Научная статья на тему 'Фотосинтез и продуктивность у растений базилика ( Ocimum basilicum L. ) при облучении различными источниками света'

Фотосинтез и продуктивность у растений базилика ( Ocimum basilicum L. ) при облучении различными источниками света Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

CC BY
1688
373
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
БАЗИЛИК / ФОТОСИНТЕЗ / РОСТ / СВЕТОДИОДНЫЕ ОБЛУЧАТЕЛИ / ИНДУКЦИОННЫЕ ЛАМПЫ / BASIL / PHOTOSYNTHESIS / LED

Аннотация научной статьи по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству, автор научной работы — Полякова М. Н., Мартиросян Ю. Ц., Диловарова Т. А., Кособрюхов А. А.

Повышение эффективности выращивания растений в светокультуре во многом связано с внедрением прогрессивных технологий, в том числе предусматривающих оптимизацию светового режима. Применение современных источников света светодиодных облучателей (СД) или индукционных ламп позволяет резко сократить энергозатраты на выращивание растений за счет высокой светоотдачи, длительного рабочего ресурса и возможности регулировать спектр облучения. Мы провели сравнительное изучение ростовых процессов и активности фотосинтетического аппарата у растений базилика ( Ocimum basilicum L.) сорта Арарат при использовании светодиодного облучателя и индукционной лампы с энергетической мощностью соответственно 64 и 150 Вт. Интенсивность света под СД белого света составляла 80-85 мкмоль фотонов•м -2•с -1, при облучении индукционной лампой 240-260 мкмоль фотонов•м -2•с -1. Исследовали СО 2 газообмен, содержание пигментов и ростовые процессы у растений, выращиваемых в условиях гидропоники. Скорость фотосинтеза под индукционной лампой была более чем в 2 раза выше по сравнению с СД (соответственно 2,6±0,4 и 1,2±0,3 мкмоль СО 2•м -2•с -1), хотя наблюдалось некоторое снижение содержания суммы хлорофиллов а + b (0,71±0,01 по сравнению с 0,83±0,03 мг/г сухой массы при СД облучении). Более чем 2-кратное увеличение скорости фотосинтеза не реализовалось в таком же повышении накопления биомассы растениями, что может быть связано с различным световым насыщением ростовых процессов и фотосинтеза. Эффективность накопления биомассы в расчете на 1 Вт энергетической мощности за 40 сут при облучении СД была в 1,7 раза выше, чем при облучении индукционной лампой. Достоверных различий в фотосинтетической эффективности не обнаружено. При повышенной концентрации СО 2 в воздухе скорости фотосинтеза были сопоставимы за счет более высоких значений квантового выхода фотосинтеза, активности рибулозо-1,5-бисфосфаткарбоксилазы/оксигеназы и эффективности карбоксилирования у СД растений. Таким образом, исследование структурно-функциональных показателей фотосинтетического аппарата и ростовых процессов показало сложный характер изменения части из них при длительном воздействии света различной интенсивности и спектрального состава.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству , автор научной работы — Полякова М. Н., Мартиросян Ю. Ц., Диловарова Т. А., Кособрюхов А. А.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

PHOTOSYNTHESIS AND PRODUCTIVITY OF BASIL PLANTS ( Ocimum basilicum L.) UNDER DIFFERENT IRRADIATION

Improving the efficiency of growing plants in phytotrons is largely linked to the introduction of advanced technologies, providing the optimization of the light conditions. The use of modern light sources such as light emitting diodes (LEDs) or induction lamps can reduce the energy consumption for growing plants due to the high light output, long work and control of the spectrum of irradiation. Comparative studies of growth processes and activity of the photosynthetic apparatus of plants of Basil ( Ocimum basilicum L.) variety Ararat, when using LEDs and induction lamps with an energy capacity of 64 and 150 W, respectively were done. The light intensity was 80-85 µmol photons•m -2•s -1 under LEDs white light and 240-260 µmol photons•m -2•s -1 under induction lamps. CO 2 gas exchange, the content of pigments and growth processes in plants grown in hydroponic conditions were estimated. The rate of photosynthesis under induction lamp was more than 2 times higher than under LEDs (2.6±0.4 and 1.2±0.3 µmol CO 2•m -2•s -1, respectively), although there was a slight decrease in the content of the chlorophylls (a + b) to 0.71±0.01 mg/g dry weigh compared to 0.83±0.03 for LEDs. More than twofold increase in the rate of photosynthesis did not result in the same increase in the accumulation of plant biomass that may be connected with different light saturation of growth processes and photosynthesis. The efficiency of biomass accumulation per 1 W of energy power for a period of 40 days under LEDs was 1.7 times higher than under the irradiation of induction lamp. Significant difference in photosynthetic efficiency was not detected. At elevated concentrations of CO 2 the rates of photosynthesis were comparable as a result of higher values of the quantum yield of photosynthesis, activity ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase (RUBISCO) and the efficiency of carboxylation in LEDs plants. The investigation of structural and functional parameters of the photosynthetic apparatus and growth processes under the action of different light intensity showed the complex nature of the changes of some processes during long-term exposure to light of different intensity and spectral composition.

Текст научной работы на тему «Фотосинтез и продуктивность у растений базилика ( Ocimum basilicum L. ) при облучении различными источниками света»

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2015, том 50, № 1, с. 124-130

Светокультура: основы технологий

УДК 635.713:581.132:581.174.1:535-1/-3 doi: 10.15389/agrobiology.2015.1.124rus

ФОТОСИНТЕЗ И ПРОДУКТИВНОСТЬ У РАСТЕНИЙ БАЗИЛИКА (Ocimum basilicum L.) ПРИ ОБЛУЧЕНИИ РАЗЛИЧНЫМИ ИСТОЧНИКАМИ СВЕТА

М.Н. ПОЛЯКОВА1, Ю.Ц. МАРТИРОСЯН1, Т.А ДИЛОВАРОВА1,

А.А. КОСОБРЮХОВ1, 2

Повышение эффективности выращивания растений в светокультуре во многом связано с внедрением прогрессивных технологий, в том числе предусматривающих оптимизацию светового режима. Применение современных источников света — светодиодных облучателей (СД) или индукционных ламп позволяет резко сократить энергозатраты на выращивание растений за счет высокой светоотдачи, длительного рабочего ресурса и возможности регулировать спектр облучения. Мы провели сравнительное изучение ростовых процессов и активности фотосинтетического аппарата у растений базилика (Ocimum basilicum L.) сорта Арарат при использовании светодиодного облучателя и индукционной лампы с энергетической мощностью соответственно 64 и 150 Вт. Интенсивность света под СД белого света составляла 80-85 мкмоль фотонов • м-2 •с-1, при облучении индукционной лампой — 240-260 мкмоль фотонов • м-2 •с-1. Исследовали СО2 газообмен, содержание пигментов и ростовые процессы у растений, выращиваемых в условиях гидропоники. Скорость фотосинтеза под индукционной лампой была более чем в 2 раза выше по сравнению с СД (соответственно 2,6±0,4 и 1,2±0,3 мкмоль СО2^м-2^с-1), хотя наблюдалось некоторое снижение содержания суммы хлорофиллов а + b (0,71±0,01 по сравнению с 0,83±0,03 мг/г сухой массы при СД облучении). Более чем 2-кратное увеличение скорости фотосинтеза не реализовалось в таком же повышении накопления биомассы растениями, что может быть связано с различным световым насыщением ростовых процессов и фотосинтеза. Эффективность накопления биомассы в расчете на 1 Вт энергетической мощности за 40 сут при облучении СД была в 1,7 раза выше, чем при облучении индукционной лампой. Достоверных различий в фотосинтетической эффективности не обнаружено. При повышенной концентрации СО2 в воздухе скорости фотосинтеза были сопоставимы за счет более высоких значений квантового выхода фотосинтеза, активности рибулозо-1,5-бисфосфаткарбоксилазы/оксигеназы и эффективности карбоксилирова-ния у СД растений. Таким образом, исследование структурно-функциональных показателей фотосинтетического аппарата и ростовых процессов показало сложный характер изменения части из них при длительном воздействии света различной интенсивности и спектрального состава.

Ключевые слова: базилик, фотосинтез, рост, светодиодные облучатели, индукционные лампы.

Многочисленные сорта базилика (Ocimum basilicum L.) пользуются заслуженной популярностью в России. Листья и стебли некоторых видов базилика благодаря содержанию ароматических веществ используют как в свежем, так и в сушеном виде в качестве приправы. В то же время это растение ценится как источник антиоксидантов, способствующих защите организма человека в различных неблагоприятных условиях (1).

Повышение эффективности выращивания растений в светокультуре во многом связано с внедрением прогрессивных технологий, предусматривающих, в частности, оптимизацию светового режима. В настоящее время широко используются светильники с натриевыми и ртутными лампами, которые имеют максимумы поглощения в области 550-600 и 450 нм (2, 3). Применение современных источников света — светодиодных облучателей (СД) позволяет резко сократить энергозатраты на выращивание растений за счет высокой светоотдачи, длительного рабочего ресурса и возможности регулировать спектр излучения. Светодиоды могут служить дополнительными облучателями или полностью заменять традиционные источники света при выращивании растений (4, 5). Положительные результаты при использовании СД были получены для различных культур (6-9).

Более широкое применение в светокультуре растений находят так-

124

же индукционные лампы — энергосберегающие источники света, принцип работы которых основан на электромагнитной индукции и газовом разряде для генерации видимого света. Основное отличие этих ламп от существующих газоразрядных заключается в безэлектродной конструкции, что значительно увеличивает время их службы. По сравнению с диодными облучателями (срок эксплуатации 50 тыс. ч), индукционная лампа рассчитана на 100 тыс. ч эксплуатации. Разработана технология производства специальных высокоэффективных индукционных ламп c высоким световым потоком в необходимой для растений синей и красной областях спектра.

Имеющиеся данные литературы касаются прежде всего изучения действия СД различного спектрального состава на ростовые процессы или фотосинтетические характеристики (10-12) и влияния света различной интенсивности на продукционный процесс растений (13). Тем не менее, несмотря на значительный интерес к проблеме, данных о действии современных источников облучения на рост и развитие растений, активность фотосинтетического аппарата и, в конечном итоге, на урожайность все еще недостаточно.

Целью настоящей работы было сравнительное изучение ростовых процессов и реакции фотосинтетического аппарата у растений базилика при использовании светодиодного источника облучения и индукционной лампы.

Методика. Эксперименты проводили с растениями базилика (Oci-mum basilicum L.) сорта Арарат. Семена высевали непосредственно в разработанные нами гидропонные установки (Всероссийский НИИ биотехнологии), предварительно помещая на 10 мин в слабый раствор перманганата калия и на 3 ч — в раствор биопрепарата альбит (ООО НПФ «Альбит», Россия) (1 г/мл).

При выращивании растений использовали питательный раствор собственной рецептуры, включающий все необходимые макро- и микроэлементы. Температуру воздуха в помещении поддерживали в пределах 2426 °С. Относительная влажность воздуха варьировала от 60 до 75 %. Концентрация СО2 при выращивании составляла 380-400 мкмоль • моль-1. Полный цикл выращивания растений от всходов до уборки урожая составлял в среднем 38-40 сут.

Источниками света служили индукционный и светодиодный облучатели с энергетической мощностью соответственно 150 и 64 Вт. Интенсивность света при облучении светодиодным облучателем белого света (ООО «Фокус», Россия) составляла 80-85 мкмоль фотонов^м-2^с-1, при облучении индукционной лампой (ООО ГК «БСКА», Россия) — 240260 мкмоль фотонов • м-2 •с-1. Для анализов брали по 15 растений в каждом из вариантов.

Интенсивность СО2-газообмена листьев измеряли непосредственно на месте произрастания растений с помощью портативной фотосинтетической системы LCPro+ («ADC BioScientific Ltd.», Великобритания). Для построения углекислотных кривых с помощью микропроцессора газоанализатора устанавливали концентрацию углекислоты в воздухе от 0 до 1600 мкмоль СО2^моль-1. Анализ углекислотной кривой СО2-газооб-мена проводили по модели G.D. Farquhar с соавт. (14) в модификации (15-17). Зависимость скорости видимого фотосинтеза (Фв) от интенсивности света определяли в диапазоне фотосинтетически активной радиации (ФАР) от 0 до 1600 мкмоль фотонов • м-2 •с-1 при концентрации СО2 в воздухе 400 мкмоль^моль-1. Для определения световой зависимости СО2-газообмена листьев последовательно повышали интенсивность света с 0 до

125

1200 мкмоль фотонов^м-2^-1. Световую кривую аппроксимировали моделью J.L. Priol и P. Chartier (18).

Содержание пигментов оценивали после гомогенизации листьев в фарфоровой ступке с добавлением СаСОз и экстракции пигментов 80 % ацетоном. Поглощение хлорофиллов регистрировали на спектрофотометре Spekol-11 («Carl Zeiss», Германия) при длине волны 662 нм (хлорофилл а), 644 нм (хлорофилл b) и 470 нм (каротиноиды) и рассчитывали согласно описанию (19).

Для определения ростовых параметров отбирали 15 растений из каждого варианта. Растения разделяли на надземную и подземную части, взвешивали и высушивали при 70 °С.

В таблицах и на рисунках приведены средние арифметические значения со стандартной ошибкой. Достоверность различий определяли по t-критерию Стьюдента при P = 0,95.

Результаты. Растения базилика, выращенные при облучении индукционным источником света, характеризовались большей активностью фотосинтетического аппарата. Скорость фотосинтеза у листьев 30-суточных растений была более чем в 2 раза выше по сравнению с таковой у растений, выращиваемых под светодиодным облучателем (соответственно 2,6±0,4 и 1,2±0,3 мкмоль С02 •м-2 •с-1).

В условиях, не лимитирующих процесс по СО2 (при повышенной концентрации СО2 в воздухе), скорость фотосинтеза не различалась (табл. 1).

1. Параметры аппроксимации углекислотных кривых С02-газообмена в листьях растений базилика (Ocimum basilicum L.) сорта Арарат с использованием модели G.D. Farquhar с соавт. (9) (Х±х)

Параметр |Индукционная лампа| Светодиоды"

Максимальная скорость поглощения СО2, мкмоль СО2 •м-2 •с-1 8,78±2,53 8,02± 1,61

Скорость темнового выделения СО2, мкмоль СО2 •м-2 •с-1 1,05±0,04 3,27±0,80

Максимальная скорость карбоксилирования, мкмоль СО2 •м-2^-1 7,20±0,82 9,65±0,40

Эффективность карбоксилирования, мкмоль СО2 •м-2 •с-1 •Па-1 0,10±0,04 1,74±0,30

Скорость электронного транспорта при световом насыщении,

мкмоль^м-2^с-1 21,6±0,5 14,9±2,2

Скорость утилизации триозофосфатов, мкмоль^м-2^с-1 4,32±0,60 1,74±0,40

Углекислотный компенсационный пункт, мкмоль СО2 ‘моль-1______ 124± 10 230± 12

Примечание. Энергетическая мощность индукционной лампы — 150 Вт, светодиодного облучателя — 64 Вт. Интенсивность света при облучении светодиодным облучателем белого света (ООО «Фокус», Россия) составляла 80-85 мкмоль фотонов^м-2^-1, при облучении индукционной лампой (ООО ГК «БСКА», Россия) — 240-260 мкмоль фотонов• м-2 •с-1.

Одинаковые значения интенсивности фотосинтеза при повышенной концентрации углекислоты (1200 мкмоль СО2 •моль-1) могли быть связаны с более высоким квантовым выходом у растений под светодиодным облучателем — 0,088 мкмоль СО2 •мкмоль-1 фотонов против 0,056 мкмоль СО2 •мкмоль-1 фотонов у растений, выращенных с индукционной лампой. Таким образом, одним из объяснений наблюдаемых сопоставимых значений скорости фотосинтеза у растений в двух вариантах может быть увеличение квантового выхода при повышении концентрации СО2 в межклетниках у растений под СД-облучателем. Кроме того, действие света различной интенсивности и спектрального состава по-разному сказывалось на активности световых и темновых реакций фотосинтетического аппарата листьев растений. При светодиодном облучении максимальная скорость карбоксилирования и эффективность карбоксилирования были выше по сравнению с аналогичными показателями у растений, выращенных при облучении индукционной лампой, хотя скорость электронного транспорта и утилизации триозофосфатов оказалась ниже (см. табл. 1).

В результате, несмотря на относительно низкие значения интен-

126

сивности света при облучении растений СД по сравнению с индукционной лампой, при повышенной концентрации СО2 скорости фотосинтеза у этих растений были сопоставимы за счет большего квантового выхода фотосинтеза, а также высокой активности рибулозобисфосфат карбоксила-зы/оксигеназы (РБФК/О) и эффективности карбоксилирования у СД растений. Наряду с изменениями функциональной активности фотосинтетического аппарата в условиях светодиодного облучения имело место некоторое увеличение содержания суммы хлорофиллов а + b — 0,83+0,03 по сравнению с 0,71+0,01 мг/г сухой массы под индукционной лампой и величины соотношения хлорофиллов а и b — 4,73+0,31 под СД облучателем и 4,47+0,22 под индукционной лампой. Одновременно наблюдалось снижение содержания каротиноидов — 0,12+0,01 по сравнению с 0,16+0,01 мг/г сухой массы при облучении индукционной лампой.

Несмотря на некоторое уменьшение содержания хлорофиллов при выращивании растений под индукционной лампой, накопление биомассы в этом случае было выше по сравнению с таковым у растений, выращиваемых при светодиодном облучении, за счет более высокой активности фотосинтетического аппарата, а также формирования большей листовой поверхности (табл. 2). Вместе с тем более чем 2-кратное увеличение скорости фотосинтеза не реализовалось в таком же повышении накопления биомассы растениями, что может быть связано с различным световым насыщением ростовых процессов и фотосинтеза, отмеченным еще в работе

H. Н. Протасовой и В.И. Кефели (20). Кроме того, относительно более высокая продуктивность растений при низких интенсивностях света может объясняться концепцией Х.Г. Тооминга (21) о максимальной продуктивности при интенсивности радиации приспособления, когда наблюдается максимальный КПД использования падающей радиации.

При оценке действия различных источников облучения также важно определить их энергетическую эффективность. В нашем случае большая эффективность использования световой энергии растениями наблюдалась при выращивании под светодиодным источником облучения.

Так, при использовании индукционной лампы (240 мкмоль фото-нов^м-2 •с-1) и светодиодного облучателя (80 мкмоль фотонов^ м-2 •с-1) биомасса растения составила соответственно 1538+134 и 997+106 мг, эффективность накопления биомассы листьев в расчете на 1 Вт за 40 сут — соответственно 7,70+0,7 и 13,3+1,4 мг, фотосинтез — 2600+400 и 1200+300 нмоль СО2 •м-2 •с-1, фотосинтетическая эффективность использования энергетической мощности (на 1 Вт) — 13+2 и 16+4 нмоль СО2 •м-2 •с-1. То есть эффективность накопления биомассы листьями в расчете на 1 Вт энергетической мощности за период 40 сут при облучении светодиодом была в

I, 7 раза выше, чем при облучении индукционной лампой. Достоверных различий в фотосинтетической эффективности использования энергетической мощности мы не обнаружили.

Таким образом, выявлены закономерности формирования продуктивности у растений базилика в условиях различной облученности при использовании светодиодов и индукционной лампы. Повышение интенсивности света за счет использования индукционной лампы приводило к большему накоплению биомассы по сравнению с таковым при применении светодиодного источника облучения, однако энергетическая эффективность в последнем случае была выше. Исследование структурно-функциональных показателей фотосинтетического аппарата и ростовых процессов в зависимости от условий освещенности показало сложный характер

127

128

2. Накопление сырой и сухой биомассы и ростовые параметры у растений базилика (Ocimum basilicum L.) сорта Арарат, выращенных под светодиодным и индукционным облучателем

Масса, г Высота рас-гений, см Число, шт. Цлина корней, см

Вариант листья стебли корни

сырая | сухая сырая | сухая сырая | сухая листьев | узлов

Индукционный светильник 1,538±0,134 0,143±0,024 0,531±0,056 0,041±0,005 0,667±0,159 0,057±0,009 17,43±1,19 28,27±3,82 5,53±0,23 13,73±1,80

Белые светодиоды___________ 0,997±0,106 0,102±0,014 0,545±0,112 0,039±0,011 0,615±0,171 0,048±0,008 14,17±0,70 23,27±0,93 5,40±0,16 8,51±0,74

Примечание. Энергетическая мощность индукционной лампы — 150 Вт, светодиодного облучателя — 64 Вт. Интенсивность света при облучении светодиодным облучателем белого света (ООО «Фокус», Россия) составляла 80-85 мкмоль фотонов^м-2^с-1, при облучении индукционной лампой (ООО ГК «БСКА», Россия) — 240-260 мкмоль фотонов^м"2^с_1.

изменения части из них при длительном воздействии света различной интенсивности и спектрального состава.

ЛИТЕРАТУРА

1. Gй19 in I., Elmasta§ M., Aboul-Enein H.Y. Determination of antioxidant and radical scavenging activity of Basil (Ocimum basilicum L. Family Lamiaceae) assayed by different methodologies. Phytother. Res., 2007, 21: 354-361 (doi: 10.1002/ptr.2069).

2. Буткин А.В., Григорай Е.Е., Головко Т.К., Табаленкова Г.Н., Даль-кэ И.В. Культивирование салата в условиях защищенного грунта на Севере. Аграрная наука, 2011, 8: 24-26.

3. Далькэ И.В., Табаленкова Г.Н., Малышев Р.В., Буткин А.В., Григорай Е.Е. Продуктивность и компонентный состав биомассы листового салата при разной интенсивности освещения в условиях защищенного грунта. Гавриш, 1013, 4: 13-16.

4. Мартиросян Ю.Ц., Кособрюхов А.А., Креславский В.Д., Мелик-Саркисов О.С. Фотосинтез и продуктивность растений картофеля при дополнительном облучении низкоэнергетическим светом 625 нм. В сб.: Картофелеводство. Минск, 2007, т. 13: 65-73.

5. Yorio N.C., Goins G.D., Kagie H.K., Wheeler R.M., Sager J.C. Improving spinach, radish, and lettuce growth under red light-emitting diodes (LEDs) with blue light supplementation. Hort. Sci., 2001, 36: 380-383.

6. Аверчева О.В., Беркович Ю.А., Ерохин А.Н., Жигалова Т.В., Погосян С.И., Смолянина С.О. Особенности роста и фотосинтеза растений китайской капусты при выращивании под светодиодными светильниками. Физиология растений, 2009, 56: 17-26.

7. Olle M., Virsile A. The effects of light-emitting diode lighting on greenhouse plant growth and quality. Agricultural and Food Science, 2013, 22(2): 223-234.

8. Яковлева О.С., Яковцева М.Н., Тараканов И.Г. Морфологические реакции растений земляники садовой Fragaria ananassa Duch. на действие узкополосного спектра фотосинтетически активной радиации. Доклады ТСХА, 2012, 284(1): 139-141.

9. Мартиросян Ю.Ц., Полякова М.Н., Диловарова Т.А., Кособрюхов А.А. Фотосинтез и продуктивность растений картофеля в условиях различного спектрального облучения. Сельскохозяйственная биология, 2013, 1: 107-112 (doi: 10.15389/agrobiology.2013.1.107rus, 10.15389/agrobiology.2013.1.107eng).

10. Johkan M., Shoji K., Goto F., Hah id a S., Yoshihara T. Effect of green light wavelength and intensity on photomorphogenesis and photosynthesis in Lactuca sativa. Environmental and Experimental Botany, 2012, 75: 128-133 (doi: 10.1016/j.envexpbot.2011.08.010).

11. Fan X.X., Xu Z.G., Liu X.Y., Tang C.M., Wang L.W., Han X.L. Effects of light intensity on the growth and leaf development of young tomato plants grown under a combination of red and blue light. Scientia Horticulturae, 2013, 153: 50-55 (doi: 10.1016/j.scienta.2013.01.017).

12. Lin K.H., Huang M.Y., Huang W.D., Hsu M.H., Yang Z.W., Yang C.M. The effects of red, blue, and white light-emitting diodes on the growth, development, and edible quality of hydroponically grown lettuce (Lactuca sativa L. var. capitata). Scientia Horticulturae, 2013, 150: 86-91 (doi: 10.1016/j.scienta.2012.10.002).

13. Реуцкий В.Г., Мороз Д.С., Трофимов Ю.И., Рахманов С.К., Астасен-ко Н.И. Перспективы использования светодиодных излучателей при выращивании растений в условиях закрытого грунта. В сб.: Ботаника (исследования). Минск, 2011, вып. 40: 505-525.

14. Farquhar G.D., von Caemmerer S., Berry J.A. A biochemical model of photosynthetic CO2 assimilation in leaves of C3 plants. Planta, 1980, 149(1): 78-90 (doi: 10.1007/BF00386231).

15. Harley P.C., Sharkey T.D. An improved model of C3 photosynthesis at high CO2: Reserved O2 sensitivity explained by lack of glycerate re-entry into the chloroplast. Photosynthesis Research, 1991, 27: 169-178.

16. Harley P.C., Thomas R.B., Reynolds J.F., Strain B.R. Modelling photosynthesis of cotton grown in elevated CO2. Plant Cell and Environment, 1992, 15: 271-282 (doi: 10.1111/j.1365-3040.1992.tb00974.x).

17. Von Caemmerer S., Farquhar G.D. Some relationships between the biochemistry of photosynthesis and the gas exchange rates of leaves. Planta, 1981, 153: 376-387.

18. Priol J.L., Chartier P. Partitioning of transfer and carboxilation components of intracellular resistance to photosynthetic CO2 fixation: A critical analysis of the methods used. Ann. Bot., 1977, 41: 789-800.

19. Lichtenthaler H.K. Chlorophylls and carotenoids: Pigments of photosynthetic biomembranes. Methods Enzymol., 1987, 148: 350-382 (doi: 10.1016/0076-6879(87)48036-1).

20. Протасова H.H., Кефели В.И. Фотосинтез и рост высших растений, их взаимосвя-

129

зи и корреляция. Физиология фотосинтеза. М., 1982.

21. То о мин г Х.Г. Экологические принципы максимальной продуктивности посевов. Л., 1984.

1ГНУ Всероссийский НИИ сельскохозяйственной Поступила в редакцию

биотехнологии Россельхозакадемии, 19 марта 2014 года

127550 Россия, г. Москва, ул. Тимирязевская, 42, e-mail: [email protected], [email protected], kromashka@gmail. com;

2ФГБУН Институт фундаментальных проблем биологии РАН,

142290 Россия, Московская обл., г. Пущино, e-mail: [email protected]

Sel’skokhozyaistvennaya biologiya [Agricultural Biology], 2015, V. 50, № 1, pp. 124-130

PHOTOSYNTHESIS AND PRODUCTIVITY OF BASIL PLANTS (Ocimum basilicum L.) UNDER DIFFERENT IRRADIATION

M.N. Polyakova1, Yu.Ts. Martirosyan1, T.A. Dilovarova1, A.A. Kosobryukhov1, 2

1All-Russian Research Institute of Agricultural Biotechnology, Russian Academy of Agricultural Sciences, 42, ul. Timiryazevskaya, Moscow, 127550 Russia, e-mail [email protected], [email protected], [email protected]; 2Institute of Basic Biological Problems, Russian Academy of Sciences, Pushchino, Moscow Province, 142290 Russia, e-mail [email protected]

Received March 19, 2014 doi: 10.15389/agrobiology.2015.1.124eng

Abstract

Improving the efficiency of growing plants in phytotrons is largely linked to the introduction of advanced technologies, providing the optimization of the light conditions. The use of modern light sources such as light emitting diodes (LEDs) or induction lamps can reduce the energy consumption for growing plants due to the high light output, long work and control of the spectrum of irradiation. Comparative studies of growth processes and activity of the photosynthetic apparatus of plants of Basil (Ocimum basilicum L.) variety Ararat, when using LEDs and induction lamps with an energy capacity of 64 and 150 W, respectively were done. The light intensity was 80-85 pmol photons •m-2 •s-1 under LEDs white light and 240-260 pmol photons^m-2 •s-1 under induction lamps. CO2 gas exchange, the content of pigments and growth processes in plants grown in hydroponic conditions were estimated. The rate of photosynthesis under induction lamp was more than 2 times higher than under LEDs (2.6+0.4 and 1.2+0.3 pmol CO2 •m-2 •s-1, respectively), although there was a slight decrease in the content of the chlorophylls (a + b) to 0.71+0.01 mg/g dry weigh compared to 0.83+0.03 for LEDs. More than twofold increase in the rate of photosynthesis did not result in the same increase in the accumulation of plant biomass that may be connected with different light saturation of growth processes and photosynthesis. The efficiency of biomass accumulation per 1 W of energy power for a period of 40 days under LEDs was 1.7 times higher than under the irradiation of induction lamp. Significant difference in photosynthetic efficiency was not detected. At elevated concentrations of CO2 the rates of photosynthesis were comparable as a result of higher values of the quantum yield of photosynthesis, activity ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase (RUBISCO) and the efficiency of carboxylation in LEDs plants. The investigation of structural and functional parameters of the photosynthetic apparatus and growth processes under the action of different light intensity showed the complex nature of the changes of some processes during long-term exposure to light of different intensity and spectral composition.

Keywords: basil, photosynthesis, LED.

Научные собрания

10th EUROPEAN CONFERENCE OF PRECISION AGRICULTURE (ECPA) «EFFICIENT RESOURCES MANAGEMENT UNDER CHANGING GLOBAL CONDITIONS»

(12-16 июля 2015 года, Израиль)

Организатор: ARO (Agricultural Research Organization) Министерства сельского хозяйства и развития сельскохозяйственного производства Израиля.

Тематика конференции: прецизионное сельское хозяйство как средство эффективного управления ресурсами в условиях глобальных изменений. ARO — крупнейший сельскохозяйственный исследовательский центр в Израиле. Предлагаемые здесь технологии и научные разработки способны существенно улучшить ситуацию на продовольственном рынке.

Контакты и информация: http://www.ispag.org/Events/9thECPA/

130

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.