CC BY
1519-21 октября 2021 r.
А «ПРОХОРОВСКИЕНЕДЕЛИ»
Влияние фторполимерной пленки, модифицированной наноразмерным фотолюминофором, на рост и развитие растений.
Иванюк В.В.
Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук, Москва
Е-mail: veronika. ivaniuk@yandex. ru
Известно, что для получения энергии в процессе фотосинтеза растения используют преимущественно кванты красной и синей части спектра. Более того, кванты красного света стимулируют фотосинтез интенсивнее, чем кванты синего света. Для многих культур, выращиваемых в условиях закрытого грунта в зоне рискованного земледелия, среднесуточной интенсивности красной и сине-фиолетовой части спектра обычно хватает только в ясные летние дни [1, 2]. Для повышения продуктивности теплиц в северных широтах была разработана технология получения фторполимерных плёнок с фотоконверсионными наночастицами (квантовыми точками), которые преобразуют УФ-излучение и фиолетовый свет в красный свет. Использование фотоконверсионных фторполимерных пленок способствует увеличению биомассы растений, выращиваемых в теплицах высоких широт.
Было проведено исследование фотоконверсии части УФ-излучения, не используемого растениями, и излучения в фиолетовой части спектра в излучение в красной части спектра. Наночастицы с экситонной эмиссией использовались в качестве центров фотоконверсии. Квантовые точки Cd0.6Zn0.4Se являются одними из наиболее технологичных материалов для производства фотоконверсионных наночастиц. Варьируя размер таких наночастиц, можно сдвигать максимум их флуоресценции во всем видимом диапазоне спектра. Была использована низкотемпературная технология включения таких наночастиц во фторполимерные плёнки. Проявленная плёнка позволяет значительно повысить продуктивность закрытых почв, расположенных в высоких широтах.
Размер квантовых точек (КТ) от 6.5 до 8.5 нм. Также были
ФИЗИКА БИОЛОГИЧЕСКИХ И МЕДИЦИНСКИХ ПРИЛОЖЕНИИ
исследованы спектры фотолюминесценции КТ в ацетоне и фторполимере. Возбуждение осуществлялось с помощью диода на длине волны 375 нм. Когда свет проходит через фторполимер, не содержащий КТ, базовый спектр лампы не претерпевает значительных изменений. Когда свет проходит через фторполимер, содержащий КТ, к спектру лампы добавляется пик люминесценции с максимумом излучения 650 нм. Таким образом можно утверждать, что данное фотоконверсионное покрытие позволяет получить спектр
с наложением на него «красного» компонента.
А В
Emission Excitation
2.0
"È с
X 1.5 Е
1.0
2.0
2.S
3,0
Quantum energy, eV
Waveleght, nm
Рис. 1. Спектр фотолюминесценции КТ(А). Спектр фотолюминесценции фотоконверсионных наночастиц в ацетоне(В). Спектр фотолюминесценции фторполимера, содержащего и не содержащего фотоконверсионных наночастиц. Люминесценция возбуждалась ксеноновой лампой и диодным источником ( 375 нм).
Фотоконверсионные фторполимерные пленки оказывают наибольшее влияние на развитие растений перца и томата и наименьшее — на растения огурца и тыквы. Перец и помидоры относятся к семейству паслёновых, огурец и тыква принадлежат к семейству тыквенных. Известно, что структура светособирающего комплекса может различаться у разных семейств растений. Вероятно, что, изменяя длину волны фотолюминесценции КТ, можно добиться увеличения скорости накопления биомассы не только у растений семейства паслёновых, но и у растений других семейств.
Площадь листьев тыквы, перца и томата, выращенных под фотополимерными пленками, на 25, 30 и 50% соответственно выше, чем у контрольных растений. Наибольшее влияние на скорость роста наблюдается у растений томата. На рисунке показана динамика изменения листовой поверхности томатов, выращенных под
ШКОЛА-КОНФЕРЕНЦИЯ МОЛОДЫХ УЧЁНЫХ
-------------1Е НЕДЕЛИ»
19-21 октября 2021 г
контрольной и фотоконверсионной пленкой, у которой к концу 4-недельного вегетационного периода площадь листьев значительно больше, чем в контрольной группе. К концу пятой недели вегетации разница достигает в среднем почти 50%. Помимо этого, использование фотоконверсионных пленок позволяет получить на 20% больше ягод томатов.
É
i
£ 60
jp у /
Time, days
Рис. 2. Влияние фотоконверсионной фторполимерной пленки на рост и развитие растений различных видов. (A) Влияние фотопреобразовательной полимерной пленки на размер листьев огурца (Cucumis sativus), тыквы (Cucurbita pepo), перца (Capsicum annuum L.), томата (Solanum lycopersicum). (B) Динамика изменения площади листа контрольных растений томата и томатов, выращенных под фотоконверсионны полимерной пленкой.
Вероятно, спектр фотоконверсионной фторполимерной плёнки оптимален для роста растений томата на стадии прорастания, но на более поздних этапах онтогенеза требует коррекции.
1. S^b0 A, Krekling T, Appelgren M.Plant Cell Tissue Organ Cult. 1995, 41, 177-85.
2. Kuleshova T.E., Likhachev A.I., Pavlova E.S., et al. Tech Phys. 2018, 63, 1243-47.
