Учёные определили оптимальную продолжительность сумерек для роста растений
Исследователи выяснили, какие генетические процессы лежат в основе того, как растения обнаруживают сумерки, и как сумерки влияют на рост.
«Мы получили удивительные результаты: сумерки оказывают очень значительный эффект на ключевые сельскохозяйственные признаки, такие как время цветения и рост», — говорит доцент Р. Глен Уриг.
В исследовании, опубликованном в журнале Science Advances, учёные смоделировали сумеречные условия в контролируемой камере роста и наблюдали за реакцией растения Arabidopsis — модельного растения, родственника рапса.
Растения подвергали воздействию постепенно увеличивающейся продолжительности сумерек (от 0 до 90 минут). Было отмечено, что растения становились крупнее, с большим количеством цветов и биомассы при 30-минутных сумерках по сравнению с более короткими или длительными периодами.
Это открытие имеет огромные перспективы для сельскохозяйственной селекции и растениеводства. Культуры, выращиваемые в поле, можно выводить так, чтобы они были более чувствительны к сумеречным условиям, регулируя время сбора урожая и повышая урожайность.
Для вертикального земледелия или тепличных хозяйств изменения в условиях освещения с включением сумерек могут дать аналогичные положительные результаты и повысить урожайность.
Ранее считалось, что на рост растений влияют две ключевые переменные — фотопериод и температура, но о влиянии сумерек было мало известно из-за технических ограничений.
Теперь, благодаря технологиям, сумерки можно изучать как отдельную переменную. Команда использовала оборудование от G2V Optics для создания «рецептов» шестидиапазонного LED-освещения (специфических комбинаций длин волн и интенсивности света) с полностью программируемой интенсивностью.
Измерения проводились с помощью камеры и программного анализа изображений, а также ряда передовых молекулярных инструментов.
Во время сумерек в растениях происходят два ключевых процесса: обнаружение света и фотосинтез. Сначала срабатывает детекция света, и при достижении определённой интенсивности запускается фотосинтез.
Рост и цветение по-разному реагировали на разное время экспозиции, что говорит о сложном влиянии сумерек на развитие растений.
«Мы считаем, что именно сумерки разделяют детекцию света (что может быть больше связано со временем цветения) и фотосинтез (что больше связано с ростом)».
Для изучения молекулярных механизмов учёные исследовали линию растений с дефицитом гена и изменёнными циркадными ритмами, поскольку рост и развитие растений на высшем уровне регулируются циркадными часами.
«В этот сумеречный период происходит что-то невероятно интересное, чего ранее не наблюдали», — заключает Уриг.