Система биообратной связи для управления светом в фотосинтезе

Контролируемое сельское хозяйство становится важной частью глобальной продовольственной системы. Однако такие «заводы по производству растений» (вертикальные фермы) дороги в эксплуатации, отчасти из-за высокого энергопотребления светодиодных ламп.

Для адаптации освещения к потребностям растений исследователи разработали и протестировали систему биообратной связи. «Контроль интенсивности света на основе способности растений эффективно его использовать может существенно снизить энергозатраты на LED-освещение», — сказал ван Ирсел.

В экспериментах с салатом, эпипремнумом и бататом использовался светодиод мощностью 400 Вт. С помощью измерений флуоресценции хлорофилла регистратор данных определял эффективность использования света растениями. Эти данные использовались для расчёта скорости транспорта электронов (ETR) — индикатора фотосинтеза. Затем регистратор изменял рабочий цикл светодиодов, чтобы обеспечить больше или меньше света.

Целевой показатель ETR изменялся ступенчато в течение 15 часов. Система биообратной связи автоматически регулировала уровень освещённости для достижения заданного ETR. При увеличении целевого ETR уровень света также возрастал. При этом усиливалось преобразование световой энергии в тепло (распространённый способ защиты растений от избытка света), а эффективность использования света снижалась.

Когда целевой ETR снижался в последние 7 часов, преобразование света в тепло значительно уменьшалось у салата и эпипремнума, с лишь небольшим ростом эффективности использования света. «Это говорит о том, что эффективность использования света у этих видов была ограничена процессом, отличным от преобразования в тепло, вероятно, светоиндуцированным повреждением фотосинтетического аппарата в листьях», — отметили авторы.

«Система биообратной связи успешно поддерживала широкий диапазон значений ETR у разных видов, а также способна различать преобразование света в тепло и повреждение фотосинтетического аппарата как причины снижения эффективности использования света», — заявили авторы. Система имеет потенциал для применения в контролируемом сельском хозяйстве и фундаментальных исследованиях физиологии растений.