light on photosynthesis and plant growth parameters. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology. 2024; 256: 112939. https://doi.org/10.1016/j.jphotobiol.2024.112939
Nozue H., Gomi M. Usefulness of broad-spectrum white LEDs to envision future plant factory T. Kozai (Ed.), Smart Plant Factory: The Next Generation Indoor Vertical Farms, Springer, Singapore (2018), pp. 197–210, https://doi.org/10.1007/978-981-13-1065-2_13
Lee M.-J., Park S.-Y., Oh M.-M. Growth and cell division of lettuce plants under various ratios of red to far-red light-emitting diodes. Horticultural and Environmental Biotechnology. 2015; 56: 186–194. https://doi.org/10.1007/s13580-015-0130-1
Thilini Deepashika Perera W.P, Navaratne S., Wickramasinghe I. Impact of spectral composition of light from light-emitting diodes (LEDs) on postharvest quality of vegetables: a review. Postharvest Biology and Technology. 2022; 191: 111955.
Metallo R. M., Kopsell D. A., Sams C. E., Bumgarner N. R. Influence of blue/red vs. white LED light treatments on biomass, shoot morphology, and quality parameters of hydroponically grown kale. Scientia Horticulturae. 2018; 235: 189–197. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2018.02.061
Gao S., Wang K., Li N. et al. The growth and photosynthetic responses of white LEDs with supplemental blue light in green onion (Allium fistulosum L.) unveiled by Illumina and single-molecule real-time (SMRT) RNA-sequencing. Environmental and Experimental Botany. 2022; 197: 104835. https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2022.104835
Sasani M., Ahmadzade M., Besharati H., Mirzadi Gohari A. Optimization of gamma polyglutamic acid (γ-PGA) production by Bacillus velezensis and its effect on increasing wheat growth and biocontrol of Bipolaris sorokiniana causal agent of common root rot of wheat. Biological Control of Pests and Plant Diseases, 2022, 11(2), 69–82. https://doi.org/10.22059/JBIOC.2023.364379.322
Wang, Z.; Yang, R.; Liang, Y.; Zhang, S.; Zhang, Z.; Sun, C.; Yang, Q. Comparing efficacy of different biostimulants for hydroponically grown lettuce (Lactuca sativa L.). Agronomy. 2022; 12(4): 786. DOI: 10.3390/agronomy12040786
Guo J., Zhang J., Zhang K., Li S., Zhang Y. Effect of γ-PGA and γ-PGA SAP on soil microenvironment and the yield of winter wheat. Plos one, 2023, 18(7), e0288299. DOI: 10.1371/journal.pone.0288299
Gitelson A. A., Kaufman Y. J., Stark R., Rundquist D. Novel algorithms for remote estimation of vegetation fraction. Remote Sensing Environment. 2002, 80, 76–87.
Woebbecke D. M., Meyer G. E., VonBargen K., Mortensen D. A. Color indicators for weed identification under various soil, residue, and lighting conditions. Transactions ASAE 1995; 38: 259–269.
Louhaichi M., Borman M. M., Johnson D. E. Spatially located platform and aerial photography for documentation of grazing impacts on wheat. Geocarto International 2001; 16: 65–70.
Baranova E. N.; Kononenko N. V.; Lapshin P. V.; Nechaev T. L. et al. Superoxide Dismutase Premodulates Oxidative Stress in Plastids for Protection of Tobacco Plants from Cold Damage Ultrastructure Damage. International Journal of Molecular Sciences. 2024; 25(10): 5544. DOI: 10.3390/ijms25105544
Baranova E. N., Shelepova O. V., Zolotukhina A. A., Nesterov G. V., Sudarikov K. A., Latushkin V. V., Gulevich A. A. Application of optical methods for assessing physiological damage to wheat flag leaves. Photonics Russia. 2024; 18(4): 320–330. DOI: 10.22184/1993‑7296.FRos.2024.18.4.320.330
Баранова Е. Н., Шелепова О. В., Золотухина А. А., Нестеров Г. В., Судариков К. А., Латушкин В. В., Гулевич А. А. Применение оптических методов для оценки физиологических повреждений флаговых листьев пшеницы. Фотоника. 2024; 18(4): 320–330. DOI: 10.22184/1993‑7296.FRos.2024.18.4.320.330
Shelepova O. V.; Olekhnovich L. S., Konovalova L. N., Khusnetdinova T. I., Gulevich A. A., Baranova E. N. Assessment of essential oil yield in three mint species in the climatic conditions of Central Russia. Agronomy Research, 2021, 19(4), 1970–1980. DOI 10.15159/AR.21.113
АВТОРЫ
О. В. Шелепова, к. б. н., в. н. с., Главный ботанический сад им. Н. В. Цицина РАН, Москва, Россия. ORCID: 0000-0003-2011-6054
Е. Н. Баранова, к. б. н., в. н. с., н. с., Главный ботанический сад им. Н. В. Цицина РАН, Москва, Россия.
ORCID: 0000-0001-8169-9228
К. А. Судариков, инженер- исследователь, АНО Институт стратегии развития, Москва, Россия.
ORCID: 0009-0005-8734-1223
Л. С. Олехнович, к. б. н., н. с., Главный ботанический сад им. Н. В. Цицина РАН, Москва, Россия.
Л. Н. Коновалова, н. с., Главный ботанический сад им. Н. В. Цицина РАН, Москва, Россия.
В. В. Латушкин, к. б. н., c. н. с., АНО Институт стратегии развития, Москва, Россия.
ORCID: 0000-0003-1406-8965
П. А. Верник, в. н. с., АНО Институт стратегии развития, Москва, Россия.
ORCID: 0000-0001-5850-7654
А. А. Гулевич, к. б. н., c. н. с., Всероссийский научно- исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии, Москва, Россия.
ORCID: 0000-0003-4399-2903
КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ
Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов. Все авторы приняли участие в написании статьи и дополнили рукопись в части своей работы.
ВКЛАД ЧЛЕНОВ АВТОРСКОГО КОЛЛЕКТИВА
Статья подготовлена на основе работы всех членов авторского коллектива.
Отзывы читателей
